Reines Kupfer, definiert als Kupfer mit minimalen Legierungselementen (typischerweise größer oder gleich 99,3 % Cu), ist in Industrie, Metallurgie und Handel unter mehreren weithin anerkannten Pseudonymen bekannt, die jeweils ihre Eigenschaften, Geschichte oder Anwendungen widerspiegeln:
Der gebräuchlichste und universellste Name, der in technischen Standards (z. B. ASTM, ISO) und in der alltäglichen industriellen Kommunikation verwendet wird. Es betont den hohen Kupfergehalt des Materials und unterscheidet es von Kupferlegierungen (z. B. Bronze, Messing).
Die am weitesten verbreitete reine Kupfersorte (z. B. UNS C11000), benannt nach ihrem Herstellungsverfahren:
„Elektrolytisch“: Durch Elektrolyse raffiniert, um eine Cu-Reinheit von mindestens 99,9 % zu erreichen.
„Zähes Pech“: Enthält eine kleine Menge Sauerstoff (0,02–0,05 Gew.-%), die beim Gießen hinzugefügt wird, um Verunreinigungen (z. B. Phosphor, Schwefel) zu entfernen und so die Duktilität und Zähigkeit zu verbessern.
ETP-Kupfer ist der Standard für elektrische, thermische und allgemeine Anwendungen.
Ein hochreiner Grad (z. B. UNS C10200, C10100) mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als oder gleich 0,001 % (C10100, oft als „sauerstofffreies Kupfer mit hoher Leitfähigkeit“ oder OFHC-Kupfer bezeichnet).
Benannt nach seinem Sauerstoffmangel, der die Wasserstoffversprödung (Risse bei hoher Temperatur/Feuchtigkeit) verhindert und die Korrosionsbeständigkeit verbessert.
Wird in kritischen Anwendungen wie Vakuumsystemen, der Halbleiterfertigung und leistungsstarken elektrischen Leitern verwendet.
Ein beschreibender Name, der sich von seiner charakteristischen leuchtend rötlichen-orangenen Farbe beim Polieren ableitet. Weit verbreitet in der Metallverarbeitung, im Baugewerbe und bei Konsumgütern (z. B. „rote Kupferrohre“ für Sanitärinstallationen).
Ein geologischer Begriff für natürlich vorkommendes reines Kupfer (in Mineralvorkommen gefunden), der jedoch in industriellen Zusammenhängen selten verwendet wird (das meiste kommerzielle reine Kupfer wird aus Erzen wie Chalkopyrit raffiniert).
Kernbemerkung: Während „Bronze“ und „Messing“ oft fälschlicherweise für reines Kupfer verwendet werden, handelt es sich tatsächlich um Kupferlegierungen. -Bronze (Cu-Sn) und Messing (Cu-Zn) enthalten erhebliche Mengen anderer Metalle und werden nicht als reines Kupfer klassifiziert.
Der Kupfergehalt von reinem Kupfer ist durch internationale Standards streng definiert (z. B. ASTM B152, ISO 13373) und variiert leicht je nach Sorte, aber alle reinen Kupferqualitäten erfordern eineMindestkupfergehalt von 99,3 Gew.-%. Nachfolgend sind die Kupfergehaltsbereiche für die gängigsten Industriequalitäten aufgeführt:
Die Härte von reinem Kupfer hängt stark von seiner Härte abZustand (mechanischer Bearbeitungs-/Wärmebehandlungszustand)-reines Kupfer ist von Natur aus weich und duktil, aber Kaltbearbeitung (z. B. Walzen, Ziehen) erhöht seine Härte durch Kaltverfestigung. Durch Glühen (Wärmebehandlung) wird es wieder in seinen ursprünglichen Zustand niedriger{4}}Härte erweicht. Nachfolgend sind die typischen Härtewerte für gängige Härtegrade aufgeführt, gemessen gemäß den Standards ASTM E10 (Brinell), ASTM E18 (Rockwell) und ASTM E92 (Vickers):
Wichtige Anmerkungen:
Geglühter (O)-Temper: Der weichste und häufigste Zustand für reines Kupfer. Durch die Härte von ~35–45 HB lässt es sich leicht biegen, stanzen und schweißen-ideal für Anwendungen wie Elektrokabel und Sanitärrohre.
Kaltverfestigender Effekt: Jeder Kaltbearbeitungsschritt (z. B. Walzen eines Blechs auf die Hälfte seiner ursprünglichen Dicke) erhöht die Härte um etwa 30–50 %. Beispielsweise erhöht das Glühen von C11000 (35 HB) und das anschließende Kalt-Walzen auf volle-Härte die Härte auf ~85 HB.
Härte vs. Stärke: Die Härte korreliert direkt mit der Zugfestigkeit.-Geglühtes reines Kupfer hat eine Zugfestigkeit von ~220 MPa, während vollständig-hartes reines Kupfer ~350 MPa erreicht.
Überlegungen zum Testen: Härtemessungen werden auf sauberen, polierten Oberflächen (frei von Oxidation oder Verformung) durchgeführt. Die Brinell-Härte (HB) wird für reines Massenkupfer bevorzugt, während Rockwell B (HRB) für dünne Bleche oder Bänder verwendet wird.
