1. Zusammensetzungsanforderungen für Kupfer mit hoher -Leitfähigkeit
Kupfer mit hoher -Leitfähigkeit bezieht sich im Allgemeinen auf Kupfer mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 100 % IACS (International Annealed Copper Standard). Um diese Anforderung zu erfüllen, ist eine strenge Kontrolle der chemischen Zusammensetzung unerlässlich.
Erstens muss die Reinheit des Grundkupfers ausreichend hoch sein. Bei Standardkupfer mit hoher -Leitfähigkeit sollte der Massenanteil von Kupfer mindestens 99,90 % betragen. Bei hochpräzisen elektronischen und elektrischen Anwendungen liegt die Reinheit oft über 99,95 % oder erreicht sogar 99,99 %. Eine höhere Reinheit des Kupfers verringert die durch Verunreinigungen und Gitterfehler verursachte Elektronenstreuung und verbessert so die Leitfähigkeit.
Zweitens muss der Gehalt an schädlichen Verunreinigungselementen streng begrenzt werden. Häufige Verunreinigungen wie Phosphor, Eisen, Schwefel, Sauerstoff, Blei, Wismut, Antimon, Arsen und Nickel verringern die elektrische Leitfähigkeit erheblich.
Zu den typischen Zusammensetzungsgrenzen für Kupfer mit hoher -Leitfähigkeit gehören:
Phosphor Weniger als oder gleich 0,005 %
Eisen Weniger als oder gleich 0,005 %
Schwefel Weniger als oder gleich 0,005 %
Sauerstoff Weniger als oder gleich 0,02 % (für sauerstoffhaltiges Kupfer) oder weniger für sauerstofffreies Kupfer
Gesamte Nicht-Kupferverunreinigungen Weniger als oder gleich 0,05 %–0,10 %
Sauerstofffreies Kupfer (OFC) kontrolliert den Sauerstoffgehalt weiter unter 0,001 %, um Sprödigkeit und Leitfähigkeitsverlust während der Hochtemperaturverarbeitung zu vermeiden.
2. Ist ein höherer Kupfergehalt immer besser?
Bei reinem Kupfer verbessert ein höherer Kupfergehalt zwar die elektrische und thermische Leitfähigkeit, ist jedoch nicht immer für alle Anwendungen besser.
Innerhalb eines bestimmten Bereichs verringert eine Erhöhung der Kupferreinheit die Streuung von Verunreinigungen und verbessert die Leitfähigkeit deutlich. Allerdings bringt eine zu hohe Reinheit Probleme mit sich:
Die Kosten steigen stark an, da die Ultrahochreinigung komplexe Prozesse wie elektrolytische Raffination und Vakuumschmelzen erfordert.
Die mechanische Festigkeit nimmt ab, da reines Kupfer sehr weich ist und eine geringe Härte und Verschleißfestigkeit aufweist.
In einigen Fällen können nützliche Spurenelemente (z. B. kleine Mengen Silber oder Cadmium in kontrollierten Konzentrationen) die Festigkeit und Erweichungsbeständigkeit verbessern, ohne die Leitfähigkeit ernsthaft zu beeinträchtigen.
Daher sollte die Kupferreinheit entsprechend dem tatsächlichen Bedarf ausgewählt werden. Herkömmliche elektrische Komponenten weisen beispielsweise eine Reinheit von 99,90 %–99,95 % auf, während Hochfrequenzsignale und Ultra{4}}-Präzisionsgeräte eine Reinheit von 99,99 % oder mehr erfordern.
3. Auswirkungen von Verunreinigungselementen auf die Leitfähigkeit
Fast alle Verunreinigungselemente in fester Lösung oder Niederschlagsform verringern die elektrische Leitfähigkeit von reinem Kupfer.
Lösliche Verunreinigungen (Phosphor, Eisen, Nickel, Arsen, Antimon, Wismut) verzerren das Kupfergitter und streuen Elektronen stark, was zu einem starken Abfall der Leitfähigkeit führt. Selbst 0,01 % Phosphor können zu einem offensichtlichen Verlust der Leitfähigkeit führen.
Unlösliche oder schwach lösliche Verunreinigungen (Blei, Schwefel) bilden Partikel der zweiten -Phase an den Korngrenzen, wodurch die Elektronenstreuung erhöht und auch die Leitfähigkeit verringert wird.
Sauerstoff bildet Cu₂O-Partikel, die sowohl die Leitfähigkeit als auch die Verarbeitungsleistung beeinflussen. Um diese Effekte zu vermeiden, wird in speziellen Anwendungen sauerstofffreies Kupfer verwendet.
Im Allgemeinen gilt: Je kleiner der Atomradiusunterschied und der Löslichkeitsunterschied zwischen Verunreinigung und Kupfer, desto geringer ist die Schädigung der Leitfähigkeit. andernfalls sind die Auswirkungen schwerwiegender. Bei Anwendungen mit hoher -Leitfähigkeit ist die Minimierung des Verunreinigungsgehalts der effektivste Weg, um die Leistung sicherzustellen.
