1. Sammensetningskrav for kobber med høy-ledningsevne
Kobber med høy-ledningsevne refererer vanligvis til kobber med en elektrisk ledningsevne på ikke mindre enn 100 % IACS (International Annealed Copper Standard). For å oppfylle dette kravet er streng kontroll av kjemisk sammensetning avgjørende.
For det første må basiskobberrenheten være tilstrekkelig høy. For standard kobber med høy-ledningsevne bør massefraksjonen av kobber være minst 99,90 %. For elektroniske og elektriske applikasjoner med høy-presisjon er renheten ofte høyere enn 99,95 % eller til og med 99,99 %. Høyere kobberrenhet reduserer elektronspredning forårsaket av urenheter og gitterdefekter, og forbedrer dermed ledningsevnen.
For det andre må innholdet av skadelige urenhetselementer være strengt begrenset. Vanlige urenheter som fosfor, jern, svovel, oksygen, bly, vismut, antimon, arsen og nikkel reduserer elektrisk ledningsevne betydelig.
Typiske sammensetningsgrenser for kobber med høy-ledningsevne inkluderer:
Fosfor mindre enn eller lik 0,005 %
Jern mindre enn eller lik 0,005 %
Svovel mindre enn eller lik 0,005 %
Oksygen Mindre enn eller lik 0,02 % (for oksygen-holdig kobber) eller lavere for oksygen-fritt kobber
Totale ikke-kobberurenheter Mindre enn eller lik 0,05 %–0,10 %
Oksygen-fritt kobber (OFC) kontrollerer ytterligere oksygen under 0,001 % for å unngå sprøhet og tap av konduktivitet under høy-temperaturbehandling.
2. Er høyere kobberinnhold alltid bedre?
I rent kobber forbedrer høyere kobberinnhold elektrisk og termisk ledningsevne, men det er ikke alltid bedre for alle bruksområder.
Innenfor et visst område reduserer økende kobberrenhet spredning av urenheter og forbedrer ledningsevnen betydelig. Imidlertid gir for høy renhet problemer:
Kostnadene øker kraftig ettersom ultra-høy rensing krever komplekse prosesser som elektrolytisk raffinering og vakuumsmelting.
Mekanisk styrke reduseres fordi rent kobber er veldig mykt og har lav hardhet og slitestyrke.
I noen tilfeller kan spor gunstige elementer (som små mengder sølv eller kadmium i kontrollerte konsentrasjoner) forbedre styrke og mykgjøringsmotstand uten alvorlig skade på ledningsevnen.
Derfor bør kobberrenhet velges i henhold til faktiske behov. Vanlige elektriske komponenter bruker for eksempel 99,90 %–99,95 % renhet, mens høy-signaler og ultra-presisjonsenheter krever 99,99 % eller høyere.
3. Effekter av urenheter på konduktivitet
Nesten alle urenheter i fast løsning eller nedbør reduserer den elektriske ledningsevnen til rent kobber.
Løselige urenheter (fosfor, jern, nikkel, arsen, antimon, vismut) forvrenger kobbergitteret og sprer elektroner kraftig, noe som fører til et kraftig fall i ledningsevnen. Selv 0,01 % fosfor kan forårsake åpenbart tap av konduktivitet.
Uløselige eller svakt løselige urenheter (bly, svovel) danner andre-fasepartikler ved korngrensene, noe som øker elektronspredningen og reduserer også ledningsevnen.
Oksygen danner Cu₂O-partikler, som påvirker både ledningsevne og prosessytelse. Oksygenfritt-kobber brukes i spesielle applikasjoner for å unngå disse effektene.
Generelt, jo mindre forskjellen i atomradius og løselighetsforskjellen mellom urenheter og kobber er, jo mindre skade på ledningsevnen; ellers er virkningen mer alvorlig. For applikasjoner med høy-ledningsevne er minimering av urenheter den mest effektive måten å sikre ytelse på.
