1. Απαιτήσεις σύνθεσης για χαλκό υψηλής- αγωγιμότητας
Ο χαλκός υψηλής{0} αγωγιμότητας αναφέρεται γενικά σε χαλκό με ηλεκτρική αγωγιμότητα όχι μικρότερη από 100% IACS (Διεθνές Πρότυπο Ανοπτημένου Χαλκού). Για να ικανοποιηθεί αυτή η απαίτηση, είναι απαραίτητος ο αυστηρός έλεγχος της χημικής σύνθεσης.
Πρώτον, η καθαρότητα του βασικού χαλκού πρέπει να είναι αρκετά υψηλή. Για τυπικό χαλκό υψηλής{1} αγωγιμότητας, το κλάσμα μάζας του χαλκού πρέπει να είναι τουλάχιστον 99,90%. Για ηλεκτρονικές και ηλεκτρικές εφαρμογές υψηλής ακρίβειας-, η καθαρότητα είναι συχνά υψηλότερη από 99,95% ή ακόμη και φθάνει το 99,99%. Η υψηλότερη καθαρότητα χαλκού μειώνει τη σκέδαση ηλεκτρονίων που προκαλείται από ακαθαρσίες και ελαττώματα πλέγματος, βελτιώνοντας έτσι την αγωγιμότητα.
Δεύτερον, η περιεκτικότητα σε επιβλαβή στοιχεία ακαθαρσίας πρέπει να είναι αυστηρά περιορισμένη. Οι κοινές ακαθαρσίες όπως ο φώσφορος, ο σίδηρος, το θείο, το οξυγόνο, ο μόλυβδος, το βισμούθιο, το αντιμόνιο, το αρσενικό και το νικέλιο μειώνουν σημαντικά την ηλεκτρική αγωγιμότητα.
Τα τυπικά όρια σύνθεσης για χαλκό υψηλής{0} αγωγιμότητας περιλαμβάνουν:
Φώσφορος μικρότερος ή ίσος του 0,005%
Σίδηρος Μικρότερο ή ίσο με 0,005%
Θείο μικρότερο ή ίσο με 0,005%
Οξυγόνο Μικρότερο ή ίσο με 0,02% (για χαλκό που φέρει οξυγόνο{{1}) ή χαμηλότερο για χαλκό χωρίς οξυγόνο-
Συνολικές μη-ακαθαρσίες χαλκού Λιγότερο ή ίσο με 0,05%–0,10%
Ο χαλκός χωρίς οξυγόνο (OFC) ελέγχει περαιτέρω το οξυγόνο κάτω από 0,001% για να αποφύγει την ευθραυστότητα και την απώλεια αγωγιμότητας κατά την επεξεργασία σε υψηλές{{2} θερμοκρασίες.
2. Είναι πάντα καλύτερο το υψηλότερο περιεχόμενο σε χαλκό;
Στον καθαρό χαλκό, η υψηλότερη περιεκτικότητα σε χαλκό βελτιώνει την ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα, αλλά δεν είναι πάντα καλύτερο για όλες τις εφαρμογές.
Εντός ενός ορισμένου εύρους, η αύξηση της καθαρότητας του χαλκού μειώνει τη διασπορά ακαθαρσιών και βελτιώνει σημαντικά την αγωγιμότητα. Ωστόσο, η υπερβολικά υψηλή καθαρότητα φέρνει προβλήματα:
Το κόστος αυξάνεται απότομα καθώς ο εξαιρετικά{0}}υψηλός καθαρισμός απαιτεί πολύπλοκες διαδικασίες όπως η ηλεκτρολυτική διύλιση και η τήξη υπό κενό.
Η μηχανική αντοχή μειώνεται επειδή ο καθαρός χαλκός είναι πολύ μαλακός και έχει χαμηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, ίχνη ευεργετικών στοιχείων (όπως μικρές ποσότητες αργύρου ή καδμίου σε ελεγχόμενες συγκεντρώσεις) μπορούν να βελτιώσουν την αντοχή και την μαλακωτική αντίσταση χωρίς να βλάψουν σοβαρά την αγωγιμότητα.
Επομένως, η καθαρότητα του χαλκού θα πρέπει να επιλέγεται σύμφωνα με τις πραγματικές ανάγκες. Για παράδειγμα, τα κοινά ηλεκτρικά εξαρτήματα χρησιμοποιούν καθαρότητα 99,90%–99,95%, ενώ τα σήματα υψηλής{3}}συχνότητας και οι συσκευές υπερ-ακρίβειας απαιτούν 99,99% ή υψηλότερο.
3. Επιδράσεις των στοιχείων ακαθαρσίας στην αγωγιμότητα
Σχεδόν όλα τα ακαθαρσιακά στοιχεία σε στερεό διάλυμα ή μορφή καθίζησης μειώνουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα του καθαρού χαλκού.
Οι διαλυτές ακαθαρσίες (φώσφορος, σίδηρος, νικέλιο, αρσενικό, αντιμόνιο, βισμούθιο) παραμορφώνουν το πλέγμα χαλκού και διασκορπίζουν έντονα τα ηλεκτρόνια, οδηγώντας σε απότομη πτώση της αγωγιμότητας. Ακόμη και 0,01% φώσφορος μπορεί να προκαλέσει εμφανή απώλεια αγωγιμότητας.
Οι αδιάλυτες ή ασθενώς διαλυτές ακαθαρσίες (μόλυβδος, θείο) σχηματίζουν σωματίδια δεύτερης-φάσης στα όρια των κόκκων, αυξάνοντας τη σκέδαση ηλεκτρονίων και επίσης μειώνοντας την αγωγιμότητα.
Το οξυγόνο σχηματίζει σωματίδια Cu2O, τα οποία επηρεάζουν τόσο την αγωγιμότητα όσο και την απόδοση της επεξεργασίας. Ο χαλκός χωρίς οξυγόνο-χρησιμοποιείται σε ειδικές εφαρμογές για την αποφυγή αυτών των επιπτώσεων.
Γενικά, όσο μικρότερη είναι η διαφορά ατομικής ακτίνας και διαφορά διαλυτότητας μεταξύ ακαθαρσίας και χαλκού, τόσο μικρότερη είναι η ζημιά στην αγωγιμότητα. διαφορετικά, ο αντίκτυπος είναι πιο σοβαρός. Για εφαρμογές υψηλής-αγωγιμότητας, η ελαχιστοποίηση του περιεχομένου ακαθαρσιών είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος διασφάλισης της απόδοσης.
