1. متطلبات التركيب للنحاس عالي التوصيل-.
يشير النحاس عالي الموصلية -بشكل عام إلى النحاس ذي الموصلية الكهربائية التي لا تقل عن 100% IACS (المعيار الدولي للنحاس الملدن). لتلبية هذا المطلب، من الضروري التحكم الصارم في التركيب الكيميائي.
أولا، يجب أن تكون درجة نقاء النحاس الأساسي عالية بما فيه الكفاية. بالنسبة للنحاس القياسي عالي التوصيل-، يجب أن تكون نسبة كتلة النحاس 99.90% على الأقل. بالنسبة إلى-التطبيقات الإلكترونية والكهربائية عالية الدقة، غالبًا ما تكون نسبة النقاء أعلى من 99.95% أو حتى تصل إلى 99.99%. تقلل درجة نقاء النحاس الأعلى من تشتت الإلكترون الناتج عن الشوائب وعيوب الشبكة، وبالتالي تحسين التوصيلية.
ثانيا، يجب أن يكون محتوى العناصر النجاسة الضارة محدودا بشكل صارم. الشوائب الشائعة مثل الفوسفور والحديد والكبريت والأكسجين والرصاص والبزموت والأنتيمون والزرنيخ والنيكل تقلل بشكل كبير من التوصيل الكهربائي.
تتضمن حدود التركيب النموذجية للنحاس عالي التوصيل-ما يلي:
الفوسفور أقل من أو يساوي 0.005%
حديد أقل من أو يساوي 0.005%
الكبريت أقل من أو يساوي 0.005%
الأكسجين أقل من أو يساوي 0.02% (للأكسجين-النحاس الحامل) أو أقل للأكسجين-النحاس الحر
إجمالي الشوائب غير-النحاسية أقل من أو يساوي 0.05%–0.10%
يتحكم النحاس الخالي من الأكسجين (OFC) في نسبة الأكسجين التي تقل عن 0.001% لتجنب الهشاشة وفقدان التوصيل أثناء معالجة درجات الحرارة العالية-.
2. هل المحتوى العالي من النحاس هو الأفضل دائمًا؟
في النحاس النقي، يعمل المحتوى العالي من النحاس على تحسين التوصيل الكهربائي والحراري، ولكنه ليس دائمًا أفضل لجميع التطبيقات.
ضمن نطاق معين، تؤدي زيادة نقاء النحاس إلى تقليل تشتت الشوائب وتحسين الموصلية بشكل ملحوظ. ومع ذلك، فإن النقاء العالي بشكل مفرط يسبب مشاكل:
تزداد التكلفة بشكل حاد نظرًا لأن التنقية العالية جدًا- تتطلب عمليات معقدة مثل التكرير الكهربي والصهر بالتفريغ.
تنخفض القوة الميكانيكية لأن النحاس النقي ناعم للغاية وله صلابة منخفضة ومقاومة للتآكل.
في بعض الحالات، يمكن للعناصر المفيدة (مثل الكميات الصغيرة من الفضة أو الكادميوم بتركيزات خاضعة للرقابة) أن تحسن القوة ومقاومة التليين دون الإضرار بشكل خطير بالموصلية.
ولذلك، ينبغي اختيار نقاء النحاس وفقا للاحتياجات الفعلية. على سبيل المثال، تستخدم المكونات الكهربائية الشائعة درجة نقاء تتراوح بين 99.90% إلى 99.95%، في حين تتطلب الإشارات-عالية التردد والأجهزة فائقة الدقة-نسبة نقاء 99.99% أو أعلى.
3. آثار عناصر الشوائب على الموصلية
تقريبًا جميع عناصر الشوائب الموجودة في محلول صلب أو في شكل هطول تقلل من التوصيل الكهربائي للنحاس النقي.
الشوائب القابلة للذوبان (الفوسفور، الحديد، النيكل، الزرنيخ، الأنتيمون، البزموت) تشوه الشبكة النحاسية وتبعثر الإلكترونات بقوة، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في الموصلية. حتى 0.01% من الفوسفور يمكن أن يسبب فقدانًا واضحًا للتوصيل.
تشكل الشوائب غير القابلة للذوبان أو ضعيفة الذوبان (الرصاص والكبريت) جسيمات الطور الثاني-عند حدود الحبوب، مما يؤدي إلى زيادة تشتت الإلكترونات وتقليل الموصلية أيضًا.
يشكل الأكسجين جزيئات Cu₂O، والتي تؤثر على كل من التوصيلية وأداء المعالجة. يتم استخدام النحاس الخالي من الأكسجين- في تطبيقات خاصة لتجنب هذه التأثيرات.
بشكل عام، كلما كان فرق نصف القطر الذري وفرق الذوبان بين الشوائب والنحاس أصغر، كلما قل الضرر الذي يلحق بالموصلية؛ وإلا فإن التأثير يكون أكثر خطورة. بالنسبة إلى التطبيقات ذات الموصلية العالية-، يعد تقليل محتوى الشوائب هو الطريقة الأكثر فعالية لضمان الأداء.
