1. Exigences de composition pour le cuivre à haute -conductivité
Le cuivre à haute -conductivité fait généralement référence au cuivre dont la conductivité électrique n'est pas inférieure à 100 % IACS (International Annealed Copper Standard). Pour répondre à cette exigence, un contrôle strict de la composition chimique est indispensable.
Premièrement, la pureté du cuivre de base doit être suffisamment élevée. Pour le cuivre standard à haute -conductivité, la fraction massique de cuivre doit être d'au moins 99,90 %. Pour les applications électroniques et électriques de haute-précision, la pureté est souvent supérieure à 99,95 %, voire atteint 99,99 %. Une pureté de cuivre plus élevée réduit la diffusion des électrons causée par les impuretés et les défauts de réseau, améliorant ainsi la conductivité.
Deuxièmement, la teneur en impuretés nocives doit être strictement limitée. Les impuretés courantes telles que le phosphore, le fer, le soufre, l'oxygène, le plomb, le bismuth, l'antimoine, l'arsenic et le nickel réduisent considérablement la conductivité électrique.
Les limites de composition typiques pour le cuivre à haute -conductivité incluent :
Phosphore Inférieur ou égal à 0,005%
Fer Inférieur ou égal à 0,005%
Soufre Inférieur ou égal à 0,005%
Oxygène Inférieur ou égal à 0,02 % (pour le cuivre contenant de l'oxygène-) ou inférieur pour le cuivre sans oxygène-
Impuretés totales autres que-cuivre Inférieur ou égal à 0,05 % à 0,10 %
Le cuivre sans oxygène-(OFC) contrôle davantage l'oxygène en dessous de 0,001 % pour éviter la fragilité et la perte de conductivité lors du traitement à haute-température.
2. Une teneur plus élevée en cuivre est-elle toujours meilleure ?
Dans le cuivre pur, une teneur plus élevée en cuivre améliore effectivement la conductivité électrique et thermique, mais elle n’est pas toujours meilleure pour toutes les applications.
Dans une certaine plage, l'augmentation de la pureté du cuivre réduit la diffusion des impuretés et améliore considérablement la conductivité. Cependant, une pureté trop élevée pose des problèmes :
Le coût augmente fortement, car la purification ultra-exige des processus complexes tels que le raffinage électrolytique et la fusion sous vide.
La résistance mécanique diminue car le cuivre pur est très mou et présente une faible dureté et résistance à l’usure.
Dans certains cas, des oligo-éléments bénéfiques (tels que de petites quantités d'argent ou de cadmium en concentrations contrôlées) peuvent améliorer la résistance et la résistance au ramollissement sans endommager sérieusement la conductivité.
Par conséquent, la pureté du cuivre doit être sélectionnée en fonction des besoins réels. Par exemple, les composants électriques courants utilisent une pureté de 99,90 % à 99,95 %, tandis que les signaux haute-fréquence et les appareils d'ultra-précision nécessitent 99,99 % ou plus.
3. Effets des éléments d'impuretés sur la conductivité
Presque tous les éléments d'impuretés sous forme de solution solide ou de précipitation réduisent la conductivité électrique du cuivre pur.
Les impuretés solubles (phosphore, fer, nickel, arsenic, antimoine, bismuth) déforment le réseau de cuivre et diffusent fortement les électrons, entraînant une forte baisse de conductivité. Même 0,01 % de phosphore peut provoquer une perte de conductivité évidente.
Les impuretés insolubles ou faiblement solubles (plomb, soufre) forment des particules de seconde phase-aux joints de grains, augmentant la diffusion des électrons et réduisant également la conductivité.
L'oxygène forme des particules de Cu₂O, qui affectent à la fois la conductivité et les performances de traitement. Le cuivre-sans oxygène est utilisé dans des applications spéciales pour éviter ces effets.
En général, plus la différence de rayon atomique et la différence de solubilité entre l'impureté et le cuivre sont faibles, plus les dommages à la conductivité sont faibles ; sinon, l'impact est plus grave. Pour les applications à haute-conductivité, minimiser la teneur en impuretés est le moyen le plus efficace de garantir les performances.
