1. Requisitos de composição para cobre de alta{1}condutividade
Cobre de alta-condutividade geralmente se refere ao cobre com condutividade elétrica não inferior a 100% IACS (Padrão Internacional de Cobre Recozido). Para atender a esse requisito, é essencial um controle rigoroso da composição química.
Primeiro, a pureza básica do cobre deve ser suficientemente alta. Para cobre padrão de alta-condutividade, a fração mássica de cobre deve ser de pelo menos 99,90%. Para aplicações eletrônicas e elétricas de alta-precisão, a pureza geralmente é superior a 99,95% ou até chega a 99,99%. A maior pureza do cobre reduz a dispersão de elétrons causada por impurezas e defeitos de rede, melhorando assim a condutividade.
Em segundo lugar, o conteúdo de elementos de impurezas prejudiciais deve ser estritamente limitado. Impurezas comuns como fósforo, ferro, enxofre, oxigênio, chumbo, bismuto, antimônio, arsênico e níquel reduzem significativamente a condutividade elétrica.
Os limites de composição típicos para cobre de alta{0}condutividade incluem:
Fósforo Menor ou igual a 0,005%
Ferro Menor ou igual a 0,005%
Enxofre menor ou igual a 0,005%
Oxigênio Menor ou igual a 0,02% (para cobre-com oxigênio) ou menor para cobre-sem oxigênio
Total de impurezas não-de cobre menor ou igual a 0,05%–0,10%
O cobre-livre de oxigênio (OFC) controla ainda mais o oxigênio abaixo de 0,001% para evitar fragilidade e perda de condutividade durante processamento em-altas temperaturas.
2. Maior teor de cobre é sempre melhor?
No cobre puro, um teor mais elevado de cobre melhora a condutividade elétrica e térmica, mas nem sempre é melhor para todas as aplicações.
Dentro de uma certa faixa, o aumento da pureza do cobre reduz a dispersão de impurezas e melhora significativamente a condutividade. No entanto, uma pureza excessivamente elevada traz problemas:
O custo aumenta acentuadamente porque a-purificação ultra-alta requer processos complexos, como refino eletrolítico e fusão a vácuo.
A resistência mecânica diminui porque o cobre puro é muito macio e tem baixa dureza e resistência ao desgaste.
Em alguns casos, oligoelementos benéficos (como pequenas quantidades de prata ou cádmio em concentrações controladas) podem melhorar a resistência e a resistência ao amolecimento sem danificar seriamente a condutividade.
Portanto, a pureza do cobre deve ser selecionada de acordo com as necessidades reais. Por exemplo, componentes elétricos comuns usam pureza de 99,90% a 99,95%, enquanto sinais de-alta frequência e dispositivos de ultra{4}}precisão exigem 99,99% ou mais.
3. Efeitos dos Elementos de Impureza na Condutividade
Quase todos os elementos de impureza em solução sólida ou forma de precipitação reduzem a condutividade elétrica do cobre puro.
Impurezas solúveis (fósforo, ferro, níquel, arsênico, antimônio, bismuto) distorcem a rede de cobre e dispersam fortemente os elétrons, levando a uma queda acentuada na condutividade. Mesmo 0,01% de fósforo pode causar perda óbvia de condutividade.
Impurezas insolúveis ou fracamente solúveis (chumbo, enxofre) formam partículas de segunda{0}}fase nos limites dos grãos, aumentando o espalhamento de elétrons e também reduzindo a condutividade.
O oxigênio forma partículas de Cu₂O, que afetam a condutividade e o desempenho do processamento. O cobre-isento de oxigênio é usado em aplicações especiais para evitar esses efeitos.
Em geral, quanto menor a diferença do raio atômico e a diferença de solubilidade entre a impureza e o cobre, menor será o dano à condutividade; caso contrário, o impacto será mais grave. Para aplicações de alta-condutividade, minimizar o conteúdo de impurezas é a maneira mais eficaz de garantir o desempenho.
