השפעות של זיהומים על נחושת-במוליכות גבוהה

נחושת עם מוליכות גבוהה- מתייחסת בדרך כלל לנחושת עם מוליכות חשמלית של לא פחות מ-100% IACS (International Annealed Copper Standard). כדי לעמוד בדרישה זו, חיונית בקרה קפדנית על ההרכב הכימי.

ראשית, טוהר הנחושת הבסיסי חייב להיות גבוה מספיק. עבור נחושת סטנדרטית עם מוליכות- גבוהה, חלק המסה של הנחושת צריך להיות לפחות 99.90%. עבור יישומים אלקטרוניים וחשמליים-דיוק גבוה, הטוהר לרוב גבוה מ-99.95% או אפילו מגיע ל-99.99%. טוהר נחושת גבוה יותר מפחית את פיזור האלקטרונים הנגרם על ידי זיהומים ופגמי סריג, ובכך משפר את המוליכות.

שנית, יש להגביל בהחלט את התוכן של יסודות טומאה מזיקים. זיהומים נפוצים כגון זרחן, ברזל, גופרית, חמצן, עופרת, ביסמוט, אנטימון, ארסן וניקל מפחיתים באופן משמעותי את מוליכות החשמל.

זרחן פחות או שווה ל-0.005%

ברזל פחות או שווה ל-0.005%

גופרית פחות או שווה ל-0.005%

חמצן פחות או שווה ל-0.02% (עבור נחושת-שנושאת חמצן) או נמוך יותר עבור נחושת נטולת חמצן-

סך כל זיהומי נחושת שאינם- פחות או שווה ל-0.05%–0.10%

נחושת ללא-חמצן (OFC) שולטת יותר בחמצן מתחת ל-0.001% כדי למנוע שבירות ואובדן מוליכות במהלך עיבוד-בטמפרטורה גבוהה.

בנחושת טהורה, תכולת נחושת גבוהה יותר אמנם משפרת מוליכות חשמלית ותרמית, אך היא לא תמיד טובה יותר עבור כל היישומים.

בטווח מסוים, הגדלת טוהר הנחושת מפחיתה את פיזור הטומאה ומשפרת משמעותית את המוליכות. עם זאת, טוהר גבוה מדי מביא לבעיות:

העלות גדלה בחדות כאשר טיהור-גבוה במיוחד דורש תהליכים מורכבים כגון זיקוק אלקטרוליטי והתכה בוואקום.

החוזק המכני פוחת מכיוון שנחושת טהורה היא רכה מאוד ובעלת קשיות נמוכה ועמידות בפני שחיקה.

במקרים מסוימים, אלמנטים מועילים עקבות (כגון כמויות קטנות של כסף או קדמיום בריכוזים מבוקרים) יכולים לשפר חוזק ועמידות לריכוך מבלי לפגוע במוליכות.

לכן, יש לבחור את טוהר הנחושת בהתאם לצרכים בפועל. לדוגמה, רכיבים חשמליים נפוצים משתמשים בטוהר של 99.90%–99.95%, בעוד שאותות-תדרים גבוהים והתקני דיוק- במיוחד דורשים 99.99% ומעלה.

כמעט כל יסודות הטומאה בתמיסה מוצקה או בצורת משקעים מפחיתים את המוליכות החשמלית של נחושת טהורה.

זיהומים מסיסים (זרחן, ברזל, ניקל, ארסן, אנטימון, ביסמוט) מעוותים את סריג הנחושת ומפזרים מאוד אלקטרונים, מה שמוביל לירידה חדה במוליכות. אפילו 0.01% זרחן עלול לגרום לאובדן מוליכות ברור.

זיהומים לא מסיסים או מסיסים חלש (עופרת, גופרית) יוצרים חלקיקי שלב שני- בגבולות התבואה, מה שמגדיל את פיזור האלקטרונים וגם מפחית את המוליכות.

חמצן יוצר חלקיקי Cu₂O, המשפיעים הן על המוליכות והן על ביצועי העיבוד. נחושת ללא-חמצן משמשת ביישומים מיוחדים כדי להימנע מהשפעות אלו.

באופן כללי, ככל שהפרש הרדיוס האטומי והפרש המסיסות בין טומאה ונחושת קטנים יותר, כך הפגיעה במוליכות קטנה יותר; אחרת, ההשפעה חמורה יותר. עבור יישומים בעלי מוליכות גבוהה-, צמצום תוכן זיהומים הוא הדרך היעילה ביותר להבטיח ביצועים.