מוליכות חשמלית ותרמית של נחושת טהורה
נחושת טהורה, המכונה לעתים קרובות נחושת טהורה מסחרית או נחושת בעלת מוליכות גבוהה (OFHC), נטולת חמצן, מוכרת בעולם כחומר המדד למוליכות חשמלית ותרמית בין כל המתכות התעשייתיות הנפוצות. הביצועים המוליכים המדהימים שלו הפכו אותו לבלתי ניתן להחלפה בהעברת כוח, אלקטרוניקה, חילופי חום ותחומי היי-טק רבים אחרים.
במונחים של מוליכות חשמלית, נחושת טהורה מדורגת בין החלק העליון של כל החומרים המתכתיים.
המדידה הסטנדרטית עבור מוליכות היא התקן הבינלאומי של נחושת מחושלת (IACS), שבו 100% IACS מוגדר כמוליכות של נחושת טהורה בתנאים מוגדרים. נחושת טהורה מעובדת היטב משיגה בדרך כלל 97%-100% IACS, ונחושת נטולת חמצן בטוהר גבוה יכולה אפילו לעלות על 100% IACS. מוליכות גבוהה במיוחד זו פירושה שנחושת טהורה מאפשרת לזרם חשמלי לעבור בהתנגדות נמוכה מאוד, וממזערת את אובדן האנרגיה בצורה של חום. בהשוואה למתכות נפוצות אחרות, מוליכות הנחושת הטהורה גבוהה בהרבה מאלומיניום, פלדה, ברזל ורוב הסגסוגות. רק לכסף יש מוליכות חשמלית מעט טובה יותר, אבל כסף יקר מדי עבור יישומים תעשייתיים בקנה מידה גדול. לכן, נחושת טהורה היא הבחירה החסכונית והמעשית ביותר להולכה חשמלית בעלת יעילות גבוהה. המוליכות הגבוהה של נחושת טהורה נובעת בעיקר מהמבנה הגבישי המעוקב הפשוט במרכז הפנים ומהטוהר הגבוה שלה. זיהומים כגון חמצן, זרחן, ברזל ועופרת ישבשו את סריג הגביש ויעכבו את תנועת האלקטרונים החופשיים, ויפחיתו משמעותית את המוליכות. זה מסביר מדוע טוהר מבוקר קפדני הוא קריטי בייצור של חומרי נחושת מוליכים.
מבחינת מוליכות תרמית, גם נחושת טהורה מתפקדת בצורה יוצאת דופן.
המוליכות התרמית שלו היא כ-380-401 W/m·K בטמפרטורת החדר, מה שהופך אותו לאחד ממוליכי החום המתכתיים הטובים ביותר. תכונה זו מאפשרת לנחושת טהורה לספוג, להעביר ולפזר במהירות חום. מוליכות תרמית גבוהה חיונית ביישומים הדורשים חילופי חום מהירים או בקרת טמפרטורה. לדוגמה, נחושת טהורה נמצאת בשימוש נרחב במחלפי חום, רדיאטורים, צינורות קירור, רכיבי מנוע וחומרי הלחמה. בניגוד לסגסוגות רבות שהמוליכות התרמית שלהן יורדת בצורה חדה עם הגדלת תכולת הטומאה, נחושת טהורה שומרת על ביצועי העברה תרמית יציבים ויעילים בשל הטוהר הגבוה שלה. המוליכות התרמית המעולה שלו תואמת היטב את המוליכות החשמלית שלו, וזה יתרון נדיר בין חומרים מתכתיים.
מה שהופך נחושת טהורה ליותר ערך אפילו יותר הוא שהיא שומרת על מוליכות יציבה יחסית בתנאי טמפרטורה ועיבוד שונים.
למרות שהמוליכות יורדת מעט עם עליית הטמפרטורה, הנחושת הטהורה עדיין גוברת על רוב המתכות האלטרנטיביות. לאחר טיפול חישול מתאים, נחושת טהורה יכולה להחזיר מוליכות גבוהה גם לאחר עבודה קרה. שילוב זה של מוליכות חשמלית גבוהה, מוליכות תרמית גבוהה, משיכות טובה ויכולת עיבוד מעניקים לנחושת טהורה יתרון תחרותי ייחודי.
בשל תכונות מעולות אלה, נעשה שימוש נרחב בנחושת טהורה בכבלי חשמל, פסי רשת, פיתולי מנוע, שנאים, גנרטורים, מחברים חשמליים, מסגרות מובילות של מעגלים משולבים, גופי קירור ורכיבים שונים לניהול תרמי.
לסיכום, לנחושת טהורה יש מוליכות חשמלית מצוינת קרוב ל-100% IACS ומוליכות תרמית גבוהה במיוחד של 380-401 W/m·K, מה שהופך אותו לחומר המועדף ביישומים הדורשים הולכה יעילה של חשמל או חום.
