Введение

Чистая медь, не содержащая кислорода в кристаллической решетке.

Медь без кислорода (OFC) или медь высокой теплопроводности без кислорода (OFHC) – это группа деформируемых высокопроводящих медных сплавов, прошедших электролитическую очистку для снижения содержания кислорода до 0,001% или ниже. Медь без кислорода – это высококачественная марка меди с высоким уровнем электропроводности и практически полным отсутствием кислорода. Содержание кислорода в меди влияет на её электрические свойства и может снижать проводимость.

Спецификация

Медь высокой чистоты обычно специфицируется в соответствии с базой данных ASTM/UNS. База данных UNS включает множество различных составов высокопроводящей электротехнической меди. Из них три широко используются, а два считаются бескислородными:
C10100 – также известный как бескислородная электронная (OFE). Это медь с чистотой 99,99% и содержанием кислорода 0,0005%. Она достигает минимальной проводимости 101% IACS. Эта медь подвергается окончательной обработке в тщательно контролируемой бескислородной среде. Серебро (Ag) считается примесью в химической спецификации OFE. Это также самый дорогой из трех марок, перечисленных здесь.
C10200 – также известный как бескислородная (OF). Хотя OF считается бескислородной, ее показатель проводимости не выше, чем у более распространенной марки ETP, указанной ниже. Она имеет содержание кислорода 0,001%, чистоту 99,95% и минимальную проводимость 100% IACS. В целях определения процентного содержания чистоты содержание серебра (Ag) засчитывается как медь (Cu).
C11000 – также известный как электролитическая твердая медь (ETP). Это самая распространенная медь. Она широко используется в электротехнических применениях. ETP имеет минимальный показатель проводимости 100% IACS и должна быть не менее 99,9% чистой. Она имеет содержание кислорода от 0,02% до 0,04% (типичное). Большая часть ETP, продаваемой сегодня, соответствует или превышает спецификацию 101% IACS. Как и в случае с медью OF, содержание серебра (Ag) засчитывается как медь (Cu) в целях определения чистоты.

Высокая теплопроводность без кислорода

Медь с высокой теплопроводностью, не содержащая кислорода (OFHC), широко используется в криогенной технике. OFHC производится путем прямого переплава отобранных очищенных катодов и отливок в строго контролируемых условиях, чтобы предотвратить загрязнение чистой меди, свободной от кислорода, в процессе обработки. Метод производства меди OFHC обеспечивает получение металла особо высокой чистоты с содержанием меди 99,99%. Благодаря столь незначительному содержанию примесей, присущие свойства элементарной меди проявляются в максимальной степени. На практике содержание кислорода обычно составляет от 0,001 до 0,003% при общем максимальном уровне примесей 0,03%. К этим характеристикам относятся высокая пластичность, высокая электрическая и тепловая проводимость, высокая ударная вязкость, хорошая стойкость к ползучести, легкость сварки и низкая относительная летучесть в условиях сверхвысокого вакуума.

Стандарты

Проводимость обычно указывается относительно Международного стандарта на отпущенную медь 1913 года, равного 5,8 С/м. Достижения в процессе рафинирования позволяют получать медь ОФ и ЭТП, которая может соответствовать или превышать 101% этого стандарта. (Ультрачистая медь имеет проводимость 5,865 С/м, что составляет 102,75% IACS.) Следует отметить, что медь ОФ и ЭТП имеют идентичные требования к проводимости. Кислород играет положительную роль в повышении проводимости меди. В процессе плавки меди кислород намеренно добавляется в расплав для удаления примесей, которые в противном случае снизили бы проводимость. Существуют передовые методы рафинирования, такие как процесс Чохральского, позволяющие достичь уровней примесей ниже спецификации C10100 за счет уменьшения плотности зерна меди. На данный момент классификаций UNS/ASTM для этих специальных медных сплавов не существует, и данные о проводимости IACS для этих сплавов не являются общедоступными.

Промышленные применения

Для промышленных применений медь высокой чистоты, не содержащая кислорода, ценится больше за её химическую чистоту, чем за электрическую проводимость. Медь марок OF/OFE используется в процессах плазменного напыления (распыления), включая производство полупроводников и сверхпроводящих компонентов, а также в других приборах для создания сверхвысокого вакуума, таких как ускорители частиц. В любом из этих применений выделение кислорода или других примесей может вызывать нежелательные химические реакции с другими материалами в окружающей среде.

Использование в домашнем аудио

Промышленность высококачественных акустических кабелей рекламирует бескислородную медь как обладающую повышенной проводимостью или другими электрическими свойствами, которые, как утверждается, благоприятны для передачи аудиосигнала. Однако спецификации проводимости для обычной C11000 (ETP) и более дорогой C10200 бескислородной (OF) меди идентичны; и даже гораздо более дорогая C10100 имеет лишь на один процент более высокую проводимость, что несущественно для аудиоприложений. Медные сплавы, содержащие кислород в качестве примеси (в форме остаточных оксидов, присутствующих в металлической матрице), могут становиться хрупкими при воздействии горячего водорода. Водород диффундирует сквозь медь и реагирует с включениями Cu2O, образуя H2O (воду), которая затем формирует пузырьки водяного пара под давлением на границах зерен. Этот процесс может приводить к отталкиванию зерен друг от друга и известен как паровое охрупчивание (поскольку образуется пар, а не из-за воздействия пара). Бескислородная медь (CuOFP) была выбрана в качестве коррозионностойкого материала для внешней оболочки отработанного ядерного топлива в концепции KBS 3, разработанной в Швеции и Финляндии для захоронения высокоактивных радиоактивных отходов в кристаллических горных породах.