無氧銅(英語:Oxygen-free copper)是純度高、含氧量和其他雜質都極少的銅,有純度高、導電、導熱性好的特點,有極好的塑性和韌性,化學活性不大。
無氧銅按含氧量和雜質含量分為TU00號無氧銅、TU1號無氧銅、TU2號無氧銅、TU3號無氧銅;按晶體結構分為多結晶銅、大結晶銅、單晶銅。
無氧銅的冷變形率為50%的無氧銅材料的抗拉強度為372兆帕,延伸率為3%,經700℃退火后的抗拉強度為220兆帕,延伸率為43%;導電導熱性高,導電率高達102%IACS,在700℃退火30分鐘后導電率可達到101.5%IACS。它的化學活性不大,在低于185℃時,無氧銅不與干空氣和氧發生反應。
無氧銅主要應用于電子工業、航天工業等領域。電子工業中常制成無氧銅板、無氧銅帶、無氧銅線等銅材,同時也用于波導管、諧振器、真空管、超導體基材等。
主要分類
含氧量和雜質含量分類
無氧銅按含氧量和雜質含量可以分四種,分別是TU00號無氧銅、TU1號無氧銅、TU2號無氧銅、TU3號無氧銅。
TU00號無氧銅純度達99.99%,氧含量不大于0.005%,雜質總含量不大于0.01%。
TU1號無氧銅純度達99.97%,氧含量不大于0.001%,雜質總含量不大于0.03%。
TU2號無氧銅純度達99.95%,氧含量不大于0.002%,雜質總含量不大于0.05%。
TU3號無氧銅純度達99.95%,氧含量不大于0.001%,雜質總含量不大于0.05%。
按晶體結構分類
無氧銅按晶體結構分類,分為多結晶銅、大結晶銅(1C-OFC)、單晶銅(OCC)。其中大結晶銅即線形結晶無氧銅(LC-OFC),純度在99.995%以上;單晶銅(OCC)純度最高,在99.996%以上,又分為PC-OCC和UP-OCC等類型。
主要特性
無氧銅具有純度高、導電、導熱性好的特點,且具有極好的塑性和韌性,化學活性不大。
塑性和韌性
冷變形率為50%的無氧銅材料的抗拉強度為372兆帕,延伸率為3%,經700℃退火后的抗拉強度為220兆帕,延伸率為43%;導電導熱性高,導電率高達102%IACS,在700℃退火30分鐘后導電率可達到101.5%IACS。
化學活性
無氧銅化學活性不大,在低于185℃時,無氧銅不與干空氣和氧發生反應。在存在濕氣和二氧化碳氣體的條件下,可在其表面生成綠色堿式碳酸銅[Cu2(OH)2CO3],在空氣中加熱會發生表面氧化,低于375℃時會形成黑色的氧化銅,而在375~1000℃范圍內,會形成不致密的銅氧化物,外層是黑色的氧化銅,而內層是紅色的氧化亞銅,從而形成從黑到紅的梯度色調。在高溫下,銅與氨氣不會發生反應,因而氨氣廣泛應用于對無氧銅熱處理的保護氣氛。無氧銅無氫脆現象,這是由于氫氣在致密銅中的溶解度不大,在400℃時,1千克銅中可溶解0.6毫克氫氣,而在高溫下,氫以很大的速度在銅中擴散,遇到銅的氧化物(如Cu?O)并將其還原;在150℃時,銅的氧化物與氫氣開始反應被還原,產生大量的水蒸氣(其數量比例于銅的含氧量),且水汽壓力很大,不溶于銅,不能通過晶粒滲出,只能從晶界處放出,進一步提高溫度,有氧銅會明顯產生開裂、氣泡和斑點,即氫脆,而無氧銅氧含量極少,因此不會發生氫脆現象。無氧銅在大氣、純凈淡水、流速不大的海水中均耐腐蝕。
制備方法
生產無氧銅主要有兩種方法,分別為真空爐熔煉技術和工頻感應爐熔煉技術。
真空爐熔煉技術
真空爐熔煉技術,在真空條件下,采用中頻無芯感應爐熔煉,生產的無氧銅純度高,氧含量低于0.0005%,氫含量低于0.0001%~0.0003%。真空熔煉是熔煉高品質無氧銅的最好選擇,不僅可以使氧含量大大降低,同時也可以使氫以及某些其他雜質元素的含量亦同時大大降低。
工頻感應爐熔煉技術
工頻感應爐熔煉技術,為了不使熔體被污染,無氧銅熔煉一般不采用任何添加劑的方式熔煉和精煉,熔池表面覆蓋木炭以及所形成的還原性氣氛;先將優質陰極銅在預熱爐內干燥、預熱,然后依次加入專門設計的密封臥式工頻感應爐中熔煉和保溫,經立式連鑄機鑄造成鑄錠,含氧量可達0.0002%。
應用領域
電子工業
無氧銅制品主要用于電子工業,常制成無氧銅板、無氧銅帶、無氧銅線等銅材,如波導管、諧振器、真空管、超導體基材、玻璃與金屬的封接件、電子管引線和陰極、銅母線等。含銀無氧銅有較高的抗高溫軟化性能,適合用作在較高溫度環境中工作的電器導體。
航天工業
在航天器用大功率微波真空器件中,大多數行波管采用鎢、鉬窄帶制作慢波螺旋線,并采用氧化鈹陶瓷夾持桿夾持固定的慢波結構。和鎢鉬材料比較,無氧銅良好的電導率能夠很好地降低器件在工作時的高頻損耗,其良好的電阻率大大減少了高頻段的損耗,也減少了熱量的產生。同時,由于無氧銅良好的熱導率,在制作螺旋結構時,鎢鉬螺旋線帶材都是采用氧化鈹陶瓷夾持桿夾持固定,器件工作時產生的熱量通過與氧化鈹夾持桿的接觸面傳遞,而采用無氧銅窄帶時,則采用焊接工藝,把無氧銅窄帶與氧化鈹陶瓷夾持桿焊接結合。
與純銅的區別
成分不同
純銅:顧名思義就是含銅量高的銅,由于顏色紫紅又稱紫銅,主成分為銅加銀,含量為99.5~99.95%;首要雜質元素:磷、鉍、銻、砷 、鐵、鎳、鉛、錫、硫、鋅、氧等;用于制做導電器件、高檔銅合金、銅基合金。
無氧銅:不含氧也不含任何脫氧劑殘留物的純銅。但實際上還是含有非常微量氧和一些雜質。按標準規則,氧的含量不大于0.005%,雜質總含量不大于0.05%,銅的純度大于99.95%。
分類不同
純銅:(T1、T2、T3)、無氧銅(無氧銅、銀無氧銅、鋯無氧銅和彌散無氧銅)、磷脫氧銅、添加少數合金元素的特種銅(砷銅、碲銅、銀銅、硫銅和鋯銅)四類。
無氧銅:嚴格區分,無氧銅應分為普通無氧銅和高純無氧銅。普通無氧銅可以在工頻有鐵心感應電爐中進行熔煉,高純無氧銅的熔煉則應該在真空感應電爐中進行。
用處不同
純銅的用處要比鐵規模廣得多,每年有很多的銅用于電氣工業生產之中。純銅首要用于制作發電機﹑母線﹑電纜﹑開關設備﹑變壓器等電工器件和熱交換器﹑管道﹑太陽能加熱設備的平板集熱器等導熱器件。
無氧銅在電子工業中得到廣泛應用,在真空電子器件中,無氧銅已居該領域中七大結構資料中用量之首。
參考資料 >
無氧銅.中國大百科全書.2024-12-20
純銅和無氧銅有什么區別?.沈陽有色金屬加工有限公司.2024-12-24