نحاس 110 مقابل 101: المقارنة الفنية الكاملة

1. مقدمة

نحاس يبقى حجر الزاوية في الهندسة الحديثة, احتفل به الموصلية الكهربائية والحرارية استثنائية, مقاومة التآكل, والمرونة.

بين النحاس النقي تجاريا, نحاس 110 (C11000, إي تي بي) و نحاس 101 (C10100, من) هما درجتان مستخدمتان على نطاق واسع, تم تحسين كل منها لتطبيقات محددة.

بينما يقدم كلاهما الموصلية المتميزة وقابلية التشكيل, اختلافهم في الطهارة, محتوى الأكسجين, البنية المجهرية, وملاءمتها لتطبيقات الفراغ أو التطبيقات ذات الموثوقية العالية تجعل الاختيار بينهما أمرًا بالغ الأهمية للمهندسين, المصممين, ومتخصصي المواد.

توفر هذه المقالة نظرة متعمقة, المقارنة الفنية لهاتين الدرجات النحاسية, مدعومة ببيانات الملكية وإرشادات التطبيق.

2. المعايير & التسميات

نحاس 110 (C11000) يشار إليه عادة باسم النحاس-ETP (كهربائيا صعبة الملعب النحاس).

تم توحيده تحت UNS C11000 وتسمية EN Cu-ETP (CW004A). يتم تصنيع C11000 على نطاق واسع وتوريده في أشكال منتجات مختلفة بما في ذلك الأسلاك, عصا, ملزمة, ولوحة, مما يجعلها خيارًا متعدد الاستخدامات للتطبيقات الكهربائية والصناعية العامة.

نحاس 101 (C10100), على الجانب الآخر, ومن المعروف باسم مع-OFE (النحاس الإلكتروني الخالي من الأكسجين).

إنه نحاس فائق النقاء مع نسبة منخفضة للغاية من الأكسجين, موحدة تحت UNS C10100 وEN Cu-OFE (CW009A).

تم تكرير C10100 خصيصًا للتخلص من شوائب الأكسجين والأكسيد, مما يجعلها مثالية ل مكنسة, موثوقية عالية, وتطبيقات شعاع الإلكترون.

يعد تحديد تسمية UNS أو EN إلى جانب شكل المنتج وحالته أمرًا بالغ الأهمية لضمان تلبية المادة لخصائص الأداء المطلوبة.

3. التركيب الكيميائي والاختلافات المجهرية

التركيب الكيميائي للنحاس يؤثر بشكل مباشر عليه نقاء, الموصلية الكهربائية والحرارية, السلوك الميكانيكي, وملاءمتها للتطبيقات المتخصصة.

في حين أن كلا من النحاس 110 (C11000, إي تي بي) والنحاس 101 (C10100, من) تصنف على أنها نحاسات عالية النقاء, تختلف بنيتها المجهرية ومحتوى العناصر النزرة بشكل كبير, التأثير على الأداء في التطبيقات الهامة.

4. الخصائص الفيزيائية: نحاس 110 مقابل 101

الخصائص الفيزيائية مثل كثافة, نقطة الانصهار, الموصلية الحرارية, والتوصيل الكهربائي تعتبر أساسية في الحسابات الهندسية, تصميم, واختيار المواد.

نحاس 110 (C11000, إي تي بي) والنحاس 101 (C10100, من) يشتركان في خصائص مجمعة متشابهة جدًا لأن كلاهما عبارة عن نحاس نقي بشكل أساسي, لكن الاختلافات الطفيفة في النقاء ومحتوى الأكسجين يمكن أن تؤثر بشكل طفيف على الأداء في التطبيقات المتخصصة.

5. الخواص الميكانيكية وتأثيرات المزاج/الحالة

الأداء الميكانيكي للنحاس يعتمد بقوة على معالجة المزاج, بما في ذلك الصلب والعمل البارد.

نحاس 101 (C10100, من) العروض عموما قوة أعلى في ظروف العمل البارد بسبب نقائه العالي للغاية وبنيته المجهرية الخالية من الأكسيد,

بينما النحاس 110 (C11000, إي تي بي) المعارض القابلية للتشكيل متفوقة والليونة, مما يجعلها مناسبة تمامًا للتطبيقات كثيفة التشكيل مثل الرسم العميق أو الختم.

الخواص الميكانيكية حسب المزاج (القيم النموذجية, أستم B152)

رؤى رئيسية:

• صلب (يا) حِدّة: كلا الصفين ناعمان وقابلان للسحب للغاية. استطالة أعلى لـ C11000 (50-65%) يجعلها مثالية ل رسم عميق, ختم, وتصنيع الاتصال الكهربائي.
• عمل بارد (H04/H08) حِدّة: تتيح النقاء الفائق لـ C10100 إمكانية تصلب العمل بشكل أكثر اتساقًا, مما أدى إلى قوة الشد أعلى بنسبة 30-40% من C11000 في مزاج H08.
  وهذا يجعلها مناسبة ل الحاملة أو المكونات الدقيقة, بما في ذلك اللفات فائقة التوصيل أو الموصلات عالية الموثوقية.
• صلابة برينل: يزيد بشكل متناسب مع العمل البارد. يحقق C10100 صلابة أعلى لنفس المزاج بسبب نظافته, بنية مجهرية خالية من الأكسيد.

6. سلوك التصنيع والتصنيع

نحاس 110 (C11000, إي تي بي) والنحاس 101 (C10100, من) تتصرف بشكل مماثل في العديد من عمليات التصنيع لأن كلاهما مصنوع من النحاس النقي بشكل أساسي, لكن الفرق في الأكسجين والشوائب النزرة ينتج تناقضات عملية ذات معنى أثناء التشكيل, بالقطع والانضمام.

التشكيل والعمل البارد

• ليونة والقدرة على الانحناء:

• • مادة صلبه (يا مزاج): كلا الصفين مرنان للغاية ويقبلان الانحناءات الضيقة, الرسم العميق والتشكيل الشديد.
    يمكن للنحاس الملدن أن يتحمل عادةً أنصاف أقطار صغيرة جدًا من الانحناء الداخلي (ما يقرب من 0.5-1.0 × سمك الورقة في كثير من الحالات), مما يجعلها ممتازة لختم الأجزاء ذات الأشكال المعقدة.
  • المزاج البارد (ح04, ح08, إلخ.): ترتفع القوة وتنخفض الليونة مع زيادة المزاج; يجب زيادة نصف قطر الانحناء الأدنى وفقًا لذلك.
    يجب على المصممين تحديد حجم نصف قطر الانحناء والشرائح بناءً على الحالة المزاجية وتخفيف الضغط المقصود بعد التشكيل.

• تصلب العمل & قابلية السحب:

• • C10100 (من) يميل إلى التصلب بشكل أكثر انتظامًا أثناء العمل البارد بسبب بنيته المجهرية الخالية من الأكسيد; ينتج عن ذلك قوة أعلى يمكن تحقيقها في درجات حرارة H ويمكن أن تكون مفيدة للأجزاء التي تتطلب أداء ميكانيكيًا أعلى بعد السحب.
  • C11000 (إي تي بي) متسامح للغاية بالنسبة لعمليات السحب والختم التقدمية نظرًا لأن المراسلين الأكسيديين متقطعين وعادةً لا يقطعون التشكيل عند مستويات الضغط التجاري.

• الصلب والانتعاش:

• • إعادة التبلور لأن النحاس يتواجد عند درجات حرارة منخفضة نسبياً مقارنة بالعديد من السبائك; اعتمادا على العمل البارد السابق, قد تبدأ بداية إعادة التبلور تقريبًا 150-400 درجة مئوية.
  • الممارسة الصناعية الكاملة يصلب يستخدم عادة درجات الحرارة في 400-650 درجة مئوية يتراوح (تم اختيار الوقت والجو لتجنب الأكسدة أو تلوث السطح).
    قد يتم تلدين أجزاء OFE المخصصة للاستخدام بالفراغ في أجواء خاملة أو مختزلة للحفاظ على نظافة السطح.

البثق, المتداول ورسم الأسلاك

• رسم الأسلاك: C11000 هو معيار الصناعة لإنتاج الأسلاك والموصلات بكميات كبيرة لأنه يجمع بين قابلية السحب الممتازة والتوصيل المستقر.
  يمكن أيضًا سحب C10100 إلى المقاييس الدقيقة ولكن يتم اختياره عند الحاجة إلى أداء تفريغ نهائي أو أسطح فائقة النظافة.
• البثق & المتداول: كلا الدرجات تنبثق وتتدحرج بشكل جيد. عادةً ما تكون جودة سطح OFE متفوقة على المنتجات المدرفلة عالية الدقة بسبب عدم وجود شوائب الأكسيد; وهذا يمكن أن يقلل من التمزق بين التشعبات أو الحفر الصغيرة في التشطيبات السطحية الصعبة.

بالقطع

• السلوك العام: النحاس ناعم نسبيًا, موصلة حراريا وقابلة للسحب; يميل إلى الإنتاج المستمر, رقائق صمغية إذا لم يتم تحسين المعلمات.
  تتشابه إمكانية التصنيع لـ C11000 وC10100 من الناحية العملية.
• الأدوات والمعلمات: استخدم حواف القطع الحادة, تركيبات جامدة, أدوات أشعل النار الإيجابية (كربيد أو فولاذ عالي السرعة حسب الحجم), الأعلاف والأعماق التي تسيطر عليها, وتبريد / تدفق وافر لتجنب تصلب العمل والحافة المتراكمة.
  للتقطيع المستمر الطويل, يوصى باستخدام قواطع الرقائق واستراتيجيات القطع المتقطعة.
• الانتهاء من السطح والتحكم في لدغ: غالبًا ما تحقق مادة OFE تشطيبًا سطحيًا أفضل بشكل هامشي في المعالجة الدقيقة الدقيقة نظرًا لوجود عدد أقل من الشوائب الدقيقة.

الانضمام - لحام, النحومة, لحام, رابطة الانتشار

• لحام: يتم لحام كلا الصفين بسهولة بعد التنظيف المناسب.
  لأن C11000 يحتوي على أغشية أكسجين وأكسيد ضئيلة, عادةً ما يتم استخدام الصنوبري القياسي أو التدفقات النشطة بشكل معتدل; التنظيف الشامل قبل اللحام يحسن موثوقية المفصل.
  يمكن للسطح الأنظف لـ OFE أن يقلل من متطلبات التدفق في بعض العمليات الخاضعة للرقابة.
• النحومة: درجات حرارة اللحام (>450 درجة مئوية) يمكن أن يعرض أفلام الأكسيد; يتطلب اللحام بالنحاس C11000 عمومًا تدفقات مناسبة أو أجواء خاضعة للرقابة.
  ل لحام فراغ أو اللحام بدون تدفق, يفضل بشدة C10100, حيث أن محتواه الضئيل من الأكسيد يمنع تبخر الأكسيد وتلوث بيئة الفراغ.
• اللحام بالقوس (تيغ/أنا) واللحام بالمقاومة: يمكن لحام كلا الصفين باستخدام ممارسات لحام النحاس القياسية (تيار عالي, التسخين المسبق للأقسام السميكة, والتدريع الغاز الخامل).
  تقدم OFE حمامات لحام أنظف وعدد أقل من العيوب المرتبطة بالأكسيد, وهو مفيد في المفاصل الكهربائية الحرجة.
• شعاع الإلكترون واللحام بالليزر: هذه الطاقة العالية, تُستخدم طرق التلوث المنخفض بشكل شائع في التطبيقات الفراغية أو الدقيقة.
  C10100 هي المادة المفضلة هنا لأن انخفاض مستويات الشوائب والأكسجين فيه يقلل من الملوثات المتبخرة ويحسن سلامة المفاصل.
• الترابط الانتشاري: لتجميعات الفراغ والفضاء, إن نظافة OFE والبنية المجهرية شبه أحادية الطور تجعلها أكثر قابلية للتنبؤ بها في عمليات ربط الحالة الصلبة.

تحضير السطح, التنظيف والتعامل

• ل C11000, إزالة الشحوم, تعد إزالة الأكسيد الميكانيكي/الكيميائي وتطبيق التدفق المناسب من المتطلبات الأساسية العادية للوصلات عالية الجودة.
• ل C10100, مطلوب رقابة صارمة على النظافة لاستخدام الفراغ: التعامل مع القفازات, تجنب الهيدروكربونات, تنظيف المذيبات بالموجات فوق الصوتية, وتغليف غرف الأبحاث من الممارسات الشائعة.
  خبز بالمكنسة الكهربائية (على سبيل المثال, 100-200 درجة مئوية حسب الحالة) غالبًا ما يستخدم لإزالة الغازات الممتزة قبل خدمة UHV.

7. تآكل, أداء الفراغ وتأثيرات الهيدروجين/الأكسجين

هذه المواضيع الثلاثة المترابطة هي مقاومة التآكل, سلوك الفراغ (إطلاق الغازات وتبخير الملوثات), والتفاعلات مع الهيدروجين/الأكسجين - حيث يوجد النحاس 110 والنحاس 101 تتباعد أكثر في الأداء الوظيفي.

سلوك التآكل (الغلاف الجوي والكلفاني)

• التآكل الجوي العام: كلا الصفين يشكلان طبقة سطحية مستقرة (الزنجار) مما يحد من المزيد من التآكل في البيئات الداخلية العادية والعديد من البيئات الخارجية.
  يقاوم النحاس النقي التآكل العام بشكل أفضل بكثير من العديد من المعادن النشطة.
• التآكل المحلي والبيئات: في البيئات الغنية بالكلوريد (البحرية, أملاح إزالة الجليد), يمكن أن يتعرض النحاس لهجوم متسارع في حالة وجود شقوق أو رواسب تسمح بتكوين خلايا كهروكيميائية موضعية.
  تصميم لتجنب هندسة الشقوق والسماح بالصرف/التفتيش.
• اقتران كلفاني: يعتبر النحاس نبيلًا نسبيًا مقارنة بالعديد من المعادن الهيكلية.
  عندما يقترن كهربائيا بمعادن أقل نبلا (على سبيل المثال, الألومنيوم, المغنيسيوم, بعض الفولاذ), سوف يتآكل المعدن الأقل نبلاً بشكل تفضيلي.
  قواعد التصميم العملي: تجنب الاتصال المباشر مع المعادن النشطة, عزل المفاصل المعدنية المتباينة, أو استخدم بدل التآكل / الطلاءات عند الحاجة.

أداء الفراغ (إطلاق الغازات, التبخير والنظافة)

• لماذا يهم أداء الفراغ: في فراغ عالي جدًا (الفائق) الأنظمة, حتى مستويات جزء في المليون من الشوائب المتطايرة أو شوائب الأكسيد يمكن أن تسبب التلوث,
  زيادة الضغط الأساسي, أو إيداع الأفلام على الأسطح الحساسة (مرايا بصرية, رقائق أشباه الموصلات, البصريات الإلكترونية).
• C11000 (إي تي بي): يمكن أن يؤدي تتبع الأوكسجين والأكسيد إلى زيادة إطلاق الغازات والتبخر المحتمل لجزيئات الأكسيد عند درجات حرارة مرتفعة في الفراغ.
  بالنسبة للعديد من تطبيقات الفراغ المنخفض أو الفراغ الخشن، يعد هذا أمرًا مقبولًا, ولكن يجب على مستخدمي UHV توخي الحذر.
• C10100 (من): يؤدي محتواه المنخفض للغاية من الأكسجين والشوائب إلى انخفاض معدلات إطلاق الغازات بشكل ملحوظ, انخفاض الضغوط الجزئية للأنواع القابلة للتكثيف أثناء الخبز, ومخاطر التلوث أقل بكثير في ظل التعرض لشعاع الإلكترون أو التعرض لدرجات حرارة عالية في الفراغ.
  لدورات الخبز وتحليل الغاز المتبقي (RGA) استقرار, يتفوق OFE عادةً على ETP بفارق كبير في الأنظمة العملية.
• أفضل الممارسات لاستخدام الفراغ: تنظيف بالفراغ, الشحوم المذيبة, حمامات بالموجات فوق الصوتية, تجميع غرف الأبحاث, والخبز الخاضع للرقابة إلزامي.
  حدد OFE للمكونات المعرضة مباشرة لـ UHV أو لحزم الإلكترون/الأيون.

هيدروجين, تفاعلات الأكسجين ومخاطر التقصف

• تحضرة الهيدروجين: النحاس هو لا عرضة للتقصف الهيدروجيني بنفس الطريقة التي يتعرض بها الفولاذ;
  لا تفشل سبائك النحاس النموذجية من خلال آليات التكسير الكلاسيكية المستحثة بالهيدروجين والتي تظهر في الفولاذ عالي القوة.
• كيمياء الهيدروجين/الأكسجين: لكن, تحت أجواء خفض درجات الحرارة العالية (الهيدروجين أو تكوين الغاز عند درجة حرارة مرتفعة),
  يمكن للنحاس الذي يحتوي على الأكسجين أو بعض بقايا مزيل الأكسدة أن يخضع لتفاعلات سطحية (تكوين الماء, تخفيض الأكسيد) التي قد تغير شكل السطح أو تعزز المسامية في النحاس.
  محتوى الأكسجين المنخفض في OFE يخفف من هذه المخاوف.
• اعتبارات الخدمة: في خدمة الهيدروجين عند درجة حرارة عالية أو في العمليات التي يوجد فيها الهيدروجين (على سبيل المثال, بعض الصلبان أو المعالجة الكيميائية), حدد OFE إذا كانت كيمياء السطح واستقرار الأبعاد أمرًا بالغ الأهمية.

8. التطبيقات الصناعية النموذجية

C11000 (إي تي بي):

• قضبان توزيع الطاقة, الكابلات, والموصلات
• محولات, المحركات, المفاتيح الكهربائية
• النحاس المعماري والتصنيع العام

C10100 (من):

• غرف فراغ ومعدات فراغ عالية للغاية
• شعاع الإلكترون, الترددات اللاسلكية, ومكونات الميكروويف
• تصنيع أشباه الموصلات والموصلات المبردة
• أدوات مخبرية عالية الموثوقية

ملخص: C11000 مناسب للاستخدام الكهربائي والميكانيكي العام, بينما C10100 مطلوب عندما استقرار الفراغ, الحد الأدنى من الشوائب, أو معالجة فائقة النظافة ضرورية.

9. يكلف & توافر

• C11000: هذا هو المعيار, منتج النحاس بكميات كبيرة.
  هو عموما أقل تكلفة ويتم تخزينها على نطاق أوسع من قبل المطاحن والموزعين, مما يجعله الخيار الافتراضي للإنتاج الضخم والتطبيقات الحساسة للميزانية.
• C10100: يحمل أ سعر قسط بسبب خطوات التكرير الإضافية, متطلبات التعامل الخاصة, وأحجام إنتاج أصغر.
  إنه متاح, ولكن عادة فقط في أشكال المنتجات المحدودة (الحانات, لوحات, أوراق في مزاج مختارة) وغالبا ما يتطلب أوقات الرصاص أطول.
  بالنسبة للمكونات ذات الحجم الكبير حيث تعد كفاءة التكلفة أمرًا بالغ الأهمية, عادة ما يتم تحديد C11000.
  على العكس من ذلك, ل التطبيقات المتخصصة مثل الفراغ أو المكونات الإلكترونية عالية النقاء, فوائد الأداء لـ C10100 تبرر التكلفة الأعلى.

10. مقارنة شاملة: نحاس 110 مقابل 101

12. خاتمة

يعتبر كل من C11000 وC10100 من النحاسات عالية التوصيل ومناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات.

الفرق الأساسي يكمن في محتوى الأكسجين ومستوى الشوائب, التي تؤثر على سلوك الفراغ, الانضمام, والتطبيقات ذات الموثوقية العالية.

C11000 فعال من حيث التكلفة ومتعدد الاستخدامات, مما يجعلها المعيار لمعظم التطبيقات الكهربائية والميكانيكية.

C10100, بنقاء فائق, محجوز ل مكنسة, شعاع الإلكترون, مبردة, وأنظمة عالية الموثوقية حيث تكون البنية المجهرية الخالية من الأكسيد ضرورية.

ينبغي إعطاء الأولوية لاختيار المواد المتطلبات الوظيفية على اختلافات الملكية الاسمية.

 

الأسئلة الشائعة

هل C10100 أفضل كهربائيًا بكثير من C11000?

لا. فرق التوصيل الكهربائي بسيط (~100% مقابل 101% IACS). الميزة الأساسية هي محتوى الأكسجين منخفض للغاية, مما يفيد تطبيقات الفراغ والموثوقية العالية.

هل يمكن استخدام C11000 في معدات التفريغ?

نعم, لكن الأكسجين النزر قد يخرج الغازات أو يشكل أكاسيدًا في ظل ظروف فراغ عالية جدًا. لتطبيقات فراغ صارمة, يفضل C10100.

ما هو الصف القياسي لتوزيع الطاقة?

C11000 هو معيار الصناعة لقضبان التوصيل, الموصلات, والتوزيع الكهربائي العام بسبب موصليته, القابلية للتشكيل, وكفاءة التكلفة.

كيف ينبغي تحديد النحاس OFE للشراء?

يتضمن تعيين UNS C10100 أو Cu-OFE, حدود الأكسجين, الحد الأدنى من الموصلية, شكل المنتج, والمزاج. طلب شهادات تحليل لنقاء الأكسجين والنحاس.

هل توجد درجات نحاس متوسطة بين ETP وOFE?

نعم. توجد نحاسات منزوعة الأكسدة من الفوسفور ومتغيرات الموصلية العالية, مصممة لتحسين قابلية اللحام أو تقليل تفاعل الهيدروجين. يجب أن يتوافق الاختيار مع متطلبات التطبيق.