Kupfer 110 vs 101: Vollständiger technischer Vergleich

1. Einführung

Kupfer bleibt ein Eckpfeiler der modernen Technik, dafür gefeiert außergewöhnliche elektrische und thermische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, und Formbarkeit.

Unter handelsüblich reinem Kupfer, Kupfer 110 (C11000, ETP) Und Kupfer 101 (C10100, WER) sind zwei weit verbreitete Sorten, jeweils für spezifische Anwendungen optimiert.

Beide bieten eine hervorragende Leitfähigkeit und Formbarkeit, ihre Unterschiede in der Reinheit, Sauerstoffgehalt, Mikrostruktur, und ihre Eignung für Vakuum- oder Hochzuverlässigkeitsanwendungen machen die Wahl zwischen ihnen für Ingenieure von entscheidender Bedeutung, Designer, und Materialspezialisten.

Dieser Artikel bietet eine ausführliche Beschreibung, technischer Vergleich dieser beiden Kupfersorten, unterstützt durch Immobiliendaten und Anwendungshinweise.

2. Standards & Nomenklatur

Kupfer 110 (C11000) wird allgemein als bezeichnet Cu-ETP (Elektrolytisches Tough-Pitch-Kupfer).

Es ist unter UNS C11000 und der EN-Bezeichnung Cu-ETP genormt (CW004A). C11000 wird in großem Umfang in verschiedenen Produktformen, einschließlich Draht, hergestellt und geliefert, Stange, Blatt, und Teller, Dies macht es zu einer vielseitigen Wahl für allgemeine elektrische und industrielle Anwendungen.

Kupfer 101 (C10100), auf der anderen Seite, ist bekannt als Mit-OFE (Sauerstofffreies elektronisches Kupfer).

Es handelt sich um hochreines Kupfer mit extrem niedrigem Sauerstoffgehalt, genormt nach UNS C10100 und EN Cu-OFE (CW009A).

C10100 wurde speziell verfeinert, um Sauerstoff- und Oxideinschlüsse zu beseitigen, was es ideal macht für Vakuum, hohe Zuverlässigkeit, und Elektronenstrahlanwendungen.

Die Angabe der UNS- oder EN-Bezeichnung zusammen mit der Produktform und -temperatur ist entscheidend, um sicherzustellen, dass das Material die erforderlichen Leistungsmerkmale erfüllt.

3. Chemische Zusammensetzung und mikrostrukturelle Unterschiede

Die chemische Zusammensetzung von Kupfer beeinflusst direkt seine Reinheit, elektrische und thermische Leitfähigkeit, mechanisches Verhalten, und Eignung für spezielle Anwendungen.

Während beide Kupfer 110 (C11000, ETP) und Kupfer 101 (C10100, WER) werden als hochreine Kupfersorten klassifiziert, Ihre Mikrostrukturen und der Gehalt an Spurenelementen unterscheiden sich erheblich, Beeinträchtigung der Leistung in kritischen Anwendungen.

4. Physikalische Eigenschaften: Kupfer 110 vs 101

Physikalische Eigenschaften wie z Dichte, Schmelzpunkt, Wärmeleitfähigkeit, und elektrische Leitfähigkeit sind grundlegend für technische Berechnungen, Design, und Materialauswahl.

Kupfer 110 (C11000, ETP) und Kupfer 101 (C10100, WER) weisen sehr ähnliche Masseneigenschaften auf, da beide im Wesentlichen aus reinem Kupfer bestehen, Allerdings können geringfügige Unterschiede in Reinheit und Sauerstoffgehalt die Leistung bei speziellen Anwendungen leicht beeinträchtigen.

5. Mechanische Eigenschaften und Temperatur-/Zustandseffekte

Die mechanische Leistung von Kupfer hängt stark davon ab Verarbeitungstemperatur, einschließlich Glühen und Kaltumformung.

Kupfer 101 (C10100, WER) allgemein angeboten Höhere Festigkeit bei Kaltumformung aufgrund seiner ultrahohen Reinheit und oxidfreien Mikrostruktur,

wohingegen Kupfer 110 (C11000, ETP) Exponate überlegene Formbarkeit und Duktilität, Damit eignet es sich gut für umformintensive Anwendungen wie Tiefziehen oder Stanzen.

Mechanische Eigenschaften nach Temperierung (Typische Werte, ASTM B152)

Wichtige Erkenntnisse:

• Geglüht (O) Temperament: Beide Sorten sind weich und sehr duktil. Höhere Dehnung des C11000 (50–65 %) macht es ideal für Tiefziehen, Stempeln, und Herstellung elektrischer Kontakte.
• Kalt gearbeitet (H04/H08) Temperament: Die hohe Reinheit von C10100 ermöglicht eine gleichmäßigere Kaltverfestigung, ergebend Zugfestigkeit 30–40 % höher als C11000 im H08-Zustand.
  Dadurch ist es geeignet für tragende oder präzise Bauteile, einschließlich supraleitender Spulenwicklungen oder hochzuverlässiger Steckverbinder.
• Brinellhärte: Steigt bei Kaltumformung proportional an. C10100 erreicht aufgrund seiner Reinheit bei gleicher Härte eine höhere Härte, oxidfreie Mikrostruktur.

6. Herstellung und Fabrikationsverhalten

Kupfer 110 (C11000, ETP) und Kupfer 101 (C10100, WER) verhalten sich in vielen Herstellungsvorgängen ähnlich, da beide im Wesentlichen aus reinem Kupfer bestehen, aber die Unterschied in Sauerstoff und Spurenverunreinigungen erzeugt beim Formen sinnvolle praktische Kontraste, Bearbeiten und Fügen.

Umformen und Kaltumformen

• Duktilität und Biegsamkeit:

• • Geglühtes Material (O Temperament): Beide Sorten sind sehr duktil und eignen sich für enge Biegungen, Tiefziehen und starkes Umformen.
    Geglühtes Kupfer verträgt typischerweise sehr kleine Innenbiegeradien (In vielen Fällen liegt sie nahe bei 0,5–1,0 × Blechdicke), Dadurch eignet es sich hervorragend zum Stanzen und für kompliziert geformte Teile.
  • Kaltverformte Gemüter (H04, H08, usw.): Mit steigendem Temperament steigt die Festigkeit und die Duktilität sinkt; Mindestbiegeradien müssen entsprechend vergrößert werden.
    Konstrukteure sollten die Biegeradien und Kehlen auf der Grundlage der Härte und der beabsichtigten Spannungsentlastung nach dem Formen dimensionieren.

• Kaltverfestigung & Ziehbarkeit:

• • C10100 (WER) neigt aufgrund seiner oxidfreien Mikrostruktur dazu, bei der Kaltumformung gleichmäßiger auszuhärten; Dies führt zu einer höheren erreichbaren Festigkeit bei H-Vergütungen und kann für Teile vorteilhaft sein, die nach dem Ziehen eine höhere mechanische Leistung erfordern.
  • C11000 (ETP) ist bei fortschreitenden Zieh- und Stanzvorgängen äußerst tolerant, da Oxidstringer diskontinuierlich sind und die Umformung bei kommerziellen Dehnungsniveaus normalerweise nicht unterbrechen.

• Glühen und Erholung:

• • Rekristallisation denn Kupfer tritt im Vergleich zu vielen Legierungen bei relativ niedrigen Temperaturen auf; je nach vorheriger Kaltarbeit, Der Beginn der Rekristallisation kann innerhalb etwa 10 Minuten beginnen 150–400 ° C..
  • Industrielle Vollglühpraxis Verwendet üblicherweise Temperaturen in der 400–650 ° C. Reichweite (Zeit und Atmosphäre werden so gewählt, dass Oxidation oder Oberflächenkontamination vermieden werden).
    OFE-Teile, die für den Vakuumeinsatz vorgesehen sind, können in inerten oder reduzierenden Atmosphären geglüht werden, um die Oberflächenreinheit zu bewahren.

Extrusion, Walzen und Drahtziehen

• Drahtziehen: C11000 ist der Industriestandard für die Massenproduktion von Drähten und Leitern, da es hervorragende Ziehfähigkeit mit stabiler Leitfähigkeit kombiniert.
  C10100 kann auch auf feine Stärken gezogen werden, wird jedoch ausgewählt, wenn nachgeschaltete Vakuumleistung oder ultrareine Oberflächen erforderlich sind.
• Extrusion & rollt: Beide Qualitäten lassen sich gut extrudieren und rollen. Aufgrund der Abwesenheit von Oxideinschlüssen ist die Oberflächenqualität von OFE bei hochpräzisen Walzprodukten typischerweise besser; Dies kann interdendritische Risse oder Mikronarben bei anspruchsvollen Oberflächenbeschaffenheiten reduzieren.

Bearbeitung

• Allgemeines Verhalten: Kupfer ist relativ weich, wärmeleitend und duktil; es neigt dazu, kontinuierlich zu produzieren, Gummichips, wenn die Parameter nicht optimiert sind.
  Die Bearbeitbarkeit von C11000 und C10100 ist in der Praxis ähnlich.
• Werkzeuge und Parameter: Verwenden Sie scharfe Schneidkanten, starre Befestigung, Werkzeuge mit positivem Rake (Je nach Volumen Hartmetall oder Schnellarbeitsstahl), kontrollierte Vorschübe und Tiefen, und ausreichend Kühlung/Bündigkeit, um Kaltverfestigung und Aufbauschneidenbildung zu vermeiden.
  Für lange, kontinuierliche Schnitte, Spanbrecher und intermittierende Schnittstrategien werden empfohlen.
• Oberflächengüte und Gratkontrolle: OFE-Material erreicht bei der Präzisionsmikrobearbeitung aufgrund weniger Mikroeinschlüsse oft eine geringfügig bessere Oberflächengüte.

Fügen – Löten, Löschen, Schweißen, Diffusionsbindung

• Löten: Beide Qualitäten lassen sich nach ordnungsgemäßer Reinigung leicht löten.
  Weil C11000 Spuren von Sauerstoff und Oxidfilmen enthält, Typischerweise werden Standard-Kolophonium oder mild aktive Flussmittel verwendet; Eine gründliche Reinigung vor dem Löten verbessert die Zuverlässigkeit der Verbindung.
  Die sauberere Oberfläche von OFE kann den Flussmittelbedarf in einigen kontrollierten Prozessen reduzieren.
• Löschen: Löttemperaturen (>450 °C) kann Oxidschichten freilegen; C11000-Löten erfordern im Allgemeinen geeignete Flussmittel oder kontrollierte Atmosphären.
  Für Vakuumlöten oder flussmittelfreies Hartlöten, C10100 wird stark bevorzugt, da sein vernachlässigbarer Oxidgehalt eine Oxidverdampfung und Kontamination der Vakuumumgebung verhindert.
• Lichtbogenschweißen (Tig/ich) und Widerstandsschweißen: Beide Qualitäten können mit Standard-Kupferschweißverfahren geschweißt werden (hoher Strom, Vorwärmen für dicke Abschnitte, und Schutzgas).
  OFE bietet sauberere Schweißbäder und weniger oxidbedingte Defekte, Dies ist bei kritischen elektrischen Verbindungen von Vorteil.
• Elektronenstrahl- und Laserschweißen: Diese energiegeladenen, Kontaminationsarme Methoden werden häufig in Vakuum- oder Präzisionsanwendungen eingesetzt.
  C10100 ist das Material der Wahl hier, weil der niedrige Gehalt an Verunreinigungen und Sauerstoff die Verdampfung von Verunreinigungen minimiert und die Gelenkintegrität verbessert.
• Diffusionsbindung: Für Vakuum- und Luft- und Raumfahrtbaugruppen, Die Sauberkeit und die nahezu einphasige Mikrostruktur von OFE machen es bei Festkörper-Bonding-Prozessen vorhersehbarer.

Oberflächenvorbereitung, Reinigung und Handhabung

• Für C11000, entfettend, Die mechanische/chemische Entfernung von Oxiden und die ordnungsgemäße Anwendung von Flussmitteln sind normale Voraussetzungen für hochwertige Verbindungen.
• Für C10100, Für den Einsatz von Staubsaugern ist eine strenge Sauberkeitskontrolle erforderlich: Umgang mit Handschuhen, Vermeidung von Kohlenwasserstoffen, Ultraschall-Lösungsmittelreinigung, und Reinraumverpackung sind gängige Praktiken.
  Vakuumausheizen (z.B., 100–200 °C je nach Zustand) wird häufig zur Entfernung adsorbierter Gase vor dem UHV-Einsatz verwendet.

7. Korrosion, Vakuumleistung und Wasserstoff-/Sauerstoffeffekte

Diese drei miteinander verbundenen Themen – Korrosionsbeständigkeit, Vakuumverhalten (Ausgasung und Schadstoffverdampfung), und Wechselwirkungen mit Wasserstoff/Sauerstoff – sind, wo Kupfer 110 und Kupfer 101 unterscheiden sich am meisten in der funktionellen Leistung.

Korrosionsverhalten (atmosphärisch und galvanisch)

• Allgemeine atmosphärische Korrosion: Beide Typen bilden einen stabilen Oberflächenfilm (Patina) Dies begrenzt die weitere Korrosion unter normalen Innen- und vielen Außenumgebungen.
  Reines Kupfer widersteht allgemeiner Korrosion viel besser als viele aktive Metalle.
• Lokale Korrosion und Umgebungen: In chloridreichen Umgebungen (Marine, Auftausalze), Kupfer kann einem beschleunigten Angriff ausgesetzt sein, wenn Spalten oder Ablagerungen vorhanden sind, die die Bildung lokaler elektrochemischer Zellen ermöglichen.
  Entwerfen Sie, um Spaltgeometrien zu vermeiden und eine Entwässerung/Inspektion zu ermöglichen.
• Galvanische Kopplung: Kupfer ist im Vergleich zu vielen Strukturmetallen relativ edel.
  Bei elektrischer Kopplung mit weniger edlen Metallen (z.B., Aluminium, Magnesium, einige Stähle), das unedlere Metall korrodiert bevorzugt.
  Praktische Gestaltungsregeln: Vermeiden Sie direkten Kontakt mit aktiven Metallen, Isolieren Sie Verbindungen aus ungleichen Metallen, oder bei Bedarf Korrosionsschutzmittel/Beschichtungen verwenden.

Vakuumleistung (Ausgasung, Verdampfung und Sauberkeit)

• Warum Vakuumleistung wichtig ist: Im Ultrahochvakuum (UHV) Systeme, Selbst flüchtige Verunreinigungen oder Oxideinschlüsse im ppm-Bereich können zu Verunreinigungen führen,
  Basisdruck erhöhen, oder Filme auf empfindlichen Oberflächen ablegen (optische Spiegel, Halbleiterwafer, Elektronenoptik).
• C11000 (ETP): Spuren von Sauerstoff und Oxidstringer können dazu führen erhöhte Ausgasung und mögliche Verdampfung von Oxidpartikeln bei erhöhten Temperaturen im Vakuum.
  Für viele Niedervakuum- oder Grobvakuumanwendungen ist dies akzeptabel, aber UHV-Benutzer müssen vorsichtig sein.
• C10100 (WER): Sein extrem niedriger Sauerstoff- und Verunreinigungsgehalt führt dazu deutlich geringere Ausgasungsraten, reduzierte Partialdrücke kondensierbarer Spezies während des Ausheizens, und weitaus geringeres Kontaminationsrisiko bei Einwirkung von Elektronenstrahlen oder Hochtemperaturvakuum.
  Für Ausheizzyklen und Restgasanalyse (RGA) Stabilität, In praktischen Systemen ist OFE in der Regel deutlich besser als ETP.
• Best Practices für den Vakuumeinsatz: Vakuumreinigung, Lösungsmittelentfettung, Ultraschallbäder, Reinraummontage, und kontrolliertes Ausheizen sind Pflicht.
  Geben Sie OFE für Komponenten an, die direkt UHV oder Elektronen-/Ionenstrahlen ausgesetzt sind.

Wasserstoff, Sauerstoffwechselwirkungen und Versprödungsrisiken

• Wasserstoffverspräche: Kupfer ist nicht sind ebenso anfällig für Wasserstoffversprödung wie Stähle;
  Typische Kupferlegierungen versagen nicht aufgrund der klassischen wasserstoffinduzierten Rissmechanismen, die bei hochfesten Stählen auftreten.
• Wasserstoff/Sauerstoff-Chemie: Jedoch, unter reduzierende Atmosphären mit hoher Temperatur (Wasserstoff oder Formiergas bei erhöhter Temperatur),
  Kupfer, das Sauerstoff oder bestimmte Desoxidationsmittelrückstände enthält, kann Oberflächenreaktionen eingehen (Wasserbildung, Oxidreduktion) Dies kann die Oberflächenmorphologie verändern oder die Porosität in Hartloten fördern.
  Der niedrige Sauerstoffgehalt von OFE mildert diese Bedenken.
• Serviceüberlegungen: im Wasserstoffbetrieb bei hohen Temperaturen oder in Prozessen, bei denen Wasserstoff vorhanden ist (z.B., bestimmte Glühungen oder chemische Verarbeitung), Geben Sie OFE an, wenn Oberflächenchemie und Dimensionsstabilität entscheidend sind.

8. Typische industrielle Anwendungen

C11000 (ETP):

• Stromverteilungsschienen, Kabel, und Anschlüsse
• Transformatoren, Motoren, Schaltanlage
• Architekturkupfer und allgemeine Fertigung

C10100 (WER):

• Vakuumkammern und Ultrahochvakuumgeräte
• Elektronenstrahl, RF, und Mikrowellenkomponenten
• Halbleiterherstellung und kryogene Leiter
• Hochzuverlässige Laborinstrumente

Zusammenfassung: C11000 ist für den allgemeinen elektrischen und mechanischen Einsatz geeignet, wohingegen C10100 erforderlich ist, wenn Vakuumstabilität, minimale Verunreinigungen, oder ultrareine Verarbeitung sind unerlässlich.

9. Kosten & Verfügbarkeit

• C11000: Das ist der Standard, Großvolumiges Kupferprodukt.
  Das ist im Allgemeinen der Fall weniger teuer und in größerem Umfang von Mühlen und Händlern auf Lager gehalten, Dies macht es zur Standardwahl für Massenproduktions- und budgetkritische Anwendungen.
• C10100: Trägt ein Premium -Preis aufgrund zusätzlicher Veredelungsschritte, besondere Handhabungsanforderungen, und kleinere Produktionsmengen.
  Es ist verfügbar, aber normalerweise nur in begrenzte Produktformen (Barren, Teller, Bettwäsche in ausgewählten Härtegraden) und erfordert oft längere Vorlaufzeiten.
  Für hochvolumige Komponenten, bei denen Kosteneffizienz von entscheidender Bedeutung ist, Normalerweise wird C11000 angegeben.
  Umgekehrt, für Nischenanwendungen wie Vakuum oder hochreine elektronische Komponenten, Die Leistungsvorteile des C10100 rechtfertigen die höheren Kosten.

10. Umfassender Vergleich: Kupfer 110 vs 101

12. Abschluss

C11000 und C10100 sind beide hochleitfähige Kupferlegierungen, die für ein breites Anwendungsspektrum geeignet sind.

Der Hauptunterschied liegt darin Sauerstoffgehalt und Verunreinigungsgrad, die das Vakuumverhalten beeinflussen, Beitritt, und hochzuverlässige Anwendungen.

C11000 ist kostengünstig und vielseitig, Damit ist es der Standard für die meisten elektrischen und mechanischen Anwendungen.

C10100, mit ultrahoher Reinheit, ist reserviert für Vakuum, Elektronenstrahl, kryogen, und hochzuverlässige Systeme wo eine oxidfreie Mikrostruktur unerlässlich ist.

Die Materialauswahl sollte Priorität haben funktionale Anforderungen über nominale Eigentumsunterschiede.

 

FAQs

Ist C10100 elektrisch deutlich besser als C11000?

NEIN. Der Unterschied in der elektrischen Leitfähigkeit ist gering (~100 % vs 101% IACS). Der Hauptvorteil ist extrem niedriger Sauerstoffgehalt, Dies kommt Vakuum- und Hochzuverlässigkeitsanwendungen zugute.

Kann C11000 in Vakuumgeräten verwendet werden??

Ja, Sein Spurensauerstoff kann jedoch unter Ultrahochvakuumbedingungen ausgasen oder Oxide bilden. Für strenge Vakuumanwendungen, C10100 wird bevorzugt.

Welcher Grad ist Standard für die Stromverteilung??

C11000 ist der Industriestandard für Sammelschienen, Anschlüsse, und allgemeine elektrische Verteilung aufgrund seiner Leitfähigkeit, Formbarkeit, und Kosteneffizienz.

Wie sollte OFE-Kupfer für die Beschaffung spezifiziert werden??

Enthält die Bezeichnung UNS C10100 oder Cu-OFE, Sauerstoffgrenzwerte, minimale Leitfähigkeit, Produktform, und Temperament. Fordern Sie Analysezertifikate für die Reinheit von Spurensauerstoff und Kupfer an.

Gibt es Zwischenkupfergehalte zwischen ETP und OFE??

Ja. Es gibt phosphordesoxidiertes Kupfer und Varianten mit hoher Leitfähigkeit, Entwickelt für verbesserte Lötbarkeit oder reduzierte Wasserstoffwechselwirkung. Die Auswahl sollte den Bewerbungsanforderungen entsprechen.