1. 介绍
铜 仍然是现代工程的基石, 因其而闻名 优异的导电性和导热性, 耐腐蚀性, 和延展性.
商业纯铜中, 铜 110 (C11000, ETP) 和 铜 101 (C10100, WHO) 是两个广泛使用的牌号, 每个都针对特定应用进行了优化.
虽然两者都具有出色的导电性和成型性, 他们的纯度差异, 氧含量, 微观结构, 以及对真空或高可靠性应用的适用性使得它们之间的选择对于工程师来说至关重要, 设计师, 和材料专家.
这篇文章提供了深入的, 这两种铜牌号的技术比较, 有属性数据和应用指南支持.
2. 标准 & 命名法
铜 110 (C11000) 通常被称为 铜-ETP (电解性螺距铜).
它按照 UNS C11000 和 EN 名称 Cu-ETP 进行标准化 (CW004A). C11000 以各种产品形式广泛制造和供应，包括线材, 杆, 床单, 和盘子, 使其成为通用电气和工业应用的多功能选择.
铜 101 (C10100), 另一方面, 被称为 与-OFE (无氧电子铜).
它是含氧量极低的超纯铜, 根据 UNS C10100 和 EN Cu-OFE 进行标准化 (CW009A).
C10100 经过专门精炼，可消除氧和氧化物夹杂物, 这使得它非常适合 真空, 高可靠性, 和电子束应用.
指定 UNS 或 EN 名称以及产品形状和回火对于确保材料满足所需的性能特征至关重要.
3. 化学成分和微观结构差异
铜的化学成分直接影响其 纯度, 导电性, 机械行为, 以及对特殊应用的适用性.
虽然两者都是铜 110 (C11000, ETP) 和铜 101 (C10100, WHO) 被归类为高纯铜, 其微观结构和微量元素含量差异显着, 影响关键应用程序的性能.
| 元素 / 特征 | C11000 (ETP) | C10100 (WHO) | 笔记 |
| 铜 (铜) | ≥ 99.90% | ≥ 99.99% | OFE具有超高纯度, 有利于真空和电子应用 |
| 氧 (o) | 0.02–0.04 重量% | ≤ 0.0005 wt％ | ETP 中的氧形成氧化物夹杂物; OFE 本质上是无氧的 |
| 银 (Ag) | ≤ 0.03% | ≤ 0.01% | 微量杂质, 对财产影响较小 |
| 磷 (p) | ≤ 0.04% | ≤ 0.005% | OFE 中的磷含量较低，可降低脆化和氧化物形成的风险 |
4. 物理特性: 铜 110 vs 101
物理特性如 密度, 熔点, 导热率, 和电导率 是工程计算的基础, 设计, 和材料选择.
铜 110 (C11000, ETP) 和铜 101 (C10100, WHO) 具有非常相似的体积特性，因为两者本质上都是纯铜, 但纯度和氧含量的微小差异可能会轻微影响特殊应用中的性能.
| 财产 | 铜 110 (C11000, ETP) | 铜 101 (C10100, WHO) | 笔记 / 含义 |
| 密度 | 8.96 g/cm³ | 8.96 g/cm³ | 完全相同的; 适用于结构和导体的重量计算. |
| 熔点 | 1083–1085°C | 1083–1085°C | 两个等级的熔化温度几乎相同; 铸造或钎焊的加工参数是等效的. |
| 电导率 | 〜100 % IACS | 〜101 % IACS | 由于氧和杂质含量超低，OFE 的电导率略高; 与高精度或高电流应用相关. |
| 导热率 | 390–395 W·m⁻1·K⁻1 | 395–400 W·m⁻1·K⁻1 | OFE略高, 提高热管理或真空应用中的传热效率. |
| 比热容量 | ~0.385 J/g·K | ~0.385 J/g·K | 两者都一样; 对于热建模有用. |
| 热膨胀系数 | ~16.5 × 10⁻⁶ /K | ~16.5 × 10⁻⁶ /K | 差异可以忽略不计; 对于接头和复合材料设计很重要. |
| 电阻率 | ～1.72μΩ·cm | ～1.68μΩ·cm | C10100 的电阻率较低，有助于提高超灵敏电路的性能. |
5. 机械性能和状态/条件影响
铜的机械性能很大程度上取决于 加工状态, 包括退火和冷加工.
铜 101 (C10100, WHO) 一般提供 冷加工条件下强度更高 由于其超高纯度和无氧化物微观结构,
而铜 110 (C11000, ETP) 展览 优越的成型性 和延性, 使其非常适合成形密集型应用，例如深拉或冲压.
回火机械性能 (典型值, ASTM B152)
| 财产 | 脾气 | 铜 101 (C10100) | 铜 110 (C11000) | 测试方法 |
| 抗拉强度 (MPA) | 退火 (o) | 220–250 | 150–210 | 哮喘E8/E8M |
| 抗拉强度 (MPA) | 冷工 (H04) | 300–330 | 240–270 | 哮喘E8/E8M |
| 抗拉强度 (MPA) | 冷工 (H08) | 340–370 | 260–290 | 哮喘E8/E8M |
| 产生强度, 0.2% 抵消 (MPA) | 退火 (o) | 60–80 | 33–60 | 哮喘E8/E8M |
| 产生强度, 0.2% 抵消 (MPA) | 冷工 (H04) | 180–200 | 150–180 | 哮喘E8/E8M |
| 产生强度, 0.2% 抵消 (MPA) | 冷工 (H08) | 250–280 | 200–230 | 哮喘E8/E8M |
| 休息时伸长 (%) | 退火 (o) | 45–60 | 50–65 | 哮喘E8/E8M |
| 休息时伸长 (%) | 冷工 (H04) | 10–15 | 15–20 | 哮喘E8/E8M |
| Brinell硬度 (HBW, 500 公斤) | 退火 (o) | 40–50 | 35–45 | ASTM E10 |
| Brinell硬度 (HBW, 500 公斤) | 冷工 (H04) | 80–90 | 70–80 | ASTM E10 |
关键见解:
- 退火 (o) 脾气: 两种材质均柔软且具有高延展性. C11000更高的伸长率 (50–65%) 使其非常适合 深图, 冲压, 和电接触制造.
- 冷工 (H04/H08) 脾气: C10100 的超高纯度可实现更均匀的加工硬化, 导致 H08 状态下的抗拉强度比 C11000 高 30–40%.
这使得它适合于 承重或精密部件, 包括超导线圈绕组或高可靠性连接器. - Brinell硬度: 随着冷加工成比例增加. C10100 由于其清洁性，在相同回火状态下可实现更高的硬度, 无氧化物微观结构.
6. 制造和制造行为
铜 110 (C11000, ETP) 和铜 101 (C10100, WHO) 在许多制造操作中表现相似，因为两者本质上都是纯铜, 但是 氧和微量杂质的差异 在成型过程中产生有意义的实际对比, 机械加工和连接.
成型和冷加工
- 延展性和弯曲性:
-
- 退火材料 (O脾气): 两种牌号都具有高延展性并可接受小弯曲, 拉深和严酷成形.
退火铜通常可以承受非常小的内弯曲半径 (在许多情况下接近 0.5–1.0 × 板材厚度), 使其非常适合冲压和复杂形状的零件. - 冷加工状态 (H04, H08, ETC。): 随着回火的增加，强度上升，延展性下降; 最小弯曲半径必须相应增加.
设计人员应根据回火和预期的成型后应力消除来确定弯曲半径和圆角的尺寸.
- 退火材料 (O脾气): 两种牌号都具有高延展性并可接受小弯曲, 拉深和严酷成形.
- 加工硬化 & 可拉伸性:
-
- C10100 (WHO) 由于其无氧化物微观结构，在冷加工过程中往往会更均匀地硬化; 这可以在 H 回火中产生更高的强度，并且对于拉拔后需要更高机械性能的零件来说是有利的.
- C11000 (ETP) 对于渐进拉伸和冲压操作非常宽容，因为氧化物纵梁是不连续的，并且通常不会在商业应变水平下中断成型.
- 退火和恢复:
-
- 再结晶 与许多合金相比，铜发生在相对较低的温度下; 取决于之前的冷加工, 再结晶开始可能大约在 150–400°C.
- 工业全退火实践 通常使用的温度 400–650°C 范围 (选择时间和气氛以避免氧化或表面污染).
用于真空用途的 OFE 零件可在惰性或还原性气氛中进行退火，以保持表面清洁度.
挤压, 轧制和拉丝
- 拉丝: C11000 是大批量电线和导体生产的行业标准，因为它结合了出色的可拉伸性和稳定的导电性.
C10100 也可拉伸至细规格，但在需要下游真空性能或超洁净表面时选择. - 挤压 & 滚动: 两个等级的挤出和滚动效果都很好. 由于不存在氧化物夹杂物，OFE 的表面质量通常优于高精度轧制产品; 这可以减少要求表面光洁度的枝晶间撕裂或微坑.
加工
- 一般行为: 铜比较软, 导热性和延展性; 它往往会产生连续的, 如果参数未优化，则会出现软糖碎片.
C11000 和 C10100 的切削加工性在实践中类似. - 工具和参数: 使用锋利的切削刃, 刚性夹具, 正倾角工具 (硬质合金或高速钢取决于体积), 控制进给和深度, 和充分的冷却/冲洗以避免加工硬化和积屑瘤.
用于长时间连续切割, 推荐断屑槽和断续切削策略. - 表面光洁度和毛刺控制: 由于微观夹杂物较少，OFE 材料在精密微加工中通常能获得稍好的表面光洁度.
连接——焊接, 钎焊, 焊接, 扩散接合
- 焊接: 适当清洁后，两种等级都可以轻松焊接.
由于C11000含有微量氧和氧化膜, 通常使用标准松香或温和活性助焊剂; 焊接前彻底清洁可提高接头可靠性.
OFE 更清洁的表面可以减少某些受控过程中的助焊剂需求. - 钎焊: 钎焊温度 (>450 °C) 可以暴露氧化膜; C11000 钎焊通常需要适当的焊剂或受控气氛.
为了 真空钎焊 或无焊剂钎焊, 强烈优选 C10100, 因为其氧化物含量可忽略不计，可防止氧化物蒸发和真空环境污染. - 电弧焊 (tig/我) 和电阻焊: 两种等级都可以使用标准铜焊接实践进行焊接 (高电流, 厚截面预热, 和惰性气体保护).
OFE 提供更清洁的焊池和更少的氧化物相关缺陷, 这对于关键电气接头来说是有利的. - 电子束和激光焊接: 这些高能, 低污染方法通常用于真空或精密应用.
C10100 是首选材料 这是因为其杂质和氧气含量较低，可最大程度地减少汽化污染物并提高接头完整性. - 扩散接合: 用于真空和航空航天组件, OFE 的清洁度和近单相微观结构使其在固态键合工艺中更具可预测性.
表面准备, 清洁和处理
- 为了 C11000, 恶化, 机械/化学氧化物去除和适当的助焊剂应用是高质量连接的正常先决条件.
- 为了 C10100, 真空使用需要严格的清洁度控制: 戴手套处理, 避免碳氢化合物, 超声波溶剂清洗, 和洁净室包装是常见做法.
真空烘烤 (例如。, 100–200 °C 取决于条件) 通常用于在 UHV 运行之前去除吸附的气体.
7. 腐蚀, 真空性能和氢/氧效应
这三个相互关联的主题——耐腐蚀, 真空行为 (排气和污染物蒸发), 以及与氢/氧的相互作用——铜 110 和铜 101 功能表现差异最大.
腐蚀行为 (大气和电流)
- 一般大气腐蚀: 两种牌号均形成稳定的表面膜 (铜绿) 限制正常室内和许多室外环境下的进一步腐蚀.
纯铜比许多活性金属更能抵抗一般腐蚀. - 局部腐蚀和环境: 在富含氯化物的环境中 (海军陆战队, 除冰盐), 如果存在裂缝或沉积物导致局部电化学电池形成，铜可能会受到加速侵蚀.
设计时应避免缝隙几何形状并允许排水/检查. - 电流耦合: 与许多结构金属相比，铜相对高贵.
当与稀有金属电耦合时 (例如。, 铝, 镁, 一些钢材), 较不贵重的金属会优先腐蚀.
实用设计规则: 避免直接接触活性金属, 异种金属接头的绝缘, 或在需要时使用腐蚀余量/涂层.
真空性能 (放气, 汽化和清洁度)
- 为什么真空性能很重要: 在超高真空中 (特高压) 系统, 即使 ppm 级的挥发性杂质或氧化物夹杂物也会造成污染,
增加基础压力, 或在敏感表面沉积薄膜 (光学镜, 半导体晶圆, 电子光学). - C11000 (ETP): 微量氧气和氧化物纵梁会导致 排气增加 以及在真空中高温下氧化物颗粒的潜在蒸发.
对于许多低真空或粗真空应用来说，这是可以接受的, 但特高压用户必须谨慎. - C10100 (WHO): 其超低的氧和杂质含量导致 显着降低排气率, 烘烤过程中降低可凝结物质的分压, 电子束或高温真空暴露下的污染风险要小得多.
用于烘烤循环和残余气体分析 (RGA) 稳定, 在实际系统中，OFE 通常大幅优于 ETP. - 真空使用的最佳实践: 真空级清洁, 溶剂脱脂, 超声波浴, 洁净室装配, 和受控烘烤是强制性的.
为直接暴露于 UHV 或电子/离子束的组件指定 OFE.
氢, 氧相互作用和脆化风险
- 氢的含氢: 铜是 不是 与钢一样容易发生氢脆;
典型的铜合金不会因高强度钢中常见的经典氢致开裂机制而失效. - 氢/氧化学: 然而, 在下面 高温还原气氛 (氢气或高温下的合成气体),
含有氧或某些脱氧剂残留物的铜会发生表面反应 (水的形成, 氧化物还原) 可能会改变表面形态或促进钎焊的孔隙率.
OFE 的低氧含量缓解了这些担忧. - 服务注意事项: 在高温下的氢气服务中或在存在氢气的过程中 (例如。, 某些退火或化学处理), 如果表面化学和尺寸稳定性至关重要，请指定 OFE.
8. 典型工业应用
C11000 (ETP):
- 配电母线, 电缆, 和连接器
- 变形金刚, 电动机, 开关设备
- 建筑铜和一般制造
C10100 (WHO):
- 真空室和超高真空设备
- 电子束, RF, 和微波组件
- 半导体制造和低温导体
- 高可靠性实验室仪器
概括: C11000适合一般电气和机械用途, 而 C10100 是必需的，当 真空稳定性, 杂质极少, 或超净处理 是必不可少的.
9. 成本 & 可用性
- C11000: 这是标准, 大批量铜产品.
一般是 便宜 工厂和经销商更广泛库存, 使其成为批量生产和预算敏感型应用的默认选择. - C10100: 携带一个 高级价格 由于额外的精炼步骤, 特殊处理要求, 和较小的产量.
可用, 但通常仅在 产品形式有限 (酒吧, 盘子, 选定状态的板材) 并且经常需要 交货时间更长.
对于成本效益至关重要的大批量组件, 通常指定C11000.
反过来, 为了 利基应用 例如真空或高纯度电子元件, C10100 的性能优势证明较高的成本是合理的.
10. 综合比较: 铜 110 vs 101
| 特征 | 铜 110 (C11000, ETP) | 铜 101 (C10100, WHO) | 实际含义 |
| 铜纯度 | ≥ 99.90% | ≥ 99.99% | OFE 铜具有超高纯度, 对于真空至关重要, 高可靠性, 和电子束应用. |
| 含氧量 | 0.02–0.04 重量% | ≤ 0.0005 wt％ | C11000 中的氧气形成氧化物纵梁; C10100 的近零氧可防止与氧化物相关的缺陷. |
| 电导率 | 〜100 % IACS | 〜101 % IACS | OFE 提供略高的电导率, 与精密电气系统相关. |
| 导热率 | 390–395 W·m⁻1·K⁻1 | 395–400 W·m⁻1·K⁻1 | 细微差别; OFE 对于热敏感或高精度应用稍好一些. |
| 机械性能 (退火) | 拉伸 150–210 MPa, 伸长率 50–65% | 拉伸 220–250 MPa, 伸长率 45–60% | C11000成型性更强; C10100 在退火或冷加工状态下更强. |
| 机械性能 (冷加工H08) | 拉伸 260–290 MPa, 伸长率 10–15% | 拉伸 340–370 MPa, 伸长率 10–15% | C10100 凭借超洁净的微观结构而受益于更高的加工硬化. |
制造/成型 |
优异的冲压成形性, 弯曲, 绘画 | 出色的表现性, 优异的加工硬化和尺寸稳定性 | C11000 适合大批量制造; C10100 精密部件或高可靠性部件的首选. |
| 加入 (钎焊/焊接) | 助焊剂辅助钎焊; 标准焊接 | 无焊剂钎焊, 更清洁的焊缝, 电子束或真空焊接的首选 | OFE 对于真空或高纯度应用至关重要. |
| 真空度/清洁度 | 适用于低/中真空 | 特高压所需, 最少的排气 | OFE 选择用于超高真空或污染敏感环境. |
| 低温性能 | 好的 | 出色的; 稳定的晶粒结构, 最小的热膨胀变化 | OFE 是超导或低温仪器的首选. |
| 成本 & 可用性 | 低的, 库存广泛, 多种形式 | 优质的, 有限的形式, 交货时间更长 | 对成本敏感的选择 C11000, 大批量应用; C10100 高纯度, 专门的应用程序. |
| 工业应用 | 母线, 接线, 连接器, 钣金, 一般制造 | 真空室, 电子束元件, 高可靠性电气路径, 低温系统 | 将等级与操作环境和性能要求相匹配. |
12. 结论
C11000 和 C10100 都是高导电铜，适用于广泛的应用.
主要区别在于 氧含量和杂质水平, 影响真空行为, 加入, 和高可靠性应用.
C11000 经济高效且用途广泛, 使其成为大多数电气和机械应用的标准.
C10100, 具有超高纯度, 保留用于 真空, 电子束, 低温, 和高可靠性系统 无氧化物微观结构至关重要.
材料选择应优先考虑 功能需求 超过名义财产差异.
常见问题解答
C10100 的电气性能明显优于 C11000?
不. 电导率差异较小 (~100% 对比 101% IACS). 主要优点是 超低氧含量, 这有利于真空和高可靠性应用.
C11000可以用于真空设备吗?
是的, 但其微量氧在超高真空条件下可能会放气或形成氧化物. 适用于严格的真空应用, 优选C10100.
配电标准是哪个等级?
C11000是母线排的行业标准, 连接器, 和由于其导电性而产生的一般电气分布, 形成性, 和成本效率.
OFE铜应如何指定采购?
包括 UNS C10100 或 Cu-OFE 名称, 氧气限制, 最小电导率, 产品形态, 和脾气. 索取痕量氧和铜纯度的分析证书.
是否有介于 ETP 和 OFE 之间的中间铜牌号?
是的. 存在磷脱氧铜和高电导率变体, 专为提高可焊性或减少氢相互作用而设计. 选择应符合应用要求.
