اثرات ناخالصی ها بر روی مس رسانایی بالا

مس با رسانایی بالا معمولاً به مسی اطلاق می شود که رسانایی الکتریکی آن کمتر از 100٪ IACS (استاندارد بین المللی مس آنیل شده) نباشد. برای برآوردن این نیاز، کنترل دقیق ترکیب شیمیایی ضروری است.

اول، خلوص مس پایه باید به اندازه کافی بالا باشد. برای مس با رسانایی بالا استاندارد، کسر جرمی مس باید حداقل 99.90٪ باشد. برای کاربردهای الکترونیکی و الکتریکی با دقت بالا، خلوص اغلب بالاتر از 99.95٪ یا حتی به 99.99٪ است. خلوص بالاتر مس، پراکندگی الکترون ناشی از ناخالصی ها و نقص شبکه را کاهش می دهد و در نتیجه رسانایی را بهبود می بخشد.

دوم، محتوای عناصر ناخالص مضر باید به شدت محدود شود. ناخالصی های رایج مانند فسفر، آهن، گوگرد، اکسیژن، سرب، بیسموت، آنتیموان، آرسنیک و نیکل به طور قابل توجهی هدایت الکتریکی را کاهش می دهند.

فسفر کمتر یا مساوی 0.005%

آهن کمتر یا مساوی 0.005٪

گوگرد کمتر یا مساوی 0.005%

اکسیژن کمتر یا مساوی 0.02% (برای مس حامل اکسیژن) یا کمتر برای مس آزاد اکسیژن-

مجموع ناخالصی‌های غیر مس-کمتر یا مساوی 0.05%–0.10%

مس بدون اکسیژن (OFC) بیشتر اکسیژن را کمتر از 0.001% کنترل می‌کند تا از شکنندگی و از دست دادن رسانایی در طول پردازش در دمای بالا جلوگیری کند.

در مس خالص، محتوای مس بالاتر هدایت الکتریکی و حرارتی را بهبود می بخشد، اما همیشه برای همه کاربردها بهتر نیست.

در محدوده معینی، افزایش خلوص مس باعث کاهش پراکندگی ناخالصی و بهبود قابل توجهی رسانایی می شود. با این حال، خلوص بیش از حد بالا مشکلاتی را به همراه دارد:

هزینه به شدت افزایش می‌یابد زیرا تصفیه فوق{0} بالا نیازمند فرآیندهای پیچیده‌ای مانند پالایش الکترولیتی و ذوب در خلاء است.

استحکام مکانیکی کاهش می یابد زیرا مس خالص بسیار نرم است و سختی و مقاومت در برابر سایش پایینی دارد.

در برخی موارد، عناصر مفید کمیاب (مانند مقادیر کمی نقره یا کادمیوم در غلظت های کنترل شده) می توانند استحکام و مقاومت نرم کنندگی را بدون آسیب رساندن جدی به رسانایی بهبود بخشند.

بنابراین، خلوص مس باید بر اساس نیاز واقعی انتخاب شود. برای مثال، اجزای الکتریکی معمولی از خلوص 99.90% تا 99.95% استفاده می‌کنند، در حالی که سیگنال‌های فرکانس بالا و دستگاه‌های فوق دقیق-به %99.99 یا بالاتر نیاز دارند.

تقریباً تمام عناصر ناخالص در محلول جامد یا رسوب، هدایت الکتریکی مس خالص را کاهش می دهند.

ناخالصی های محلول (فسفر، آهن، نیکل، آرسنیک، آنتیموان، بیسموت) شبکه مسی را منحرف می کند و الکترون ها را به شدت پراکنده می کند و منجر به افت شدید رسانایی می شود. حتی 0.01٪ فسفر می تواند باعث از دست دادن آشکار هدایت شود.

ناخالصی های نامحلول یا ضعیف محلول (سرب، گوگرد) ذرات فاز دوم- را در مرزهای دانه تشکیل می دهند که باعث افزایش پراکندگی الکترون و همچنین کاهش رسانایی می شود.

اکسیژن ذرات Cu2O را تشکیل می دهد که هم بر رسانایی و هم عملکرد پردازش تأثیر می گذارد. مس آزاد{1}}اکسیژن در برنامه های خاص برای جلوگیری از این اثرات استفاده می شود.

به طور کلی، هر چه اختلاف شعاع اتمی و اختلاف حلالیت بین ناخالصی و مس کمتر باشد، آسیب رسانایی کمتر است. در غیر این صورت، تاثیر جدی تر است. برای کاربردهای{1}}رسانایی بالا، به حداقل رساندن محتوای ناخالصی مؤثرترین راه برای اطمینان از عملکرد است.