О ХАРАКТЕРИСТИКАХ
Не все методы, оборудование и квалификация позволяют измерять химическую чистоту меди одинаково. Особенно это касается чистоты 5N + и выше согласно ГОСТ 859 и ASTM B170. Eсли требуются физические характеристики, то не всегда о них можно сказать с нужной точностью, основываясь только на химическом анализе, особенно в криогенике. Часто требуется прямое измерение. Подтверждением качества нашего продукта являются исследования некоторых характеристик, независимые от методов анализа.
Мы провели измерение электрической проводимости образцов нашей меди, отражающих колебания химического состава качества экспериментальной партии. Измерение было выполнено с использованием оборудования, соответствующего этой задаче. Результат крайне высок.
Мы провели измерение электрической проводимости образцов нашей меди, отражающих колебания химического состава качества экспериментальной партии. Измерение было выполнено с использованием оборудования, соответствующего этой задаче. Результат крайне высок.
Также ИПФ РАН (Институт Прикладной Физики Российской Академии Наук) провел испытания потерь на отражение нашего образца при 4-300K. Результат также очень высок и близок к расчетам для «теоретической меди».
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ
ПРОВОДИМОСТЬ
104 - 105% IACS
ПРОВОДИМОСТЬ
104 - 105% IACS
Исследования
электрической
проводимости
электрической
проводимости
Измерения электропроводности проведены для репрезентативной выборки, отожженное состояние. При формировании выборки учитывалось известное различное влияние различных примесей на электропроводность, что подтвердилось при измерении и является признаком качества выборки и измерений. В нашем случае, выборка проводилась по Fe и Ag, все другие не определялись (ниже пределов обнаружения). Методами LMS, МС и AES всегда, за некоторым исключением по Fe и Ag, все примеси определяются пределами измерения методов и оборудования, в том числе ВСЕ металлы и металлоиды не входящие в ГОСТ 859-2001 (пределы измерения <0,001 - <0,2 ppm в зависимости от элемента и метода).
Репрезентативная выборка формировалась на основании:
Репрезентативная выборка формировалась на основании:
- достаточного количества и качества массива данных химических анализов, отражающих химический состав экспериментального продукта
- небольшого, но все отличия кристаллической структуры слитков (от 1-2 до нескольких кристаллов в верхней части)
Зафиксировано изменение Электрической проводимости при изменении содержания Fe на 0,1-0,3 ppm. Влияние Ag в пределах 0,3-3 ppm зафиксировать не удалось, что объяснимо Ag - наименее влияющая примесь.
Что это означает?
Существующие минимальные отличия кристаллической структуры слитков и Сумма Всех примесей таблицы Менделеева кроме Fe (если примеси и имеют колебания содержания ниже пределов обнаружения методами LMS, МС и AES) суммарно оказывают влияние на электрическую проводимость менее 0,1-0,3 ppm в эквиваленте Fe (одна из самых оказывающих влияние).
Другими словами, наша медь настолько чиста и стабильна в своей чистоте по всей таблице Менделеева, что на Электропроводность оказывает влияние только ограничиваемое нами Fe, даже его очень малые количества... И это является признаком высочайшей стабильности технологии и высочайшего качества произведенного продукта.
ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ
СПОСОБНОСТЬ
СПОСОБНОСТЬ
Исследования потерь
на отражение
на отражение
ИПФ РАН (Институт Прикладной Физики Российской Академии Наук) были проведены испытания потерь на отражение нашего образца при 4-300K. Результат очень высок и близок к расчетам для «теоретической меди». В приложении приведены некоторые данные из исследований потерь на отражение (ПО) и поверхностного сопротивления нашей меди на некоторых частотах от температуры. В оригинальных статьях наша медь упомянута как высокочистая медь 0,99999 или особо чистая медь 99,999.
Стоит отметить, что результат зависел не только от качества нашей меди, но и от качества подготовки поверхности, что не является простым и могло ухудшить результаты. Поверхность была подготовлена качественно и результат крайне высокий. Не так часто находятся материалы по физическим характеристикам достаточно близким к расчетным.
Сами потери на отражение по величине небольшие, но отражаемое излучение греет поверхность отражения и возникают вопросы отвода тепла и другие. Уменьшение ПО дает очевидные выгоды. ПО зависят не только от температуры, но и от длины волны: с повышением частоты/уменьшением длины волны отношение значений при комнатных и низких температурах уменьшается и наоборот. ПО и поверхностное сопротивление на указанных частотах (в криогенике) для нашей меди на ~ 30-60% ниже (лучше) характеристик классической высокочистой бескислородной меди.
Стоит отметить, что результат зависел не только от качества нашей меди, но и от качества подготовки поверхности, что не является простым и могло ухудшить результаты. Поверхность была подготовлена качественно и результат крайне высокий. Не так часто находятся материалы по физическим характеристикам достаточно близким к расчетным.
Сами потери на отражение по величине небольшие, но отражаемое излучение греет поверхность отражения и возникают вопросы отвода тепла и другие. Уменьшение ПО дает очевидные выгоды. ПО зависят не только от температуры, но и от длины волны: с повышением частоты/уменьшением длины волны отношение значений при комнатных и низких температурах уменьшается и наоборот. ПО и поверхностное сопротивление на указанных частотах (в криогенике) для нашей меди на ~ 30-60% ниже (лучше) характеристик классической высокочистой бескислородной меди.
Что это означает?
В других областях применения меди могут понадобиться и другие (кроме ПО) характеристики. Характеристики RRR и Теплопроводность ожидаются на таком же высоком уровне, как и результаты исследований на ПО и будут близкие к расчетным. Эти характеристики ожидаются в 5-10 раз и более (при соответствующих низких температурах) выше аналогичных характеристик классических бескислородных марок меди М00б (RRR ~200), С10100 (RRR ~200-250) и др.
Такие высокие характеристики могут представлять интерес для соответствующих применений. В некоторых задачах, при отсутствии других ограничивающих физических характеристик и подходящих технологических возможностях, возможен мультипликативный эффект.
RRR ( R 293K / R T )
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
Для классической массово производимой меди, то есть меди чистоты 99,9-99,99% по общепринятым стандартам, данные характеристики более или менее исследованы. Для конкретных марок с учетом стандартов могут быть некоторые отличия, обусловленные конкретными требованиями к содержанию некоторых примесей. Если медь изготовлена классическим способом руда-металл, то другие "вредные" примеси вне общепринятых стандартов содержатся в значительно меньшем количестве и фактически не оказывают влияние по сравнению к подлежащими к контролю, для которых определено максимальное содержание. При переработке вторсырья необходимо дополнительное внимание к этим моментам. Структура массово производимой меди как правило близка.
Для более чистой меди данные отрывочны, могут сильно отличаться и есть сложности сравнения. Частично объясняется тем, что даже лабораторные образцы чистотой 5N и тем более выше, согласно общепринятым стандартам с управляемым примесными составом и кристалической структурой, произвести не просто. Часто сообщается некая общая чистота, но не конкретный химический состав, или просто упоминается, что измерены и относятся к наиболее чистым и совершенным образцам. При низких температурах характеристики сильно зависят от примесей (конкретного содержания их), от степени совершенства кристалла и других дефектов. С учетом этого, ниже приведем некоторые данные не для инженерных расчетов, а для общего представления.
Данные для Некая чистая медь 1,2,3 приведены из источников заслуживающих доверия (справочники, исследовательские статьи), и с учетом сложностей измерения таких величин, в целом можно принять.
Некая чистая медь 1 - приведены для очень чистого образца, кристаллическая структура неизвестна.
Некая чистая медь 2 - в одной из исследовательских работ была получена медь чистотой 99,999% в виде монокристалла с RRR 273K/4,2K ~2000.
Некая чистая медь 3 - приведены как для наиболее чистого и совершенного образца с остаточным сопротивлением 0,589 * 10(-9) Ом*см (т.е. RRR 293K/4,2K~ 3000).
Данных, насколько чисты (точный химический состав, а не просто химическая чистота, что важно) и совершенны образцы (кристаллическая структура), и насколько являются характеристики Некая чистая медь 3 предельными, в источниках не указаны.
Для более чистой меди данные отрывочны, могут сильно отличаться и есть сложности сравнения. Частично объясняется тем, что даже лабораторные образцы чистотой 5N и тем более выше, согласно общепринятым стандартам с управляемым примесными составом и кристалической структурой, произвести не просто. Часто сообщается некая общая чистота, но не конкретный химический состав, или просто упоминается, что измерены и относятся к наиболее чистым и совершенным образцам. При низких температурах характеристики сильно зависят от примесей (конкретного содержания их), от степени совершенства кристалла и других дефектов. С учетом этого, ниже приведем некоторые данные не для инженерных расчетов, а для общего представления.
Данные для Некая чистая медь 1,2,3 приведены из источников заслуживающих доверия (справочники, исследовательские статьи), и с учетом сложностей измерения таких величин, в целом можно принять.
Некая чистая медь 1 - приведены для очень чистого образца, кристаллическая структура неизвестна.
Некая чистая медь 2 - в одной из исследовательских работ была получена медь чистотой 99,999% в виде монокристалла с RRR 273K/4,2K ~2000.
Некая чистая медь 3 - приведены как для наиболее чистого и совершенного образца с остаточным сопротивлением 0,589 * 10(-9) Ом*см (т.е. RRR 293K/4,2K~ 3000).
Данных, насколько чисты (точный химический состав, а не просто химическая чистота, что важно) и совершенны образцы (кристаллическая структура), и насколько являются характеристики Некая чистая медь 3 предельными, в источниках не указаны.
|
RRR ( R 293K / R T ) и ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ в криогенике
|
|||||||||||||
|
Медь
|
Температура, К
|
4
|
8
|
10
|
15
|
20
|
25
|
30
|
40
|
293
|
|||
|
99,95-7%, 100% IACS
|
|||||||||||||
|
М0б(RF), С10200 (USA)
Cu-OF/C110 (UK) 2.0040 (Germany) C1020 (Japan) |
RRR xK=R 293K / R K ~
|
80-120
|
1
|
||||||||||
|
λ, W /m*K ~
|
400
|
1000
|
1300
|
1800
|
2000
|
2000
|
1900
|
1500
|
400
|
||||
|
λ xK / λ 293K ~
|
1
|
2,5
|
3,3
|
4,5
|
5
|
5
|
4,8
|
3,8
|
1
|
||||
|
99,99%, 101-102% IACS
|
|||||||||||||
|
М00б (RF)
С10100 (USA) Cu-OFE/C103 (UK) C1011 (Japan) |
RRR xK=R 293K / R K ~
|
200-300
|
1
|
||||||||||
|
λ, W /m*K ~
|
1200-2000
|
2500-4000
|
3500-4500
|
4500-5000
|
4500-5000
|
3500-4000
|
2600-3100
|
1500-1700
|
400
|
||||
|
λ xK / λ 293K ~
|
4
|
8,1
|
9,4
|
11,9
|
11,9
|
9,4
|
7,1
|
4
|
1
|
||||
|
Для криогеники
|
|||||||||||||
|
CG-OFG
Hitachi Cable Ltd (~99.995-6% ? ) |
RRR xK=R 293K / R K ~
|
500
|
240-250
|
220
|
160
|
120
|
100
|
90
|
80
|
1
|
|||
|
λ, W /m*K ~
|
3000
|
5000
|
6500
|
7700
|
7000
|
6000
|
4000
|
2000
|
400
|
||||
|
λ xK / λ 293K ~
|
7,5
|
12,5
|
16,3
|
19,3
|
17,5
|
15
|
10
|
5
|
1
|
||||
|
Некая чистая медь
|
|||||||||||||
|
Некая чистая медь 1
|
RRR xK=R 293K / R K ~
|
---
|
1
|
||||||||||
|
λ, W /m*K ~
|
7500
|
12500
|
14000
|
12500
|
9000
|
7000
|
5500
|
2600
|
400
|
||||
|
λ xK / λ 293K ~
|
18,8
|
31,3
|
35
|
31,3
|
22,5
|
17,8
|
13,8
|
6,5
|
1
|
||||
|
Некая чистая медь 2
|
RRR xK=R 293K / R K ~
|
2100-2200
|
1
|
||||||||||
|
λ, W /m*K ~
|
---
|
400
|
|||||||||||
|
λ xK / λ 293K ~
|
---
|
1
|
|||||||||||
|
Произведенная медь
|
Прогноз
|
||||||||||||
|
Некая чистая медь 3
|
RRR xK=R 293K / R K ~
|
2900-3000
|
1
|
||||||||||
|
λ, W /m*K ~
|
16200
|
24000
|
10800
|
400
|
|||||||||
|
λ xK / λ 293K ~
|
40,5
|
60
|
27
|
1
|
|||||||||
|
RRR K=R 293K / R K - относительное остаточное сопротивление при K, отношение сопротивлений при 293К и X К ( RRR4.2K=R293K/R4.2K ), во сколько раз падает сопротивление или растет электропроводность при 4,2К по отношениюк значениям при комнатной температуре
λ, W /m*K - Теплопроводность
λ хK / λ 293K - отношение Теплопроводности при Х К к Теплопроводности при 293К |
|||||||||||||
ПРОИЗВЕДЕННАЯ МЕДЬ
RRR и Теплопроводность ожидаются ~65-95% от максимально возможного для меди (для М00б: RRR ~200 или < 7%). Прогнозные ожидания в 65-95% max меди имеют под собой основания и вполне обоснованы. Данные характеристики нашей меди ожидаются в диапазоне Некая чистая медь 2 - Некая чистая медь 3.
RRR и Теплопроводность ожидаются ~65-95% от максимально возможного для меди (для М00б: RRR ~200 или < 7%). Прогнозные ожидания в 65-95% max меди имеют под собой основания и вполне обоснованы. Данные характеристики нашей меди ожидаются в диапазоне Некая чистая медь 2 - Некая чистая медь 3.
Из соображений проистекающих из нашей Технологии, мы уверены что и близкий к Некая чистая медь 3 продукт у нас уже произведен. В любом случае, такие результаты могут быть получены.
P.S. RRR может быть повышена и до 1000 путем отжига и "насыщением кислородом" меди чистотой 99,9-99,99%, когда формирование оксидов приводит к уменьшению сопротивления. Но это не для очень чистой меди (примеси остаются, повышенное содержание кислорода), с вытекающими последствиями для других характеристик и свойств: "водородная болезнь", снижение пластичности и т. п.
Для очень чистой меди 99,99999% (?) с RRR 2000 растворение кислорода в 25 ppm ведет к уменьшению RRR до 50. Поэтому с медью 5N и выше по техническим условиям нужно обращаться с осторожностью, в зависимости от задач: если нужно RRR, то может оказаться и хуже М0б или еще хуже, и т. п.
В некоторых задачах одновременно высокие характеристики по RRR и Теплопроводности могут входить в конфликт, в некоторых наоборот. Сверхчистота и совершенство структуры не является также одновременным требованием для некоторых других задач, но в некоторых нужны.
Мы исходим из того, чтодля тех задач, где нужна максимальная чистота и структура, с вытекающими из этого характеристиками и свойствами, когда медь понадобиться в таком качестве, то лучше, чтобы она уже была, и мы ее произвели. Тем более что произвести это не просто, что могло явиться ограничением в планировании задач по использованию такого качества.
Для очень чистой меди 99,99999% (?) с RRR 2000 растворение кислорода в 25 ppm ведет к уменьшению RRR до 50. Поэтому с медью 5N и выше по техническим условиям нужно обращаться с осторожностью, в зависимости от задач: если нужно RRR, то может оказаться и хуже М0б или еще хуже, и т. п.
В некоторых задачах одновременно высокие характеристики по RRR и Теплопроводности могут входить в конфликт, в некоторых наоборот. Сверхчистота и совершенство структуры не является также одновременным требованием для некоторых других задач, но в некоторых нужны.
Мы исходим из того, чтодля тех задач, где нужна максимальная чистота и структура, с вытекающими из этого характеристиками и свойствами, когда медь понадобиться в таком качестве, то лучше, чтобы она уже была, и мы ее произвели. Тем более что произвести это не просто, что могло явиться ограничением в планировании задач по использованию такого качества.
Site is under
development