Не все методы, оборудование и квалификация позволяют измерять химическую чистоту меди одинаково. Особенно это касается чистоты 5N + и выше. 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, независимых от методов анализа.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ 104 - 105% IACS
ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ
Измерения электропроводности проведены для репрезентативной выборки, отожженное состояние. 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)
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).
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).
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 (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 ограничеваемое нами Fe, даже его очень малые количества... И это является признаком высочайшей стабильности технологии и высочайшего качества произведенного продукта.
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., что может представлять интерес для соответствующих применений. В некоторых задачах, при отсутствии других ограничивающих физических характеристик и подходящих технологических возможностях, возможен мультипликативный эффект.
Исследования электрической проводимости :
Исследования отражательной способности :
RRR ( R 293K / R T ) и ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ в криогенике
|
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 (кристалическая структура), и насколько являются характеристики Некая чистая медь 3 предельными в источниках не указаны.
|
|||||||||||||||
|
|||||||||||||||
|
Температура, К
|
|||||||||||||||
|
Медь
|
Характеристика
|
4
|
8
|
10
|
15
|
20
|
25
|
30
|
40
|
293
( ~20°C) |
|||||
|
min 99,95 - 99,97%, 100% IACS :
|
|||||||||||||||
|
М0б/М0 (RF), С10200 (USA),
Cu-OF/C110 (UK), C1020 (Japan) |
RRR=R 293K / R K ~
|
80-120
|
1
|
||||||||||||
|
λ, W /m*K ~
|
400
|
1000
|
1300
|
1800
|
2000
|
2000
|
1900
|
1500
|
400
|
||||||
|
λ K / λ 293K ~
|
1
|
2,5
|
3,3
|
4,5
|
5
|
5
|
4,8
|
3,8
|
1
|
||||||
|
min 99,99%, 101-102% IACS :
|
|||||||||||||||
|
М00б/М00 (RF), С10100 (USA),
Cu-OFE/C103 (UK), C1011 (Japan) |
RRR=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 K / λ 293K ~
|
4
|
8,1
|
9,4
|
11,9
|
11,9
|
9,4
|
7,1
|
4
|
1
|
||||||
|
Специальная марка меди для применения в криогенике :
|
|||||||||||||||
|
CG-OFG, Hitachi Cable Ltd
|
RRR=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 K / R 293K ~
|
7,5
|
12,5
|
16,3
|
19,3
|
17,5
|
15
|
10
|
5
|
1
|
||||||
|
Некая чистая медь :
|
|||||||||||||||
|
Некая чистая медь 1
|
RRR=R 293K / R K ~
|
---
|
1
|
||||||||||||
|
λ, W /m*K ~
|
7500
|
12500
|
14000
|
12500
|
9000
|
7000
|
5500
|
2600
|
400
|
||||||
|
λ K / λ 293K ~
|
18,8
|
31,3
|
35
|
31,3
|
22,5
|
17,8
|
13,8
|
6,5
|
1
|
||||||
|
Некая чистая медь 2
|
RRR=R 293K / R K ~
|
2100-2200
|
1
|
||||||||||||
|
λ, W /m*K ~
|
---
|
400
|
|||||||||||||
|
λ K / λ 293K ~
|
---
|
1
|
|||||||||||||
|
Произведенная медь
|
Прогноз
|
||||||||||||||
|
Некая чистая медь 3
|
RRR=R 293K / R K ~
|
2900-3000
|
1
|
||||||||||||
|
λ, W /m*K ~
|
16200
|
24000
|
10800
|
400
|
|||||||||||
|
λ K / λ 293K ~
|
40,5
|
60
|
27
|
1
|
|||||||||||
|
RRR - относительное остаточное сопротивление, отношение сопротивлений при 293К и 4,2К ( 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
|
|||||||||||||||
|
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. 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. Сверхчистость и совершенство структуры не является также одновременным требованием для некоторых других задач, но в некоторых нужны. Мы исходим из того, что для тех задач где нужна максимальная чистота и структура, с вытекающими характеристиками и свойствами, когда она понадобиться в таком качестве, то лучше чтобы она уже была, и мы ее произвели. Тем более что это не просто, что могло явиться ограничением в планировании задач и использования такого качества. В целом, она полезна и для многих уже существующих задач, но каждую надо смотреть оценивая необходимые параметры и выгоды, где то и потери (как упомянутый конфликт и другие), и не только упомянутые характеристики. |
|||||||||||||||
Site is under
development