ВВЕДЕНИЕ
Качество меди, как совокупность требуемых характеристик и свойств, определяется задачей применения, а правильные стандарты химической чистоты являются инструментом, позволяющим с приемлемой точностью их определять.
Для классической меди чистотой 99,5-99,99% существующие методы анализа вполне приемлемо измеряют химической чистоту. Отличие результатов методов анализа, даже при отличии методик для одного и того физико-химического процесса, лежащего в его основе, находится в рамках определенных для классической меди. Выводы, которые могут быть сделаны о характеристиках на основе таких результатов анализа, будут не сильно отличаться и находится в рамках, соответствующих классической меди. Конечно, при условии, что «уж совсем не будет утерян контроль нах качеством расходных материалов и квалификация».
Для Для чистоты 5N и выше, согласно примесям по ГОСТ 859 и ASTM B170, и тем более по всей таблице из 74 элементов, уже возникают трудности. Методы анализа для конкретных примесей имеют свои достижимые значения пределов измерений, определенные заложенным в них физико-химическим процессом и методикой. Они могут быть не рассчитаны на такие измерения, но может быть и «потерян контроль над соблюдением методики, то есть над качеством расходных материалов и т. п.»
Основными параметрами, определяющими характеристики и свойства меди, можно считать:
Для классической меди чистотой 99,5-99,99% существующие методы анализа вполне приемлемо измеряют химической чистоту. Отличие результатов методов анализа, даже при отличии методик для одного и того физико-химического процесса, лежащего в его основе, находится в рамках определенных для классической меди. Выводы, которые могут быть сделаны о характеристиках на основе таких результатов анализа, будут не сильно отличаться и находится в рамках, соответствующих классической меди. Конечно, при условии, что «уж совсем не будет утерян контроль нах качеством расходных материалов и квалификация».
Для Для чистоты 5N и выше, согласно примесям по ГОСТ 859 и ASTM B170, и тем более по всей таблице из 74 элементов, уже возникают трудности. Методы анализа для конкретных примесей имеют свои достижимые значения пределов измерений, определенные заложенным в них физико-химическим процессом и методикой. Они могут быть не рассчитаны на такие измерения, но может быть и «потерян контроль над соблюдением методики, то есть над качеством расходных материалов и т. п.»
Основными параметрами, определяющими характеристики и свойства меди, можно считать:
- примеси
- кристаллическая структура с точки зрения величины зерен и количества границ.
Отрицательное влияние других параметров в значительной мере корректируется проведением соответствующего отжига.
Нестандартно высокие характеристики не всегда возможно приемлемо определить, основываясь на химическом анализе — часто просто не с чем сопоставить. Часто требуется прямое измерение.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ : 104 - 105 % IACS
IACS - International Annealed Copper Standard. Международный стандарт отожжённой меди для измерения и сравнения электрической проводимости установлен Международной электрохимической комиссией в 1913 году. В качестве эталона принята отожжённая медь с проводимостью равной 5,8001 × 10⁷ С/м и определённой как 100% IACS при 20 °C.
Значения электрической проводимости соотносятся с этой проводимостью отожженной меди и выражаются как % IACS. Для корректного сравнения перед этим проводят отжиг для снятия упрочнения, возникшего при подготовке образцов или изготовлении изделий, до исходного состояния.
Примерный % IACS некоторых металлов 99,99%:
Значения электрической проводимости соотносятся с этой проводимостью отожженной меди и выражаются как % IACS. Для корректного сравнения перед этим проводят отжиг для снятия упрочнения, возникшего при подготовке образцов или изготовлении изделий, до исходного состояния.
Примерный % IACS некоторых металлов 99,99%:
- серебро 106 - 108
- медь 101 - 102
- золото 75 - 78
- алюминий 64 - 65
|
ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ % IACS для меди
|
|||
|
По некоторым данным предельные значения % IACS для меди:
|
|||
|
103,0 - 103,5
|
«поликристаллическая медь абсолютно без примесей»: в некоторых иследованиях как предельные значения
|
||
|
103,5 - 104,5
|
«бездефектные отожженные образцы меди»: технические отчеты CERN/DESY (например, материалы конференций SRF и RuPAC)
|
||
|
104,4 - 104,6
|
«при полном устранении дефектов решетки и примесей»: фундаментальные исследования физики твердого тела (цитируемые в Journal of Applied Physics)
|
||
|
105 - 106
|
«идеальная медь абсолютно без дефектов»: в некоторых экспериментальных работах как предельные теоретические расчетные значения
|
||
|
Выше
|
«медь с некоторыми манипуляцями»: термомеханическая обработка монокристалла под высоким давлением или с добавлением слоев графена
|
||
|
Для общего представления, не для «инженерных расчетов».
|
|||
ПРОЦЕСС ТЕСТИРОВАНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ
Измерения электрической проводимости были проведены для репрезентативной выборки для качества Стандарт Экспериментальной партии.
Репрезентативная выборка формировалась на основании:
Репрезентативная выборка формировалась на основании:
- Достаточного количества и качества массива данных химических анализов методами LMS и AES Аналитической лаборатории Института неорганической химии СО РАН.
- Небольшого, но все же отличия кристаллической структуры слитков (от 2-3 до нескольких кристаллов в верхней части).
При формировании выборки учитывалось известное различное влияние примесей на электропроводность.
Выборка проводилась по Fe и Ag. Кроме Fe и Ag, все остальные примеси таблицы Менделеева для всего экспериментального продукта не определялись: примеси значительно ниже возможностей измерения методами LMS и AES, часто на порядки.
О химических анализах в разделе
«ПРОДУКЦИЯ/ Сертификация».
ПОДГОТОВКА И ПРОЦЕСС ТЕСТИРОВАНИЯ
- Для измерения были подготовлены по 2 различных образца от каждого из 6 слитков репрезентативной выборки и провода марки М00Б. Медный провод марки М00б, произведенный в 80-х годах в СССР, использовался как известный стандарт для контроля условий измерения и корректности полученных результатов.
- Перед отжигом и измерением в каждой группе образцов для серий измерений была проведена случайная нумерация образцов, чтобы предотвратить непреднамеренное «регулирование» результатов.
- Отжиг и измерение были проведены двумя независимыми сериями. В каждой серии был один образец от каждого слитка и провода М00Б. При измерении не было известно, какой образец должен быть лучше или хуже. Измерение было выполнено с использованием оборудования, соответствующего этой задаче.
РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕСТИРОВАНИЯ
После измерения результаты были перенумерованы к исходной нумерации в соответствии с ожидаемой последовательностью результатов, основанной на анализе примесей. Полученные результаты расположились в ожидаемом порядке, что является признаком качества измерения и предсказуемости качества нашего продукта.
Результаты для медной проволоки марки M00Б производства 80-х годов такие, какие и должны быть. Наши результаты выглядят реальными. Измеряемые величины малы, и некоторое расхождение результатов с ожидаемым в сериях измерений и между ними в большей степени связано с расчетом среднего поперечного сечения и условиями отжига. Это также является признаком корректного измерения, а не подгонки результатов: не всегда измерения малых величин уж совсем точно совпадают с ожидаемым и, с учетом доступного оборудования, измерение выполнено на хорошем уровне.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ:
- Серия №1 103,93 - 104,24
- Серия №2 104,68 - 105,13
- Среднее 104,31 - 104,69
Результаты расположились согласно значениям по Fe. Зафиксировано изменение электрической проводимости при изменении содержания Fe на 0,1–0,3 ppm. Влияние Ag в диапазоне 0,3 - 3 ppm не отмечено, что ожидаемо.
Результаты измерений крайне высокие и считаем вполне корректными. Измерения проводились в 2013 году и на тот момент мы не имели представления о возможных предельных значениях % IACS для меди: просто провели измерения по просьбе заинтересованных лиц. Полученные нами результаты не противоречат позже нами найденным теоретическим расчетным значениям и эксперементальным данным, полученным в различных исследовательских работах.
Также, некоторым подтверждением таких высоких, почти предельных значений, является измерения Коэффициента отражения в Институте Прикладной Физики РАН для нашего «среднего образца»:
Также, некоторым подтверждением таких высоких, почти предельных значений, является измерения Коэффициента отражения в Институте Прикладной Физики РАН для нашего «среднего образца»:
- при комнатных температурах совпали и даже чуть лучше расчетных теоретических значений
- при криогенных температурах совсем немного «не дотянули» до теоретических расчетных значений, почти «легли на расчетную кривую».
Исследования в разделе ниже.
ПАРАМЕТРЫ ИЗМЕРЕННЫХ ОБРАЗЦОВ:
- Проводники размером 3-4мм * 8-10мм * 80-90мм
- Fe в интервале [ < 0,1 ppm ; 1 ppm ]
- Limit LMS (Fe)=«<0,1 ppm», «Fe < 0,1 ppm» - «средний»
- Fe=0,2 ppm по два образца в каждой серии с различным серебром, на графике в сериях указано среднее
Зафиксировано изменение в динамике электрической проводимости при изменении содержания Fe на 0,1–0,3 ppm.
Что это означает?
Что это означает?
За исключениями Fe, ВСЕ остальные примеси таблицы Менделеева и существующие минимальные отличия кристаллической структуры слитков суммарно оказывают влияние на электрическую проводимость менее 0,1 - 0,3 ppm в эквиваленте Fe.
Учитывая влияние примесей на электропроводность и высочайшие значения % IACS, реальное содержание некоторых примесей реально ниже, чем пишем в спецификации на химическую чистоту. Приписывать лишнее при химическом анализе нашей меди не надо!
Другими словами, за некоторыми исключениями по Fe и Ag, вся наша медь настолько чиста и стабильна в своей чистоте по всей таблице Менделеева, структура слитков настолоко близка, что на электропроводность оказывает влияние только ограничиваемое нами Fe, даже его очень малые количества. С учётом измеренных высоких результатов, это является признаком высочайшей стабильности технологии и высочайшего качества произведённого продукта.
Учитывая влияние примесей на электропроводность и высочайшие значения % IACS, реальное содержание некоторых примесей реально ниже, чем пишем в спецификации на химическую чистоту. Приписывать лишнее при химическом анализе нашей меди не надо!
Другими словами, за некоторыми исключениями по Fe и Ag, вся наша медь настолько чиста и стабильна в своей чистоте по всей таблице Менделеева, структура слитков настолоко близка, что на электропроводность оказывает влияние только ограничиваемое нами Fe, даже его очень малые количества. С учётом измеренных высоких результатов, это является признаком высочайшей стабильности технологии и высочайшего качества произведённого продукта.
ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ
Коэффициент отражения (R) — это доля падающей энергии (оптической или электромагнитной), которая отражается от поверхности металла, не поглощаясь и не проходя сквозь него.
Потери на отражение (ПО) определяют, какая часть энергии теряется (поглощается или трансформируется) и рассчитываются как:
ПО = 1 - R
При криогенных температурах происходит уменьшение потерь на отражение. Но потери на отражение зависят не только от температуры, но и от частоты: с повышением частоты отношение значений потерь на отражение при комнатных и низких температурах уменьшается, и наоборот.
Данная характеристика не имеет таких впечатляющих внешних различий для меди разного качества, как характеристика RRR, где различия могут достигать в 100 раз.
Но! Для многих задач потери на отражение — это важная характеристика, и отличие для разного качества меди в два раза может иметь огромное значение. В некоторых задачах требуется в комплексе с теплопроводностью, которая уже может отличаться в десятки раз, и возникает мультипликативный результат.
Потери на отражение (ПО) определяют, какая часть энергии теряется (поглощается или трансформируется) и рассчитываются как:
ПО = 1 - R
При криогенных температурах происходит уменьшение потерь на отражение. Но потери на отражение зависят не только от температуры, но и от частоты: с повышением частоты отношение значений потерь на отражение при комнатных и низких температурах уменьшается, и наоборот.
Данная характеристика не имеет таких впечатляющих внешних различий для меди разного качества, как характеристика RRR, где различия могут достигать в 100 раз.
Но! Для многих задач потери на отражение — это важная характеристика, и отличие для разного качества меди в два раза может иметь огромное значение. В некоторых задачах требуется в комплексе с теплопроводностью, которая уже может отличаться в десятки раз, и возникает мультипликативный результат.
ПОТЕРИ НА ОТРАЖЕНИЕ НА ЧАСТОТАХ 190 - 250 ГГц
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».
Стоит отметить:
Стоит отметить:
- 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.
- Отожженный образец на частоте 230 ГГц отклонился менее 5% при 4,2К - 30К и не более ~10% при 30К-50К от расчетных значений. При комнатной температуре измерения даже неотожженного образца почти совпали с расчетными значениями, а для отоженного оказались даже чуть лучше расчетных значений для «идеальной меди».
- Не так часто находятся материалы по физическим характеристикам достаточно близким к расчетным. Для исследований был предоставлен не лучший образец, но образец хорошего качества. В принципе, у нас все достойного качества.
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. Характеристика ПО имеет не такие впечатляющие различия в значениях как характеристика RRR, различия по которой для меди разного качества могут доходить до 100 и более раз. Но в некоторых задачах требуется в комплексе с теплопроводностью, которая уже может отличаться в десятки раз, и возникает мультипликативный результат.
Результаты измерений для нашей меди на частотах 190 - 250 ГГц очень высокие и очень близко с расчетными значениями для «идеальной меди»:
- Отожженный образец при 230 ГГц отклонился менее 5% при 4,2К - 30К и не более 10% при 30К - 50К от расчетных значений.
- При комнатной температуре измерения неотожженного образца совпали с расчетными значениями, а для отоженного оказались чуть лучше. При криогенных температурах измерения оказались немного хуже расчетных значений для «идеальной меди».
Что это означает?
Потери на отражение на частотах 190 - 250 ГГц
Результаты исследований
Результаты исследований
Первые результаты исследований ПО для зеркал из нашей меди и бериллиевого зеркала на частоте 230 ГГц.
Сплошные кривые расчётные соответственно для чистого бериллия и меди. Для меди ПО при гелиевых и комнатных температурах фактически совпали с расчётными, а для бериллиевого зеркала существенно выше при комнатной и, особенно, при низких температурах. Результат вполне понятен, так как использовался не чистый бериллий.
Сплошные кривые расчётные соответственно для чистого бериллия и меди. Для меди ПО при гелиевых и комнатных температурах фактически совпали с расчётными, а для бериллиевого зеркала существенно выше при комнатной и, особенно, при низких температурах. Результат вполне понятен, так как использовался не чистый бериллий.
Приложение:
В приложении приведены некоторые данные из исследований потерь на отражение и поверхностного сопротивления нашей меди на некоторых частотах от температуры. В оригинальных статьях наша медь была упомянута как «высокочистая медь 0,99999» или «особо чистая медь 99,999».
Это означает что:
- Если наши измерения % IACS немного превысили некоторые расчетные данные из некоторых фундаментальных исследований, то это не означает, что наши измерения некорректны и мы однозначно неправы.
- В других областях применения меди могут понадобиться и другие характеристики. RRR и Теплопроводность ожидаются на таком же высоком уровне, как и результаты и результаты исследлваний Потерь на отражение.
Характеристика ПО имеет не такие впечатляющие различия в значениях как характеристика RRR, различия по которой для меди разного качества могут доходить до 100 и более раз. Но в некоторых задачах ПО требуется в комплексе с теплопроводностью, которая уже может отличаться в десятки раз, и возникает мультипликативный результат.
RRR ( R 293K / R T ) И ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
RRR - относительное остаточное сопротивление и измеряется через отношение электрического сопротивления меди при 273К или 293К к сопротивлению в жидком гелии при 4К или 4,2К, что несущественно, но необходимо учитывать.
Если % IACS характеризует проводимость при комнатной температуре 20 С, то RRR указывает на чистоту металла через его поведение при криогенных температурах. Медь различного качества почти не отличается электрическим сопротивлением и тепловой проводимостью при комнатных температурах, но очень существенно отличается при низких температурах.
Прямой аналитической формулы для пересчета % IACS в RRR не существует, так как RRR крайне чувствителен к микропримесям и дефектам решетки, которые почти не влияют на проводимость при комнатной температуре.
Если % IACS характеризует проводимость при комнатной температуре 20 С, то RRR указывает на чистоту металла через его поведение при криогенных температурах. Медь различного качества почти не отличается электрическим сопротивлением и тепловой проводимостью при комнатных температурах, но очень существенно отличается при низких температурах.
Прямой аналитической формулы для пересчета % IACS в RRR не существует, так как RRR крайне чувствителен к микропримесям и дефектам решетки, которые почти не влияют на проводимость при комнатной температуре.
RRR - своего рода характеристика качества меди, то есть насколько чиста и совершенна медь.
Для общего представления ниже представлены графики поведения электрического сопротивления и теплопроводности в зависимости от качества меди и температуры.
На графике представлено поведение электрического сопротивления меди качества RRR 10-2000 и "идеальной меди". По расчетам, "идеальная медь" достигает значений RRR 10 000. Таким образом, электрическое сопротивление меди может отличаться до трех порядков.
На графике представлено поведение тепловой проводимости меди качества RRR 10-2000 и "идеальной меди". Тепловая проводимость меди при криогенных температурах меняется на два порядка уже для меди качества RRR 20-2000.
Разница на два порядка по тепловой проводимости между медью с RRR 2000 и с RRR 20 превращает 15-минутное время достижения теплового равновесия для первой в более суток ожидания для второй.
Разница на два порядка по тепловой проводимости между медью с RRR 2000 и с RRR 20 превращает 15-минутное время достижения теплового равновесия для первой в более суток ожидания для второй.
КАКИЕ МОГУТ БЫТЬ ДОСТИГНУТЫ ЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ПРОВОДИМОСТИ ?
По понятным причинам полученные результаты касаются бескислородной меди: кислород в очень чистой меди, даже в количестве 25 ppm, может резко снизить RRR с 2000 до 50. Расчетные значения RRR для идеальной меди часто указываются в 10 000.
В некоторых исследовательских работах были получены результаты:
образец меди чистотой 99,999% в виде монокристалла с RRR 4,2К ~2000
образец меди с характеристиками RRR 4,2К ~2900 и λ 4,2К ~16500 W /m*K
образец меди 99,9999% с RRR 4,2К ~5760 и λ 8К ~30200 W /m*K
образец меди с RRR 4,2К ~ 8000
Также:
.есть предложение Mitsibishi меди c RRR > 3000 для НИОКР в аэрокосмической области
.в ЦЕРНе медь с RRR ~ 5000 используется в криогенных системах и СВЧ-приложениях
Однако, в некоторых научных работах указывается о теоретическом и практическом пределе характеристики RRR значительно превышающим 10 000, и часто RRR ~ 30 000 упоминается «как обычная вещь».
В некоторых исследованиях утверждается, что достигнут RRR более 10 000 для экстремально чистой меди. Малые остаточные примеси с помощью процедуры специального отжига в кислородной среде переведены в оксиды, тем самым уменьшив сопротивление по сравнению, если бы остаточные примеси находились в растворе.
Есть патент JX Nippon Mining & Metals от 2012 года о получении экстремально чистой меди с экстремальными характеристиками. Указываются более серьезные и интересные вещи:
В некоторых исследованиях утверждается, что достигнут RRR более 10 000 для экстремально чистой меди. Малые остаточные примеси с помощью процедуры специального отжига в кислородной среде переведены в оксиды, тем самым уменьшив сопротивление по сравнению, если бы остаточные примеси находились в растворе.
Есть патент JX Nippon Mining & Metals от 2012 года о получении экстремально чистой меди с экстремальными характеристиками. Указываются более серьезные и интересные вещи:
- Получена и исследована «стандартная медь 6N с RRR 6000 - 10000».
- Исследована и заявлена возможность получения экстремально чистой меди с RRR ~ 40000 - 100000. Получен образец меди с RRR более 38000.
- При использовании мишени для магнетронного распыления для формирования тонкой пленки меди высокой чистоты выявлено, что характеристики осаждения и стабильность условий осаждения в значительной степени зависят от чистоты мишени.
Результаты крайне интересные. Привели к сведению. Мы примерно поняли, как было сделано. Пока непонятно насколько «коммерческие по форме и размерам» образцы экстремально чистой меди были получены.
P. S.
Всё же представляется, что достигнутый JX Nippon Mining & Metals результат RRR 38000 касается крайне экстремально чистой меди и скорей в виде монокристалла достаточной размерности. Скорее это - экспериментальный научный образец, сложный для коммерциализации. Упомянутый предел RRR 100000 - возможно, теоретический предел для меди, но практически недостижимый.
Не утверждаем - предположение, к размышлению.
RRR и ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ СВЧ МБ
Мы делали в одно время с JX Nippon Mining & Metals. Первые официальные подтверждения качества получили в 2012 году. Мы не проводили исследований возможности получения сверхчистой меди с самыми высокими характеристиками, а сразу работали над созданием производства небольших экспериментальных коммерческих партий высочайшего качества. Это несколько отличается. В производстве мы внедрили меры для достижения максимально возможной чистоты меди и близкой к монокристаллической структуры. У нас не было времени на внедрение некоторых планируемых технологических мероприятий, но мы компенсировали это другим способом.
Возможно, мы также частично автоматически реализовали и «кислородную обработку» нашей продукции до оксидов, поскольку получили чрезвычайно высокие значения % IACS для образцов с некоторым содержанием железа. Слитки схожи с монокристаллом - крупноблочная кристаллическая структура, и это также улучшает их характеристики. Но результаты % IACS при содержании в определенных количествах Fe говорят в пользу некоторой реализации и этого варианта улучшения физических характеристик, иначе и для монокристалла таких характеристик % IACS скорее не достичь.
Наша технология немного отличается. Есть ли у нас качество, сопоставимое по химической чистоте и характеристикам? Качество «стандартная медь 6N с RRR 6000 - 10000» и выше должно быть, насколько выше - не знаем. Качество с RRR 40000 скорее не достигли. Возможно, верхняя предельная планка для нашей технологии «в одном цикле исполнения» - RRR 20 000. Всё же мы занимались не достижением единичного чрезвычайно высокого результата, а созданием экспериментального производства небольших коммерческих партий экспериментального продукта высочайшего качества. Мы планировали, при необходимости, внедрить «второй цикл очистки» в нашей технологии, но и первый цикл показал себя очень хорошо
Возможно, мы также частично автоматически реализовали и «кислородную обработку» нашей продукции до оксидов, поскольку получили чрезвычайно высокие значения % IACS для образцов с некоторым содержанием железа. Слитки схожи с монокристаллом - крупноблочная кристаллическая структура, и это также улучшает их характеристики. Но результаты % IACS при содержании в определенных количествах Fe говорят в пользу некоторой реализации и этого варианта улучшения физических характеристик, иначе и для монокристалла таких характеристик % IACS скорее не достичь.
Наша технология немного отличается. Есть ли у нас качество, сопоставимое по химической чистоте и характеристикам? Качество «стандартная медь 6N с RRR 6000 - 10000» и выше должно быть, насколько выше - не знаем. Качество с RRR 40000 скорее не достигли. Возможно, верхняя предельная планка для нашей технологии «в одном цикле исполнения» - RRR 20 000. Всё же мы занимались не достижением единичного чрезвычайно высокого результата, а созданием экспериментального производства небольших коммерческих партий экспериментального продукта высочайшего качества. Мы планировали, при необходимости, внедрить «второй цикл очистки» в нашей технологии, но и первый цикл показал себя очень хорошо
Мы пока не можем определить какие у нас точные характеристики. До сих пор нам «категорически» не дают результаты по химической чистоте и характеристикам образцов выше среднего, а «средние образцы уровня 6N5» и ниже «искажаются».
Но всё же «некоторые общие соображения и упоминания»:
Но всё же «некоторые общие соображения и упоминания»:
- При приближении к температуре жидкого гелия тепловые колебания атомов меди практически прекращаются. Остаточное сопротивление начинает полностью определяться дефектами структуры и примесями. При увеличении размера зерна в 50 - 100 раз плотность «стен» на пути электронов падает пропорционально. В результате этого процесса остаточное сопротивление падает в несколько раз, RRR резко растет и ограничивается только остаточными примесями. В этой ситуации очень много зависит от конкретного химического состава и от того, в каком состоянии находятся конкретные примеси: в твердом растворе или в виде соединений, их сопротивление может уменьшаться и RRR также вырасти.
- Мы получили крайне высокие результаты измерений % IACS всего нашего продукта: они приближаются, находятся на уровне или чуть даже превысили некоторые экспериментально-теоретические значения для «идеальной меди", упомянутые в различных источниках. Институт прикладной физики РАН также превысил свои расчетные значения для «идеальной меди» характеристику «Потери на отражение» при испытании нашего «среднего образца» при комнатной температуре, хотя результаты совсем немного не дотянули до расчетных значений в криогенике.
- Медь Cu OFE чистотой 99,99%+ с RRR 300 - 400 и примерно с 101,7% IACS при переходе в крупноблочную кристаллическую форму достигает до 102,8% IACS и RRR 1000 - 2000. То есть происходит увеличение RRR в 3 - 5 раз. Эти значения также зависят от конкретного химического состава и могут быть как несколько меньше, так и несколько больше. В некоторых исследованиях был получен образец меди чистотой 99,999% с предположительно 102,5 % IACSв виде монокристалла с RRR 4,2К ~2000. Точные химические составы неизвестны и скорей различны, а это важно. Но уверены, химическая чистота намного не дотягивает до наших «худших образцов», а разницой между монокристаллом и крупноблочной кристаллической структурой наших слитков можно пренебрчь.
- Если медь показывает 104% IACS и выше, это верный признак того, что в нем сформировалась монокристаллическая или крупноблочная структура. Цифры в районе 104% IACS и выше - это признак материала исключительного качества, который и используется в передовых технологиях. Например, если монокристалл показывает такие значения % IACS, это почти гарантия того, что «RRR уйдет за 5000 - 10000».
- Некотрая часть нашего продукта сопоставима по химической чистоте с очень чистой поликристаллической медью малой размерности с RRR > 3000. Некоторые соображения позволяют предполагать, что переход к размерности наших слитков с крупноблочной кристаллической структурой должен увеличить RRR кратно. Если «в среднем в 3 - 5 раз», то до RRR уровня 9 000 - 15 000? Есть качество несколько лучше по химическому составу, где и как измерить не знаем. Что будет с образцами с более худшим химическим составом? Химический состав не на так много хуже, в основном меняется только Fe, % IACS также крайне высок и должна была произойти некоторая компенсация отрицательного влияния некоторых примесей по «кислородному варианту», иначе даже монокристаллы не достигли бы таких значений % IACS.
Достижение RRR 1000 - 2000 сложно, но это хорошо отработанный и достижимый показатель для коммерческого применения. После этого сложность и стоимость достижения всё более высоких характеристик возрастают экспоненциально. Значения RRR 5000 - 10000 в последнее десятилетие и в настоящее время считаются чрезвычайно высокими и своего рода «золотым стандартом» для высокотехнологичных применений. С учетом полученных результатов JX Nippon Mining & Metals, некоторых «кислородных технологий» и соображений, исходящих из нашей технологии, будем считать в настоящее время и на «некоторое будущее время»:
- Коммерческий технологический предел RRR - 20 000.
- Пока «не разберемся с некоторыми нарушением закона Видемана-Франца» предел Теплопроводности при 4,2 К - «50 000+ W /m*K».
Пока наши прогнозы характеристик требуют уточнения, есть «нюансы» требующие более тщательного рассмотрения. Не всегда отслеживаем, какие и где достигнуты другими результаты, но иногда пишем: «Принимая во внимание нашу технологию, при реализации которой, «соблюдая технологическую гигиену, вытягивали всё возможное, что далее улучшать уже весьма проблематично», мы считаем, что имеем 30 - 70% от уровня характеристик, независимо от того, каким окажется достигаемый коммерческий технологический уровень». Но это требует сверки. Долго, сложно, трудно, но все же получаемые иногда некоторые результаты химических анализов и характеристк ведут к подтвержденю наших прогнозов.
|
СВЕРХЧИСТАЯ БЕСКИСЛОРОДНАЯ МЕДЬ : прогноз RRR и теплопроводности при 4,2 К
|
||||||||||
|
Характеристки
|
||||||||||
|
Cu OF
|
Марки
|
% IACS
|
RRR 4,2K
|
λ 4,2K , W/m*K
|
λ 4,2K / λ 293K
|
% «Max»
|
||||
|
( отожженная ) ~
|
~
|
|||||||||
|
Сверхчистая
|
Стандарт+Ag
|
|||||||||
|
Стандарт
|
||||||||||
|
Стандарт +
|
||||||||||
|
104 -- 105
|
4000 -- 15000
? |
15000+ -- 35000+
? |
35+ -- 85+
|
30 -- 70
|
||||||
|
Экстра
|
||||||||||
|
Экстра +
|
||||||||||
|
Экстра - 7N
|
||||||||||
|
Экстра - 7N5
|
||||||||||
|
% «Max» - примерный % от RRR = 20 000 и "соответствующей" Теплопроводности "50 000+ W /m*K ?"
|
||||||||||
|
Слитки имеют кристаллическую структуру схожую с монокристаллом - крупная крупноблочная структура большой размерности.
|
||||||||||
Site is under
development