СибНеоТэк
Специальные материалы
RU
Главная
Производство Сверхчистых материалов - Сверхчистая Бескислородная Медь
О МЕДИ
Параметры большинства устройств в обычных температурах приблизились к своему техническому пределу. Это означает, что возможности, определяемые свойствами материалов, во многом исчерпаны. Охлаждение — один из очевидных способов значительного изменения свойств некоторых материалов. Применение сверхпроводящих материалов эффективно, при минимальном риске отказа системы, только в узком диапазоне криогенных температур, что влечет за собой значительные затраты, а иногда и крайне затруднено. Использование сверхпроводящих материалов имеет и другие огромные трудности и ограничения, в том числе ограничения в некоторых задачах и условиях по другим физическим характеристикам и свойствам.

Материалы часто представляют интерес по сочетанию нескольких физических характеристик и свойств. Электропроводность, теплопроводность, температуропроводность, коэффициент отражения, предел текучести и т.д. - не единственное что может представлять интерес. Серьезное влияние на использование некоторых материалов влияют и такие параметры как токсичность, сложность в обработке, хрупкость при внешнем воздействии и т. п. Поэтому и рассматриваются возможности изготовления систем, элементов устройств из не сверхпроводящих металлов, в том числе работающих  необязательно при гелиевых температурах.

Определенный интерес по многим параметрам представляет медь. Медь имеет высокие характеристики электрической проводимости и теплопроводности и применяется в различных областях и устройствах. Известно, что электропроводность (и не только) существенно зависит от наличия и распределения примесей в меди. Влияние примесей наиболее заметно в криогенике. Сотые и тысячные (и менее) доли процента примеси могут резко снижать ее тепло- и электропроводность. Электрическая проводимость не единственный параметр, который может представлять интерес. Различия в характеристиках, определенные чистотой меди, могут представлять интерес и не только в криогенных температурах.  
КЛАССИЧЕСКАЯ   МЕДЬ
Применяемая в различных областях и задачах классическая медь и ее марки описываются известными общепринятыми стандартами и имеют чистоту в диапазоне 99,0-99,99%. Стандарты описывают конкретный список химических элементов, в соответствии с которым для каждой марки меди определяются чистота и конкретные ограничения по каждому химическому элементу или группам из них. Соответственно, разные марки несколько отличаются по характеристикам и применяются для своих задач. Наиболее известные стандарты -  ASTM B170 (USA) и ГОСТ 859-2001 (Россия). Аналогичные стандарты есть и в других странах: Японии, Великобритании, Германии и т.д.

Наиболее высокими характеристиками  среди классической меди обладает бескислородная медь, что объясняется более высокими требованиями к меди в ряде областей применения, соответственно к составу примесей, как по общей чистоте, так и по конкретному содержанию примесей.  Применяемая классическая бескислородная медь «условно» подразделяется на Чистую и Высокочистую с чистотой mim 99,95% и min 99,99% соответственно.
Классическая Бескислородная медь
Марки :
Cu, %min
Cu+Ag, %min
% IACS
RRR 4.2K
λ 4.2К / λ 293K ~
--  Чистая
М0б, C10200, C1020, Cu-OF ...
99.95
99.97
  100-101
100-120
1
--  Высокочистая
М00б, С10100, C1011, Cu-OFE ...
99.99
---
  101-102
200-250
3-5
 
RRR 4.2K - относительное остаточное сопротивление, отношение сопротивлений при 293К и 4,2К ( RRR 4.2K=R 293K /R 4.2K ), во сколько раз падает сопротивление или растет электропроводность при 4,2К по отношениюк значению при комнатной температуре
λ
4.2K / λ 293K - отношение Теплопроводности при 4,2К к Теплопроводности при 293 К, во сколько раз растет теплопроводность в криогенике
Существует специальная  марка  меди CG-OFC производства Hitachi Cable Ltd (Япония) для применения в криогенике. Марка меди CG-OFC  обеспечивает RRR  ~500  и  λ 4.2К / λ 293K  ~7.

Характеристика RRR является показателем насколько чиста и совершенна медь. RRR для очень качественной меди может достигать значений 2000-3000: в одной из исследовательских работ была получена медь в виде монокристалла с RRR ~2000, в другой из работ была исследована медь с характеристиками  RRR ~3000 и  λ 4.2К / λ 293K ~40.

Следует отметить, что при низких температурах эти характеристики ведут себя нелинейно. Некоторые данные будут приведены в разделе «Продукты/Характеристики».
Электропроводность и Теплопроводность в криогенике при температуре 4,2К от максимально возможных значений:

  • Высокочистая  бескислородная медь обеспечивает  <10%
 
  • Марка меди CG-OFC для криогеники обеспечивает   <20%
СВЕРХЧИСТАЯ

БЕСКИСЛОРОДНАЯ  МЕДЬ
При классическом производстве отдельные результаты чистоты марок меди могут быть и выше заявленных в стандартах ГОСТ 859-2001 и ASTM B170, но гарантируется лишь то, что там указано, и для лучших марок меди это только "не менее 99,99%". Обеспечить гарантированное соответствие чистоте 99,99% по этим стандартам тоже не так просто: помимо общей чистоты по заявленным примесям необходимо соблюдать ограничения для каждой из них. Есть другие, не массовые технологии, но они имеют ряд своих ограничений и сложностей, и по этим стандартам крайне сложно достичь гарантированного результата выше 99,995-8%.

Поэтому, часто производители для меди 99,995-99,999% и выше устанавливают свои технические условия: устанавливается свой список элементов для определения чистоты, а порой и правила как "высчитывать чистоту". В некоторых задачах и технологических процессах допустимо не учитывать некоторые элементы из общепринятых стандартов, учитывать не входящие в эти стандарты примеси, но эти моменты надо различать и связывать с задачей. Например, в криогенике любая примесь оказывает влияние, в большей или меньшей степени...

Нами проведены НИОКР и создано экспериментальное производство. Мы получили устойчивые гарантируемые результаты и произвели экспериментальный продукт высочайшего качества: Особо чистая и Сверхчистая медь в слитках. Химическая чистота определена по примесям общепринятых стандартов ГОСТ 859-2001 (Росия) и ASTM B170 (USA), и согласно общепринятым простым математическим правилам подсчета чистоты, которые и определены в этих стандартах.
Особо чистая и Сверхчистая Бескислородная медь
Марки :
Cu, %min 
Cu+Ag, %min
% IACS 
RRR 4.2K ~
λ 4.2К / λ 293K ~
--  Особо  чистая
  ---
99.999  
---
>103.5 
>1000
>15
--  Сверхчистая
Стандарт,  Экстра
99.9995 / 99,9997
99.9997 / 99.9998
104-105
1500-3000
20-40
 
RRR 4.2K - относительное остаточное сопротивление, отношение сопротивлений при 293К и 4,2К ( RRR 4.2K=R 293K /R 4.2K ), во сколько раз падает сопротивление или растет электропроводность при 4,2К по отношениюк значению при комнатной температуре
λ
4.2K / λ 293K - отношение Теплопроводности при 4,2К к Теплопроводности при 293 К, во сколько раз растет теплопроводность в криогенике
Прогнозные ожидания  RRR и λ имеют под собой основания, нижние значения могут быть занижены... Есть исследования не противоречащие прогнозам, а также соображения, проистекающие из нашей Технологии. Прогнозные ожидания вполне обоснованы и вопрос скорей в статисическом интервальном распеределении данного прогноза для текущего продукта. В любом случае, такие результаты могут быть получены. Кратное увеличение характеристики RRR влечет также существенное улучшение и многих других характеристик, например Теплопроводность.

Особо чистая медь была получена в процессе исследований технологических параметров и не планируется к выпуску.
Прогноз по Электропроводности и Теплопроводности в криогенике при температуре 4,2К  от максимальных значений:

  • Особо чистая бескислородная медь   35%-60%  
 
  • Сверхчистая бескислородная медь    60%-90% 
Применение полученной сверхчистой меди обусловлено ее характеристиками, отличающимися от классической или другой особо чистой высочайшей сбалансированной химической чистотой, и, соответственно, физико-химическими и механико-технологическими характеристиками. В различных областях применения эти различия могут иметь различные выгоды. Применение полученной сверхчистой меди может представлять интерес в изготовлении сверхтонких проволок и лент, медных лазерных зеркал или подложек к ним, тепловых мостов и других изделий (особенно работающих при низких температурах), в электронике (микро/нано, радиационно-устойчивой), нанофотонике, в химии и т. д.

Наибольшие отличия полученной меди будут в низких температурах: Электропроводность и Теплопроводность наибольшие  отличия в интервале 5-20К, отражательная способность в интервале 5-50К. Представляют интерес и другие отличающиеся характеристики и свойства. В каждой конкретной области применения, в конкретной задаче и условиях, в соответствии с доминантной характеристикой или набором необходимых характеристик и свойств, эффект от замены может различаться, а также иметь мультипликативный эффект. В некоторых случаях, экономический эффект может не является определяющим - вопрос в существовании материала с соответствующими характеристиками.
ПРИМЕНЕНИЕ
Site is under
development