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无氧铜

无氧铜(英语:Oxygen-free copper)是纯度高、含氧量和其他杂质都极少的铜,有纯度高、导电、导热性好的特点,有极好的塑性和韧性,化学活性不大。

无氧铜按含氧量和杂质含量分为TU00号无氧铜、TU1号无氧铜、TU2号无氧铜、TU3号无氧铜;按晶体结构分为多结晶铜、大结晶铜、单晶铜。

无氧铜的冷变形率为50%的无氧铜材料的抗拉强度为372兆帕,延伸率为3%,经700℃退火后的抗拉强度为220兆帕,延伸率为43%;导电导热性高,导电率高达102%IACS,在700℃退火30分钟后导电率可达到101.5%IACS。它的化学活性不大,在低于185℃时,无氧铜不与干空气和氧发生反应。

无氧铜主要应用于电子工业、航天工业等领域,其中电子工业中的产品有波导管、谐振器、真空管、超导体基材等。

主要分类

含氧量和杂质含量分类

无氧铜按含氧量和杂质含量可以分四种,分别是TU00号无氧铜、TU1号无氧铜、TU2号无氧铜、TU3号无氧铜。

TU00号无氧铜纯度达99.99%,氧含量不大于0.005%,杂质总含量不大于0.01%。

TU1号无氧铜纯度达99.97%,氧含量不大于0.001%,杂质总含量不大于0.03%。

TU2号无氧铜纯度达99.95%,氧含量不大于0.002%,杂质总含量不大于0.05%。

TU3号无氧铜纯度达99.95%,氧含量不大于0.001%,杂质总含量不大于0.05%。

按晶体结构分类

无氧铜按晶体结构分类,分为多结晶铜、大结晶铜(1C-OFC)、单晶铜(OCC)。

主要特性

无氧铜具有纯度高、导电、导热性好的特点,且具有极好的塑性和韧性,化学活性不大。

塑性和韧性

冷变形率为50%的无氧铜材料的抗拉强度为372兆帕,延伸率为3%,经700℃退火后的抗拉强度为220兆帕,延伸率为43%;导电导热性高,导电率高达102%IACS,在700℃退火30分钟后导电率可达到101.5%IACS。

化学活性

无氧铜化学活性不大,在低于185℃时,无氧铜不与干空气和氧发生反应。在存在湿气和二氧化碳气体的条件下,可在其表面生成绿色碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3],在空气中加热会发生表面氧化,低于375℃时会形成黑色的氧化铜,而在375~1000℃范围内,会形成不致密的铜氧化物,外层是黑色的氧化铜,而内层是红色的氧化亚铜,从而形成从黑到红的梯度色调。在高温下,铜与氨气不会发生反应,因而氨气广泛应用于对无氧铜热处理的保护气氛。无氧铜无氢脆现象,这是由于氢气在致密铜中的溶解度不大,在400℃时,1千克铜中可溶解0.6毫克氢气,而铜的氧化物较容易被氢气还原;在150℃时,铜的氧化物与氢气开始反应被还原,产生的水汽压力很大,且不溶于铜,不能通过晶粒渗出,只能从晶界处放出,进一步提高温度,有氧铜会明显产生开裂、气泡和斑点,即氢脆,而无氧铜氧含量极少,因此不会发生氢脆现象。无氧铜在大气、纯净淡水、流速不大的海水中均耐腐蚀。

制备方法

生产无氧铜主要有两种方法,分别为真空炉熔炼技术和工频感应炉熔炼技术。

真空炉熔炼技术

真空炉熔炼技术,在真空条件下,采用中频无芯感应炉熔炼,生产的无氧铜纯度高,含氧量可达0.0005%以下。

工频感应炉熔炼技术

工频感应炉熔炼技术,先将阴极铜在预热炉内干燥、预热,然后依次加入专门设计的密封卧式工频感应炉中熔炼和保温,经立式连铸机铸造成铸锭,含氧量可达0.0002%。

应用领域

电子工业

无氧铜制品主要用于电子工业,常制成无氧铜板、无氧铜带、无氧铜线等铜材,如波导管、谐振器、真空管、超导体基材、玻璃与金属的封接件、电子管引线和阴极、铜母线等。含银无氧铜有较高的抗高温软化性能,适合用作在较高温度环境中工作的电器导体。

航天工业

在航天器用大功率微波真空器件中,大多数行波管采用钨、钼窄带制作慢波螺旋线,并采用氧化铍陶瓷夹持杆夹持固定的慢波结构。和钨钼材料比较,无氧铜良好的电导率能够很好地降低器件在工作时的高频损耗,其良好的电阻率大大减少了高频段的损耗,也减少了热量的产生。同时,由于无氧铜良好的热导率,在制作螺旋结构时,钨钼螺旋线带材都是采用氧化铍陶瓷夹持杆夹持固定,器件工作时产生的热量通过与氧化铍夹持杆的接触面传递,而采用无氧铜窄带时,则采用焊接工艺,把无氧铜窄带与氧化铍陶瓷夹持杆焊接结合。

与纯铜的区别

成分不同

纯铜:顾名思义就是含铜量高的铜,由于颜色紫红又称紫铜,主成分为铜加银,含量为99.5~99.95%;首要杂质元素:磷、铋、锑、砷 、铁、镍、铅、锡、硫、锌、氧等;用于制做导电器件、高档铜合金、铜基合金。

无氧铜:不含氧也不含任何脱氧剂残留物的纯铜。但实际上还是含有非常微量氧和一些杂质。按标准规则,氧的含量不大于0.005%,杂质总含量不大于0.05%,铜的纯度大于99.95%。

分类不同

纯铜:(T1、T2、T3)、无氧铜(无氧铜、银无氧铜、锆无氧铜和弥散无氧铜)、磷脱氧铜、添加少数合金元素的特种铜(砷铜、碲铜、银铜、硫铜和锆铜)四类。

无氧铜:严厉区分,无氧铜应分为一般无氧铜和高纯无氧铜。一般无氧铜可以在工频有铁心感应电炉中进行熔炼,高纯无氧铜的熔炼则应该在真空感应电炉中进行。

用处不同

纯铜的用处要比铁规模广得多,每年有很多的铜用于电气工业生产之中。纯铜首要用于制作发电机﹑母线﹑电缆﹑开关设备﹑变压器等电工器件和热交换器﹑管道﹑太阳能加热设备的平板集热器等导热器件。

无氧铜在电子工业中得到广泛应用,在真空电子器件中,无氧铜已居该领域中七大结构资料中用量之首。

参考资料

无氧铜.中国大百科全书.2024-12-20

纯铜和无氧铜有什么区别?.沈阳有色金属加工有限公司.2024-12-24