Cobre sin oxígeno

La cápsula CuOFP utilizada como sobreembalaje para la eliminación de combustible nuclear gastado en el concepto KBS-3 (versión sueca)

El cobre sin oxígeno ( OFC ) o el cobre de alta conductividad térmica ( OFHC ) sin oxígeno es un grupo de aleaciones de cobre forjado de alta conductividad que se han refinado electrolíticamente para reducir el nivel de oxígeno al 0,001% o menos. ^{[1] [2]}

Especificación

El cobre libre de oxígeno generalmente se especifica de acuerdo con la base de datos ASTM / UNS . ^[3] La base de datos de UNS incluye muchas composiciones diferentes de cobre eléctrico de alta conductividad . De estos, tres son ampliamente utilizados y dos se consideran libres de oxígeno:

• C10100: también conocido como electrónico sin oxígeno (OFE). Este es un cobre puro al 99,99% con un contenido de oxígeno del 0,0005%. Alcanza un índice de conductividad IACS mínimo del 101% . Este cobre se acaba a una forma final en un ambiente libre de oxígeno cuidadosamente regulado. La plata (Ag) se considera una impureza en la especificación química OFE. Este también es el más caro de los tres grados enumerados aquí.
• C10200 - también conocido como sin oxígeno (OF). Si bien el OF se considera libre de oxígeno, su índice de conductividad no es mejor que el grado ETP más común a continuación. Tiene un contenido de oxígeno del 0,001%, una pureza del 99,95% y una conductividad IACS mínima del 100%. A los efectos del porcentaje de pureza, el contenido de plata (Ag) se cuenta como cobre (Cu).
• C11000: también conocido como brea tenaz electrolítica (ETP). Este es el cobre más común. Es universal para aplicaciones eléctricas. ETP tiene una clasificación de conductividad mínima de 100% IACS y se requiere que sea 99,9% puro. Tiene un contenido de oxígeno del 0,02% al 0,04% (típico). La mayoría de los ETP vendidos en la actualidad cumplen o superan la especificación del 101% de la IACS. Al igual que con el cobre OF, el contenido de plata (Ag) se cuenta como cobre (Cu) para fines de pureza.

Alta conductividad térmica sin oxígeno

El cobre de alta conductividad térmica sin oxígeno (OFHC) se usa ampliamente en criogenia . El OFHC se produce mediante la conversión directa de cátodos refinados seleccionados y piezas fundidas en condiciones cuidadosamente controladas para evitar la contaminación del metal puro libre de oxígeno durante el procesamiento. El método de producción de cobre OFHC asegura un grado extra alto de metal con un contenido de cobre del 99,99%. Con un contenido tan pequeño de elementos extraños, las propiedades inherentes del cobre elemental se manifiestan en un alto grado. Estas características son alta ductilidad , alta conductividad eléctrica y térmica , alta resistencia al impacto , buena fluencia.resistencia, facilidad de soldadura y baja volatilidad relativa a alto vacío . ^[4]

Estándares

La conductividad generalmente se especifica en relación con el Estándar Internacional de Cobre Recocido de 1913 de5,8 × 10 ⁷  S / m . Los avances en el proceso de refinación ahora producen cobre OF y ETP que puede cumplir o superar el 101% de este estándar. (El cobre ultrapuro tiene una conductividad de5.865 × 10 ⁷  S / m, 102.75% IACS.) Tenga en cuenta que los cobres OF y ETP tienen requisitos de conductividad idénticos. ^[5]

El oxígeno juega un papel beneficioso para mejorar la conductividad del cobre. Durante el proceso de fundición del cobre , se inyecta oxígeno deliberadamente en la masa fundida para eliminar las impurezas que, de otro modo, degradarían la conductividad. ^[6]

Existen procesos de refinación avanzados, como el proceso Czochralski, que se pueden utilizar para reducir los niveles de impurezas por debajo de la especificación C10100 al reducir la densidad del grano de cobre. ^{[7] [8] [9] [10]} En este momento, actualmente no existen clasificaciones UNS / ASTM para estos cobres especiales y la conductividad IACS de estos cobres no está disponible fácilmente.

Aplicaciones industriales

Para aplicaciones industriales, el cobre libre de oxígeno se valora más por su pureza química que por su conductividad eléctrica. El cobre de grado OF / OFE se utiliza en procesos de deposición por plasma ( pulverización catódica ), incluida la fabricación de semiconductores y componentes superconductores , así como en dispositivos de alto vacío como aceleradores de partículas . En cualquiera de estas aplicaciones, la liberación de oxígeno u otras impurezas puede causar reacciones químicas indeseables con otros materiales en el ambiente local. ^[11]

Usar en audio doméstico

La industria de cables de altavoz de alta gama comercializa cobre sin oxígeno por tener una conductividad mejorada u otras propiedades eléctricas que supuestamente son ventajosas para la transmisión de señales de audio . De hecho, las especificaciones de conductividad para el cobre común C11000 (ETP) y el cobre libre de oxígeno (OF) C10200 de mayor costo son idénticas; ^[12] e incluso el C10100, mucho más caro, tiene solo una conductividad un uno por ciento más alta, algo insignificante en las aplicaciones de audio. ^[12]

No obstante, OFC se vende para señales de audio y video en sistemas de reproducción de audio y cine en casa . ^[12]

Cobre que contiene fósforo sin oxígeno

Los cobres de alta conductividad eléctrica son distintos de los cobres desoxidados por la adición de fósforo en el proceso de fundición. El cobre que contiene fósforo libre de oxígeno (CuOFP) se usa típicamente para aplicaciones estructurales y térmicas donde el material de cobre estará sujeto a temperaturas lo suficientemente altas como para causar fragilización por hidrógeno o más exactamente fragilización por vapor . Los ejemplos incluyen la soldadura / soldadura fuerte de varillas y el intercambiador de calor de tubos. ^[13]

Las aleaciones de cobre que contienen oxígeno como impureza (en forma de óxidos residuales presentes en la matriz metálica) pueden debilitarse si se exponen al hidrógeno caliente . El hidrógeno se difunde a través del cobre y reacciona con inclusiones de Cu 2 O , formando H ₂ O ( agua ), que luego forma burbujas de vapor de agua presurizada en los límites de los granos . Este proceso puede hacer que los granos se separen unos de otros y se conoce como fragilización por vapor (porque se produce vapor , no porque la exposición al vapor cause el problema).

CuOFP ha sido seleccionado como material resistente a la corrosión para el sobreenvasado de combustible nuclear gastado en el concepto KBS-3 desarrollado en Suecia y Finlandia para eliminar desechos radiactivos de alta actividad en formaciones rocosas cristalinas.

Ver también

• Alambre y cable de cobre

Referencias

1. "Innovaciones: Introducción al cobre: ​​tipos de cobre" . Copper.org. 2010-08-25. Archivado desde el original el 2 de noviembre de 2007 . Consultado el 5 de julio de 2011 .
2. "Designación estándar de ASTM para cobre forjado y fundido y aleaciones de cobre" . Recursos: estándares y propiedades . Copper.org. 2010-08-25 . Consultado el 5 de julio de 2011 .
3. "Designación estándar de ASTM para cobre forjado y fundido y aleaciones de cobre: ​​Introducción" . Copper.org. 2010-08-25 . Consultado el 5 de julio de 2011 .
4. "Cobre libre de oxígeno" . Anchorbronze.com . Consultado el 5 de julio de 2011 .
5. "Innovaciones en cobre: ​​electricidad y metalurgia del cobre: ​​aleaciones de cobre alto" . Copper.org. 2010-08-25. Archivado desde el original el 10 de octubre de 2008 . Consultado el 5 de julio de 2011 .
6. "Innovaciones: la metalurgia del alambre de cobre" . Copper.org. 2010-08-25. Archivado desde el original el 27 de noviembre de 2007 . Consultado el 5 de julio de 2011 .
7. Tanner, BK (1972). "La perfección de los monocristales de cobre cultivados por Czochralski". Diario de crecimiento cristalino . 16 (1): 86–87. doi : 10.1016 / 0022-0248 (72) 90094-2 .
8. Akita, H .; Sampar, DS; Fiore, NF (1973). "Control de subestructura por control de solidificación en cristales de Cu". Transacciones metalúrgicas . 4 (6): 15935-15937. doi : 10.1007 / BF02668013 .
9. Kato, Masanori (1995). "La producción de cobre de ultra alta pureza para aplicaciones avanzadas". JOM . 47 (12): 44–46. doi : 10.1007 / BF03221340 .
10. Isohara. "Características de nuestro 9N-Cu (99,9999999%)" (PDF) . Metales de alta pureza ACROTEC . Consultado el 21 de mayo de 2016 .
11. "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 29 de septiembre de 2007 . Consultado el 26 de mayo de 2007 .
12. Russell, Roger. "Speaker Wire - Una historia" . Consultado el 25 de agosto de 2011 .
13. "Cobre de alta conductividad para ingeniería eléctrica" . Asociación de Desarrollo del Cobre. 2016-02-01 . Consultado el 11 de febrero de 2016 .