Материалы высокой проводимости. Медь

Медь в электронике применяют для изготовления проводов, кабелей, шин, токоведущих деталей приборов, анодов, обмоток трансформаторов, магнетронов, волноводов, резонаторов. В микроэлектронике для изготовления фольгированного диэлектрика - гетинакса для производства печатных плат.

Преимущества – малое удельное сопротивление (ещё меньше только у Ag), а также

- высокая механическая прочность,

- относительно высокая теплопроводность,

- удовлетворительная стойкость к коррозии,

- хорошая обрабатываемость (может быть изготовлена проволока толщиной тысячные доли мм),

- относительная лёгкость пайки и сварки.

Получение: - переработка сульфидных руд → черновая медь → электрорафинирование → катоды весом 80-90 кг.

Методом холодной протяжки получают твердотянутую медь (марка МТ). Имеет высокий предел прочности при растяжении, малое относительное удлинение, твердость и упругость при изгибе (пружинит).

Отожженная медь (нагрев до нескольких сот °С) с последующим охлаждением (марка ММ) – пластична, имеет меньшую прочность, твердость, более высокую удельную проводимость. Стандартная отожжённая медь имеет =0,017241 мкОм·м

Наиболее распространены в стране марки меди М1 и МО. М1 содержит 99,9% Cu, кислорода должно быть не больше 0,08%. О₂ – вредная примесь в Cu. Ухудшает механические свойства, затрудняет пайку и лужение. При [O₂]>0,1% при горячей обработке давлением Cu разрушается.

Марка МО – 99,95% Cu, кислорода должно быть не > 0,02%. Она имеет лучшие механические свойства.

Бескислородная медь, содержит 99,97% Cu – получают переплавкой в восстановительной атмосфере СО (О₂+2СО→2СО₂). Используется в электровакуумной технике.

Ещё более чистая – вакуумная медь, выплавленная в вакуумных индукционных печах при остаточном давлении газа ~ 10^-3 Па. Содержит 99,99% Cu. Основное преимущество – высокая пластичность, такое же, как у отожженной меди.

Свойства меди: удельная проводимость меди сильно зависит от примесей:

0,5% Zn, Cd, Ag уменьшают проводимость на 5%. Ni, Sn, Al уменьшают проводимость на 25-40%. Be, As, Fe, Si, P уменьшают проводимость на 55% и больше.

Коррозионная стойкость сильно уменьшается с повышением температуры (окисные и сульфидные плёнки). Из-за этого медь непригодна для слаботочных контактов. Сильно ухудшает механические свойства Cu примесь водорода (в несколько раз), особенно если в Cu есть кислород в виде Cu₂O:

Cu₂O+H₂=2Cu+H₂O

Присутствие воды обеспечивает повышение давления за счет парообразования до нескольких тысяч атмосфер, что приводит к микротрещинам и хрупкости меди. Это называются водородной болезнью. При наличии в Cu водорода он и сам способен выделяться из твердого раствора с медью под большим давлением, разрывая металл и скапливаясь на границах зерен.