Leghe ad alta conducibilità

Leghe di rame ad alta conducibilità

Il rame possiede la più alta conducibilità tra tutti i metalli non preziosi ed è il materiale di prima scelta per tutte quelle applicazioni in cui bisogna trasportare elettricità. Questo è possibile grazie anche ad altre proprietà del rame, come la sua lavorabilità, duttilità, la resistenza meccanica e alla corrosione, la sua attitudine alla giunzione.

Il rame “oxygen-free”

Per ottenere un rame ad altissima conducibilità, superiore perfino a quella del “comune” Cu-ETP,  si deve ridurre al minimo il tenore di ossigeno al suo interno: si parla allora di rame ad alta conducibilità privo di ossigeno (Oxygen-Free High Conductivity CopperCu-OFHC). In genere il contenuto di ossigeno varia dallo 0,001 al 0,003%, con un massimo di altre impurezze che non deve superare lo 0,03% in totale.

In questa categoria di Cu-OFHC, due leghe sono particolarmente importanti:

  • il Cu-OF, con rame al 99,95%
  • il Cu-OFE (Oxygen Free Electronic), con rame al 99,99%, senza Ag, O tenuto sotto lo 0,0005%

Le caratteristiche dei Cu-OFHC

Quali sono le caratteristiche delle leghe Cu-OFHC? Ecco le principali:

  • Conducibilità elettrica pari a 102% IACS: cioè la più alta conduttività tra tutte le leghe di rame, impiegata per le applicazioni che necessitano di altissime prestazioni.
  • Conduttività termica di 386-394 W/m°C: la rimozione del calore è essenziale per l’alta efficienza dei componenti elettrici ed elettronici. Ricordiamo che la conducibilità diminuisce col crescere della temperatura.
  • Purezza altissima: le impurezze evaporano in condizioni di vuoto, in queste leghe questo viene evitato grazie alla loro altissima purezza.
  • Facile giuntabilità in atmosfera riducente: durante le operazioni di brasatura l’ossigeno contenuto nel rame reagisce con l’idrogeno, dando luogo a vapore che tende ad espandersi e causare fratture nel materiale (infragilimento a vapore). Questo viene evitato negli Cu-OFHC.

Applicazioni

Le leghe Cu-OFCH vengono impiegate dove occorre la massima conducibilità unita alla massima purezza: condensatori sottovuoto, valvole termoioniche (per radio, TV, klynstron e magnetron), acceleratori di particelle, guide d’onda, ecc

Per esempio, il Large Hadron Collider del CERN di Ginevra è il più grande acceleratore di particelle al mondo: le particelle vengono accelerate fino raggiungere il  99,99% della velocità della luce, guidate da 1600 supermagneti. La struttura base di questi magneti consiste di fibre di Cu-OFE e niobio-tantalio contenute in una matrice di rame ad alta conducibilità.

Altre leghe

Tuttavia, per alcune particolari applicazioni, è necessario avere leghe con caratteristiche meccaniche superiori, ottenibili con l’aggiunta di elementi in lega, che però portano ad una riduzione della conducibilità.

Sono disponibili on-line dei database e pubblicazioni (vedi link in fondo alla pagina) che illustrano le proprietà di ciascuna di queste leghe:

  • Il Copper Conductivity Material Database fornisce un’introduzione alle famiglie di leghe e le proprietà principali: è un sito user-friendly per ottenere le informazioni sulle leghe, sviluppato dal Copper Development Association UK.
  • Il Conductivity Alloys Knowledge Base contiene informazioni tecniche più dettagliate e prevede dei filtri per trovare la lega secondo i criteri desiderati.
  • Un’altra importante risorsa è la pubblicazione High Conductivity Copper for electrical engineering, liberamente scaricabile, destinata ai progettisti ed ingegneri elettrici.