Cobre libre de oxígeno

El cobre libre de oxígeno ( OFC ) o cobre libre de oxígeno de alta conductividad térmica ( OFHC ) es un grupo de aleaciones de cobre forjadas de alta conductividad que han sido refinadas electrolíticamente para reducir el nivel de oxígeno a 0,001 % o menos. ^{[ 1 ] [ 2 ]} El cobre libre de oxígeno es un cobre de grado superior que tiene un alto nivel de conductividad y está prácticamente libre de oxígeno. El contenido de oxígeno del cobre afecta sus propiedades eléctricas y puede reducir la conductividad.

El cobre libre de oxígeno se especifica típicamente según la base de datos ASTM/ UNS . ^{[ 3 ]} La base de datos UNS incluye muchas composiciones diferentes de cobre eléctrico de alta conductividad . De estas, tres son ampliamente utilizadas y dos se consideran libres de oxígeno:

• C10100 – también conocido como cobre electrónico libre de oxígeno (OFE). Se trata de cobre con una pureza del 99,99 % y un contenido de oxígeno del 0,0005 %. Alcanza una conductividad mínima del 101 % según la norma IACS . Este cobre se procesa en un entorno libre de oxígeno cuidadosamente controlado. La plata (Ag) se considera una impureza en la especificación química del OFE. Este es, además, el más caro de los tres grados mencionados.
• C10200 – también conocido como libre de oxígeno (OF). Si bien se considera libre de oxígeno, su conductividad no es superior a la del grado ETP más común que se describe a continuación. Tiene un contenido de oxígeno del 0,001 %, una pureza del 99,95 % y una conductividad mínima del 100 % según la norma IACS. Para el cálculo del porcentaje de pureza, el contenido de plata (Ag) se contabiliza como cobre (Cu).
• C11000, también conocido como cobre electrolítico resistente (ETP), es el tipo de cobre más común y se utiliza ampliamente en aplicaciones eléctricas. El ETP tiene una conductividad mínima del 100 % IACS y debe tener una pureza del 99,9 %. Su contenido de oxígeno típico oscila entre el 0,02 % y el 0,04 %. La mayoría del ETP que se comercializa actualmente cumple o supera la especificación IACS del 101 %. Al igual que con el cobre OF, el contenido de plata (Ag) se contabiliza como cobre (Cu) a efectos de pureza.

La conductividad se especifica generalmente en relación con la norma internacional de cobre recocido de 1913.5,8 × 10 ⁷ S / m . Los avances en el proceso de refinación ahora producen cobre OF y ETP que pueden cumplir o superar el 101% de este estándar. (El cobre ultrapuro tiene una conductividad de 5,865 × 10 ⁷  S/m, 102,75 % IACS.) Tenga en cuenta que los cobres OF y ETP tienen requisitos de conductividad idénticos. ^{[ 5 ]}

El oxígeno desempeña un papel beneficioso en la mejora de la conductividad del cobre. Durante el proceso de fundición del cobre , se inyecta oxígeno deliberadamente en el metal fundido para eliminar las impurezas que, de otro modo, degradarían la conductividad. ^{[ 6 ]}

Existen procesos de refinación avanzados, como el proceso Czochralski , que pueden lograr niveles de impurezas inferiores a la especificación C10100 mediante la reducción de la densidad de los granos de cobre. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} Actualmente, no existen clasificaciones UNS/ASTM para estos cobres especiales y la conductividad IACS de estos cobres no está fácilmente disponible.

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 ), incluyendo la fabricación de semiconductores y componentes superconductores , así como en otros dispositivos de ultra alto vacío, como aceleradores de partículas . En cualquiera de estas aplicaciones, la liberación de oxígeno u otras impurezas puede provocar reacciones químicas indeseables con otros materiales en el entorno local. ^{[ 11 ]}

La industria de cables para altavoces de alta gama comercializa el cobre libre de oxígeno como un material con conductividad mejorada u otras propiedades eléctricas que supuestamente resultan ventajosas para la transmisión de señales de audio . De hecho, las especificaciones de conductividad para los cobres libres de oxígeno (OF) comunes C11000 (ETP) y los de mayor costo C10200 son idénticas; ^{[ 12 ]} e incluso el mucho más caro C10100 solo tiene una conductividad un uno por ciento mayor, insignificante en aplicaciones de audio. ^{[ 12 ]}

Sin embargo, el OFC se vende para señales de audio y video en sistemas de reproducción de audio y cine en casa . ^{[ 12 ]}

Los cobres de alta conductividad eléctrica se distinguen de los cobres desoxidados mediante la adición de fósforo en el proceso de fundición. El cobre con fósforo libre de oxígeno (CuOFP) se utiliza normalmente en aplicaciones estructurales y térmicas donde el material de cobre estará sometido a temperaturas lo suficientemente altas como para causar fragilización por hidrógeno o, más precisamente, fragilización por vapor . Algunos ejemplos son las varillas de soldadura / brazado y los tubos de intercambiadores de calor . ^{[ 13 ]}

Las aleaciones de cobre que contienen oxígeno como impureza (en forma de óxidos residuales presentes en la matriz metálica) pueden fragilizarse si se exponen a hidrógeno caliente _. El hidrógeno se difunde a través del cobre y reacciona con inclusiones de Cu₂O , formando H₂O , que a su vez genera burbujas de vapor de agua a presión en los límites de grano . Este proceso puede provocar _que los granos se separen entre sí y se conoce como fragilización por vapor (ya que el problema se origina por la producción de vapor , no por la exposición al mismo).

El CuOFP ha sido seleccionado como material resistente a la corrosión para el embalaje exterior del combustible nuclear gastado en el concepto KBS-3 desarrollado en Suecia y Finlandia para la eliminación de residuos radiactivos de alta actividad en formaciones rocosas cristalinas.

• Cable y alambre de cobre