Rame

Rame OFC

Rame #1

Rame #2

Rame Impurità:                      

Rame (tipi di):

Rame smaltato

 

 

Rame OFC:  :  vedere  Rame (tipi di).

 

Rame #1 :  (simbolo Cu, numero atomico 29, elemento di transizione) il rame è un metallo di colore rosso con struttura cristallina cubica a facce centrate. Il rame è un materiale fondamentale per l’elettronica e la meccanica ed è impiegato ovunque sia necessaria una buona conducibilità termica ed elettrica.

 

 

 

Struttura cubica a facce centrate

 

iso

NA

TD

DM

DE

DP

63Cu

69,17%

stabile con 34 neutroni

64Cu

sintetico

12,7 ore

e

1,675

64Ni

64Cu

sintetico instabile

12,7 ore

ß-

0,579

64Zn

65Cu

30,83%

stabile con 36 neutroni

 

 

 

 

iso = isotopo
NA = abbondanza in natura
TD = tempo di dimezzamento
DM = modalità di decadimento
DE = energia di decadimento in MeV
DP = prodotto del decadimento

 

Caratteristiche del Rame ricotto campione a 20°C  (sezione uniforme di 1 mm2 e lunghezza di 1 metro)

Temperatura di fusione

1083 °C

Temperatura di ebollizione

2595 °C

Densità a 20 °C

8.89 g/cm3

Carico di rottura (ricotto)

~ 220 N/mm2

Coefficiente di dilatazione termica a 20°C

1,65 10-6 m/(m*K)

Ritiro di solidificazione

4.92%

Calore specifico a 20°C

385 KJ/(Kg*K)

Conduttività termica a 20 °C

391 W/(m*K)

Resistività elettrica a 20 °C (ricotto)

0.017241 Ohm mm2/m

Coefficiente di temperatura della resistività elettrica (-100° : +150°)

393 *10-5 K-1

RT = R20 [1 + alfa (1 - 20)]

alfa = 0,00393

Velocità del suono

3600 m/s

Potenziale E° (Cu2+ +2e-  Cu)

0,337 V

 

Osservato al microscopio il rame mostra una struttura in grani affiancati uno all’altro con continuità. Per ottenere la migliore conducibilità il rame viene purificato (rame OFC) eliminando le impurità (in particolare l’ossigeno) e cercando di aumentare la dimensione dei grani. Solo l’argento presenta una resistività leggermente superiore al rame.

 

Rame #2

I cavi sono realizzati con fili di rame. Nella tavola periodica degli elementi il rame appare nella stessa colonna di oro e argento con i quali condivide molte affinità chimico-fisiche. Il rame si lega facilmente con altri metalli dando origine a svariate leghe. Esposto all’aria si ossida producendo  CuO (ossido di rame, stabile in ambiente) e Cu2O (ossido rameoso ) che è un semiconduttore (rettifica come un diodo). In presenza di cloro si combina in CuCl2 (anche l’argento si lega con il cloro in AgCl2).

 

 

CuCl2 dal tipico colore verde.

 

Al microscopio il rame si presenta composto da grani. Dal punto di vista della conducibilità più i grani sono grandi e meglio è. La dimensione dei grani dipende dal processo di ricottura e dalla presenza di gas quali ossigeno ed idrogeno. Quando i grani sono grossi la superficie del rame è più liscia e compatta (minore rugosità) il che consente una copertura più uniforme e una migliore lavorazione. Quando i grani sono ultrasottili il rame acquista una maggiore durezza conservando la duttilità. In letteratura si trovano ricerche che hanno il fine di ridurre la dimensioni dei grani (per aumentare la durezza) ed altre tese ad aumentarla per migliorare la conducibilità.

Il rame è disponibile in lastre  di 96 cm x 95 cm x 1 cm, dal peso di circa 100 kg e purezza 99.97% (rame elettrolitico standard ASTM B 115-00). Le lastre di rame subiscono poi ulteriori lavorazioni  (attraverso una successiva fusione in assenza di ossigeno) e diventano rame ricotto (OFC standard ASTM B 170  puro al 99.99%).  

 
Rame Impurità:  Impurità presenti nel rame e conducibilità

 

 impurità presenti

RAME ELETTROLITICO
(ETP)

RAME OXYGEN-FREE
(OFHC)

Argento

.0013

.0012

Zolfo

.0015

.0012

Arsenico

.0006

.0002

Piombo

.0010

.0005

Antimonio

.0010

.0005

Bismuto

.0001

.00003

Selenio

.0003

.0001

Tellurio

.0001

.00005

Stagno

.0004

.0001

Nickel

.0014

.0005

Zinco

.0004

.00005

Ossigeno

.0340

.0003

Conducibilità (IACS)

100.7%

101.5%

                       

Rame (tipi di): Esistono diversi tipi di rame ottenuti con procedure di purificazione brevettate: LC-OFC, OHFC, OCC e probabilmente altre ancora.

Più il rame è puro più si riesce ad ottenere trefoli di diametro inferiore (per es. con rame elettrolitico si arriva a 0.2 mm con rame puro a 0.1 mm di diametro). Se il rame non è puro i trefoli sottili si spezzano.

 

Il rame LC_OFC (Linear Crystal Oxygen-Free Copper) è stato prodotto da Hitachi a partire dalla metà degli anni ’80 fino ai primi del 2000. La produzione è stata ripresa nel 2008 su richiesta di alcuni produttori di cavi. Il rame LC-OFC è prodotto per cristallizzazione a partire dal rame OFC di classe 1 ottenendo una purezza del 99.995%. Il contenuto di ossigeno è nell’ordine di 10ppm.  

 

OFHC è un marchio registrato di  American Metals Climax, Inc. Il marchio, i processi di produzione e la linea di prodotti come pure le macchine per la produzione sono state cedute alla  Phelps Dodge che è ora proprietaria del prodotto. Le specifiche del rame OFHC sono contenute nel documento ASTM F68 (identiche a alle specifiche UNSC-10100 UNSC-10100). Nel mercato il rame  OFHC è stato sostituito dall’equivalente rame OFE.

 

Il processo OCC è stato sviluppato e brevettato da  Professor Ohno del Chiba Institute of Technology in Giappone. Il processo OCC ottiene grani più grandi e più puri (99.9995%) vicini alla categoria 6N ( 99.9998%). Con il rame UP-OCC Ultra Pure vengono realizzati cavi con coppie di conduttori  twistati. A questo punto non si capisce perché il Professor Ohno non abbia utilizzato rame 6N o argento.

 

Materiale

Numero di grani per metro

Rame

150000  (grani 0.010 mm)

OFC

50000

LC-OFC

200-400  (grani 5 mm)

Numero di grani per metro nel rame (dati Breckland Audio)

 

 

Tipo

Conduttività IACS

Resistività di volume ohm/m mm2

a 20oC – lavorato a freddo

97.0-97.7 %

0.017668 - 0.01876

Rame UNI 5649/1 CU-ETP

98,28 %

0,017544

Rame UNI 5649/1 CU-OF

100 %

0,017241

a 20oC – ricottura dolce

100.0-101.5 %

0.016978 - 0.01724

                                   Valori di resistività

 

In natura il rame è presente con 2 isotopi 63Cu (circa 30%) e 65Cu (circa 70%). Il 64Cu è sintetico ed instabile. Sicuramente qualche “purista” pretenderà un cavo realizzato con rame mono-isotopico (per esempio 100% di 65Cu).

 

Rame smaltato: Il rame, per realizzare per esempio trasformatori o bobine, deve essere isolato e ciò si ottiene con la smaltatura che consiste nel depositare sulla superficie del rame uno smalto isolante. La smaltatura del rame si degrada con la temperatura. La smaltatura è caratterizzata in diverse classi: la classe B è tipica del rame impiegato in Cina per realizzare le bobine mobili degli altoparlanti. Quando la smaltatura è di classe H Gr 2 il limite termico dell’altoparlante è determinato dai collanti che possono resistere fino a circa 170 gradi.

 

Classe Rame Smaltato

Range di Temperatura

B

-60 + 130

F Gr 1 e 2

-60 + 155

H Gr 1

-60 + 180

H Gr 2

-60 + 220