1. Hitastækkunarstuðull hreins kopars
Hreinn kopar (súrefnis-laus kopar eða hreinn kopar í atvinnuskyni eins og T2, C11000) hefur tiltölulega háan línulegan varmaþenslustuðul, sem er einn af mikilvægum eðliseiginleikum hans í verkfræði.
Frá 20 gráðu til 100 gráður: um það bil 16,5 × 10⁻⁶ / gráðu
Frá 20 gráðu til 200 gráður: um það bil 17,3 × 10⁻⁶ / gráðu
Frá 20 gráðu til 300 gráður: um það bil 17,7 × 10⁻⁶ / gráðu
Þetta þýðir að þegar hitastig eykst stækkar hreinn kopar áberandi, sem verður að hafa í huga við hitauppstreymi, samsetningar og háhita byggingarhluta.
2. Er hreinn kopar hentugur fyrir langtíma-háhitaþjónustu-?
2.1 Niðurstaða
Hreint kopar hentar EKKI til langtímanotkunar- við háan hita, sérstaklega yfir 250 gráður.
Það getur aðeins viðhaldið stöðugri afköstum fyrir langtíma-þjónustu við undir 150 gráður í andrúmslofti sem ekki er ætandi. Ofan við þetta hitastig verða oxun, mýking, styrktartap og niðurbrot í burðarvirki alvarlegt og takmarka endingartíma þess.
2.2 Niðurbrot hreins kopars við háan hita
(1) Hröðun oxun
Fyrir neðan 300 gráður myndar kopar þunnt oxíðfilmu (Cu₂O og CuO) sem veitir takmarkaða vernd.
Yfir 300 gráður hraðar oxun verulega. Oxíðlagið verður þykkt, laust og ekki verndandi og smýgur stöðugt inn á við. Yfir 500 gráður er oxun mjög hröð, sem leiðir til efnisnotkunar, yfirborðsbrotnar og sprungna.
Í umhverfi sem inniheldur brennistein, klór eða önnur ætandi frumefni er tæringu við háan-hita hraðað enn frekar, sem veldur snemma bilun.
(2) Verulegt tap á vélrænni styrk
Hreint kopar hefur lágan háhitastyrk og er hætt við að mýkjast og skríða.
Við 100–200 gráður minnkar styrkur um 10%–20%. Við 300–400 gráður minnkar styrkur um 30%–50% og plastaflögun við álag verður óhjákvæmileg.
Yfir 500 gráður er afgangsstyrkur minni en þriðjungur af styrkleika við stofuhita, sem gerir það óhentugt fyrir hvaða burðarvirki sem er.
(3) Rýrnun raf- og hitaleiðni
Þó kopar haldist mjög leiðandi við hátt hitastig eykst rafviðnám hans með hitastigi (u.þ.b. +0.4% á gráðu).
Við 500 gráður tvöfaldast viðnám næstum, sem dregur úr leiðniskilvirkni og eykur hitamyndun.
Hitaleiðni minnkar einnig smám saman við hærra hitastig, sem dregur úr hitaleiðni.
2.3 Ráðlagður langtíma notkunshitasvið
Minna en eða jafnt og 120 gráður: Venjulegt langtímahitastig fyrir rafmagnsíhluti, snúrur og varmaskipti; stöðugur og áreiðanlegur.
120–250 gráður: Viðunandi fyrir þjónustu til meðallangs tíma en með hraðari öldrun; krefst reglulegrar skoðunar.
>250 gráður: Ekki er mælt með því fyrir samfellda langtímanotkun.
>500 gráður: Aðeins fyrir mjög stutta útsetningu; Langtímanotkun mun leiða til skjótrar bilunar.
2.4 Umbótaráðstafanir fyrir háhitanotkun
Ef nota þarf hreinan kopar við hærra hitastig geta eftirfarandi ráðstafanir lengt endingartíma:
Yfirborðshúð: Nikkelhúðun, tinhúðun eða silfurhúðun til að einangra súrefni.
Stýrt andrúmsloft: Notað í óvirku eða afoxandi andrúmslofti (köfnunarefni, vetni) til að bæla oxun.
Skipting á málmblöndur: Kopar-, brons- eða kopar-nikkel málmblöndur veita mun betri stöðugleika við háan hita.
Byggingarhönnun: Leyfa varmaþenslurými og draga úr hitauppstreymi.
2.5 Samantekt
Hreint kopar er frábært fyrir varma- og rafleiðni við lágt til meðalhitastig (minna en eða jafnt og 150 gráður).
Hins vegar, vegna hraðrar oxunar, mikillar mýkingar og minnkandi vélrænna eiginleika, hentar það ekki fyrir langtíma háhitaþjónustu yfir 250 gráður. Fyrir háhitaverkfræði ætti efnisval að vera ívilnandi fyrir hitaþolnum koparblendi eða yfirborðsvörðum koparumhverfisíhlutum, með ströngum hita- og þjónustumörkum.
