ما هي المركبات المركبة عالية الأداء القائمة على النحاس؟

النحاس وسبائكه تتمتع بخصائص ميكانيكية ممتازة وقابلية معالجة فائقة، مما يسهل عملية الصب والعمل البلاستيكي. والأهم من ذلك، أنها تظهر مقاومة جيدة للتآكل، وموصلية حرارية، وموصلية كهربائية، مما يمكّن من استخدامها على نطاق واسع في صناعات مثل الإلكترونيات، والهندسة الكهربائية، والتصنيع الميكانيكي. وبالتالي، فإن هذه المواد تحمل إمكانيات هائلة للتطبيقات في العديد من المجالات عالية التقنية.

النحاس وسبائكه معروفة بخصائصها الميكانيكية المواتية وقابلية معالجتها الممتازة، مما يجعلها سهلة الصب والخضوع للتشوه البلاستيكي. إن مقاومتها الملحوظة للتآكل، وموصلية الحرارة، وموصلية الكهرباء توسع نطاق تطبيقاتها لتشمل الإلكترونيات، والهندسة الكهربائية، وصناعات التصنيع الميكانيكي. ومع ذلك، فإن القيود المفروضة على قوة النحاس في درجة حرارة الغرفة، وأداءه في درجات الحرارة العالية، ومقاومته للتآكل تحد من استخدامه الأوسع. مع التطور السريع للتكنولوجيا الحديثة في الفضاء والإلكترونيات، يتم وضع متطلبات أعلى على استخدام النحاس. على وجه التحديد، يُطلب من النحاس الحفاظ على قوة عالية، وخصائص ميكانيكية ممتازة في درجات الحرارة العالية، مع الحفاظ على موصلية كهربائية وحرارية جيدة. بالإضافة إلى ذلك، هناك رغبة في مواد ذات معاملات تمدد حراري منخفضة وخصائص احتكاك وتآكل جيدة.

على سبيل المثال، بدأت الصين في بناء أول سكة حديد عالية السرعة، خط بكين-شنغهاي، باستثمار إجمالي يقارب 20 مليار دولار، في عام 2008. الطلب السنوي على أسلاك الاتصال يقارب 10,000 طن، مما يبرز السوق المحلية والدولية الكبيرة لتطوير مواد النحاس السبائكية الوظيفية ذات القوة العالية، والتوصيل العالي، ومقاومة التآكل العالية. كما تتطلب أقطاب اللحام المقاومة، ولفافات اللحام المتماسكة، وإطارات توصيل الدوائر المتكاملة سبائك النحاس ذات القوة العالية والتوصيل العالي. ومع ذلك، تواجه الدرجات الحالية من النحاس وسبائك النحاس صعوبة في تحقيق توازن بين القوة العالية والتوصيل العالي. لذلك، أصبح تطوير مركبات وظيفية قائمة على النحاس (السبائك) ذات الأداء العالي من خلال إدخال مراحل تعزيز مناسبة واستغلال التأثيرات التآزرية للمصفوفة ومراحل التعزيز الوظيفية موضوعًا ساخنًا على مستوى العالم.

تشير سبائك النحاس عالية القوة وعالية التوصيل عمومًا إلى سبائك النحاس التي تتراوح فيها قوة الشد (Gb) من 2 إلى 10 أضعاف قوة النحاس النقي (350-2000 ميجا باسكال) وتكون التوصيلية الكهربائية عادةً بين 50% و 95% من النحاس (50-95% IACS). المؤشرات المثالية المعترف بها دوليًا هي قوة شد (δb) تتراوح بين 600-800 ميجا باسكال وتوصيلية كهربائية لا تقل عن 80% IACS. تشمل المجالات التطبيقية الرئيسية لسبائك النحاس عالية القوة وعالية التوصيل إطارات توصيل الدوائر المتكاملة فائقة الحجم في صناعة الإلكترونيات والمعلومات، التدابير الإلكترونية المضادة، الرادار، أنابيب الميكروويف العسكرية عالية القدرة، الموصلات ذات المجال المغناطيسي العالي للنقل الدفاعي والعسكري، المعدات النووية وصواريخ النقل، الموصلات العلوية لسكك الحديد عالية السرعة، قضبان الموصلات والحلقات النهائية لمحركات الجر غير المتزامنة عالية القدرة المتغيرة التردد (300-1250 كيلو واط)، أطراف أقطاب اللحام المقاومة لصناعة السيارات، قوالب آلات الصب المستمر لصناعة المعادن، وجسور الاتصال للمفاتيح للأجهزة الفراغية والهندسة الكهربائية. وبالتالي، فإن هذه المواد تحمل إمكانات هائلة للتطبيقات في العديد من المجالات عالية التقنية.