1. Koeficient toplotnega raztezanja čistega bakra
Čisti baker (brez{0}}kisikov baker ali komercialni čisti baker, kot je T2, C11000) ima relativno visok koeficient linearne toplotne razteznosti, kar je ena od njegovih pomembnih fizikalnih lastnosti v inženirskih aplikacijah.
Od 20 stopinj do 100 stopinj: približno 16,5 × 10⁻⁶ / stopinjo
Od 20 stopinj do 200 stopinj: približno 17,3 × 10⁻⁶ / stopinjo
Od 20 stopinj do 300 stopinj: približno 17,7 × 10⁻⁶ / stopinjo
To pomeni, da se ob povečanju temperature čisti baker opazno razširi, kar je treba upoštevati pri toplotnem načrtovanju, prileganju sestavov in konstrukcijskih komponentah-visokih temperatur.
2. Ali je čisti baker primeren za dolgotrajne-visoke-temperature?
2.1 Sklep
Čisti baker NI primeren za dolgotrajno-uporabo pri visokih temperaturah, zlasti nad 250 stopinj.
Stabilno delovanje za dolgoročno-delovanje lahko ohrani samo pri temperaturah pod 150 stopinj v nejedkih atmosferah. Nad to temperaturo postanejo oksidacija, mehčanje, izguba trdnosti in strukturna degradacija hudi in omejijo njegovo življenjsko dobo.
2.2 Poslabšanje učinkovitosti čistega bakra pri visokih temperaturah
(1) Pospešena oksidacija
Pod 300 stopinjami baker tvori tanek oksidni film (Cu₂O in CuO), ki zagotavlja omejeno zaščito.
Nad 300 stopinj se oksidacija znatno pospeši. Oksidna plast postane debela, ohlapna in nezaščitna ter nenehno prodira navznoter. Nad 500 stopinjami je oksidacija izjemno hitra, kar povzroči porabo materiala, krhkost površine in razpoke.
V okoljih, ki vsebujejo žveplo, klor ali druge korozivne elemente, se -visokotemperaturna korozija še pospeši, kar povzroči zgodnjo odpoved.
(2) Znatna izguba mehanske trdnosti
Čisti baker ima nizko visokotemperaturno trdnost in je nagnjen k mehčanju in lezenju.
Pri 100–200 stopinjah se trdnost zmanjša za približno 10–20 %. Pri 300–400 stopinjah trdnost pade za 30–50 % in plastična deformacija pod obremenitvijo postane neizogibna.
Nad 500 stopinjami je preostala trdnost manjša od ene tretjine trdnosti pri sobni temperaturi, zaradi česar ni primeren za nobeno nosilno konstrukcijo.
(3) Poslabšanje električne in toplotne prevodnosti
Čeprav ostane baker pri visokih temperaturah zelo prevoden, njegova električna upornost narašča s temperaturo (približno +0.4 % na stopinjo).
Pri 500 stopinjah se upornost skoraj podvoji, kar zmanjša učinkovitost prevodnosti in poveča proizvodnjo toplote.
Tudi toplotna prevodnost se pri povišanih temperaturah postopoma zmanjšuje, kar oslabi njegovo prednost pri odvajanju toplote.
2.3 Priporočena dolgoročna delovna temperaturna območja
Manj kot ali enako 120 stopinj : Standardna temperatura za dolgo življenjsko dobo za električne komponente, kable in izmenjevalnike toplote; stabilen in zanesljiv.
120–250 stopinj: sprejemljivo za srednjeročno uporabo, vendar s pospešenim staranjem; zahteva redne preglede.
>250 stopinj: Ni priporočljivo za neprekinjeno dolgotrajno uporabo.
>500 stopinj : Samo za izjemno kratkotrajno izpostavljenost; dolgotrajna uporaba povzroči hitro okvaro.
2.4 Ukrepi za izboljšanje uporabe pri visokih temperaturah
Če je treba pri povišanih temperaturah uporabiti čisti baker, lahko z naslednjimi ukrepi podaljšate življenjsko dobo:
Površinska prevleka: nikljanje, kositranje ali posrebrenje za izolacijo kisika.
Nadzorovana atmosfera: uporaba v inertnih ali redukcijskih atmosferah (dušik, vodik) za zatiranje oksidacije.
Zamenjava zlitin: zlitine medenine, brona ali bakra in niklja zagotavljajo veliko boljšo stabilnost pri visokih temperaturah.
Strukturna zasnova: omogočite prostor za toplotno raztezanje in zmanjšajte toplotno obremenitev.
2.5 Povzetek
Čisti baker je odličen za toplotno in električno prevodnost pri nizkih do zmernih temperaturah (manj kot ali enako 150 stopinj).
Vendar pa zaradi hitre oksidacije, močnega mehčanja in upadanja mehanskih lastnosti ni primeren za dolgoročno uporabo pri visokih temperaturah nad 250 stopinj. Pri visokotemperaturnih inženirskih aplikacijah bi morala izbira materiala dati prednost toplotno odpornim bakrovim zlitinam ali površinsko zaščitenim bakrenim komponentam s strogimi omejitvami delovne temperature in delovnega okolja.
