在高端制造、电气工程、半导体、新能源与真空系统等领域,铜材的选择至关重要,它直接决定了性能上限与系统可靠性。 ETP铜(C11000)与无氧铜(C10200 / C10100, OFHC Copper)作为最常被对比的两种高纯铜材料,虽看似接近,但实则在多个方面存在关键差异。 选错了,要么是性能不达标,要么是为多余的性能支付高昂成本。
Part 01 核心差异对比
表1:核心差异对比表
| 对比项目 | ETP铜(C11000) | 无氧铜(C10200 / C10100) |
|---|---|---|
| 脱氧工艺 | 化学脱氧(磷脱氧) | 严格控制氧气的物理脱氧 |
| 氧含量 | ≤ 0.06% | C10200: ≤ 0.001%, C10100: ≤ 0.0005% |
| 微观结构 | 含微量 Cu₂O 夹杂 | 几乎无氧化物,晶格纯净 |
| 氢脆风险 | Cu₂O + H₂ → 2Cu + H₂O↑ | 无氧化物,零风险 |
| 纯度标准 | Cu≥99.90% | C10200: ≥ 99.95%, C10100: ≥ 99.99% |
ETP铜采用化学脱氧法,通过添加磷元素与氧结合,从而实现脱氧,因此其氧含量通常不高于0.06%,但会在材料内部残留微量的氧化亚铜(Cu₂O)夹杂。 而无氧铜则通过严格的熔炼控制实现物理脱氧,几乎不引入脱氧剂,因此氧含量极低——C10200不超过0.001%,C10100不超过0.0005%,其微观结构纯净,几乎不含氧化物。
ETP铜中存在的氧化亚铜在氢气或还原性气氛中会发生化学反应(Cu₂O + H₂ → 2Cu + H₂O↑),生成的水蒸气在晶界聚集可导致“氢脆”, 使其不适合用于高压氢气环境或某些高温钎焊工艺。 相比之下,无氧铜因不含氧化物,从根本上避免了氢脆风险,因此在半导体、超高真空、高频信号传输等要求高纯、高稳定性的领域中成为不可替代的材料。
此外,两者的纯度标准也有所不同:ETP铜的铜含量不低于99.9%,而无氧铜的纯度更高,C10200和C10100分别达到99.95%和99.99%以上。 这种纯度差异进一步影响了其导电性、导热性以及在极端环境中的长期可靠性,使得无氧铜在高端科技与精密工业中更具应用优势。
Part 02 导电与导热性能
导电率: ETP铜 ≈ 100% IACS | 无氧铜:101~102% IACS(C10100 可达 102%)
应用影响: 1–2% 差异在常规电力中可忽略,但在射频/微波、超导等极限场景成为关键。
导热率: ETP铜:390–400 W/m·K | 无氧铜:395–405 W/m·K(C10100 更优)
应用影响: 高热流密度散热(如粒子加速器水冷块)优选无氧铜。
Part 03 机械与物理特性
表2:特性对照
| 特性 | ETP铜 | 无氧铜 |
|---|---|---|
| 低温韧性 | 良好 | 优异 |
| 高温稳定性 | ≤ 370 ℃ 稳定 | 更高温度稳定 |
| 再结晶温度 | ≈ 200 ℃ | ≈ 180 ℃ |
| 真空放气率 | 较高 | 极低 |
低温韧性方面,虽然ETP铜在常规低温下表现良好,但在液氮(77K)及更低的液氦温度区间,无氧铜展现出“优异”的低温韧性,其晶体结构在极低温下不发生脆性转变,因此涉及低温超导、航天深冷系统的核心部件必须选用无氧铜。
高温稳定性上,ETP铜在约370℃以下可保持稳定,而无氧铜能耐受“更高的温度”。这使无氧铜成为高温钎焊、焊接或长期工作在高温环境(如某些真空炉内部件)时的首选,能有效避免高温下的性能退化。
再结晶温度的差异反映了材料冷加工后的热稳定性。ETP铜的再结晶温度(约200℃)略高于无氧铜(约180℃),这意味着经过冷加工的ETP铜零件在后续遇到较低温度的工艺环节时,更不容易发生软化,有利于保持加工后的形状和强度。
最关键的特性之一是 “真空放气率” 。ETP铜因含有微量磷等挥发性元素,其放气率“较高”,若用于超高真空系统,会严重污染真空环境、延长抽气时间并影响工艺稳定性。因此,所有超高真空系统都“强制要求”使用放气率“极低”的无氧铜,这是保证真空度与系统洁净度的铁律。
Part 04 制造工艺兼容
一、连接工艺选择
| 工艺类型 | ETP铜适用性 | 无氧铜适用性 | 关键控制点 |
|---|---|---|---|
| TIG/MIG焊接 | 良好(需除氧) | 优秀 | ETP铜需严格保护气氛 |
| 电子束焊接 | 不准荐 | 最佳选择 | 无氧铜真空性能完美 |
| 火焰钎焊 | 自好 | 良好(成本高) | 含磷钎料与ETP更匹配 |
| 真空钎悍 | 禁用 | 强烈准荐 | ETP铜放气污染真空 |
| 氢气退火 | 严禁(氢脆) | 标准工艺 | 无氧铜可光亮退火 |
二、加工性能对比
- 冷加工性: 两者均优异,ETP略好
- 热加工性: ETP铜 > 无氧铜
- 机加工性: ETP铜更优(断屑性更好)
- 表面处理: 无氧铜镀层附着力更佳
Part 05 快速选型
一、应用环境
| 环境类型 | 推荐材料 | 关键理由 |
|---|---|---|
| 含氢/还原气氛 | ETP铜(C11000) | 磷脱氧防止氢脆,工艺宽容度高 |
| 高真空/超高真空 | 无氧铜(C10100) | 极低放气率,无污染风险 |
| 半导体洁净环境 | 无氧铜(C10200) | 高纯度,无颗粒释放 |
| 常规工业环境 | ETP铜(C11000) | 成本优势显著,性能足够 |
二、性能需求
| 性能优先级 | 推荐材料 | 性能差距 |
|---|---|---|
| 极限导电率需求 | 无氧铜 (C10100) | 领先1-2% IACS,高频优势明显 |
| 极限导热率需求 | 无氧铜 (C10100) | 约5-10 W/m·K优势 |
| 低温韧性需求 | 无氧铜 (C10100) | 77K以下韧性优势显著 |
| 常规电气性能 | ETP铜 (C11000) | 99.9% IACS满足绝大多数需求 |
三、工艺与成本
| 考虑因素 | ETP铜优势 | 无氧铜限制 |
|---|---|---|
| 制造成本 | 低30-50% | 成本显著更高 |
| 供应与交期 | 标准库存,供应快 | 特种订单,交期长 |
| 工艺宽容度 | 适合多种焊接工艺 | 洁净度要求高 |
| 批量适应性 | 适合大批量生产 | 适合高附加值小批量 |
Part 06 典型应用场景
一、ETP铜主导领域(性价比最优解)
- 电力传输系统(母线排、配电柜连接件)
- 新能源汽车(电池连接片、充电桩端子、电机绕组)
- 常规热管理(换热器、散热器)
- 建筑与基础设施(接地系统、防雷导体)
二、无氧铜强制领域(性能唯一解)
- 半导体制造(PVD/CVD 设备关键部件)
- 高能物理与航天(粒子加速器、火箭推力室)
- 尖端电子(超导磁体、微波波导、量子计算)
- 精密计量(国家标准电阻、时间频率基准)







