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Ausgewählte Ausgabe: 11-12-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Leitfähig und temperaturbeständig zugleich

Bauteile, die sehr gut leiten und zugleich temperaturbeständig sein müssen, stellen Konstrukteure oft vor ein Problem. Konventionelle Werkstoffe bieten diese Eigenschaftspaarung nicht. In der Regel wird dann nach Kompromissen gesucht. Eine Klasse innovativer, pulvermetallurgisch erzeugter Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffe hingegen vermag das Problem aus sich heraus zu lösen. Sie weisen noch weitere interessante Eigenschaften auf.


Bild 2 Eigenschaftsprofil der Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffe.

Bild 2
Eigenschaftsprofil der Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffe.

Bildartikel zu Bild 1_IWB_CEP.tif

Bild 1
Sieht aus wie Kupfer, ist aber mehr: CEP Discup, ein Kupfer-Hochtemperaturwerkstoff von CEP Freiberg.

Er sieht aus wie gewöhnliches Kupfer, ist aber mehr: der pulvermetallurgisch erzeugte Kupfer-Hochtemperaturwerkstoff CEP Discup, den CEP – Compound Extrusion Products anbietet (Bild 1). Wie Kupfer leitet er sehr gut Elektrizität und Wärme, aber im Übrigen weicht sein Eigenschaftsprofil sehr von Kupfer ab – im positiven Sinne (Bild 2). Seine Festigkeit erhält der Werkstoff durch Teilchenverfestigung. Es gehört zu den sogenannten ODS- (oxide-dispersion strengthened) Kupfern. Was es von anderen derartigen Werkstoffen unterscheidet, ist das spezielle Herstellungsverfahren [1].

Ungewöhnliches Eigenschaftsprofil

Zunächst einmal ist der Werkstoff – momentan wird er in vier Varianten angeboten – bei Raumtemperatur härter und fester als etwa Reinkupfer oder klassische elektrotechnische Kupferlegierungen (Tabelle 1).

Tabelle 1 Härte, Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur für verschiedene Güteklassen des Werkstoffs.

Tabelle 1
Härte, Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur für verschiedene Güteklassen des Werkstoffs.

Am meisten fällt jedoch die untypische Eigenschaftspaarung Leitfähigkeit/Hochtemperaturfestigkeit auf. Wird der Werkstoff bis auf 900 °C erwärmt, baut er seine Festigkeit weit langsamer ab als herkömmliche Kupferwerkstoffe. Noch ungewöhnlicher aber ist, dass er nach dem Abkühlen die ursprüngliche Festigkeit wieder annimmt (Bild 3).
Bildartikel zu Bild 3_IWB_CEP.pdf

Bild 3
Höhere thermische Stabilität: Vergleich der Raumtemperaturhärten von CEP Discup, Reinkupfer und der Legierung CuCr1Zr nach einer Glühung.

In der Praxis bedeutet dieses „Festigkeits-Memory“: Sobald die Temperaturbeanspruchung auch nur vorübergehend absinkt, erholt sich der Kupfer-Hochtemperaturwerkstoff. Kein klassischer metallischer Werkstoff vermag dies.
Mit ihrer ungewöhnlichen thermischen Stabilität sind Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffe geeignet, die Konstruktion sogenannter LT-Bauteile zu vereinfachen. Das sind Bauteile, die elektrisch und thermisch sehr gut leiten, zugleich aber bei hohen Temperaturen ihre Festigkeit behalten müssen. Hier greifen Konstrukteure bislang oft zu Kompromissen – zu Lasten entweder der Leitfähigkeit oder der Haltbarkeit. Nicht selten werden auch kostspielige Verbundlösungen geschaffen, bei denen ein hochtemperaturbeständiges Trägermaterial den Leiterwerkstoff in Form hält. Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffe von CEP Freiberg erlauben hier in vielen Fällen einfachere und kostengünstigere Lösungen. Zu ergänzen ist, dass sich die Werkstoffe sehr einfach mechanisch bearbeiten lassen. Auch das Fügen bereitet keine Probleme – Hartlöten beispielsweise ist wegen des Festigkeits-Memorys unkompliziert möglich.

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Autoren

Dr.-Ing. Wolfram Möhler

Geschäftsführender Gesellschafter, CEP Freiberg

Kontakt:
CEP – Compound Extrusion Products GmbH
Maxim-Gorki-Straße 31
09599 Freiberg
Tel. +49 (0) 3731 7732 10  
cep@cep-freiberg.de
www.cep-freiberg.de

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