Электропроводность: сталь с медным покрытием по сравнению с чистой медью — сталь с медным покрытием | алюминий с медным покрытием

Фундаментальное различие: объемная и поверхностная проводимость

Выбор между медно-плакированной сталью (CCS) и чистой медью — это классический инженерный компромисс между однородным элементом и оптимизированным композитом.

Чистая медь является эталоном проводимости (~100% IACS), эффективно проводя ток по всему своему поперечному сечению при постоянном токе и низких частотах.

Медь, покрытая сталью имеет высокопрочный стальной сердечник, покрытый слоем меди. Его общая проводимость постоянного тока (30-70% IACS) ниже, чем у чистой меди, но это резко меняется при высоких частотах.

Изменение правил игры: высокая частота и скин-эффект

Скин-эффект приводит к концентрации переменного тока вблизи поверхности проводника при высоких частотах. Глубина скин-эффекта становится невероятно малой (например, ~0,0021 мм при 1 ГГц).

Это и является причиной существования стали с медным покрытием. При высоких частотах ток протекает почти полностью внутри медного покрытия. Если толщина покрытия превышает глубину скин-эффекта, высокочастотное сопротивление переменному току CCS может быть практически идентичным сопротивлению цельного медного проводника. Стальной сердечник, по которому протекает небольшой ток, обеспечивает огромную механическую прочность при минимальной потере электрических характеристик.

Сравнение «один на один»

В следующей таблице приведены основные различия и компромиссы между этими двумя материалами по ключевым параметрам.

Особенность	Чистая медь	Сталь с медным покрытием	Практическое значение
DC / Низкочастотная проводимость	Отлично (~100% IACS)	Хороший до удовлетворительного (30-70% IACS)	Оба могут использоваться для передачи энергии, шин постоянного тока и низкочастотных магнитных элементов.
Высокочастотная проводимость переменного тока	Отлично	Сопоставимый (когда глубина скин-слоя < оболочка)	Его затухание меньше, чем у медного коаксиального кабеля (на частотах выше 5 МГц), а на частотах выше 1000 МГц его затухание в два раза меньше, чем у медного провода. Под воздействием высоких частот стальной провод с медным покрытием излучает больше энергии, чем чистый медный провод.
Прочность на разрыв	Меньше 400 МПа	1300 МПа	Чистые медные провода часто ломаются во время строительства и эксплуатации. Срок службы чистых медных проводов значительно сокращается.
Вес (г/см³)	8.9	7.9	Удельный вес стального листа с медным покрытием и проводимостью 40% составляет 8,20 г/см³, а удельный вес стального листа с медным покрытием и проводимостью 20% составляет 7,9 г/см³.
Стоимость материалов	Высокий	Нижний	Срок службы проволоки из чистой меди значительно сокращается благодаря 40%. Сталь с медным покрытием с содержанием меди 34,7% имеет более низкую проводимость. Использование стали позволяет экономить медь, а значит, сокращать расходы и сохранять ограниченные ресурсы меди.

Выводы, основанные на применении

В чем превосходит CCS:

В системах РЧ и микроволновых системах (центральные проводники коаксиальных кабелей, антенные элементы, радиалы) CCS часто является оптимальным выбором. Он обеспечивает необходимую механическую прочность (для натяжения при установке, ветровой нагрузки, льда) без ущерба для РЧ характеристик. Его использование в коаксиальных кабелях премиум-класса с частотами до миллиметрового диапазона является тому подтверждением.

Преимущества чистой меди:

В низкочастотных силовых системах, высокоточных шинах и аудиооборудовании, где ток использует полное сечение проводника, превосходная объемная проводимость чистой меди сводит к минимуму потери энергии и нагрев.

Резюме: Речь идет об оптимизации

Чистая медь является лидером по абсолютной объемной электропроводности. Используйте его там, где максимальная электроэффективность является единственным приоритетом.

Медь, покрытая сталью — это чемпион по оптимизированной производительности для конкретных применений. Она стратегически обменивает часть объемной проводимости на исключительную прочность, уменьшенный вес и более низкую стоимость, сохраняя при этом отличную поверхностную проводимость на высоких частотах. Выбор заключается не в том, чтобы найти “лучший” материал, а в том, чтобы найти лучшее инженерное решение для ваших конкретных электрических, механических и экономических требований.