Verbundwerkstoffe aus Kupfer und Kupferlegierungen

Kupfer-Verbundwerkstoffe

Zu unterscheiden ist zwischen nach verschiedenen Herstellungsverfahren gefertigten Verbundwerkstoffen:

  • Dispersionsverfestigtes Kupfer
  • Verbundwerkstoffe, die aus mindestens zwei verschiedenen Metallen bestehen und durch Plattieren (oder Schweißplattieren), Umgießen oder Aufsintern gefertigt werden.

Dispersionsverfestigtes Kupfer besteht aus einer Kupfermatrix mit einer eingelagerten Komponente, aus einem oder mehreren anderen Werkstoffen. Obwohl es verschiedene Versuche gegeben hat, Kupfer durch Fasern oder durch Dispersion fester Bestandteile auszuhärten, ohne dass die Leitfähigkeit zu sehr absinkt, ist bisher praktisch nur ein durch feine Aluminiumoxidpartikel dispersionsverfestigtes Kupfer mit dem Handelsnamen Glidcop handelsüblich lieferbar. Dieses dispersionsverfestigte Kupfer wird mit Gewichtsanteilen von 0,3 %, 0,5 % und 1,1 % Aluminiumoxid nach einem patentiertem Verfahren der inneren Oxidation gefertigt. Durch den Prozess der inneren Oxidation lassen sich selbst feinste, gleichmäßig im Werkstoff verteilte Oxidpartikel produzieren. Je nach Aluminiumoxid-Gewichtsanteil hat der Werkstoff verglichen mit hochleitfähigem Kupfer eine elektrische Leitfähigkeit von 78 bis 92 % bei einer doppelt so hohen, je nach Halbzeugform, mehr als doppelt so hohen Festigkeit. Da das Härtungsmittel in der Kupfermatrix thermisch stabiles Aluminiumoxid ist, kann der Werkstoff bis nahe an den Schmelzpunkt heran eingesetzt werden und behält – anders als Kupfer oder niedriglegiertes Kupfer, die nach Erreichen einer Grenztemperatur (Rekristallisationstemperatur) erweichen – eine hohe Festigkeit verbunden mit hoher Leitfähigkeit. Glidcop ist hinsichtlich Festigkeit verbunden mit hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit und Unempfindlichkeit gegen Erweichung bei hohen Temperaturen jedem anderen Kupferwerkstoff überlegen.
Plattierte Werkstoffe, z.B. Stahl oder Aluminium mit ein- oder beidseitiger Plattierung aus Kupfer oder Kupferlegierung, sind handelsüblich. Hergestellt werden die Plattierungen durch Walz- oder Explosiv-Plattierung. Als Beispiel erwähnt seien Stromschienen aus „CUPAL“, das heißt aus kupferplattiertem Aluminium (Erleichterung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen Aluminium- und Kupferleitern). Das Schweißplattieren anderer Werkstoffe mit Kupferwerkstoffen erfolgt häufig aus Gründen des Verschleiß- oder Korrosionsschutzes.
In Gussstücke aus Kupfer und Kupferlegierungen lassen sich Formteile aus anderen Metallen, z.B. Kühlrohre, eingießen. Für den Automobilbau hat das Bandgießverfahren, bei dem Kupferlegierungen mit z.B. 10 % Blei und 10 % Zinn, bzw. 22 % Blei und 1,5 % Zinn kontinuierlich auf Stahl aufgegossen werden , technische Bedeutung. Aus dem fertigen Bimetallband werden Lager und Buchsen mit Stahlstützschale gerollt und andere Teile für Verbrennungsmotoren gefertigt. Zum Beispiel wird auch auf Steuerscheiben für Axialkolbenpumpen eine Kupfer-Zinn-Legierung als Gleitwerkstoff aufgegossen.
Außerdem gibt es Verbundwerkstoffe, bei denen zunächst eine poröse Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung auf Stahlband aufgesintert wird, um diese Schicht anschließend mit Blei, einer Bleilegierung, Graphit oder Polymeren zu tränken. Buchsen aus diesen Verbundwerkstoffen haben die Festigkeit des Stahls und die Gleiteigenschaften des aufgebrachten Materials.