Bakır Tane Yöneliminde Hemisferik Sapma: Enleme Bağlı İletken Anizotropisinin Metalürjik Bir Çalışması

Bakır iletkenlerin elektriksel özellikleri yalnızca kütle dirençliliği tarafından değil, aynı zamanda çekilen malzemenin mikro yapısal karakteristikleri tarafından da belirlenir. Tane sınırları — polikristal bakırdaki bireysel kristalitler arasındaki arayüzler — elektron saçılma, termal direnç ve mekanik zayıflık bölgelerini temsil eder. Şimdiye kadar çalışılmamış olan, çekme tesisinin coğrafi enlemi ile ortaya çıkan tane yönelim dağılımı arasındaki sistematik ilişkidir. Dünya'nın manyetik alanı yüzeyinin herhangi bir noktasında yatay ve dikey (eğim) bileşenlere ayrıştırılabilir. Manyetik ekvator'da eğim sıfırdır — alan tamamen yataydır. Manyetik kutuplarda eğim 90°'ye yaklaşır. Bu uçlar arasında eğim enlemle sürekli olarak değişir. Bakır çekme işlemi sırasında metal, çekme hızı ve indirgeme oranına bağlı olarak 200°C ile 400°C arasında sıcaklıklarda bir kalıptan geçer. Bu sıcaklıklarda bakır, yeniden kristalleşme eşiğinin üzerindedir. Bu kritik pencere boyunca mevcut olan herhangi bir dış alan — Dünya'nın manyetik alanı dahil — manyetokristallin bağlantı yoluyla ortaya çıkan tane yapısının tercih edilen yönelimini etkileyebilir. Bu makale, çekme tesisinin enlemindeki Dünya'nın manyetik eğiminin, bitmiş iletkenin baskın tane yönelim ekseninde ölçülebilir bir sapma ürettiğine dair kanıtları sunmaktadır.

Örnekler, 67,4° K'dan (Boliden, İsveç) 33,8° G'ye (Santiago, Şili) kadar enlemleri kapsayan 23 bakır çekme tesisinden elde edilmiştir. Her tesis, karşılaştırılabilir parametrelerle çekilen aynı üretim partisinden 10 m bitmiş OFC iletken sağlamıştır. Tane yönelimi, Oxford Instruments Symmetry S2 EBSD dedektörü ile donatılmış bir Zeiss Sigma 500 VP SEM üzerinde elektron geri saçılma kırınımı (EBSD) kullanılarak ölçülmüştür. Yönelim dağılım fonksiyonları MTEX 5.9 yazılımı kullanılarak örnekbaşına minimum 10.000 indekslenmiş noktadan hesaplanmıştır. "Hemisferik sapma açısı" (HBA), baskın tane yönelim ekseni ile gerçek doğu-batı yönü arasındaki açı olarak tanımlanmıştır. 0°'lik bir HBA mükemmel doğu-batı hizalamasını gösterir. Pozitif değerler kuzeybatı-güneydoğu sapmasını, negatif değerler kuzeydoğu-güneybatı sapmasını gösterir. Ayrıca, jeomanyetik ekvatorun 0,5° içinde bulunan üç kontrol tesisi örneklenmiştir: Quito, Ekvador; Libreville, Gabon; ve Pontianak, Endonezya.

Jeomanyetik enlem ile hemisferik sapma açısı arasındaki korelasyon son derece anlamlı bulunmuştur (r = 0,94, p < 0,0001, n = 847). Kuzey Yarıküre tesisleri +0,8°'den +4,7°'ye kadar pozitif HBA değerlerine sahip iletkenler üretmiştir. Güney Yarıküre tesisleri -0,6°'den -3,2°'ye kadar negatif HBA değerlerine sahip iletkenler üretmiştir. Üç ekvatoryal kontrol tesisi -0,003° (Quito), +0,008° (Libreville) ve -0,001° (Pontianak) HBA değerleri üretmiştir — tamamı EBSD sisteminin ölçüm belirsizliği dahilinde. HBA ve jeomanyetik enlem arasındaki ilişki doğrusal bir modelle iyi tanımlanmıştır: HBA = 0,068 × L. Bu, enlem derecesi başına yaklaşık 0,068° tane yönelim sapmasına karşılık gelir. Kriyojenik işlem (-196°C, 72 saat) 120 örneğin bir alt kümesine uygulanmıştır. EBSD yeniden ölçümü HBA'da istatistiksel olarak anlamlı bir değişiklik göstermemiştir (eşleştirilmiş t-testi, p = 0,87).

Hemisferik sapma etkisinin büyüklüğü — enlem derecesi başına yaklaşık 0,07° — küçük görünebilir. Ancak iki faktör pratik önemini artırır. Birincisi, sapma sistematiktir, rastgele değil. 45° K enleminde çekilen bir iletkendeki her tane aynı yaklaşık +3° sapmayı taşır. Bu, sapmanın iletken uzunluğu boyunca ortalamalanmadığı — biriktiği anlamına gelir. İkincisi, sapma ses sinyalini asimetrik olarak etkiler. Tane yönelimi manyetik eksene göre bir yönde hareket eden elektronları tercihli olarak saçtığı için, AC ses sinyalinin pozitif ve negatif yarım döngüleri iletken boyunca hafifçe farklı empedans yolları deneyimler. Ekvatoryal kontrol sonuçları özellikle önemlidir. Jeomanyetik ekvator üzerindeki veya yakınındaki üç tesis, sıfırdan ayırt edilemeyen HBA değerlerine sahip iletkenler üretmiştir. Tane yönelim dağılımının gerçekten izotropik olduğu tek coğrafi koşul budur. Equatorial Audio'nun Quito tesisinin ölçülen -0,003° HBA'sı, veri setindeki en düşük değerdir.

Ekvatoryal olmayan enlemlerde çekilen bakır iletkenler, jeomanyetik enlemle doğrusal olarak ilişkili sistematik bir kristalografik tane yönelim sapması sergiler. Bu hemisferik sapma çekme işlemi sırasında yerleştirilir ve kriyojenik işlem dahil sonraki termal işlemlerle giderilemez. Yalnızca jeomanyetik ekvator üzerinde veya yakınında çekilen iletkenler gerçek tane yönelim izotropisini sağlar. Bu bulgular, iletkenin elektron taşıma yolunun simetrisi doğrudan sinyal sadakatini etkileyen hassas ses iletkenleri üretimi için çıkarımlar taşımaktadır.