Molybdän-Kupfer (MoCu)

Zwei, die sich gesucht und gefunden haben. Molybdän-Kupfer (MoCu) ist ein Verbundwerkstoff aus Molybdän mit bis zu 35 Gew.-% Kupfer. Er vereint die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kupfers mit der niedrigen Wärmeausdehnung des Molybdäns, ist dabei rund 40 % leichter als Wolfram-Kupfer (WCu) und durch die geringere Härte deutlich leichter zu bearbeiten. Damit ist MoCu prädestiniert für das Wärmemanagement in der Leistungselektronik, für Schaltkontakte sowie für Schweiß- und Erodierelektroden. Negele Hartmetall-Technik fertigt MoCu-Bauteile nach Zeichnung, vom Einzelteil bis zur Serie.

MoCu gehört zur Familie der Kupfer-Refraktärmetall-Verbundwerkstoffe, zu der auch Wolfram-Kupfer zählt. In all diesen Werkstoffen liefert das Refraktärmetall (Molybdän oder Wolfram) die niedrige Wärmeausdehnung und die mechanische Stabilität, während das Kupfer die Wärme und den Strom abführt. Anders als bei WCu sorgt die geringere Dichte des Molybdäns dafür, dass MoCu deutlich leichter und besser zerspanbar ausfällt.

Zwei sanduhrförmige Bauteile (Klammern) aus Molybdän-Kupfer (MoCu) mit flachen Enden, nach Zeichnung gefertigt, auf weißem Hintergrund. — Klammern aus Molybdän-Kupfer (MoCu), gefertigt nach Kundenzeichnung.

Eigenschaften von Molybdän-Kupfer

MoCu ist kein klassisches Mischkristall-Metall, sondern ein Pseudolegierung genannter Zweiphasen-Verbund: Molybdän und Kupfer sind im festen wie im flüssigen Zustand praktisch nicht ineinander löslich und bilden keine spröden intermetallischen Phasen. Jede Phase behält ihre Eigenschaften: Das Molybdän-Gerüst trägt die Last und begrenzt die Ausdehnung, das eingelagerte Kupfer bildet durchgehende Leitpfade für Wärme und Strom.

Schema in zwei Schritten: links ein poröses Molybdän-Skelett (Mo-Skelett), rechts dasselbe Skelett mit kupfergefüllten Poren (Cu-Infiltration). — Pulvermetallurgische Herstellung: poröses Mo-Skelett, anschließend mit Kupfer infiltriert.

Der entscheidende Vorteil liegt im einstellbaren Eigenschaftsprofil. Reines Molybdän hat laut AZoM eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 130 bis 145 W/(m·K) und eine niedrige Wärmeausdehnung um 5 × 10^-6/K, reines Kupfer dagegen rund 390 W/(m·K) bei hoher Ausdehnung von 17,7 × 10^-6/K. Durch den Kupferanteil lässt sich MoCu gezielt zwischen diese Extreme legen. Verbundwerkstoffe mit 15 bis 35 % Kupfer erreichen Wärmeleitfähigkeiten über 200 W/(m·K) bei einer Wärmeausdehnung von etwa 6 bis 8 × 10^-6/K, wie Untersuchungen an Mo80Cu20-Verbunden zeigen.

Genau diese Kombination, hohe Wärmeleitfähigkeit bei niedriger Ausdehnung, macht MoCu zum CTE-angepassten Trägermaterial: Die Wärmeausdehnung lässt sich an Silizium, Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN) und Keramiken wie Aluminiumnitrid annähern. So entstehen im Temperaturwechsel deutlich geringere thermomechanische Spannungen als bei reinem Kupfer.

Eigenschaft	Einheit	MoCu (15 bis 35 % Cu)	Reines Mo	Reines Cu
Kupferanteil	Gew.-%	15 bis 35	0	100
Dichte	g/cm³	~9 bis 10	10,2	8,96
Wärmeleitfähigkeit	W/(m·K)	>200	130 bis 145	~390
Wärmeausdehnung	10^-6/K	~6 bis 8	~5	17,7
Relative Dichte (gesintert)	%	>98	-	-
Härte	-	niedriger als WCu	mittel	weich
Kristallstruktur	-	Zweiphasen-Verbund	krz	kfz

Quelle: Hauseigene Produktdaten sowie autoritative Fachliteratur (ScienceDirect, AZoM, WebElements). Werte verbundabhängig, einstellbar über Kupferanteil und Gefüge.

Gängige MoCu-Sorten

MoCu 85/15

Kupferanteil: 15 %

Profil: niedrigste Ausdehnung

Einsatz: wenn Maßbeständigkeit zählt

MoCu 80/20

Kupferanteil: 20 %

Profil: Ausdehnung ~6,3 × 10^-6/K

Einsatz: Standard für Leistungselektronik

MoCu 70/30

Kupferanteil: 30 %

Profil: höchste Leitfähigkeit

Einsatz: wenn Wärmeabfuhr dominiert

Kernaussage MoCu ist die richtige Wahl, wenn ein Bauteil Wärme schnell abführen und zugleich formstabil an Halbleiter oder Keramik angepasst sein muss, und das bei geringem Gewicht. Geht es dagegen um maximale Abbrand- und Erosionsbeständigkeit unter starkem Lichtbogen, ist Wolfram-Kupfer (WCu) oft die bessere Wahl. Welche Variante zu Ihrem Lastfall passt, klären wir in der technischen Beratung.

MoCu im Vergleich zu Wolfram-Kupfer

MoCu und WCu funktionieren nach demselben Prinzip, unterscheiden sich aber im Refraktärmetall. Wolfram hat mit 19,3 g/cm³ fast die doppelte Dichte von Molybdän (10,2 g/cm³). Daraus folgt der wichtigste Praxisunterschied: MoCu-Verbunde liegen bei etwa 9 bis 10 g/cm³, WCu-Verbunde bei 14 bis 17 g/cm³. Bei vergleichbarem Kupferanteil ist MoCu damit rund 40 % leichter.

Balkendiagramm: Dichte von MoCu (etwa 10 g/cm3) gegenüber WCu (etwa 15 g/cm3), MoCu ist rund 40 Prozent leichter. — MoCu ist bei vergleichbarem Kupferanteil rund 40 % leichter als WCu.

Hinzu kommt die bessere Bearbeitbarkeit: Molybdän ist weicher als Wolfram, daher lässt sich MoCu leichter spanend bearbeiten, stanzen und zu komplexen oder dünnwandigen Geometrien verarbeiten, bei geringerem Werkzeugverschleiß. Der Preis dafür ist eine etwas geringere Abbrand- und Erosionsbeständigkeit unter starkem Lichtbogen sowie, je nach Bauform, eine leicht niedrigere Wärmeleitfähigkeit. MoCu spielt seine Stärken deshalb dort aus, wo Gewicht, Bearbeitbarkeit und Wärmemanagement zählen, etwa in der Elektronik und in der Luft- und Raumfahrt.

Herstellung und Bearbeitung von MoCu

Molybdän-Kupfer wird pulvermetallurgisch hergestellt, nicht erschmolzen, denn die beiden Metalle sind nicht mischbar. Im Mittelpunkt steht ein poröses Molybdän-Skelett, dessen Hohlraumanteil dem späteren Kupfergehalt entspricht und das anschließend mit flüssigem Kupfer infiltriert wird.

Pressen

Molybdänpulver wird zum Grünling verdichtet, der Hohlraumanteil legt den späteren Kupfergehalt fest.

Sintern

Sintern oberhalb von etwa 1.300 °C unter Wasserstoff oder Vakuum bildet ein festes, durchgehend poröses Mo-Skelett.

Kupfer-Infiltration

Flüssiges Kupfer füllt die Poren über Kapillarkräfte, die relative Dichte erreicht über 98 %.

Bearbeiten und Fügen

Spanende Bearbeitung, Stanzen, Löten und Plattieren zum einbaufertigen Bauteil.

Weil keine intermetallischen Phasen entstehen, sind die Eigenschaften gut reproduzierbar und folgen weitgehend der Mischungsregel aus Molybdän- und Kupferanteil. Untersuchungen zum Sinterverhalten von Molybdän-Kupfer und Wolfram-Kupfer bestätigen, dass vollständige Infiltration und geringe Restporosität entscheidend für hohe Wärmeleitfähigkeit sind. Negele fertigt MoCu-Bauteile in der flexiblen Einzel- und Serienfertigung nach Zeichnung.

Technischer Hinweis Für das Wärmemanagement in der Leistungselektronik werden MoCu-Kerne häufig beidseitig mit Kupfer plattiert (Cu/MoCu/Cu-Schichtverbunde). Aktuelle Untersuchungen an Cu/MoCu/Cu-Verbunden berichten Wärmeleitfähigkeiten um 265 bis 270 W/(m·K) bei einer Ausdehnung nahe 8 × 10^-6/K. So lassen sich Leitfähigkeit und Ausdehnung gezielt auf das Bauelement abstimmen.

Anwendungsgebiete

Die Kombination aus hoher Wärmeleitfähigkeit, einstellbarer Ausdehnung und geringem Gewicht macht MoCu zum bevorzugten Werkstoff im Wärmemanagement und in der Kontakttechnik.

Infografik mit vier Anwendungen von MoCu: Wärmesenken, Schaltkontakte, Schweißelektroden und Erodierelektroden. — Typische Einsatzgebiete von Molybdän-Kupfer: Wärmesenken, Schaltkontakte, Schweiß- und Erodierelektroden.

Wärmesenken und Wärmespreizer

In der Leistungs- und Mikroelektronik dient MoCu als Wärmesenke, Wärmespreizer und Trägersubstrat, etwa für IGBT-Module, Hochfrequenz- und Mikrowellenbauteile, Laserdioden sowie GaAs-, GaN- und LED-Gehäuse. Die an den Halbleiter angepasste Ausdehnung schützt die spröden Chips und Keramiken im Temperaturwechsel, während die hohe Wärmeleitfähigkeit die Sperrschichttemperatur niedrig hält.

Schaltkontakte

In der Elektroindustrie wird MoCu als Schaltkontakt für Hoch- und Mittelspannungsanwendungen eingesetzt. Der Verbund kombiniert ausreichende elektrische Leitfähigkeit mit Beständigkeit gegen Abbrand und Verschweißen der Kontakte.

Schweißelektroden

Als Elektrode für das Widerstandsschweißen führt MoCu die Prozesswärme schnell ab und hält die Standzeit hoch. Im Automobil- und Batteriebau ist das relevant, wo viele Schweißpunkte in kurzer Taktzeit gesetzt werden.

Erodierelektroden

Im Werkzeug- und Formenbau dient MoCu als Elektrode für die Senkerosion (EDM). Die gute Bearbeitbarkeit erleichtert die Herstellung präziser Elektrodengeometrien, die hohe Wärmeleitfähigkeit stabilisiert den Erosionsprozess.

Lieferformen

Negele ist Auftragsfertiger und stellt MoCu nach Kundenspezifikation her, nicht als Lagerware für Normprofile. Im Mittelpunkt stehen einbaufertige Bauteile nach Zeichnung sowie Halbzeuge für die nachgelagerte Bearbeitung.

Einbaufertige Bauteile nach Zeichnung, endkonturnah und einsatzbereit
Rund- und Vierkantstäbe als Basis für die Endbearbeitung
Platten und Bleche für Wärmespreizer und Substrate
Sonderformen je nach Anwendung

Die typische Lieferzeit liegt bei 6 bis 8 Wochen, bei einfachen Geometrien auch kürzer. Als familiengeführtes Unternehmen aus Stuttgart entscheidet Negele kurzfristig und flexibel, gerade bei Einzelteilen und kleinen Serien.

Normen und Standards

Für MoCu-Verbundwerkstoffe gibt es bislang weniger eigenständige Normen als für das verwandte Wolfram-Kupfer; üblicherweise werden die Werkstoffe über ihre Mo/Cu-Gewichtsanteile bezeichnet (etwa MoCu 80/20). Für kupferinfiltrierte Refraktärmetall-Kontaktwerkstoffe dient ASTM B702 als orientierende Norm.

Auf Wunsch liefert Negele MoCu mit Material- und Prüfbescheinigung nach EN 10204 (Zeugnis 2.1, 2.2 oder Abnahmeprüfzeugnis 3.1). Die Fertigung ist nach DIN EN ISO 9001 zertifiziert. Details finden Sie im Bereich Chargen- und Prüfbescheinigung.

Häufig gestellte Fragen zu Molybdän-Kupfer

Was ist Molybdän-Kupfer (MoCu)?

Molybdän-Kupfer (MoCu) ist ein Verbundwerkstoff aus Molybdän mit bis zu 35 Gew.-% Kupfer. Ein poröses Molybdän-Skelett wird mit Kupfer infiltriert. Der Werkstoff vereint die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kupfers mit der niedrigen Wärmeausdehnung des Molybdäns.

Ist MoCu eine Legierung oder ein Verbundwerkstoff?

MoCu ist genau genommen eine Pseudolegierung, also ein Zweiphasen-Verbund. Molybdän und Kupfer sind nicht ineinander löslich und bilden keine intermetallischen Phasen. Beide Metalle behalten ihre Eigenschaften, weshalb sich die Verbundeigenschaften weitgehend aus der Mischungsregel ergeben.

Wie viel Kupfer enthält MoCu?

Industriell übliche Sorten enthalten 15 bis 35 Gew.-% Kupfer, gängig sind Bezeichnungen wie MoCu 85/15, MoCu 80/20 und MoCu 70/30. Negele fertigt Bauteile mit bis zu 35 % Kupfer. Ein höherer Kupferanteil erhöht die Leitfähigkeit, ein höherer Molybdänanteil senkt die Wärmeausdehnung.

Worin unterscheidet sich MoCu von Wolfram-Kupfer (WCu)?

Beide funktionieren nach demselben Prinzip, MoCu nutzt aber Molybdän statt Wolfram. Dadurch ist MoCu bei gleichem Kupferanteil rund 40 % leichter (etwa 9 bis 10 statt 14 bis 17 g/cm³) und besser bearbeitbar. WCu bietet im Gegenzug eine höhere Abbrand- und Erosionsbeständigkeit.

Warum ist MoCu ideal für das Wärmemanagement?

Kupfer führt die Wärme schnell ab, Molybdän begrenzt die Wärmeausdehnung. Dadurch lässt sich die Ausdehnung an Halbleiter wie Silizium, GaAs und GaN sowie an Keramiken anpassen. Im Temperaturwechsel entstehen so geringere Spannungen, was Chips und Keramiken vor Rissen und Ablösung schützt.

Wie hoch sind Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnung von MoCu?

Verbunde mit 15 bis 35 % Kupfer erreichen Wärmeleitfähigkeiten über 200 W/(m·K) bei einer Wärmeausdehnung von etwa 6 bis 8 × 10^-6/K. Kupferplattierte Schichtverbunde (Cu/MoCu/Cu) erreichen sogar 265 bis 270 W/(m·K). Die genauen Werte hängen vom Kupferanteil und vom Gefüge ab.

Wie wird MoCu hergestellt?

MoCu wird pulvermetallurgisch gefertigt: Molybdänpulver wird gepresst und oberhalb von etwa 1.300 °C unter Wasserstoff oder Vakuum zu einem porösen Skelett gesintert. Anschließend füllt flüssiges Kupfer die Poren über Kapillarkräfte (Infiltration). Die relative Dichte erreicht über 98 %.

Wofür wird Molybdän-Kupfer verwendet?

Typische Anwendungen sind Wärmesenken, Wärmespreizer und Trägersubstrate in der Leistungs- und Mikroelektronik (IGBT, HF-Bauteile, Laserdioden, GaAs/GaN/LED), Schaltkontakte für Hoch- und Mittelspannung, Elektroden für das Widerstandsschweißen sowie Erodierelektroden im Werkzeug- und Formenbau.

Lässt sich MoCu gut bearbeiten?

Ja. Da Molybdän weicher ist als Wolfram, lässt sich MoCu leichter spanend bearbeiten, stanzen, löten und plattieren als WCu, bei geringerem Werkzeugverschleiß. Das ermöglicht präzise, auch dünnwandige oder komplexe Zeichnungsteile.

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Vom Einzelteil bis zur Serie: persönliche Beratung zur richtigen MoCu-Sorte und Fertigung nach Zeichnung, mit über 40 Jahren Erfahrung in der Pulvermetallurgie. Lieferzeit 6 bis 8 Wochen, keine Mindestbestellmenge.

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