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铜的简介,铜的性质,铜的用途

[ 关键词:铜的简介 铜的性质 铜的用途  发表日期:2019-04-30 08:00:18 ]

铜的简介

一 铜的性质

  铜(Cu)是元素周期表第二十九位元素,属于第 IB 族,相对原子质量为 63.54,是包括银和金在内的金属元素系列的第一个元素,密 度 8900kg/m3,为比较重的金属,熔点 1083.4℃,沸点 2360℃。纯铜 呈鲜明粉红色,打磨光亮后会呈现出明亮的金属光泽,铜不具有磁性,其强度、硬度中等,抗磨蚀性极佳。

1 铜的导电性

  铜最重要的特性之一便是其具有极佳的导电 性,这一特性使得铜大量应用于电子、电气、电信和电子行业。铜的 这种高导电性与其原子结构有关:当多个单独存在的铜原子结合成铜块时,其价电子将不再局限于铜原子之中,因而可以在全部的固态铜 中自由移动,其导电性仅次于银。铜的导电性国际标准为:一长 1m 重 1g 的铜在 20℃时的导电量公认为 100%。现在的铜炼技术已经可以生产出同品级铜的导电量比这个国际标准高出 4%~5%。

2 铜的导热性

  固体铜中含有自由电子所产生的另一重要效应就是其拥有极高的导热性,导热性仅次于银。且铜比金、银储量更丰富,价格更便宜,因此被制成电线电缆、接插件端子、引线框架等 各种产品,广泛用于电子电气、电讯和电子行业。铜还是各种换热设备如热交换器、冷凝器、散热器的关键材料,被广泛应用于电站辅机、空调、制冷、汽车水箱、太阳能集热器栅板、海水淡化以及医药、化工、冶金等各种换热场合。

3 铜的耐蚀性

  铜具有良好的耐蚀性能,优于普通钢材,在碱性气氛中优于铝。铜在淡水中的腐蚀速度也很低(约 0.05mm/a)。并且铜管用于运送自来水时,管壁不沉积矿物质,该优点是铁制水管所远不能及的。正因为这一特性,高级卫浴给水装置中大量使用铜制水管、龙头及有关设备。铜极耐大气腐蚀,其在表面可形成一层主要有 碱式硫酸铜组成的保护薄膜,即铜绿。因此铜材被用于建筑屋屋面板、雨水管、上下管道、管件;化工和医药容器、反应釜、纸浆滤网;舰 船设备、螺旋桨、生活和消防管网;冲制种类硬币(耐腐蚀性)、装饰、奖牌、奖杯、雕塑和工艺品(耐蚀性色泽典雅)等。

二 铜的用途

1 电气工业中的应用

(1)电力输送

  电力输送中需要大量消耗高导电性的铜,主要用于动力电线、电缆、汇流排、变压器、开关、接插元件和联接器等。

(2)电机制造

  在电机制造中,广泛使用高导电和高强度的铜合金。主要用铜部位是定子、转子和轴头等。在大型电机中,绕组要用 水或氢气冷却,称为双水内冷或氢气冷却电机,这就需要大长度的中空导线。电机是使用电能的大户,约占全部电能供应的 60%。

2 电子工业中的应用

  电子工业是新兴产业,在它蒸蒸日上的发展过程中,不断开发出 钢的新产品和新的应用领域。 目前它的应用己从电真空器件和印刷电路,发展到微电子和半导体集成电路中。电真空器件主要是高频和超 高频发射管、波导管、磁控管等,它们需要高纯度无氧铜和弥散强 化无氧铜。 铜合金价格低廉,有高的强度、导电性和导热性,加工性能、针焊性和耐蚀性优良,通过合金化能在很大范围内控制其性能,能够较好地 满足引线框架的性能要求,己成为引线框架的一个重要材料。它是目前钢在微电子器件 中用量最多的一种材料。

3 能源及石化工业中的应用

(1)能源工业

  火力及原子能发电都要依靠蒸气作功。蒸气的回 路如下:锅炉发生蒸气-蒸气推动汽轮机作功-作功后的蒸汽送至冷凝 器-冷却成水-回到锅炉重新变成蒸汽。其间主冷凝器由管板和冷凝管 组成。由于钢导热性好并能抗水的腐蚀,所以它们均使用锅黄铜、铝 黄铜或白铜制造。 根据资料介绍, 每万千瓦装机容量需要 5 吨冷凝管。 一个 60 万千瓦的发电厂就需要 300 吨冷凝管材。

(2)石化工业

  铜和许多铜合金,在水溶液、盐酸等非氧化性酸、有机酸(如:醋酸、柠檬酸、脂肪酸、乳酸、草酸等)、除氨以外的 各种碱及非氧化性的有机化合物(如:油类、酚、醇等)中,均有良 好的耐蚀性;因而,在石化工业中大量用于制造接触腐蚀性介质的各 种容器、管道系统、过滤器、泵和阀门等器件。还利用它的导热性,制造各种蒸发器、热交换器和冷凝器。由于铜的塑性很好,特别适合 于制造现代化工工业中结构错综复杂、铜管交叉编制的热交换器。此 外在石油精炼工厂中都使用青铜生产工具,原因是冲击时不迸出火花,可以防止火灾发生。

(3)海洋工业

  海洋占地球表面面积 70%以上,合理地开发利用 海洋资源日益受到人们的重视。海水中含有容易造成腐蚀的氯离子,钢铁、铝、甚至不锈钢等许多工程金属材料均不耐海水腐蚀。铜则不 但耐海水腐蚀;而且溶入水中的铜离子有杀菌作用,可以防止海洋生物污损。因而,铜和铜合金是海洋工业中十分重要的材料,已在海水 淡化工厂、海洋采油采气平台、以及其它海岸和海底设施中广泛应用。 例如,海水淡化过程中使用的管路系统、泵和阀门,以及采油采气平 台上使用的设备,包括飞溅区和水下用的螺栓、抗生物污损包套、泵 阀和管路系统等等。

4 交通工业中的应用

(1)船舶

  由于良好的耐海水腐蚀性能,许多铜合金,如:铝青铜、锰青铜、铝黄铜、炮铜(锡锌青铜)、白钢以及镍铜合金(蒙乃 尔合金)己成为造船的标准材料。一般在军舰和商船的自重中,铜和 铜合金占 2%~3%。

(2)汽车

  汽车用铜每辆 10~21 公斤,随汽车类型和大小而异,对于小轿车约占自重的 6%~9%。铜和铜合金主要用于散热器、制动 系统管路、液压装置、齿轮、轴承、刹车摩擦片、配电和电力系统、 垫圈以及各种接头、配件和饰件等。其中用钢量比较大的是散热器。现代的管带式散热器,用黄铜带焊接成散热器管子,用薄的铜带折曲 成散热片。

(3)铁路

  铁路的电气化对铜和铜合金的需要量很大。每公里的 架空导线需用 2 吨以上的异型铜线。为了提高它的强度,往往加入少 量的铜(约 1%)或银(约 10%)。此外,列车上的电机、整流器、以及控制、制动、电气和信号系统等都要依靠铜和铜合金来工作。

(4)飞机

  飞机的航行也离不开铜。例如:飞机中的配线、液压、冷却和气动系统需使用铜材,轴承保持器和起落架轴承采用铝青铜管 材,导航仪表应用抗磁钢合金,众多仪表中使用破铜弹性元件等等。

5 机械和冶金工业中的应用

(1)机械工程

  几乎在所有的机器中都可以找到铜制品部件。除 了电机、电路、油压系统、气压系统和控制系统中大量用钢以外,用 黄铜和青铜制造的传动件和固定件种类繁多,如齿轮、蜗轮、蜗杆、 联结件、紧固件、扭拧件、螺钉、螺母等。几乎在所有作机械相对运 动的部件之间,都要使用减磨铜合金制作的轴承或轴套,特别是万吨 级的大型挤压机、锻压机的缸套、滑板几乎都用青铜制成,铸件重量 可达数吨。许多弹性元件,几乎都选用硅青铜和锡青铜作为材料。焊 接工具、压铸模具等更离不开铜合金。

(2)冶金设备

  冶金工业是消耗电能的大户,素有“电老虎”之称。 在冶金厂的建设中通常必须要有一个依靠铜来进行工作的庞大的输、 配电系统和电力运转设备。此外,在火法冶金中,连续铸造技术已占 据主导地位,其中的关键部件—结晶器,大都采用铬铜、银铜等高强 度和高导热性的铜合金。 电冶金中的真空电弧炉和电渣炉水冷坩埚使 用钢管材制造, 各种感应加热的感应线圈都是用铜管或异型铜管绕制而成。

(3)合金添加剂

  铜是钢铁和铝等合金中的重要添加元素。少量铜(0.2%~0.5%)加入低合金结构用钢中,可以提高钢的强度及耐 大气和海洋腐蚀性能。在耐蚀铸铁和不锈钢中加入铜,可以进一步提 高它们的耐蚀性。含铜 30%左右的高镍合金是著名的高强度耐蚀 “蒙 乃尔合金”,在核工业中广泛使用。

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