銅是一種化學元素,它的化學符號是Cu(拉丁語:Cuprum),它的原子序數是29,是一種過渡金屬。 銅呈紫紅色光澤的金屬,密度8.92克/立方厘米。熔點1083.4±0.2℃,沸點2567℃。常見化合價+1和+2。電離能7.726電子伏特。銅是人類發現最早的金屬之一,也是最好的純金屬之一,稍硬、極堅韌、耐磨損。還有很好的延展性。導熱和導電性能較好。銅和它的一些合金有較好的耐腐蝕能力,在乾燥的空氣裡很穩定。但在潮濕的空氣裡在其表麵可以生成一層綠色的堿式碳酸銅Cu2(OH)2CO3,這叫銅綠。可溶於硝酸和熱濃硫酸,略溶於鹽酸。容易被堿侵蝕。
基本概況
銅是人類發現最早的金屬之一,也是最好的純金屬 之一。
“銅”為左形右聲,中文讀音tóng。
銅的相對原子質量:63.546(中學階段計算題取64)
銅位於元素周期表第四周期,ⅠB族。
Cu的核外電子排佈式應為1s22s22p63s23p63d104s1
CAS號:7440-50-8
導電性能:排名第2
元素用途
銅在電氣、電子工業中應用最廣、用量最大,占總消費量一半以上。用於各種電纜和導線,電機和變壓器的這種,開關以及印刷線路板 在機械和運輸車輛制造中,用於制造工業閥門和配件、機表、滑動軸承、模具、熱交換器和泵等。
化學性質
銅的化合物
(1)氫氧化銅和氧化銅
(2)硫酸銅
(3)硫化銅
性能應用
導電性:64%,耐蝕性:23%,結構強度:12%,裝飾性:1%
生產過程分類
銅精礦----冶煉之前選出的含銅量較高的礦石。
粗銅------銅精礦冶煉後的產品,含銅量在95-98%。
純銅------火煉或電解之後含量達99%以上的銅。火煉可得99-99.9%的純銅,電解可以使銅的純度達到99.95-99.99%。
主要合金成份分類
黃銅-----銅鋅合金
青銅-----銅錫合金等(除瞭鋅鎳外,加入其他元素的合金均稱青銅)
產品形態分類
應用
能源及石化工業---能源工業--- 石化工業---海洋工業
交通工業---船舶---汽車--- 鐵路
機械和冶金工業---機械工程
幾乎在所有的機器中都可以找到銅制品部件。除瞭電機、電路、油壓系統、氣壓系統和控制系統中大量用銅以外,種類繁多用黃銅和青銅制造的傳動件和固定件,如齒輪、蝸輪、蝸桿、聯結件、緊固件、扭擰件、螺釘、螺母等,比比皆是。幾乎在所有作機械相對運動的部件之間,都要使用減磨銅合金制作的軸承或軸套,特別是萬噸級的大型擠壓機、鍛壓機的缸套、滑板幾乎都用青銅制成,鑄件重量可達數噸。許多彈性元件,幾乎都選用矽青銅和錫青銅作為材料。焊接工具、壓鑄模具等更離不開銅合金,如此等等。
冶金設備
冶金工業是消耗電能的大戶,素有"電老虎"之稱。在冶金廠的建設中通常必須要有一個依靠銅來進行工作的龐大的輸、配電系統和電力運轉設備。此外,在火法冶金中,連續鑄造技術已占據主導地位,其中的關鍵部件一結晶器,大都采用鉻銅、銀銅等高強度和高導熱性的銅合金。電冶金中的真空電弧爐和電渣爐水冷坩堝使用銅管材制造,各種感應加熱的感應線圈都是用銅管或異型銅管繞制而成,內中通水冷卻。
合金添加劑
銅是鋼鐵和鋁等合金中的重要添加元素。少量銅(0.2~0.5%)加入低合金結構用鋼中,可以提高鋼的強度及耐大氣和海洋腐蝕性能。在耐蝕鑄鐵和不銹鋼中加入銅,可以進一步提高它們的耐蝕性。含銅30%左右的高鎳合金是著名的高強度耐蝕"蒙乃爾合金",在核工業中廣泛使用。
在許多高強度鋁合金中都含有銅。通過淬火 一 時效熱處理,在合金中析出彌散分佈的細小顆粒,而顯著提高其強度,稱為時效硬化鋁合金。其中著名的有杜拉鋁或稱硬鋁,它是一種含銅、錳、鎂的鋁合金,是制造飛機和火箭的重要結構材料。
輕工業--- 空調器和冷凍機--- 造紙---印刷--- 釀酒--- 醫藥
高科技
信息技術是高科技的前導。它依靠的是現代人類智慧的結晶 一 計算機 這個工具,對瞬息萬變、浩如煙海的信息進行加工和處理。計算機的心臟由微處理器(包含運算器和控制器)和存儲器組成。這些基本部件(硬件)都 是大規模集成電路,在微小的芯片上分佈著千萬個相互連接的晶體管、電阻。電容等元件,以進行快速的數值運算,邏輯運算和大量的信息儲存。這些集 成電路的芯片要通過引線框架和印刷電路組裝起來才能進行工作。從前麵"電子工業中的應用"一章中可以看到,銅和銅合金不但是引線框架、焊料和印 刷電路板中的重要材料;而且還能夠在集成電路的微小元件互連中起重要作用。
超導和低溫
一般材料(除半導體以外)的電阻隨溫度降低而減小,當溫度降得很低時,某些材料的電阻會完全消失,這種現象稱為超導性。出現超導性的這個最高溫度稱為該材料的超導臨界溫度。超導性的發現為電的利用打開瞭一個新大地。回為電阻為零,隻要施加一個很小的電壓就可以產生十分巨大(理論上是無限大)的電流,獲得巨大的磁場和磁力;或者當電流通過它時,不發生電壓的降低和電能的損耗。顯然它的實際應用將會引起人類在生產和生活上的變革,很受人們的關註。
但是對通常的金屬來說,隻有當溫度降低到十分接近絕對零度(OK= -273°C)時才出現超導性,在工程上很難實現。近年來已開發出一些超導合金,它們的臨界溫度比純金屬的高,例如,Nb3Sn合金為18.1K。但是它們的應用一點也離不開銅。首先是這些合金要在超低溫下工作,要通過氣體的液化來獲得低溫,例如:液氦、液氫和液氮的液化溫度分別為4K(-269℃)、20K(-253℃)和77K(-196℃)。銅在這樣低的溫度下仍有良好的韌塑性,是低溫工程中不可缺少的結構和管路輸送材料。此外,Nb3Sn、NbTi等超導合金很脆,難以加工成型材,需用銅做包套材料把它們結合起來。目前這些超導材料已用於制作強磁體,在醫療診斷的核磁共振機以及某些礦山強力磁選機上得到瞭應用。正在籌劃中的,時速超過500公裡的磁浮列車,也要依靠這些超導材料磁體把列車懸浮起來,避免輪軌接觸的阻力,而實現車廂的高速運行。
最近發現瞭一些臨界溫度更高的材料,稱為"高溫超導材料",它們大多是復合氧化物。較早發現和比較著名的一種是含鉛的銅基氧化物(YBa2Cu3O7-y),臨界溫度為90K,可以在液氮溫度下工作。目前還沒有獲得臨界溫度在室溫附近的材料;而且這些材料難於做成大塊物體,它們能通過可保持超導性的電流密度也不夠高。因此,目前還未能在強電的場合下應用,有待進一步研究開發。
此外,銅合金也是衛星結構中承載構件用的標準材料。衛星上的太陽翼板通常是由銅與其它幾個元素的合金制成的。
在工業上的應用
銅化合物在工業上的應用很廣,幾乎每一行業都有應用到銅的化合物
·硫酸銅是印染工藝中常用的媒染劑,以提高光澤的持久性和耐洗性,廣泛應用於紡織和皮革業。
·添加銅化合物的油漆有抗海水生物污損的作用。
·銅的一些有機化合物是有效的防腐劑,用於紙漿、木材、木制品和帆佈等織物的防腐。
·銅的某些化合物是橡膠、石油和人造纖維生產過程中的重要化學制劑,起催化、凈化等作用。
硫酸銅電解液,用於鍍銅、生產電解銅箔和銅的提純等。
銅及銅合金的分類和焊接特點
(1)純銅:純銅常被稱作紫銅。它具有良好的導電性、導熱性和耐蝕性。純銅用字母+T}}(銅)表示,如Tl,T2,T3等。氧的含量極低,不大於0. O1%的純銅稱為無氧銅,用TU(銅無)表示,如TU1、TU2等。
(2)黃銅:以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅用+H;(黃)表示如H80、H70,H68等。
3)青銅:以前把銅與錫的合金稱作青銅,現在則把除瞭黃銅以外的銅合金稱作青銅。常用的有錫青銅、鋁青銅和敏青銅等。青銅用“Q,’(青)表示。
銅及銅合金的焊接特點是:(1)難熔合及易變形
(2)容易產生熱裂紋(3)容易產生氣孔
銅及銅合金導熱性能好,所以焊接前一般應預熱,並采用大線能量焊接。鎢極氫弧焊采用直流正接。氣焊時,紫銅采用中性焰或弱碳化焰,黃銅則采用弱氧化焰,以防止鋅的蒸發。
銅和鋁的焊接
廣泛用於電力電器、信息電子、不銹鋼制品、制冷行業、電熱電器、五金制品等行業。不需專用焊接設備和特殊生產場地,即可實現環保、便捷、安全的鋁銅連接。其中銅包含常見的銅合金,鋁主要指1系列、3系列和6系列和部分4系列。
鄭州機械研究所是目前國內主要的無縫藥芯鋁焊絲生產企業,已有50餘年的釬焊材料及釬焊工藝研究的歷史,是中國焊接學會及國傢焊接標準化委員會團體會員。該銅鋁焊接釬料已在制冷,變壓器,電機等銅改鋁行業得到成熟的應用。
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