銅和銅合金的運用 前語：運用概貌 電氣工業(yè)中的運用 電子工業(yè)中的運用 動力及石化工業(yè)中的運用 交通工業(yè)中的運用 機械和冶金工業(yè)中的運用 輕工業(yè)中的運用 建筑和藝術(shù)用銅 高科技上的運用 銅化合物的運用 銅的根本狀況 關(guān)于銅的技能和標(biāo)準(zhǔn) 銅的冶煉 銅——一種經(jīng)用的金屬 銅在人體中的效果 銅能夠滅0157大腸桿菌（由國際銅業(yè)協(xié)會供給） 銅與環(huán)境（由國際銅業(yè)協(xié)會供給） 銅礦的品種及散布 銅的色彩和銅綠 （由國際銅業(yè)協(xié)會供給） 全球性和區(qū)域性的一些銅成礦區(qū)帶 濕法煉銅給銅工業(yè)帶來的影響 銅與人體 （由國際銅業(yè)協(xié)會供給） 銅和銅合金的運用 前語：運用概貌 人類運用鋼己稀有千年的前史。墓葬考古發(fā)現(xiàn)，早在6000年前的史前時期，埃及人就運用銅器。銅是人類先人早運用的金屬。它具有許多優(yōu)異的特性和美妙的功用，不光為人類社會的前進(jìn)作出了不行磨滅的奉獻(xiàn)；并且跟著人類文明的開展不斷開宣布新的用處。銅既是一個陳舊的金屬，又是一個充滿生機和生機的現(xiàn)代工程材料。當(dāng)時人類步入了五光十色的，以電氣化和電子息為特征的，高度文明的社會，為銅的應(yīng)，用拓荒了更為寬廣的大地。銅以品種繁多的金屬、合金和化合物的辦法被人們運用，業(yè)已深深地滲入了出產(chǎn)和日子的各個方面，成為人類跨入、ZI世紀(jì)取得飛速開展的一個不行短少的重要金屬。 在別離介紹銅在各首要工業(yè)部分中的運用狀況之前，讓咱們首先從銅的功用、消費結(jié)構(gòu)等諸方面來看一看銅的現(xiàn)代運用狀況 ※ 銅功用的運用 （餅形發(fā)布圖）圖6.1銅和銅合金首要功用的運用份額為什么要用銅，首要運用它哪些功用？查詢的成果示于圖6.1。銅具有優(yōu)異的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，居一切工程金屬材料，這是它在當(dāng)時電氣化和電子息社會中發(fā)作無足輕重效果的首要依據(jù)。銅還有許多優(yōu)異的歸納功用：它對大氣、海水、土壤以及許多化學(xué)介質(zhì)有很強的耐蝕性；它用在結(jié)構(gòu)上剛?cè)岵?jì)，賦有彈性，耐，抗磨損；它具有多彩的外觀，是人們寵愛的、古拙典雅的標(biāo)志。除了上述許多的運用功用外，它還有一系列杰出的加工、鑄造、焊接、易切削等工藝功用，然后使它取得了經(jīng)濟(jì)和廣泛的運用。 ※ 中銅的消費量 近年來，跟著全國際經(jīng)濟(jì)的開展，銅的消費量不斷上升。如圖6.2所示，從1992年到1997年的五年間，國際鋼的消費量從1100.5萬噸添加到1310萬噸，添加17%，年均勻遞加3.5%。我國近年來銅需求量，年均添加快度4～ 5%，估量到 2000將到達(dá) 125～ 13 5萬噸。 按人均勻的年消費量： 興旺 （約占人口 11億）為 10～20公斤； 開展我 （約占人口 49億）為0～2公斤。 興旺 的鋼消費水平顯著高于開展我 。在興旺 中一個居民終身約需消費一噸鋼，這個數(shù)字是相當(dāng)可觀的。上述兩個數(shù)據(jù)的比照標(biāo)明，銅的消費水平，在必定程度上反映了一個 的開展程度。我國近年來銅的需求量雖有顯著添加，但鄉(xiāng)村人日寬廣，還存在一些貧困區(qū)域，按人口均勻的年消費水平僅達(dá)0.l公斤左右，與印度（0.13公斤）鄰近，有十分寬廣的開展遠(yuǎn)景。 ※ 銅的消費結(jié)構(gòu) 圖6美國的銅消費結(jié)構(gòu)（1983-1988年均勻） 圖6.4我國的銅消費結(jié)構(gòu)（1986-1990年均勻） 美國從 1983年到 1988年銅的消費量從201萬噸添加到221萬噸。六年間銅在各職業(yè)運用的均勻份額示于圖6.3。可見電氣和電子工業(yè)消費銅多。它由1960年的52％上升到1988年的70％。這是和電氣化、主動化、息化及整個社會現(xiàn)代化程度的進(jìn)步親近相關(guān)的。銅在建筑上的運用，在歐美等興旺 中已比較遍及，占有相當(dāng)大的份額。圖6.4上給出我國在1986到1990年的相應(yīng)時間內(nèi)，銅的消費結(jié)構(gòu)。因為核算職業(yè)的分類辦法有所差異，不能把圖6.3和6.4直接進(jìn)行比較。在我國假如把電氣、電子、郵電以及輕工中家電產(chǎn)品部分中銅的運用加在一同，作為電氣和電子職業(yè)來核算，估量在60％左右。與歐美等國比較，我國鋼在建筑上的運用，近年來才剛剛起步，存在著巨大的潛在商場。 據(jù)核算，美國銅在住所中的運用，每戶用量1970年為120公斤，到1996年添加到200公斤。轎車均勻每輛用銅，1950年為10公斤，到1996年上升到19公斤，電動轎車則需每輛用銅25到 40公斤。 圖6.5上示出了國際銅商場在各個締造部分中運用的分配狀況： - 房子締造占48% 包含：管道體系（水，熱，氣，防火噴淋等） 房子設(shè)備（空調(diào)，冰箱等） 建筑裝修（房頂，流槽，裝修等） 通訊線路（聲、像、數(shù)據(jù)等） 電源體系 - 配備出產(chǎn)占 41% 包含：工業(yè)配備（電機，變壓器等） 交通東西（轎車，鐵路，飛機等） 電子器材 輕工業(yè)品（家用電器，外表，東西等） - 根本設(shè)備占11% 包含：大型工程（交通設(shè)備，石化工業(yè)，采冶工業(yè)等） 電力作業(yè)（輸電，配電等） 通訊網(wǎng)絡(luò) 值得留意的是，房子締造與人們出產(chǎn)水平的進(jìn)步直接相關(guān)，銅在這方面的運用占有比重；特別是我國將住所締造作為拉動整個國民經(jīng)濟(jì)開展的一個重要環(huán)節(jié)，由此可見，活躍推行銅的運用對國計民生的重要效果。 1． 電氣工業(yè)中的運用 ※ 電力運送 電力運送中需求許多耗費高導(dǎo)電性的銅，首要用于動力申．線電纜、匯流排、變壓器、開關(guān)、接插元件和聯(lián)接器等。 在電線電纜的輸電進(jìn)程中，因為電阻發(fā)熱而白白電能。從節(jié)能和經(jīng)濟(jì)的視點考慮，現(xiàn)在國際上正在推行" 電纜截面"標(biāo)準(zhǔn)。曩昔盛行的標(biāo)準(zhǔn)，單純地從下降一次按裝出資的視點動身，為了盡量減小電纜截面，以在規(guī)劃要求的額定電流下，不至呈現(xiàn)風(fēng)險過熱，來斷定電纜的 答應(yīng)尺度。按這種標(biāo)準(zhǔn)鋪設(shè)的電纜，盡管按裝費低了；可是在長時間運用進(jìn)程中，電阻能耗卻比較大。" 電纜截面"標(biāo)準(zhǔn)，則統(tǒng)籌一次按裝費用和電能耗費這兩個要素，恰當(dāng)擴(kuò)大電纜尺度，以到達(dá)節(jié)能和 歸納經(jīng)濟(jì)效益的意圖。依照新的標(biāo)準(zhǔn)，電纜截面往往要比老標(biāo)準(zhǔn)加大一倍以上，能夠取得50%左右的節(jié)能效果。 我國在曩昔一段時間內(nèi)，因為鋼求過于供，考慮到鋁的比重只需銅的 30％，在期望減輕分量的架空高壓輸電線路中曾采納以鋁代銅的辦法?，F(xiàn)在從環(huán)境維護(hù)考慮，空中輸電線將轉(zhuǎn)為鋪設(shè)地下電纜。在這種狀況下，鋁與銅比較，存在導(dǎo)電性差和電纜尺度較大的缺陷，而相形見絀。 相同的原回，以節(jié)能的銅繞組變壓器，替代！日的鋁繞組變壓器，也是正確的挑選。 ※ 電機制作 在電機制作中，廣泛運用高導(dǎo)電和高強度的銅合金。首要用銅部位是定子、轉(zhuǎn)子和軸頭號。在大型電機中，繞組要用水或冷卻，稱為雙水內(nèi)冷或冷卻電機，這就需求大長度的中空導(dǎo)線。 電機是運用電能的大戶，約占悉數(shù)電能直銷的60%。一臺電機作業(yè)累計電費很高，一般在開始作業(yè)5 00小時內(nèi)就到達(dá)電機本易的本錢，一年內(nèi)相當(dāng)于本錢的4～ 16倍，在整個作業(yè)壽數(shù)期間能夠到達(dá)本錢的200倍。電機功率的少數(shù)進(jìn)步，不光能夠節(jié)能；并且能夠取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。開發(fā)和運用電機，是當(dāng)時國際上的一個課題。因為電機內(nèi)部的能量耗費，首要來歷于繞組的電阻損耗；因此，增大銅線截面是開展電機的一個要害辦法。近年來己首先開宣布來的一些電機與傳統(tǒng)電機比較，銅繞組的運用量添加25～ 。現(xiàn)在，美國動力部正在贊助一個開發(fā)項目，擬選用鑄入銅的技能出產(chǎn)電機轉(zhuǎn)子。 ※ 通訊電纜 80年代以來，因為光纖電纜載流容量大等長處，在通訊干線上不斷替代銅電纜，而敏捷推行運用。可是，把電能轉(zhuǎn)化為光能，以及輸入用戶的線路仍需運用許多的銅。跟著通訊作業(yè)的開展，人們對通訊的依托越來越大，對光纖電纜和銅電線的需求都會不斷添加。 ※ 住所電氣線路 近年來，跟著我國人民日子水步，家電敏捷遍及，住所用電負(fù)荷添加很快。如圖6.6所示，1987年居民用電量為 269.6億度（ l度=1千瓦·小時），10后年的 1996年猛升到 1131億度，添加 3.2倍。盡管如此，與興旺 比較仍有很大距離。例如，1995年美國的人均用電量是我國的14.6倍，日本是我國的8.6倍。我國居民用電量往后仍有很大開展。估量從 1996年到2005年，還要添加l．4倍。 現(xiàn)在，我國的住所電氣線路規(guī)劃容量偏低。以兩居室為例，表6.l上比照了北京、香港和日本的建筑電氣規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)?？梢?，香港和日本在規(guī)劃中，充沛考慮了居民用電添加的需求；我國住所電氣線路規(guī)劃容量亟待進(jìn)步。 圖6.6我國居民用電量需求及猜測 表6.1北京、香港和日本建筑電氣規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)項目 北京 香港 日本 每戶核算負(fù)荷（千瓦） 2 11 9 分支線路回路數(shù) 3 7 6 總核算負(fù)荷電流/開關(guān)電流（安） 10/20 60/63 40/50 電源銅質(zhì)進(jìn)線截面（毫米） 6 16 14 插座數(shù)量 14 19 22 2．電子工業(yè)中的運用 電子工業(yè)是新興產(chǎn)業(yè)，在它欣欣向榮的開展進(jìn)程中，不斷開宣布鋼的新產(chǎn)品和新的運用范疇。現(xiàn)在它的運用己從電真空器材和印刷電路，開展到電子和半導(dǎo)體集成電路中。 ※ 電真空器材 電真空器材首要是高頻和超高頻發(fā)射管、波導(dǎo)管、磁控管等，它們需 要高純度無氧銅和彌散強化無氧銅。 ※ 印刷電路 銅印刷電路，是把銅箔作為表面，粘貼在作為支撐的塑料板上；用照相的辦法把電路布線圖印制在銅版上；經(jīng)過浸蝕把剩余的部分去掉而留下相互銜接的電路。然后，在印刷線路板上與外部的銜接處沖孔，把分立元件的接頭或其它部分的終端刺進(jìn)，焊接在這個口路上，這樣一個完好的線路便拼裝完結(jié)了。假如選用浸鍍法，一切接頭的焊接能夠一次完結(jié)。這樣，關(guān)于那些需求精密安置電路的場合，如無線電、電視機，核算機等，選用印刷電路能夠節(jié)約許多布線和固定回路的勞作；因此得到廣泛運用，需求消費許多的銅箔。此外，在電路的銜接中還需用各種報價低廉、熔點低、活動性好的銅基釬焊材料。 ※ 集成電路 電子技能的中心是集成電路。集成電路是指以半導(dǎo)體晶體材料為基片（芯片），選用專門的工藝技能將組成電路的元器材和互連線集成在基片內(nèi)部、表面或基片之上的細(xì)小型化電路。這種電路在結(jié)構(gòu)上比緊湊的分立元件電路在尺度和分量上小不計其數(shù)倍。它的呈現(xiàn)引起了核算機的巨大革新，成為現(xiàn)代息技能的根底?，F(xiàn)在己開宣布的超大規(guī)劃集成電路，在比小姆指甲還小的單個芯片面積上，能做出的晶體管數(shù)目，己達(dá)十萬乃至百萬以上。近，國際聞名的核算機公司IBM（國際商業(yè)機器公司），己選用鋼替代硅芯片中的鋁作互連線，取得了突破性開展。這種用銅的新式芯片，能夠取得30%的效能增益，電路的線尺度能夠減小到0.12米，可使在單個芯片上集成的晶體管數(shù)目到達(dá)200萬個。這就為陳舊的金屬銅，在半導(dǎo)體集成電路這個技能范疇中的運用，創(chuàng)始了新局面。 ※ 引線結(jié)構(gòu) 為了維護(hù)集成電路或混合電路的正常作業(yè)，需求對它進(jìn)行封裝；并在封裝時，把電路中許多的接頭從密封體內(nèi)引出來。這些引線要求有必定的強度，構(gòu)成該集成封裝電路的支承骨架，稱為引線結(jié)構(gòu)。實踐出產(chǎn)中，為了高速大批量出產(chǎn)，引線結(jié)構(gòu)一般在一條金屬帶上按特定的擺放辦法接連沖壓而成。結(jié)構(gòu)材料占集成電路總本錢的1／3～ l／4，并且用量很大；因此，有必要要有低的本錢。 銅合金報價低廉，有高的強度、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，加工功用、針焊性和耐蝕性優(yōu)異，經(jīng)過合金化能在很大范圍內(nèi)操控其功用，能夠較好地滿意引線結(jié)構(gòu)的功用要求，己成為引線結(jié)構(gòu)的一個重要材料。它是現(xiàn)在鋼在電子器材頂用量多的一種材料。 3.動力及石化工業(yè)中的運用 ※ 動力工業(yè) 火力及發(fā)電都要依托蒸氣作功。蒸氣的回路如下： 鍋爐發(fā)作蒸氣- 蒸氣推進(jìn)汽輪機作功- 作功后的蒸汽送至冷凝器- 冷卻成水- 回到鍋爐從頭變成蒸汽。 其間主冷凝器由管板和冷凝管組成。因為鋼導(dǎo)熱性好并能抗水的腐蝕，所以它們均運用鍋黃銅、鋁黃銅或白銅制作。依據(jù)資料介紹，每萬千瓦裝機容量需求5噸冷凝管。一個60萬千瓦的發(fā)電廠就需求3 00噸冷凝管材。 太陽能的運用也要運用許多銅管。例如：英國倫敦鄰近某旅館的一個游水池，配備了太陽能加熱器，在夏日能夠?qū)⑺疁貓猿衷?8～24℃。在該太陽能加熱器中含有784磅（3 56公斤）銅管。 ※ 石化工業(yè) 銅和許多銅合金，在水溶液、等非氧化性酸、有機酸（如：醋酸、檸檬酸、脂肪酸、乳酸、草酸等）、除以外的各種堿及非氧化性的有機化合物（如：油類、酚、醇等）中，均有杰出的耐蝕性；因此，在石化工業(yè)中許多用于制作觸摸腐蝕性介質(zhì)的各種容器、管道體系、過濾器、泵和閥門等器材。還運用它的導(dǎo)熱性，制作各種蒸騰器、熱交換器和冷凝器。因為銅的塑性很好，特別適宜于制作現(xiàn)代化工工業(yè)中結(jié)構(gòu)撲朔迷離、銅管穿插編制的熱交換器。此外在粹工廠中都運用青銅出產(chǎn)東西；原回是沖擊時不迸出火花，能夠避免火災(zāi)發(fā)作。 ※ 海洋工業(yè) 海洋占地球表面面積70％以上，合理地開發(fā)運用海洋資源日益遭到人們的注重。海水中含確"簡略構(gòu)成腐蝕的氯離子，鋼鐵、鋁、乃至不銹鋼等許多工程金屬材料均不耐海水腐蝕。此外在這些材料，以及木材、玻