铜是一种化学元素,它的化学符号是Cu(拉丁语:Cuprum),它的原子序数是29,是一种过渡金属。 铜呈紫红色光泽的金属,密度8.92克/立方厘米。熔点1083.4±0.2℃,沸点2567℃。常见化合价+1和+2。电离能7.726电子伏特。铜是人类发现最早的金属之一,也是最好的纯金属之一,稍硬、极坚韧、耐磨损。还有很好的延展性。导热和导电性能较好。铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力,在干燥的空气里很稳定。但在潮湿的空气里在其表面可以生成一层绿色的碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3,这叫铜绿。可溶于硝酸和热浓硫酸,略溶于盐酸。容易被碱侵蚀。
基本概况
铜是人类发现最早的金属之一,也是最好的纯金属 之一。
“铜”为左形右声,中文读音tóng。
铜的相对原子质量:63.546(中学阶段计算题取64)
铜位于元素周期表第四周期,ⅠB族。
铜在氧气中点燃可与氧气反应生成氧化铜,但不是燃烧,确切来说是氧化还原反应。
Cu的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s1
CAS号:7440-50-8
导电性能:排名第2
元素用途
铜是与人类关系非常密切的有色金属,被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域,在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。
铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大,占总消费量一半以上。用于各种电缆和导线,电机和变压器的这种,开关以及印刷线路板 在机械和运输车辆制造中,用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。
在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。
在建筑工业中,用做各种管道、管道配件、装饰器件等。
化学性质
铜的化合物
(1)氢氧化铜和氧化铜
(2)硫酸铜
(3)硫化铜
性能应用
导电性:64%,耐蚀性:23%,结构强度:12%,装饰性:1%
生产过程分类
铜精矿----冶炼之前选出的含铜量较高的矿石。
粗铜------铜精矿冶炼后的产品,含铜量在95-98%。
纯铜------火炼或电解之后含量达99%以上的铜。火炼可得99-99.9%的纯铜,电解可以使铜的纯度达到99.95-99.99%。
主要合金成份分类
黄铜-----铜锌合金
青铜-----铜锡合金等(除了锌镍外,加入其他元素的合金均称青铜)
白铜-----铜钴镍合金
产品形态分类
铜管、铜棒、铜线、铜板、铜带、铜条、铜箔等
应用
电气工业---电力输送--- 电机制造--- 通讯电缆
电子工业--- 电真空器件---印刷电路---集成电路---引线框架
能源及石化工业---能源工业--- 石化工业---海洋工业
交通工业---船舶---汽车--- 铁路
机械和冶金工业---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铜以外,种类繁多用黄铜和青铜制造的传动件和固定件,如齿轮、蜗轮、蜗杆、联结件、紧固件、扭拧件、螺钉、螺母等,比比皆是。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,如此等等。
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,其中的关键部件一结晶器,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铜管材制造,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,内中通水冷却。
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。
在许多高强度铝合金中都含有铜。通过淬火 一 时效热处理,在合金中析出弥散分布的细小颗粒,而显著提高其强度,称为时效硬化铝合金。其中著名的有杜拉铝或称硬铝,它是一种含铜、锰、镁的铝合金,是制造飞机和火箭的重要结构材料。
轻工业--- 空调器和冷冻机--- 造纸---印刷--- 酿酒--- 医药
高科技
信息技术是高科技的前导。它依靠的是现代人类智慧的结晶 一 计算机 这个工具,对瞬息万变、浩如烟海的信息进行加工和处理。计算机的心脏由微处理器(包含运算器和控制器)和存储器组成。这些基本部件(硬件)都 是大规模集成电路,在微小的芯片上分布着千万个相互连接的晶体管、电阻。电容等元件,以进行快速的数值运算,逻辑运算和大量的信息储存。这些集 成电路的芯片要通过引线框架和印刷电路组装起来才能进行工作。从前面"电子工业中的应用"一章中可以看到,铜和铜合金不但是引线框架、焊料和印 刷电路板中的重要材料;而且还能够在集成电路的微小元件互连中起重要作用。
超导和低温
一般材料(除半导体以外)的电阻随温度降低而减小,当温度降得很低时,某些材料的电阻会完全消失,这种现象称为超导性。出现超导性的这个最高温度称为该材料的超导临界温度。超导性的发现为电的利用打开了一个新大地。回为电阻为零,只要施加一个很小的电压就可以产生十分巨大(理论上是无限大)的电流,获得巨大的磁场和磁力;或者当电流通过它时,不发生电压的降低和电能的损耗。显然它的实际应用将会引起人类在生产和生活上的变革,很受人们的关注。
但是对通常的金属来说,只有当温度降低到十分接近绝对零度(OK= -273°C)时才出现超导性,在工程上很难实现。近年来已开发出一些超导合金,它们的临界温度比纯金属的高,例如,Nb3Sn合金为18.1K。但是它们的应用一点也离不开铜。首先是这些合金要在超低温下工作,要通过气体的液化来获得低温,例如:液氦、液氢和液氮的液化温度分别为4K(-269℃)、20K(-253℃)和77K(-196℃)。铜在这样低的温度下仍有良好的韧塑性,是低温工程中不可缺少的结构和管路输送材料。此外,Nb3Sn、NbTi等超导合金很脆,难以加工成型材,需用铜做包套材料把它们结合起来。目前这些超导材料已用于制作强磁体,在医疗诊断的核磁共振仪以及某些矿山强力磁选机上得到了应用。正在筹划中的,时速超过500公里的磁浮列车,也要依靠这些超导材料磁体把列车悬浮起来,避免轮轨接触的阻力,而实现车厢的高速运行。
最近发现了一些临界温度更高的材料,称为"高温超导材料",它们大多是复合氧化物。较早发现和比较著名的一种是含铅的铜基氧化物(YBa2Cu3O7-y),临界温度为90K,可以在液氮温度下工作。目前还没有获得临界温度在室温附近的材料;而且这些材料难于做成大块物体,它们能通过可保持超导性的电流密度也不够高。因此,目前还未能在强电的场合下应用,有待进一步研究开发。
此外,铜合金也是卫星结构中承载构件用的标准材料。卫星上的太阳翼板通常是由铜与其它几个元素的合金制成的。
在工业上的应用
铜化合物在工业上的应用很广,几乎每一行业都有应用到铜的化合物
·硫酸铜是印染工艺中常用的媒染剂,以提高光泽的持久性和耐洗性,广泛应用于纺织和皮革业。
·铜的化合物有蓝、绿、红、黑等彩色,可以用做玻璃、陶瓷、水泥、搪瓷的着色剂。它们也是某些染发剂的组成。在烟火中加入硝酸铜发绿光,等等。
·添加铜化合物的油漆有抗海水生物污损的作用。
·铜的一些有机化合物是有效的防腐剂,用于纸浆、木材、木制品和帆布等织物的防腐。
·铜的某些化合物是橡胶、石油和人造纤维生产过程中的重要化学制剂,起催化、净化等作用。
硫酸铜电解液,用于镀铜、生产电解铜箔和铜的提纯等。
·在采矿业中,以硫酸铜为活化剂,对铅、锌、铝和金等矿物进行浮??
铜及铜合金的分类和焊接特点
(1)纯铜:纯铜常被称作紫铜。它具有良好的导电性、导热性和耐蚀性。纯铜用字母+T}}(铜)表示,如Tl,T2,T3等。氧的含量极低,不大于0. O1%的纯铜称为无氧铜,用TU(铜无)表示,如TU1、TU2等。
(2)黄铜:以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜用+H;(黄)表示如H80、H70,H68等。
3)青铜:以前把铜与锡的合金称作青铜,现在则把除了黄铜以外的铜合金称作青铜。常用的有锡青铜、铝青铜和敏青铜等。青铜用“Q,’(青)表示。
铜及铜合金的焊接特点是:(1)难熔合及易变形
(2)容易产生热裂纹(3)容易产生气孔
铜及铜合金焊接主要采用气焊、惰性气体保护焊、埋弧焊、钎焊等方法。
铜及铜合金导热性能好,所以焊接前一般应预热,并采用大线能量焊接。钨极氢弧焊采用直流正接。气焊时,紫铜采用中性焰或弱碳化焰,黄铜则采用弱氧化焰,以防止锌的蒸发。
铜和铝的焊接
无缝药芯焊丝是铝铜钎焊连接的最新技术成果,是铝铜钎焊用料的升级换代产品。其主要成分由锌铝铜和无腐蚀性氟铝铯盐组成,其钎焊工艺性、接头机械性能和接头导电性均优于锌镉、锌锡铜钎料。
广泛用于电力电器、信息电子、不锈钢制品、制冷行业、电热电器、五金制品等行业。不需专用焊接设备和特殊生产场地,即可实现环保、便捷、安全的铝铜连接。其中铜包含常见的铜合金,铝主要指1系列、3系列和6系列和部分4系列。
郑州机械研究所是目前国内主要的无缝药芯铝焊丝生产企业,已有50余年的钎焊材料及钎焊工艺研究的历史,是中国焊接学会及国家焊接标准化委员会团体会员。该铜铝焊接钎料已在制冷,变压器,电机等铜改铝行业得到成熟的应用。
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