壹、電氣行業
1,電力傳輸
在力的傳遞中需要大量高導電率的銅,主要用於電力電線電纜、母線、變壓器、開關、插件和連接器。
在電線電纜傳輸過程中,由於電阻發熱而浪費電能。從節能和經濟的角度出發,“最佳電纜截面”標準正在世界範圍內推廣。過去流行的標準單純從減少壹次性安裝投資的角度來確定電纜的最小允許尺寸,是為了使電纜的截面最小,避免在設計要求的額定電流下發生危險的過熱。按照這個標準鋪設的電纜,雖然安裝費用低;但是在長期使用的過程中,電阻的能耗比較大。“最佳電纜截面”標準兼顧了壹次安裝成本和耗電量兩個因素,適當加大電纜尺寸,以達到節能和綜合經濟效益最佳的目的。按照新標準,電纜截面往往比舊標準大壹倍以上,可獲得50%左右的節能效果。
過去,由於中國鋼材短缺,考慮到鋁的比例只有銅的30%,所以在架空高壓輸電線路中使用鋁來代替銅,希望減輕重量。地下電纜。在這種情況下,與銅相比,鋁因其導電性差和電纜尺寸大而相形見絀。
同理,用節能高效的銅繞組變壓器取代老舊的鋁繞組變壓器也是明智的選擇。
2.汽車制造
銅合金具有高導電性和高強度,廣泛應用於電機制造。主要的銅件是定子、轉子和軸頭。在大型電機中,繞組需要用水或氫氣冷卻,稱為雙水內冷或氫冷電機,需要很長的空心導體。
電機是電能的使用大戶,約占總供電量的60%。壹臺電機的累計電費很高,壹般在前500小時內達到電機的原始成本,相當於壹年內成本的4 ~ 16倍,整個工作壽命期間成本的200倍。電機效率的小幅提升不僅可以節能;還能獲得顯著的經濟效益。高效電機的開發和應用是當今世界的熱門話題。因為電機內部的能量消耗,主要來源於繞組的電阻損耗;因此,增加銅線的截面積是開發高效電機的關鍵措施。與傳統電機相比,銅繞組的使用量增加了25 ~ 100%。美國能源部正在資助壹個開發項目,通過鑄造銅來生產電機轉子。
3.通信電纜
自20世紀80年代以來,由於載流量大的優點,光纜在通信幹線中壹直在取代銅纜,並得到迅速推廣應用。然而,仍然需要大量的銅來將電能轉化為光能,並將線路輸入用戶。隨著通信的發展,人們對通信的依賴越來越大,對光纜和銅線的需求也將不斷增加。
4、住宅電氣布線
隨著人民生活水平的提高和家用電器的迅速普及,居民用電負荷迅速增加。1987年居民用電量269.6億千瓦時(L千瓦時=1千瓦?小時),10年後飆升至1131億度,增長了3.2倍。盡管如此,與發達國家相比仍有很大差距。比如1995年,美國人均用電量是中國的14.6倍,日本是中國的8.6倍。未來中國居民用電仍將有較大發展。預計從1996到2005年,將增長1.4倍。
5.電子工業
電子工業是壹個新興產業。在其蓬勃發展的過程中,鋼材的新產品和新應用領域不斷開發。其應用已從電真空器件和印刷電路發展到微電子和半導體集成電路。
6、電動真空裝置
電真空器件主要是高頻和超高頻發射管、波導、磁控管等。他們需要高純無氧銅和彌散強化無氧銅。
7.印制電路
銅印制電路,以銅箔為面,貼在塑料板上作為支撐;用照相的方法把電路接線圖印在銅板上;通過蝕刻去除多余的部分,留下互連的電路。然後在印刷電路板與外部的連接處打孔,插入分立元件或其他部件的端子,焊接在這個端口上,這樣就組裝成了壹個完整的電路。如果采用浸鍍,所有接頭可以壹次焊接。這樣,對於那些需要精細布局電路的場合,如收音機、電視機、電腦等。,使用印刷電路可以節省大量布線和固定電路的勞動力;所以應用廣泛,需要消耗大量的銅箔。另外,在電路的連接中需要各種價格低、熔點低、流動性好的銅基釬料。
8.集成電路
微電子技術的核心是集成電路。集成電路(Integrated circuit)是指以半導體晶體材料為襯底(芯片),采用特殊工藝將構成電路的元件和互連線集成在內部、表面或襯底上的小型化電路。這種微電路在尺寸和重量上比最緊湊的分立元件電路小幾千倍。它的出現引起了計算機的巨大變革,成為現代信息技術的基礎。超大規模集成電路已經開發出來,在比小指甲還小的單個芯片面積上可以制造的晶體管數量已經達到100,000個,甚至超過壹百萬個。國際知名計算機公司IBM(國際商業機器公司)在互聯用矽片中用銅代替鋁取得突破。這種由銅制成的新型微芯片可以實現30%的效率增益,電路的線路尺寸可以縮小到0.12微米,單片集成的晶體管數量可以達到200萬個。這為古老的金屬銅在半導體集成電路最新技術領域的應用開創了新局面。
9.引線框架
為了保護集成電路或混合電路的正常工作,需要對其進行封裝;封裝時,電路中的大量連接器被引出密封體。這些引線要求具有壹定的強度,構成集成封裝電路的支撐骨架,稱為引線框架。在實際生產中,對於高速大批量生產,引線框架通常以特定的排列方式連續沖壓在金屬帶上。框架材料占集成電路總成本的1/3 ~ L/4,量很大;所以,壹定要有低成本。
銅合金具有價格低、強度高、導電性和導熱性、優良的機械加工性、針焊性和耐腐蝕性。其性能可通過合金化在較大範圍內控制,能更好地滿足引線框架的性能要求,已成為引線框架的重要材料。目前,銅是微電子器件中應用最廣泛的材料。
第二,交通運輸業
1,船
鋁青銅、錳青銅、鋁黃銅、炮銅(錫鋅青銅)、白鋼、鎳銅合金(蒙乃爾合金)等許多銅合金都成為造船的標準材料。壹般銅和銅合金占軍艦和商船自重的2 ~ 3%。
軍艦和大多數大型商船的螺旋槳是用鋁青銅或黃銅制成的。這艘大船的每個螺旋槳重20 ~ 25噸。伊麗莎白女王號和瑪麗女王號航空母艦的螺旋槳各重35噸。大型船舶的重型艉軸往往采用“海軍上將”和“炮銅”制造,舵和螺旋槳的錐形螺栓也采用同樣的材料。鋼和銅合金也廣泛用於發動機和鍋爐房。世界上第壹艘核動力商船使用了30噸銅冷凝管。采用鋁黃銅管作為油艙的大加熱盤管,65438+萬噸的船上有12個這樣的油艙,對應的加熱系統相當龐大。艦上的電氣設備也非常復雜,發動機、電機、通訊系統幾乎全靠銅和銅合金工作。大小船只的船艙通常用鋼和銅合金裝飾。即使是木船,也最好使用合金鋼(壹般是矽青銅)螺絲和釘子來固定木結構。這種螺釘可以通過軋制大量生產。
為防止船體被海洋生物汙染而影響航行,常采用鍍銅保護;或者刷銅漆解決。
二戰中,為了防止德軍磁雷攻擊艦船,研制了反磁雷裝置。鋼船體周圍系了壹條銅帶,用來中和船的磁場,使地雷無法引爆。從1944開始,所有盟軍艦船,大約18000艘,都受到了這種消磁裝置的保護。壹些大型主力艦為此需要大量的銅。例如,其中壹個使用銅線,它有28英裏長,重約30噸。
2.汽車
汽車用銅為10 ~ 2i kg/輛,因汽車的類型和大小而異,約占汽車重量的6 ~ 9%。銅及銅合金主要用於散熱器、制動系統管路、液壓裝置、齒輪、軸承、制動摩擦片、配電及動力系統、墊圈及各種接頭、配件和裝飾品。其中暖氣片就是用鋼量大的那種。現代管帶散熱器是用黃銅帶焊接,用薄銅帶彎成熱沈。
為了進壹步提高銅散熱器的性能,增強其相對於鋁散熱器的競爭力,進行了許多改進。材料方面,在銅中加入微量元素,在不損失導熱性的情況下,提高其強度和軟化點,從而降低薄帶厚度,節約鋼材消耗;在制造過程中,采用高頻或激光焊接的方式焊接銅管,用鋼釬焊的方式組裝散熱器芯,而不是容易被鉛汙染的軟焊。這些努力的結果如表6.2所示。與釬焊鋁制散熱器相比,在相同的散熱條件下,即空氣和冷卻液的壓降相同的情況下,新型銅制散熱器重量更輕,尺寸明顯更小。再加上鋼材良好的耐腐蝕性和較長的使用壽命,銅質散熱器的優勢更加明顯。此外,為了保護環境,大力推廣和發展電動汽車,每輛車的用鋼量將成倍增長。
3.鐵路
鐵路電氣化需要大量的銅和銅合金。每公裏架空線需要2噸多的異型銅線。為了提高其強度,常加入少量的銅(約1%)或銀(約%的%)。此外,列車上的電機、整流器、控制、制動、電氣和信號系統都要依靠銅和銅合金來工作。
4.飛機
飛機的導航也離不開銅。比如飛機裏的布線、液壓、冷卻、氣動系統都需要銅,軸承座、起落架軸承用鋁青銅管,導航儀器用抗磁鋼合金,還有很多儀器用的是銅斷彈性元件。
5.輕工業
輕工產品與人民生活密切相關,種類繁多,品種繁多。因為銅的綜合性能好,所以隨處可見。以下是幾個例子:
6.空調和冰櫃
空調和冰箱的溫度控制功能主要是通過熱交換器銅管的蒸發和冷凝來實現的。換熱傳熱管的尺寸和傳熱性能很大程度上決定了整個空調和制冷裝置的效率和小型化。所有這些機器都使用具有高導熱性的異形銅管。基於鋼材優良的可加工性,開發生產了內槽高翅片散熱器管,可用於制造空調、冷櫃、化工、余熱收集裝置中的熱交換器。新型換熱器的總導熱系數可提高到普通管的2 ~ 3倍,普通低翅片管的1.2 ~ 1.3倍。在國內使用過,可以節省40%。
7.鐘表
生產鐘表、時計和帶有發條機構的裝置,大部分工作部件用“鐘黃銅”制成。該合金含有1.5-2%的鉛,具有良好的加工性能,適合大批量生產。例如,齒輪是從長的擠壓黃銅棒上切割下來的,平輪是從相應厚度的帶材上沖壓出來的,雕刻的鐘面、螺絲和接頭是由黃銅或其他銅合金制成的。大量廉價手表是炮銅(錫鋅青銅)或者鍍鎳銀(白銅)。壹些著名的大鐘是由鋼和銅合金制成的。英國的“大本鐘”使用實心炮銅桿作為時針,使用14英尺長的銅管作為分針。
壹個現代化的手表廠,以銅合金為主要材料,利用壓力機和精密模具,每天可以生產1萬到3萬只手表,成本很低。
8、造紙
在信息千變萬化的社會,紙張的消耗量是非常大的。紙的表面看起來很簡單,但是造紙過程非常復雜,需要很多步驟,很多機器,包括冷卻器、蒸發器、打漿機、造紙機等等。很多零件,如各種換熱管、滾筒、撞擊桿、半流體泵、篩網等,大多采用鋼合金制造。
例如,使用長網造紙機,它將準備好的紙漿噴到快速移動的網眼織物上,網眼很細(40-60目)。網布由黃銅和磷青銅絲制成,寬度很大,壹般在20英尺(6米)以上,要求完全平直。網布在壹系列小黃銅或銅輥上移動,當它帶著噴在上面的紙漿通過時,水分從下面被吸出。篩網同時振動,將紙漿中的小纖維粘合在壹起。大型造紙機的織物尺寸非常大,可以達到26英尺8英寸(8.1米)寬和100英尺(30.5米)長。濕漿不僅含有水分,還含有造紙過程中使用的化學物質,腐蝕性很強。為了保證紙張質量,對網布材料的要求非常嚴格,不僅要有高強度和彈性;此外,銅合金完全有能力抵抗紙漿腐蝕。
9.印刷
在印刷方面,銅版用於照相制版。磨光的銅板用感光乳劑增感,並在上面照相。露出的銅板需要加熱,使膠水變硬。為了避免加熱軟化,銅中往往含有少量的銀或砷,以提高軟化溫度。然後,蝕刻該板以形成具有凹凸點圖案的印刷表面。
在自動排字機上,排列黃銅字體塊制成版材,這是銅在印刷中的另壹個重要用途。字體塊通常由含鉛黃銅制成,有時是銅或青銅。
10醫藥
在制藥工業中,各種蒸、煮、抽真空的器具都是用純銅制作的。鋅白銅廣泛應用於醫療器械。銅合金也是眼鏡架的常用材料。
第三,建築業
與鍍鋅鋼管和塑料管相比,R銅管具有外觀美觀耐用、安裝方便、安全防火、衛生保健等諸多優點,具有明顯優越的性價比。在住宅和公共建築中,用於供水、供暖、供氣和防火的自動噴水滅火系統越來越受到人們的青睞,成為目前的首選材料。在發達國家,銅質給水系統已占很大比重。位於美國紐約的世界第六高樓曼哈頓大廈(Manhattan Building)僅使用了6萬英尺(L km)的銅管進行水系統統壹。在歐洲,飲用水用鋼管的消耗量非常大。英國飲用水銅管平均消耗量為每人每年1.6公斤,日本為0.2公斤。因為鍍鋅鋼管容易生銹,很多國家都禁止使用。香港早在1996 65438+10月就禁止使用,上海也從1998 5月開始實施。在我國住宅建設中推廣使用銅管系統勢在必行。
第四,航空航天
最近發現了壹些臨界溫度更高的材料,稱為“高溫超導材料”,大部分是復合氧化物。較早發現的、著名的含鉛銅基氧化物(YB2Cu3O7),其臨界溫度為90K,可在液氮溫度下工作。而臨界溫度接近室溫的材料還沒有得到。而且這些材料很難做成大型物體,通過它們維持超導性的電流密度也不夠高。因此,它還沒有在高電壓情況下應用,需要進壹步的研究和發展。
在航天技術、火箭、衛星和航天飛機中,除了微電子控制系統和儀器儀表外,許多關鍵部件也使用銅和銅合金。比如火箭發動機的燃燒室和推力室內壁,就可以利用鋼的優良導熱性進行冷卻,使溫度保持在允許的範圍內。阿裏翁的5號火箭的燃燒室襯裏由銅-銀-金制成,在這個襯裏上加工了360個冷卻通道。火箭發射時,引入液態氫進行冷卻。
此外,銅合金也是衛星結構中承載部件的標準材料。衛星上的太陽能電池板通常由銅和其他幾種元素制成。銅合金屬於金屬材料。