1.1銅的基本性能

1.1.1銅的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

銅，元素符號為Cu，在化學(xué)元素周期表中位于第4周期，屬IB族，銅的原子序數(shù)為29，相對原子質(zhì)量為63.57，原子半徑為0.157nm。原子結(jié)構(gòu)為原子核外有4層電子層，從內(nèi)向外每層的電子數(shù)分別為8、18、8、2。純銅的密度為8900kg/m，熔點(diǎn)為1083.4℃，沸點(diǎn)為2360℃。銅的熔化潛熱為205.4kJ/kg。銅無磁性，室溫磁化率為-0.085x106。銅無同素異性轉(zhuǎn)變。銅中的擴(kuò)散系數(shù)D。為

0.468cm/s，擴(kuò)散激活能Q=197.99kJ.mol。99.9%Cu(p=8910kg/m)在室溫時(shí)通過自身固定頻率振動傳播的聲速為3846m/s。銅對可見光(630~430nm)的反射率為80%~50%。在熔融狀態(tài)下對全波長的光譜輻射率約為14%。固態(tài)時(shí)銅為面心立方(fcc)晶體結(jié)構(gòu)，在1111)面系，各有(110>、<101>、(011)滑移方向，組成12個(gè)滑移系，塑性極好。

銅在地殼中的含量不高，僅占0.01%，排第17 位，列在鐵、鋁、鎂之后。銅是一種典型的親硫元素，在自然界中主要形成硫化物，只有在強(qiáng)氧化條件下形成氧化物，在還原條件下可形成自然銅。目前，在地殼上已發(fā)現(xiàn)銅礦物和含銅礦物約250多種，主要是硫化物及其類似的化合物、銅的氧化物、自然銅以及銅的硫酸鹽、碳酸鹽、硅酸鹽類等礦物。其中，有16 種適合當(dāng)前選冶條件，可作為工業(yè)礦物原料。我國選冶銅礦物原料主要是黃銅礦、輝銅礦、斑銅礦、孔雀石等。

我國是貧銅國家，而且銅礦的品位較低。每年需從國外進(jìn)口約1000萬噸的精銅礦砂、幾百萬噸的陰極銅和廢雜銅。降低消耗、有效用銅，是銅加工業(yè)領(lǐng)域和銅材的消費(fèi)者共同的原則和目標(biāo)。

1.1.2銅的物理性能

銅的物理性能列于表1-1中。

銅的密度為8900kg/m，在有色金屬分類中與錫、鋅、鉛同屬重有色金屬。銅的熔點(diǎn)為1083.4℃，比鋁(660.37℃)、鎂(649℃)、鋅(419.58℃)都高得多，但低于鐵(1538℃)、鎳(1455℃)、鈦(1672℃)。

表1-1銅的主要物理性能

物理性能 符號 數(shù)值 物理性能 符號 數(shù) 值 

佛點(diǎn)/℃熔點(diǎn)/℃ T.約 26001083電導(dǎo)率/%IACS電阻率/pun·m p.101.5(退火的)

0.017

質(zhì)量熱容/]·(kgK)-1熔化潛熱/kJ·kg-!385205.4抗拉強(qiáng)度/MPa彈性模量/CPa E100-130200-360

C

熱導(dǎo)率/W.(m·K)-1 388 屈服強(qiáng)度/MPa 00.2 60~250 

線膨脹率/% 2.25 伸長率/% A 2~45 

線膨脹系數(shù)/℃“ (17.0~17.7)x10-6 布氏硬度 HB 55~110 

密度/kg"m~? 8930 

銅無磁性，在某些場合可用來作為屏蔽電磁場的材料。

在銅的物理性能中，***具應(yīng)用價(jià)值的是其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。在元素周期表中，銅列于銀、金之前，同屬IB族，與銀、金一樣具有極好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能銅的導(dǎo)電性稍遜于銀、金而高于其他元素，所以人們通常用退火后的純銅在20℃時(shí)的電導(dǎo)率作為100%IACS，其他材料的電導(dǎo)率則以其相當(dāng)于純銅的百分?jǐn)?shù)來表示，并作為一種標(biāo)準(zhǔn)。由于銅比銀的儲量豐富，價(jià)格低廉，因此應(yīng)用更廣泛。銅被制成電線電纜、接插件、端子、匯流排、引線框架等，從而廣泛應(yīng)用于電力、電子、電氣、通訊行業(yè)。銅是各種熱交換設(shè)備如熱交換器、冷凝器、散熱器的關(guān)鍵材料，被廣泛應(yīng)用于電站、空調(diào)、制冷、汽車水箱、太陽能集熱器等各種熱交換場合。

1.1.3銅的化學(xué)性能

銅的電極電位是+0.34V，在正常電位序中銅的電位比氫高，是電位較正的金屬，所以在很多介質(zhì)中穩(wěn)定性好，具有較好的耐蝕性。銅基本上被認(rèn)為是一種惰性金屬，其耐蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于普通鋼材。在堿性氣氛中銅的耐蝕性又優(yōu)于鋁。在大氣中，因在銅表面可形成一層主要由堿式硫酸銅組成的保護(hù)膜，阻斷了金屬的進(jìn)一步氧化，因而其耐大氣腐蝕性極好。不含二氧化碳和氧的結(jié)晶水對銅的腐蝕實(shí)際上不起作用。銅在淡水中的腐蝕速度很低，約為每年0.05mm。

由于銅具有良好的耐蝕性，因此被廣泛應(yīng)用于建筑屋面板、雨水管、上下水管道、管件;化工和醫(yī)藥容器、反應(yīng)釜、紙漿濾網(wǎng);艦船設(shè)備、螺旋槳、生活和消防管網(wǎng);沖制各種硬幣、裝飾物、獎(jiǎng)杯、獎(jiǎng)牌、雕塑和工藝品等。

1.1.4 銅的工藝能

銅在固態(tài)時(shí)為面心立方晶體結(jié)構(gòu)，有12個(gè)滑移系，因而塑性非常好，易于變形加工，可以方便地進(jìn)行彎折、鍛造、擠壓、軋制、深沖、拉伸，冷變形率可超過98%，很容易被加工成板、帶、箔、管、棒、型、線和細(xì)絲。這也是銅被廣泛應(yīng)用在各個(gè)工業(yè)部門的重要原因。

銅具有良好的鑄造性能，可鑄造制作各種像、鼎、錢幣等。銅的加工產(chǎn)品都是通過對鑄坯的加工變形實(shí)現(xiàn)的。

銅具有較好的可焊性，特別適合于軟、硬釬焊。

銅還具有良好的電鍍性能，因此，銅件表面鍍鉻、鍍鎳、鍍銀在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

純銅的切削性能遠(yuǎn)不如黃銅等其他銅合金(約為HPb63-3的20%)，但它不像鋼鐵那樣堅(jiān)硬，也不像純鋁那樣軟，高速車削時(shí)易粘刀。

銅的色澤亮麗典雅、豐富多彩，頗受人類青睞，被認(rèn)為是莊重、尊嚴(yán)、古樸、典雅、高貴的象征。因此，幾千年來，銅被廣泛用作裝飾材料。

銅具有抑菌性，這是其他金屬材料所沒有的。銅離子濃度超過0.002mg/L即可抑制細(xì)菌的生長。實(shí)驗(yàn)證明，在5h內(nèi)銅器皿水中99%的細(xì)菌都會被殺滅。銅可抑制水生物在銅質(zhì)船只上的附著和生長，這種能力是銅被大量應(yīng)用在船只、網(wǎng)箱及其他海洋工程上的重要原因。