Was ist Kupfer? Eigenschaften, Arten und Anwendungen
Kupfer wird in der Industrie in vielen Bereichen eingesetzt, und aufgrund seiner Vielseitigkeit gibt es viele Bauteile aus Kupfer. Es gibt verschiedene Kupfersorten und -typen, und die Herstellung erfolgt in einem detaillierten Verfahren.
Wenn Sie alles darüber erfahren möchten, was Kupfer ist, welche verschiedenen Sorten es gibt und wie sie verwendet werden, lesen Sie den folgenden Leitfaden.
Was ist Kupfer?
Kupfer ist ein Element mit der Nummer 29 im Periodensystem und dem Symbol Cu. Es ist ein Metall mit einer rötlich-braunen Farbe und hoher Duktilität. Die eigentliche Farbe des Kupfers bei der Oxidation ist rosa, und durch den Oxidationsprozess bildet sich Kupferoxid.
Das Kupfer kann aber auch mit der Zeit eine grünlich-blaue Farbe annehmen und sich in Kupferkarbonat verwandeln. Kupfer ist ein glänzendes Metall, das in vielen Bereichen wie Elektronik und Sanitärtechnik verwendet wird.
Eine kurze Geschichte des Kupfers
Kupfer ist ein sehr wichtiges Metall und wurde in den antiken Zivilisationen weit verbreitet, es wurde von den Mesopotamiern entdeckt. Im Nordirak wurde der erste Kupferanhänger entdeckt, der auf 8700 v. Chr. zurückgeht. Die Kupferzeit herrschte zwischen 5500 v. Chr. und 4000 v. Chr. und wurde Chalkolithikum genannt, abgeleitet von griechischen Wörtern.
Kupfer ist ein Metall, das in der Natur in einer metallischen Form vorkommt. Es muss jedoch mithilfe der Metallurgie aus Erzen gewonnen werden. In historischen Zeiten, in denen Kupfer in der Natur vorkam, war keine Metallurgie erforderlich; daher haben diese Zivilisationen Ornamente und Waffen hergestellt.
Woraus besteht Kupfer?
Reines Kupfer ist keine Legierung, sondern ein chemisches Element, das aus einer einzigen Art von Atomen besteht. Es kann nicht in einfachere Stoffe umgewandelt werden. Das Kupferatom hat die Ordnungszahl 29 und besitzt 29 Protonen in seinem Atomkern.
Die Kupfergewinnung erfolgt aus natürlichen Erzen; das gewonnene Kupfer wird dann abgebaut, zerkleinert und gepresst. Die Kupfererze werden in Süd- oder Nordamerika und sogar in Russland und Afrika abgebaut.
Verfahren der Kupferherstellung
Der Prozess der Kupferherstellung umfasst die folgenden Schritte.
Bergbau
Der Abbau von Kupfererz erfolgt zunächst in den großen Tagebauen, die tiefer gegraben werden, und die Sprengungen sprengen das Gestein. Durch diese Sprengungen werden die Gesteinsbrocken in kleine Stücke zerlegt, die dann verarbeitet werden können.
Auszug
Der Prozess der Gewinnung umfasst die Reinigung von Kupfer. Bei diesen Verfahren werden Oxid-Erze verwendet, zerkleinert und mit einer sauren Laugungslösung behandelt. Das andere Verfahren wird als pyrometallurgisches Verfahren bezeichnet. Dabei werden Sulfiderze verwendet, und die Gewinnung erfolgt durch Schaumflotation und Eindickung auf der Grundlage der Partikeldichte.
Klärung
Die oxidischen Erze werden zur Gewinnung in eine Lösung gegeben, und das Kupfer wird in einer Lösung gehalten; ein solches Verfahren wird Hydrometallurgie genannt. Die Lösung wird dann mit Strom beaufschlagt, wodurch sich das feste Kupfer abscheidet.
Bei sulfidischen Erzen entscheidet man sich für die Pyrometallurgie, bei der in einer Hütte Kupfer in Rohform erzeugt wird. Anschließend wird es durch das Verfahren der Elektroraffination gereinigt.
Legieren
Kupferlegierungen werden durch Schmelzen des Legierungsmaterials und anschließendes Schmelzen des Kupfers erzeugt, um sie zu verbinden. Das geschmolzene Gemisch wird dann gegossen, kühlt ab und gleitet dann.
Elektroraffination
Bei der Elektroraffination von Kupfer wird unreines Kupfermaterial auf elektronischem Wege aufgelöst. Das reine Kupfer wird auf eine Elektrode aufgebracht, und es wird ein elektrischer Strom angelegt, der die Verunreinigungen aus dem Metall entfernt.
Eigenschaften und Merkmale des Kupfers
Kupfer ist für seine einzigartigen Eigenschaften und Merkmale bekannt, und einige dieser Eigenschaften werden im Folgenden erläutert:
- Die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer macht es für viele elektronische Anwendungen geeignet. Es bietet eine hohe elektrische Leitfähigkeit und wird für die Herstellung von Drähten und anderen elektronischen Geräten verwendet.
- Kupfer hat sogar eine hohe Wärmeleitfähigkeit und wird daher für die Herstellung von Kühlkörpern gewählt, um die Wärmeableitung in verschiedenen Geräten zu unterstützen.
- Kupfer ist sehr verformbar und kann für die Herstellung von Kabeln und Drähten verwendet werden.
- Es ist korrosionsbeständig und wird aufgrund seines Korrosionsschutzes in der Schifffahrt verwendet und ist sehr bequem, wenn es um Pumpen geht.
Vor- und Nachteile von Kupfer
Kupfer bietet verschiedene Vor- und Nachteile, die bei der Entscheidung für oder gegen seine Verwendung in verschiedenen Anwendungen eine Rolle spielen.
Profis
- Kupfer hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit und wird daher in vielen elektronischen Bauteilen verwendet.
- Aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit ist es für Wärmetauscher geeignet.
- Es ist dehnbar und lässt sich leicht biegen, wodurch es sich für Rohrleitungen und Verkabelungen eignet.
- Die antimikrobiellen Eigenschaften eignen sich sehr gut für medizinische Anwendungen, und verschiedene Werkzeuge und Geräte in der Medizin werden aus Kupfer hergestellt.
Nachteile
- Kupfer ist ein teures Material.
- Es ist im Vergleich zu anderen Materialien schwer und eignet sich nicht für gewichtsempfindliche Anwendungen.
- Bei hohen Temperaturen kann er oxidieren.
- Kupfer ist ein giftiges Material und kann daher nicht zum regelmäßigen Verzehr verwendet werden.
Verschiedene Kupfertypen
Es gibt verschiedene Arten von Kupfer, die im Folgenden erläutert werden.
Reine Kupfersorten
Reines Kupfer wird so aufbereitet, dass es ein Minimum an Verunreinigungen aufweist und die elektrischen und thermischen Eigenschaften von Kupfer maximiert werden. Reines Kupfer ist weich und hat eine geringe Zähigkeit; es wird für elektrische Bauteile verwendet.
Kupfer-Legierungen
Kupferlegierungen bestehen aus Messing und Bronze. Messing wird sehr häufig für Sanitär- und Musikinstrumente verwendet. Es enthält Zink, das der Legierung eine hohe Duktilität und Festigkeit verleiht. Bronzeist dagegen ähnlich wie Kupfer und bietet eine hohe Duktilität, Wärmeleitfähigkeit und Beständigkeit gegen Salzwasser. Bronze wird für Buchsen und Lager verwendet.
Bleche und Platten aus Kupfer
Kupferbleche sind dünne Bleche, während die Platten dick sind. Es gibt sie in verschiedenen Kupfersorten, und die Kupferbleche bieten eine hohe Formbarkeit und können zu anderen Komponenten geformt werden.
Frei bearbeitendes Kupfer
Frei zerspanbares Kupfer enthält geringe Mengen anderer Legierungselemente, die zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit beitragen. Frei zerspanbares Kupfer lässt sich sehr gut bearbeiten und zu Artikeln wie Lötkolbenspitzen und Schweißdüsen verarbeiten.
Kupferdraht
Kupferdraht hat eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und wird in vielen elektrischen Anwendungen eingesetzt. Er wird bei Anwendungen eingesetzt, die große Ströme erfordern.
Kupferrohre
Kupferrohre werden in häuslichen Trinkwassersystemen verwendet, da sie langlebig und korrosionsbeständig sind. Es wird schon seit vielen Jahren in der Hausinstallation für Rohrleitungen verwendet.
Kupfer-Nanopartikel
Kupfer-Nanopartikel haben ein anderes Verhalten als große Kupferpartikel und bieten hervorragende antimikrobielle Eigenschaften.
Sauerstofffreie Kupfersorten
Sauerstofffreies Kupfer ist die reinste Form des Kupfers und weist aufgrund seiner nicht oxidierenden Natur nur sehr wenige Verunreinigungen auf. Es wird in einem Granulatbad geschmolzen, das die Entfernung von Sauerstoff erleichtert. Es hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit und wird in der Hochvakuum-Elektronik verwendet.
Elektrolytische Kupferlegierungen
Elektrolytkupfer wird in Lösungen eingelegt, um Verunreinigungen zu entfernen. Durch diesen Prozess werden sie veredelt und in Wicklungen und Stromschienen verwendet.
Gängige Kupferwerkstoffe
Folgende Kupfersorten werden für die verschiedenen Anwendungen verwendet:
Kupfer 101 (reines Kupfer)
Kupfer 101 besteht aus 99,99% Kupfer und hat eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und ist dehnbar und weich. Es wird in Verdrahtungen, Stromschienen, Wärmetauschern und Steckern verwendet.
Kupfer 110
Kupfer 110 hat einen Kupfergehalt von mehr als 99,9%; es ist für elektrische Anwendungen geeignet und bietet eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit. Es wird in Stromübertragungsleitungen und Schaltanlagen sowie in Sanitäranwendungen verwendet.
Kupfer 260 (Messing)
Kupfer 260 besteht aus 30%-Zink und 70%-Kupfer und ist leicht zu bearbeiten, dehnbar und korrosionsbeständig. Es wird für Automobil- und Sanitärkomponenten verwendet, gefolgt von Schmuck und Eisenwaren.
Kupfer 932 (Bronze)
Kupfer 932 hat 80% Kupfer, 10% Zinn, 5% Zink und 5% Blei. Es hat eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und bietet aufgrund des Bleianteils eine Selbstschmierung. Es wird in der Schifffahrt eingesetzt.
Kupfer 360 (Messing)
Kupfer 360 hat eine Zusammensetzung aus 62% Kupfer, 36% Zink und 2% Blei. Es lässt sich hervorragend bearbeiten und bietet eine moderate Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit. Es wird für Uhrenteile, Sanitärarmaturen und Fittings verwendet.
Anwendungen von Kupfer
Es gibt viele Anwendungen von Kupfer in verschiedenen Bereichen, und einige dieser Anwendungen sind wie folgt:
Elektronik: Kupfer wird aufgrund seiner elektrischen Leitfähigkeit in elektronischen Anwendungen eingesetzt.
Architektur: Kupfer sieht ansprechend aus und kann für Wandverkleidungen und Bedachungen verwendet werden.
Klempnerarbeiten: Kupferrohre werden in Wasserleitungen für Haushaltsanwendungen verwendet, da sie eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Transport: Kupfer wird in Fahrzeugen verwendet, da es bei der elektrischen Verkabelung der Autos hilft.
Schlussfolgerung
Kupfer ist eines der vielseitigsten Metalle und wird für die Herstellung verschiedener Bauteile verwendet.
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FAQs
Rostet Kupfer leicht?
Im Allgemeinen rostet Kupfer nicht, aber in bestimmten Fällen können einige Teile davon etwas korrodieren.
Welche Art von Metall ist Kupfer?
Kupfer hat eine hohe Dichte, was es zu einem Schwermetall macht.
Was ist der Unterschied zwischen Kupfer und Messing?
Messing ist eine Legierung aus Kupfer, während Kupfer reines Kupfermetall ist.
Warum ist Kupfer so besonders?
Kupfer zeichnet sich durch hervorragende Eigenschaften aus und ist daher einer der am häufigsten verwendeten Werkstoffe in der Industrie. Es bietet Duktilität, Verformbarkeit und hohe thermische und elektrische Eigenschaften.
