Qu'est-ce que le cuivre ? Propriétés, types et applications
Le cuivre a de nombreuses applications dans l'industrie et, en raison de sa polyvalence, de nombreux composants sont fabriqués en cuivre. Le cuivre se décline en plusieurs qualités et types et fait l'objet d'un processus de fabrication détaillé.
Si vous voulez tout savoir sur le cuivre, ses différentes qualités et ses applications, lisez le guide ci-dessous.
Qu'est-ce que le cuivre ?
Le cuivre est un élément qui porte le numéro 29 dans le tableau périodique et le symbole Cu. Il s'agit d'un métal de couleur brun-rouge et très ductile. La couleur réelle du cuivre résultant de l'oxydation est rose, et de l'oxyde de cuivre se forme à la suite du processus d'oxydation.
Toutefois, le cuivre peut également prendre une couleur bleu verdâtre avec le temps et se transformer en carbonate de cuivre. Le cuivre est un métal qui brille et qui est utilisé dans de nombreuses applications telles que l'électronique et la plomberie.
Une brève histoire du cuivre
Le cuivre est un métal très important et a été largement utilisé dans les civilisations anciennes, il a été découvert par les Mésopotamiens. C'est dans le nord de l'Irak qu'a été découvert le premier pendentif en cuivre, datant de 8700 av. L'âge du cuivre a prévalu entre 5500 av. J.-C. et 4000 av. J.-C., et a été appelé l'âge chalcolithique, dérivé des mots grecs.
Cuivre est un métal qui existe à l'état naturel sous une forme métallique native. Cependant, il doit être extrait du minerai par la métallurgie. Dans le passé, lorsque le cuivre était présent à l'état natif, il n'était pas nécessaire de recourir à la métallurgie ; c'est pourquoi ces civilisations fabriquaient des ornements et des armes.
De quoi est fait le cuivre ?
Le cuivre pur n'est pas un alliage mais un élément chimique composé d'un seul type d'atome. Il ne peut pas être transformé en substances plus simples. L'atome de cuivre a un numéro atomique de 29 et possède 29 protons dans son noyau atomique.
L'extraction du cuivre se fait à partir de minerais naturels ; le cuivre extrait est ensuite miné, concassé et pressé. Les minerais de cuivre sont extraits d'Amérique du Sud ou d'Amérique du Nord, voire de Russie et d'Afrique.
Procédés de fabrication du cuivre
Le processus de fabrication du cuivre comprend les étapes suivantes.
Exploitation minière
L'extraction du minerai de cuivre est d'abord réalisée dans les grandes mines à ciel ouvert, qui sont creusées plus profondément, et les explosifs font sauter la roche. Ces explosifs transforment les blocs rocheux en petits morceaux en vue de leur traitement.
Extraction
Le processus d'extraction consiste à purifier le cuivre. Ces procédés utilisent des minerais oxydés, les broient et appliquent une solution de lixiviation acide. L'autre procédé est appelé procédé pyrométallurgique. Il utilise des minerais sulfurés et l'extraction se fait par flottation par mousse et épaississement en fonction de la densité des particules.
Purification
Les minerais oxydés sont mis en solution en vue de leur extraction, et le cuivre est maintenu dans une solution ; ce procédé est appelé hydrométallurgie. La solution est ensuite soumise à l'électricité, qui dépose le cuivre solide.
Dans le cas des minerais sulfurés, on opte pour la pyrométallurgie, et une fonderie produit du cuivre à l'état brut. Il est ensuite purifié par le processus d'électro-affinage.
Alliage
Les alliages de cuivre sont générés en faisant fondre le matériau d'alliage et en faisant fondre le cuivre pour les combiner. Le mélange fondu est ensuite soumis à la coulée, puis il refroidit et glisse.
Électro-raffinage
L'électroaffinage du cuivre consiste à dissoudre électroniquement le cuivre impur. Le cuivre pur est déposé sur une électrode et un courant électrique est appliqué, ce qui élimine les impuretés du métal.
Propriétés et caractéristiques du cuivre
Le cuivre est connu pour ses propriétés et caractéristiques uniques, dont certaines sont présentées ci-dessous :
- La conductivité électrique du cuivre le rend adapté à de nombreuses applications électroniques. Il offre une conductivité électrique élevée et est choisi pour la fabrication de fils et d'autres dispositifs électroniques.
- Le cuivre a même une conductivité thermique élevée, c'est pourquoi il est choisi pour fabriquer des dissipateurs de chaleur afin de contribuer à la dissipation de la chaleur dans différents appareils.
- Le cuivre est très malléable et peut être utilisé pour fabriquer des câbles et des fils.
- Il est résistant à la corrosion et, en raison de sa nature anticorrosive, il est utilisé dans les applications marines et est très bien suivi par les produits de pompage.
Avantages et inconvénients du cuivre
Le cuivre présente divers avantages et inconvénients qui permettent de déterminer s'il convient ou non de l'utiliser dans différentes applications.
Pour
- Le cuivre présente une connectivité électrique élevée et est donc utilisé dans de nombreux composants électroniques.
- Il constitue un choix approprié pour les échangeurs de chaleur en raison de sa conductivité thermique élevée.
- Il est ductile et peut être facilement plié, ce qui le rend approprié pour la plomberie et le câblage.
- Les propriétés antimicrobiennes conviennent parfaitement aux applications médicales et divers outils et dispositifs médicaux sont fabriqués à partir du cuivre.
Cons
- Le cuivre est un matériau coûteux.
- Il est lourd par rapport à d'autres matériaux et ne convient pas aux applications sensibles au poids.
- Soumis à des températures élevées, il peut s'oxyder.
- Le cuivre est un matériau toxique et ne peut donc pas être utilisé pour une ingestion régulière.
Différents types de cuivre
Il existe différents types de cuivre, qui sont décrits ci-dessous.
Cuivres purs
Le cuivre pur est préparé de manière à ce qu'il contienne un minimum d'impuretés et qu'il maximise ses propriétés électriques et thermiques. Le cuivre pur est mou et moins résistant ; il est utilisé dans les composants électriques.
Alliages de cuivre
Les alliages de cuivre comprennent le laiton et le bronze. Le laiton est très utilisé dans la plomberie et les instruments de musique. Il contient du zinc, qui confère à l'alliage une ductilité et une résistance élevées. BronzeLe bronze, quant à lui, est similaire au cuivre et offre une ductilité, une conductivité thermique et une résistance à l'eau salée élevées. Le bronze est utilisé dans les bagues et les roulements.
Feuilles et plaques de cuivre
Les feuilles de cuivre sont minces, tandis que les plaques sont épaisses. Elles existent en différentes qualités de cuivre et les feuilles de cuivre offrent une grande malléabilité et peuvent être transformées en d'autres composants.
Cuivre d'usinage libre
Les cuivres d'usinage libre contiennent de petites quantités d'autres éléments d'alliage, qui contribuent à améliorer leur usinabilité. Le cuivre de décolletage est très facile à usiner et à fabriquer des articles tels que des pointes de fer à souder et des buses de soudage.
Fil de cuivre
Le fil de cuivre offre une excellente conductivité électrique et est utilisé dans de nombreuses applications électriques. Il est utilisé dans les applications qui requièrent des courants importants.
Tubes en cuivre
Les tubes en cuivre sont utilisés dans les systèmes domestiques d'eau potable car ils sont durables et résistants à la corrosion. Il est utilisé depuis de nombreuses années dans la plomberie domestique à des fins de tubage.
Nanoparticules de cuivre
Nanoparticules de cuivre ont un comportement différent de celui des particules de cuivre de grande taille et offrent d'excellentes propriétés antimicrobiennes.
Cuivres sans oxygène
Le cuivre sans oxygène est la forme la plus pure du cuivre, et il contient très peu d'impuretés en raison de sa nature non oxydante. Il est fondu dans un bain de graphite granulé, ce qui permet de se débarrasser de l'oxygène. Il présente une conductivité électrique élevée et est utilisé dans l'électronique sous vide poussé.
Cuivres électrolytiques
Les cuivres électrolytiques sont soumis à des solutions pour éliminer les impuretés. Ce processus permet de les affiner et de les utiliser dans les bobinages et les barres omnibus.
Matériaux communs du cuivre
Les qualités de cuivre couramment utilisées dans différentes applications sont les suivantes :
Cuivre 101 (cuivre pur)
Le cuivre 101 contient 99,99% de cuivre et présente une conductivité électrique et thermique élevée, une grande résistance à la corrosion, et est ductile et souple. Il est utilisé dans les câbles, les barres omnibus, les échangeurs de chaleur et les connecteurs.
Cuivre 110
Le cuivre 110 contient plus de 99,9% de cuivre ; il convient aux applications électriques et offre une conductivité électrique et thermique élevée. Il est utilisé dans les lignes de transmission d'énergie et les appareillages de commutation, ainsi que dans les applications de plomberie.
Cuivre 260 (laiton)
Le cuivre 260 contient du zinc 30% et du cuivre 70%. Il est facile à usiner, ductile et résistant à la corrosion. Il est utilisé dans les composants automobiles et de plomberie, puis dans la bijouterie et la quincaillerie.
Cuivre 932 (bronze)
Le cuivre 932 a 80% de cuivre, 10% d'étain, 5% de cuivre. le zinc et du plomb 5%. Il présente une excellente résistance à l'usure et, en raison de la présence de plomb, il est autolubrifiant. Il est utilisé dans les applications marines.
Cuivre 360 (laiton)
Le cuivre 360 est composé de 62% de cuivre, 36% de zinc et 2% de plomb. Il présente une excellente usinabilité et offre une résistance à la corrosion et une solidité modérées. Il est utilisé dans les pièces d'horlogerie, les vannes de plomberie et les raccords.
Applications du cuivre
Il existe de nombreuses applications du cuivre dans différents domaines, et certaines de ces applications sont les suivantes :
Électronique : Le cuivre est utilisé dans les applications électroniques en raison de sa conductivité électrique.
Architecture : Le cuivre a un aspect attrayant et peut être utilisé pour le revêtement des murs et des toitures.
Plomberie : Les tubes en cuivre sont utilisés dans les conduites d'eau pour les applications domestiques car ils offrent une grande résistance à la corrosion.
Transport : Le cuivre est utilisé dans les véhicules car il contribue au câblage électrique des voitures.
Conclusion
Le cuivre est l'un des métaux les plus polyvalents, et divers composants sont fabriqués à partir de ce métal.
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FAQ
Le cuivre rouille-t-il facilement ?
En général, le cuivre ne rouille pas, mais dans certains cas, certaines parties peuvent se corroder légèrement.
Quel est le type de métal du cuivre ?
Le cuivre a une densité élevée, ce qui en fait un métal lourd.
Quelle est la différence entre le cuivre et le laiton ?
Le laiton est un alliage de cuivre, tandis que le cuivre est un métal pur.
Pourquoi le cuivre est-il si spécial ?
Le cuivre est spécial parce qu'il offre d'excellentes propriétés et est, par conséquent, l'un des matériaux les plus couramment utilisés dans l'industrie. Il est ductile, malléable et possède des propriétés thermiques et électriques élevées.
