¿Cuáles son los campos de aplicación de las aleaciones de cobre?
1. Industria eléctrica
1. Transmisión de energía
La transmisión de energía requiere una gran cantidad de cobre altamente conductor, que se utiliza principalmente. para electricidad Alambres y cables, barras colectoras, transformadores, interruptores, componentes de enchufe y acoplamientos, etc.
Durante el proceso de transmisión de energía de alambres y cables, se desperdicia energía eléctrica debido al calentamiento por resistencia. Desde la perspectiva del ahorro y la economía de energía, actualmente se está promoviendo en todo el mundo el estándar de "mejor sección transversal de cable". Los estándares que fueron populares en el pasado surgieron puramente desde la perspectiva de reducir la inversión en una instalación. Para minimizar la sección transversal del cable, se determinó el tamaño mínimo permitido del cable para cumplir con la corriente nominal requerida por el diseño sin peligro. calentamiento excesivo. Los cables tendidos según esta norma tienen costos de instalación más bajos; sin embargo, durante el uso prolongado, el consumo de energía de la resistencia es grande; El estándar de "sección transversal óptima del cable" consiste en considerar de manera integral los dos factores del costo único de instalación y el consumo de energía, y ampliar adecuadamente el tamaño del cable para lograr el ahorro de energía y los mejores beneficios económicos integrales. Según el nuevo estándar, el. La sección transversal del cable es a menudo el antiguo estándar. Más del doble del efecto de ahorro de energía de aproximadamente el 50%.
En el último período, debido a la escasez de acero, considerando que la proporción de aluminio es solo del 30%. de cobre, esperamos reducir la necesidad de líneas aéreas de transmisión de alto voltaje. Se han tomado medidas para reemplazar el cobre por aluminio. En este caso, la mala conductividad del aluminio y el gran tamaño del cable lo hacen eclipsar. Por la misma razón, también es aconsejable reemplazar el antiguo transformador de bobinado de aluminio por un transformador de bobinado de cobre que ahorra energía.
2. La alta conductividad y la alta conductividad se utilizan ampliamente. Los componentes principales de cobre son el estator, el rotor y la cabeza del eje. En los motores grandes, los devanados deben enfriarse con agua o hidrógeno, llamados motores dobles refrigerados por agua o hidrógeno. motores refrigerados, que requieren grandes longitudes de conductores huecos. p>
Los motores son grandes consumidores de energía eléctrica, representando aproximadamente el 60% de todo el suministro de energía eléctrica. El costo acumulado de electricidad de un motor generalmente alcanza el. El costo del motor dentro de las primeras 500 horas de operación, lo que equivale al costo dentro de un año de 4 a 16 veces, y puede alcanzar 200 veces el costo durante toda la vida útil. Una pequeña mejora en la eficiencia del motor no solo puede ahorrar. energía; pero también obtener importantes beneficios económicos. El desarrollo y aplicación de motores de alta eficiencia es un tema candente en el mundo ya que el consumo de energía dentro del motor proviene principalmente de la pérdida de resistencia del devanado, aumentando la sección transversal del cable de cobre. es una medida clave para desarrollar motores eficientes. En comparación con los motores tradicionales, algunos de los primeros motores de alta eficiencia utilizan devanados de alambre de cobre aumentado entre un 25 % y un 100 %. tecnología para producir rotores de motores
3. Cables de comunicación
Desde la década de 1980, debido a los cables de fibra óptica con la ventaja de una gran capacidad de transporte de corriente, ha ido reemplazando continuamente los cables de cobre. en las líneas troncales de comunicación y se ha promocionado rápidamente. Sin embargo, todavía se necesita una gran cantidad de cables de cobre para convertir la energía eléctrica en energía luminosa e introducirla en las líneas de los usuarios. La dependencia de las comunicaciones está aumentando y la demanda de cables ópticos y cobre. Los cables seguirán aumentando.
4. Cableado eléctrico residencial
A medida que mejoran los niveles de vida de nuestra gente, la rápida popularización de los electrodomésticos, la carga de electricidad residencial aumentó rápidamente. En 1987, el consumo nacional de electricidad era de 26,96 mil millones de kilovatios-hora (1 kilovatio-hora), y diez años más tarde, en 1996, llegó a 113,1 mil millones de kilovatios-hora. Sin embargo, todavía existe una gran brecha en comparación con los países desarrollados, por ejemplo, en términos de consumo per cápita. El consumo de electricidad en los Estados Unidos fue 14,6 veces mayor que el de mi país, y el de Japón seguirá siendo 8,6 veces mayor que el de mi país. Se espera que aumente 1,4 veces entre 1996 y 2005.
5. Industria electrónica
La industria electrónica es una industria emergente que está en auge en China. En el proceso, se desarrollan constantemente nuevos productos y nuevos aceros para aplicaciones. Sus aplicaciones se han desarrollado desde dispositivos eléctricos de vacío y circuitos impresos hasta microelectrónica y circuitos integrados semiconductores.
6. Dispositivos eléctricos de vacío
Los dispositivos eléctricos de vacío incluyen principalmente tubos de lanzamiento, guías de ondas, magnetrones, etc. de alta y ultra alta frecuencia. Requieren cobre libre de oxígeno de alta pureza. y difusión Cobre reforzado libre de oxígeno.
7. Circuitos impresos
Los circuitos impresos de cobre utilizan una lámina de cobre como superficie y se pegan sobre una placa de plástico como soporte. El diagrama de cableado del circuito se imprime en la placa de cobre mediante fotografía; ; El exceso se elimina mediante grabado, dejando las partes interconectadas del circuito. Luego, se perforan orificios en la conexión entre la placa de circuito impreso y el exterior, se insertan los conectores de componentes discretos o los terminales de otros componentes y se sueldan en la intersección, de modo que se ensambla un circuito completo. Si se utiliza el método de revestimiento por inmersión, la soldadura de todos los contactos se puede completar al mismo tiempo. De esta manera, para aquellas ocasiones que requieren una disposición fina de circuitos, como radios, televisores, computadoras, etc., el uso de circuitos impresos puede ahorrar mucho cableado y mano de obra de circuitos fijos, por lo que sus aplicaciones son muy amplias y requieren una gran cantidad; de lámina de cobre. Además, al conectar circuitos es necesario utilizar diversos materiales de soldadura a base de cobre con precios bajos, puntos de fusión bajos y buena fluidez.
8. Circuitos integrados
El núcleo de la tecnología microelectrónica son los circuitos integrados. Los circuitos integrados se refieren a circuitos miniaturizados que utilizan materiales de cristal semiconductor como sustratos (chips) y utilizan tecnología de proceso especializada para integrar los componentes y dispositivos de interconexión que componen el circuito dentro del sustrato, en la superficie del sustrato o encima del sustrato. . Dichos microcircuitos son estructuralmente miles de veces más pequeños y livianos que los circuitos de componentes discretos más compactos. Su aparición provocó grandes cambios en las computadoras y se convirtió en la base de la tecnología de la información moderna. El desarrollo de circuitos integrados a muy gran escala ha permitido que el número de transistores alcance los 100.000 o incluso más de 1 millón en un solo chip con un área más pequeña que una uña pequeña. La empresa informática de renombre internacional IBM (International Business Machines Corporation) ha logrado grandes avances al utilizar cobre en lugar de aluminio como interconexiones en chips de silicio. Este nuevo tipo de microchip puede lograr una ganancia de rendimiento del 30% utilizando cobre, y el tamaño de las líneas del circuito se puede reducir a 0,12 micrones, permitiendo que el número de transistores integrados en un solo chip llegue a 2 millones. Esto ha abierto una nueva situación para la aplicación del antiguo metal cobre en el campo de última tecnología de los circuitos integrados semiconductores.
9. Marco conductor
Para proteger el funcionamiento normal de los circuitos integrados o circuitos híbridos, se deben empaquetar durante el embalaje, se debe colocar una gran cantidad de conectores en el circuito; Se retira del cuerpo del paquete extraído del medio. Estos cables requieren cierta resistencia y forman el esqueleto de soporte del circuito integrado, que se denomina marco de cables. En la producción real, para producción en masa y de alta velocidad, el marco principal generalmente se estampa continuamente en una tira de metal en una disposición específica. Los materiales del marco principal representan de 1/3 a 1/4 del costo total de los circuitos integrados y la cantidad utilizada es muy grande, por lo que deben tener un costo bajo.
Las aleaciones de cobre son baratas, tienen alta resistencia, conductividad eléctrica y conductividad térmica, y tienen un excelente rendimiento de procesamiento, soldabilidad de pasadores y resistencia a la corrosión. Sus propiedades se pueden controlar dentro de un amplio rango mediante la aleación. los requisitos de rendimiento de los marcos de plomo y se ha convertido en un material importante para los marcos de plomo. Actualmente es el material con mayor cantidad de cobre utilizado en dispositivos microelectrónicos.
2. Industria del transporte
1. Barcos
Debido a que el cobre tiene buena resistencia a la corrosión del agua de mar, muchas aleaciones de cobre, como el bronce de aluminio y el bronce de manganeso, son de aluminio. El latón, el bronce (bronce de estaño y zinc), el acero blanco y la aleación de níquel y cobre (Monel) se han convertido en materiales estándar para la construcción naval. Generalmente, el cobre y las aleaciones de cobre representan entre el 2 y el 3% del peso de los buques de guerra y mercantes.
Las hélices de los buques de guerra y de la mayoría de los grandes buques mercantes están fabricadas en bronce aluminio o latón. Las hélices de los barcos grandes pesan entre 20 y 25 toneladas cada una. Las hélices de los portaaviones HMS Queen Elizabeth y HMS Queen Mary pesaban 35 toneladas cada una. Los barcos grandes a menudo usaban bronce de cañón "Admiral" para sus pesados ejes de cola, al igual que los timones y los pernos cónicos. Las aleaciones de acero y cobre también se utilizan ampliamente en salas de máquinas y calderas. El primer barco mercante de propulsión nuclear del mundo utilizó 30 toneladas de tubos de condensador de cobre blanco. Los tubos de aluminio y latón se utilizan como grandes serpentines de calefacción para tanques de petróleo. En un barco de 100.000 toneladas hay 12 tanques de este tipo y el sistema de calefacción correspondiente es bastante grande. El equipo eléctrico del barco también es muy complejo. Los motores, los motores eléctricos, los sistemas de comunicación, etc., casi todos dependen del cobre y las aleaciones de cobre para funcionar. Los camarotes de barcos de todos los tamaños suelen estar decorados con aleaciones de acero y cobre. Incluso los barcos pequeños de madera se fijan mejor a la estructura de madera con tornillos y clavos hechos de una aleación de acero (normalmente bronce al silicio), un material que puede producirse en masa mediante laminación.
Para evitar que el casco sea contaminado por la vida marina y afecte a la navegación, el casco suele estar recubierto de cobre o pintado con pintura que contiene cobre.
En la Segunda Guerra Mundial, para evitar que los alemanes atacaran barcos con minas magnéticas, se desarrolló un dispositivo de mina antimagnética. Se envolvió un círculo de cinta de cobre alrededor del casco de acero para neutralizarlo mediante corriente. El campo magnético del barco impide que detone minas. A partir de 1944, todos los barcos aliados (aproximadamente 18.000 barcos) fueron equipados con este dispositivo desmagnetizador y protegidos. Algunos de los barcos capitales más grandes necesitaban grandes cantidades de cobre para este propósito, por ejemplo, uno de los barcos capitales utilizó 28 millas de alambre de cobre desmagnetizado que pesaba aproximadamente 30 toneladas.
2. Coches
El cobre utilizado en los coches es de 10 a 2 kilogramos por coche, lo que varía según el tipo y tamaño del coche, representando entre el 6 y el 9% del total. peso del coche. El cobre y las aleaciones de cobre se utilizan principalmente en radiadores, tuberías de sistemas de frenos, dispositivos hidráulicos, engranajes, cojinetes, pastillas de freno, sistemas eléctricos y de distribución de energía, juntas y diversas juntas, accesorios y molduras. Los radiadores son uno de los principales usos del acero. Los radiadores modernos de tubos y tiras utilizan tiras de latón soldadas a los tubos del radiador y tiras finas de cobre dobladas sobre las aletas.
Para mejorar aún más el rendimiento de los radiadores de cobre y mejorar su competitividad con los radiadores de aluminio, hemos realizado muchas mejoras. En cuanto a materiales, al cobre se le añaden oligoelementos para aumentar su resistencia y punto de reblandecimiento sin perder conductividad térmica, reduciendo así el espesor de la tira de cobre y ahorrando cantidad de acero en cuanto a procesos de fabricación, alta frecuencia o soldadura láser de; tubos de cobre y uso de soldadura fuerte de acero en lugar de soldadura de núcleos de radiadores susceptibles a la contaminación por plomo. Los resultados de estos esfuerzos se muestran en la Tabla 6.2. En comparación con los radiadores de aluminio soldado, en las mismas condiciones de disipación de calor, es decir, cuando las caídas de presión del aire y del refrigerante son las mismas, el nuevo radiador de cobre es más liviano y de tamaño significativamente más pequeño, además, el acero tiene buena resistencia a la corrosión; Con una vida útil más larga, las ventajas de los radiadores de cobre son más obvias. Además, para proteger el medio ambiente y promover y desarrollar vigorosamente los vehículos eléctricos, la cantidad de acero utilizada en cada vehículo aumentará exponencialmente.
3. Ferrocarriles
La electrificación ferroviaria requiere una gran cantidad de cobre y aleaciones de cobre. Se necesitan más de 2 toneladas de alambre de cobre moldeado por cada kilómetro de conductores aéreos. Para aumentar su resistencia, a menudo se añaden pequeñas cantidades de cobre (aproximadamente 1%) o plata (aproximadamente %). Además, los motores, rectificadores y sistemas de control, frenado, eléctricos y de señalización de los trenes requieren cobre y aleaciones de cobre para funcionar.
4. Aviones
La navegación aérea también es inseparable del cobre. Por ejemplo: el cableado de los aviones, los sistemas hidráulicos, de refrigeración y neumáticos requieren el uso de cobre, las jaulas de cojinetes y los cojinetes del tren de aterrizaje usan tubos de bronce de aluminio, los instrumentos de navegación usan aleaciones de acero antimagnéticos, los componentes elásticos de cobre rotos se usan en muchos instrumentos, etc.
5. Industria ligera
Los productos de la industria ligera están estrechamente relacionados con la vida de las personas, con una amplia variedad y deslumbrante variedad. Debido a que el cobre tiene buenas propiedades generales, se puede ver en todas partes mostrando sus talentos. Éstos son sólo algunos ejemplos:
6. Aires acondicionados y congeladores
El control de la temperatura de los aires acondicionados y congeladores se logra principalmente mediante la evaporación y condensación de tubos de cobre en intercambiadores de calor. El tamaño y el rendimiento de transferencia de calor de los tubos del intercambiador de calor determinan en gran medida la efectividad y miniaturización de toda la unidad de aire acondicionado y refrigeración. En estos dispositivos se utilizan tubos de cobre de formas especiales con alta conductividad térmica. Aprovechando las buenas propiedades de procesamiento del acero, desarrollamos y producimos un tubo de intercambio de calor con ranuras internas y aletas altas, que se utiliza para fabricar intercambiadores de calor en acondicionadores de aire, refrigeradores, productos químicos, recolección de calor residual y otros dispositivos. tipo El coeficiente total de transferencia de calor del intercambiador de calor se puede aumentar de 2 a 3 veces el de las tuberías ordinarias y de 1,2 a 1,3 veces el de las tuberías ordinarias de aletas bajas. Actualmente se utiliza en China, lo que puede ahorrar un 40% de cobre. materiales e intercambio de calor. El tamaño del dispositivo se reduce en más de 1/3.
7. Relojes
La mayoría de las piezas funcionales de los mecanismos de reloj utilizados en la producción de relojes están hechas de "latón para relojes". Esta aleación contiene entre un 1,5% y un 2% de plomo y tiene buena procesabilidad, lo que la hace adecuada para una producción de gran volumen. Por ejemplo, los engranajes se cortan a partir de largas varillas de latón extruido, las ruedas planas se estampan a partir de tiras de espesor adecuado y se utilizan latón u otras aleaciones de cobre para fabricar esferas de reloj, así como tornillos y accesorios, etc. Una gran cantidad de relojes asequibles están hechos de bronce (bronce estaño-zinc) o plata niquelada (cobre blanco). Algunos relojes famosos están hechos de aleaciones de acero y cobre. El "Big Ben" británico utiliza una varilla sólida de metal para la manecilla de las horas y un tubo de cobre de 14 pies de largo para el minutero.
Las fábricas de relojes modernas utilizan aleaciones de cobre como material principal y utilizan prensas y moldes de precisión para producir entre 10.000 y 30.000 relojes al día a costes muy bajos.
8. Papel
En la sociedad de la información actual, el consumo de papel es muy grande. El papel puede parecer simple a primera vista, pero el proceso de fabricación del papel es muy complejo y requiere muchos pasos y la aplicación de muchas máquinas, incluidos refrigeradores, evaporadores, despulpadoras, máquinas de papel, etc. Muchos de sus componentes, como diversos tubos de intercambio de calor, rodillos, varillas batidoras, bombas semilíquidas y cribas, están hechos en su mayoría de acero aleado.
Por ejemplo, una máquina de papel que utiliza un alambre Fourdrinier, que pulveriza la pulpa sobre una malla de movimiento rápido con una malla fina (40 a 60 malla). La malla está tejida con alambre de latón y bronce fosforado y es ancha, generalmente más de 20 pies (6 metros), y debe permanecer completamente recta. La malla se mueve sobre una serie de pequeños rodillos de latón o cobre y, a medida que pasa junto con la pulpa rociada, se succiona la humedad de debajo de la malla. Al mismo tiempo, se hace vibrar la red, uniendo las pequeñas fibras de la pulpa. Las máquinas de papel grandes tienen tamaños de malla muy grandes, hasta 8,1 m (26 pies 8 pulgadas) de ancho y 30,5 m (100 pies) de largo. La pulpa húmeda no sólo contiene agua sino también productos químicos altamente corrosivos utilizados en el proceso de fabricación del papel. Para garantizar la calidad del papel, los requisitos para los materiales de malla son muy estrictos. No sólo deben tener alta resistencia y elasticidad, sino que también deben ser capaces de resistir la corrosión de la pulpa.
9. Impresión
Utilice planchas de cobre para la impresión de planchas fotosensibles. La placa de cobre con superficie pulida se sensibiliza con látex fotosensible y la imagen se sensibiliza en ella. Es necesario calentar la placa de cobre fotosensible para endurecer el látex. Para evitar que se ablande con el calor, el cobre suele contener pequeñas cantidades de plata o arsénico para aumentar la temperatura de ablandamiento. Luego se graba la placa de cobre para crear una superficie impresa con una distribución de puntos cóncava y convexa.
Cuando las planchas de impresión se fabrican en máquinas tipográficas automáticas, las planchas se disponen a partir de bloques de latón, otro uso importante del cobre en la impresión. Los bloques suelen estar hechos de latón con plomo, a veces de cobre o bronce.
10. Medicina
En la industria farmacéutica, varios dispositivos de vapor, ebullición y vacío están hechos de cobre puro. El cuproníquel de zinc se utiliza ampliamente en dispositivos médicos. La aleación de cobre también es un material común para las monturas de gafas.
3. Industria de la construcción
Las tuberías de agua de cobre tienen muchas ventajas, como belleza y durabilidad, fácil instalación, seguridad contra incendios y cuidado de la salud, lo que las hace tener ventajas obvias en comparación con las tuberías de acero galvanizado. y tuberías de plástico. Excelente relación calidad-precio. En edificios residenciales y públicos, las tuberías de cobre para agua, calefacción, gas y sistemas de rociadores contra incendios son cada vez más preferidas y se han convertido en el material de elección actual. En los países desarrollados, los sistemas de suministro de agua de cobre ya representan una gran proporción. En Nueva York, EE.UU., el edificio Manhattan, conocido como el sexto edificio más alto del mundo, utiliza 60.000 pies (1 km) de tuberías de cobre para su sistema de agua. En Europa se consumen mucho los tubos de acero para agua potable. En promedio, el consumo de tuberías de cobre para agua potable por persona al año en el Reino Unido es de 1,6 kg y en Japón de 0,2 kg. Debido a que los tubos de acero galvanizado se oxidan fácilmente, muchos países han prohibido su uso. Hong Kong prohibió su uso ya en enero de 1996 y Shanghai lo implementó en mayo de 1998. Es imperativo para nuestro país promover el uso de sistemas de tuberías de cobre en la construcción residencial.
4. Aeroespacial
Recientemente se han descubierto algunos materiales con temperaturas críticas más altas, denominados "materiales superconductores de alta temperatura", y la mayoría de ellos son óxidos complejos. Uno de los más famosos y descubiertos anteriormente es el óxido a base de cobre que contiene plomo (YB2Cu3O7) con una temperatura crítica de 90 K, que puede funcionar a la temperatura del nitrógeno líquido. Sin embargo, aún no se han obtenido materiales con temperaturas críticas cercanas a la temperatura ambiente; además, estos materiales son difíciles de transformar en objetos grandes y su capacidad para mantener la superconductividad a través de la densidad de corriente no es lo suficientemente alta; Por lo tanto, no se puede utilizar para aplicaciones actuales sólidas y requiere más investigación y desarrollo.
En la tecnología aeroespacial, además de los sistemas, instrumentos e instrumentación de control microelectrónico, muchos componentes clave de cohetes, satélites y transbordadores espaciales también requieren el uso de cobre y aleaciones de cobre. Por ejemplo: la cámara de combustión de un motor de cohete y la pared interior de la cámara de empuje se pueden enfriar utilizando la excelente conductividad térmica del acero para mantener la temperatura dentro del rango permitido. El revestimiento de la cámara de combustión del cohete Ariane 5 utiliza una combinación de materiales de cobre, plata y oro. Cuando se lanza el cohete, el hidrógeno líquido pasa a través de los canales de enfriamiento para enfriarlo.
Las aleaciones de cobre también son materiales estándar para componentes portantes en estructuras satélite. Los parasoles de los satélites suelen estar hechos de cobre aleado con varios otros elementos. Las aleaciones de cobre son materiales metálicos.