銅合金的應(yīng)用

電氣工業(yè)

電力輸送

力輸送中需要大量消耗高導(dǎo)電性的銅，主要用于動力申．線電纜、匯流排、變壓器、開關(guān)、接插

誠霖銅合金

元件和聯(lián)接器等。

在電線電纜的輸電過程中，由于電阻發(fā)熱而白白浪費(fèi)電能。從節(jié)能和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，目前世界上正在推廣""最佳電纜截面""標(biāo)準(zhǔn)。過去流行的標(biāo)準(zhǔn)，單純地從降低一次安裝投資的角度出發(fā)，為了盡量減小電纜截面，以在設(shè)計要求的額定電流下，不至出現(xiàn)危險過熱，來確定電纜的最低允許尺寸。按這種標(biāo)準(zhǔn)鋪設(shè)的電纜，雖然安裝費(fèi)低了；但是在長期使用過程中，電阻能耗卻比較大。""最佳電纜截面""標(biāo)準(zhǔn)，則兼顧一次安裝費(fèi)用和電能消耗這兩個因素，適當(dāng)放大電纜尺寸，以達(dá)到節(jié)能和最佳綜合經(jīng)濟(jì)效益的目的。按照新的標(biāo)準(zhǔn)，電纜截面往往要比老標(biāo)準(zhǔn)加大一倍以上，可以獲得50%左右的節(jié)能效果。

我國在過去一段時間內(nèi)，由于鋼供不應(yīng)求，考慮到鋁的比重只有銅的 30%，在希望減輕重量的架空高壓輸電線路中曾采取以鋁代銅的措施。地下電纜。在這種情況下，鋁與銅相比，存在導(dǎo)電性差和電纜尺寸較大的缺點，而相形見絀。

同樣的原回，以節(jié)能高效的銅繞組變壓器，取代！日的鋁繞組變壓器，也是明智的選擇。

電機(jī)制造

在電機(jī)制造中，廣泛使用高導(dǎo)電和高強(qiáng)度的銅合金。主要用銅部位是定子、轉(zhuǎn)子和軸頭等。在大型電機(jī)中，繞組要用水或氫氣冷卻，稱為雙水內(nèi)冷或氫氣冷卻電機(jī)，這就需要大長度的中空導(dǎo)線。

電機(jī)是使用電能的大戶，約占全部電能供應(yīng)的60%。一臺電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)累計電費(fèi)很高，一般在最初工作5 00小時內(nèi)就達(dá)到電機(jī)本易的成本，一年內(nèi)相當(dāng)于成本的4～ 16倍，在整個工作壽命期間可以達(dá)到成本的200倍。電機(jī)效率的少量提高，不但可以節(jié)能；而且可以獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。開發(fā)和應(yīng)用高效電機(jī)，是當(dāng)前世界上的一個熱門課題。由于電機(jī)內(nèi)部的能量消耗，主要來源于繞組的電阻損耗；因此，增大銅線截面是發(fā)展高效電機(jī)的一個關(guān)鍵措施。和率先開發(fā)出來的一些高效電機(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)相比，銅繞組的使用量增加25～ 100%。美國能源部正在資助一個開發(fā)項目，擬采用鑄入銅的技術(shù)生產(chǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子。

通訊電纜

80年代以來，由于光纖電纜載流容量大等優(yōu)點，在通訊干線上不斷取代銅電纜，而迅速推廣應(yīng)用。但是，把電能轉(zhuǎn)化為光能，以及輸入用戶的線路仍需使用大量的銅。隨著通訊事業(yè)的發(fā)展，人們對通訊的依賴越來越大，對光纖電纜和銅電線的需求都會不斷增加。

住宅電氣線路

隨著我國人民生活水平提高，家電迅速普及，住宅用電負(fù)荷增長很快。如圖6.6所示，1987年居民用電量為 269.6億度（ l度=1千瓦?小時），10后年的 1996年猛升到 1131億度，增加 3.2倍。盡管如此，與發(fā)達(dá)國家相比仍有很大差距。例如，1995年美國的人均用電量是我國的14.6倍，日本是我國的8.6倍。我國居民用電量今后仍有很大發(fā)展。預(yù)計從 1996年到2005年，還要增長l．4倍。

電子工業(yè)

電子工業(yè)是新興產(chǎn)業(yè)，在它蒸蒸日上的發(fā)展過程中，不斷開發(fā)出鋼的新產(chǎn)品和新的應(yīng)用領(lǐng)域。它的應(yīng)用己從電真空器件和印刷電路，發(fā)展到微電子和半導(dǎo)體集成電路中。

電真空器件

電真空器件主要是高頻和超高頻發(fā)射管、波導(dǎo)管、磁控管等，它們需 要高純度無氧銅和彌散強(qiáng)化無氧銅。

印刷電路

銅印刷電路，是把銅箔作為表面，粘貼在作為支撐的塑料板上；用照相的辦法把電路布線圖印制在銅版上；通過浸蝕把多余的部分去掉而留下相互連接的電路。然后，在印刷線路板上與外部的連接處沖孔，把分立元件的接頭或其它部分的終端插入，焊接在這個口路上，這樣一個完整的線路便組裝完成了。如果采用浸鍍法，所有接頭的焊接可以一次完成。這樣，對于那些需要精細(xì)布置電路的場合，如無線電、電視機(jī)，計算機(jī)等，采用印刷電路可以節(jié)省大量布線和固定回路的勞動；因而得到廣泛應(yīng)用，需要消費(fèi)大量的銅箔。此外，在電路的連接中還需用各種價格低廉、熔點低、流動性好的銅基釬焊材料。

集成電路

微電子技術(shù)的核心是集成電路。集成電路是指以半導(dǎo)體晶體材料為基片（芯片），采用專門的工藝技術(shù)將組成電路的元器件和互連線集成在基片內(nèi)部、表面或基片之上的微小型化電路。這種微電路在結(jié)構(gòu)上比最緊湊的分立元件電路在尺寸和重量上小成千上萬倍。它的出現(xiàn)引起了計算機(jī)的巨大變革，成為現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)。己開發(fā)出的超大規(guī)模集成電路，在比小姆指甲還小的單個芯片面積上，能做出的晶體管數(shù)目，己達(dá)十萬甚至百萬以上。國際著名的計算機(jī)公司IBM（國際商業(yè)機(jī)器公司），己采用銅代替硅芯片中的鋁作互連線，取得了突破性進(jìn)展。這種用銅的新型微芯片，可以獲得30%的效能增益，電路的線尺寸可以減小到0.12微米，可使在單個芯片上集成的晶體管數(shù)目達(dá)到200萬個。這就為古老的金屬銅，在半導(dǎo)體集成電路這個最新技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，開創(chuàng)了新局面。

引線框架

為了保護(hù)集成電路或混合電路的正常工作，需要對它進(jìn)行封裝；并在封裝時，把電路中大量的接頭從密封體內(nèi)引出來。這些引線要求有一定的強(qiáng)度，構(gòu)成該集成封裝電路的支承骨架，稱為引線框架。實際生產(chǎn)中，為了高速大批量生產(chǎn)，引線框架通常在一條金屬帶上按特定的排列方式連續(xù)沖壓而成?？蚣懿牧险技呻娐房偝杀镜?span style="font-size: 24px; font-family: "Times New Roman";">1/3～ l/4，而且用量很大；因此，必須要有低的成本。

銅合金價格低廉，有高的強(qiáng)度、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，加工性能、針焊性和耐蝕性優(yōu)良，通過合金化能在很大范圍內(nèi)控制其性能，能夠較好地滿足引線框架的性能要求，己成為引線框架的一個重要材料。它是目前銅在微電子器件中用量最多的一種材料。

交通工業(yè)

船舶

由于良好的耐海水腐蝕性能，許多銅合金，如：鋁青銅、錳青銅、鋁黃銅、炮銅（錫鋅青銅）、白鋼以及鎳銅合金（蒙乃爾合金）己成為造船的標(biāo)準(zhǔn)材料。一般在軍艦和商船的自重中，銅和銅合金占2～3%。

軍艦和大部分大型商船的螺旋漿都用鋁青銅或黃銅制造。大船的螺旋漿每支重 20～ 25噸。伊麗莎白皇后號和瑪麗皇后號航母的螺旋漿每支重達(dá)3 5噸。大船沉重的尾軸常用""海軍上將""炮銅，舵和螺旋漿的錐形螺栓也用同樣材料。引擎和鍋爐房內(nèi)也大量用鋼和銅合金。世界上第一艘核動力商船，使用了30噸白銅冷凝管。用鋁黃銅管作油罐的大型加熱線圈，在10萬噸級的船上就有12個這種儲油罐，相應(yīng)的加熱系統(tǒng)規(guī)模相當(dāng)大。船上的電氣設(shè)備也很復(fù)雜，發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、通訊系統(tǒng)等幾乎完全依靠銅和銅合金來工作。大小船只的船艙內(nèi)經(jīng)常用鋼和銅合金來裝飾。甚至木制小船，也最好用鋼合金（通常是硅青銅）的螺絲和釘子來固定木結(jié)構(gòu)，這種螺絲可以用滾軋大量生產(chǎn)出來。

為了防止船殼被海生物污損影響航行，經(jīng)常采用包覆銅加以保護(hù)；或用刷含銅油漆的辦法來解決。

二次世界大戰(zhàn)中，為御防德國磁性水雷對艦船的襲擊，曾發(fā)展了抗磁性水雷裝置，在鋼船殼周圍附一圈銅帶，通上電流以中和船的磁場，這樣就可以不引爆水雷。從1944年以后，盟軍的所有船只，共計約18，000艘，都裝上了這種去磁裝置而得到了保護(hù)。一些大型主力艦為此需用大量的銅，例如其中一艘用去銅線長 28英里，重約 30噸。

汽車

汽車用銅每輛10～2I公斤，隨汽車類型和大小而異，對于小轎車約占自重的6～9%%。銅和銅合金主要用于散熱器、制動系統(tǒng)管路、液壓裝置、齒輪、軸承、剎車摩擦片、配電和電力系統(tǒng)、墊圈以及各種接頭、配件和飾件等。其中用鋼量比較大的是散熱器?，F(xiàn)代的管帶式散熱器，用黃銅帶焊接成散熱器管子，用薄的銅帶折曲成散熱片。

為了進(jìn)一步提高銅散熱器的性能，增強(qiáng)它對鋁散熱器的競爭力，作 了許多改進(jìn)。在材質(zhì)方面，向銅中添加微量元素，以達(dá)到在不損失導(dǎo)熱性的前 提下，提高其強(qiáng)度和軟化點，從而減薄帶材的厚度，節(jié)省用鋼量；在制造工藝方面，采用高頻或激光焊接銅管，并用鋼釬焊代替易受鉛污染的軟焊組裝散熱 器芯體。這些努力的結(jié)果示于表6.2，與釬焊鋁散熱器相比，在相同的散熱條件 下，即在相同的空氣和冷卻劑的壓力降下，新型銅散熱器的重量更輕，尺寸顯 著縮??；再加上鋼的耐蝕性好、使用壽命長，銅散熱器的優(yōu)勢就更明顯。此外，為了環(huán)保，大力推廣和發(fā)展電動汽車，每輛汽車的用鋼量將成倍增加。

鐵路

鐵路的電氣化對銅和銅合金的需要量很大。每公里的架空導(dǎo)線需用2 噸以上的異型銅線。為了提高它的強(qiáng)度，往往加入少量的銅（約1%）或銀 （約of%）。此外，列車上的電機(jī)、整流器、以及控制、制動、電氣和信 號系統(tǒng)等都要依靠銅和銅合金來工作。

飛機(jī)

飛機(jī)的航行也離不開銅。例如：飛機(jī)中的配線、液壓、冷卻和氣動系統(tǒng)需使用銅材，軸承保持器和起落架軸承采用鋁青銅管材，導(dǎo)航儀表應(yīng)用抗磁鋼合金，眾多儀表中使用破銅彈性元件等等。

輕工業(yè)

輕工業(yè)產(chǎn)品與人民生活密切相關(guān)，品種繁多、五花八門。由于鋼具有良好綜合性能，到處可以看到它大顯身手的蹤影。現(xiàn)僅舉數(shù)例如下：

空調(diào)器和冷凍機(jī)

空調(diào)器和冷凍機(jī)的控溫作用，主要通過熱交換器銅管的蒸發(fā)及冷凝作 用來實現(xiàn)。熱交換傳熱管的尺寸和傳熱性能，在很大程度上決定了整個空 調(diào)機(jī)和制冷裝置的效能和小型化。在這些機(jī)器上采用的都是高導(dǎo)熱性能的異型銅管。利用鋼的良好加工性能，開發(fā)和生產(chǎn)出帶有內(nèi)槽和高翅片的散熱管，用于制造空調(diào)器、冷凍機(jī)、化工及余熱口收等裝置中的熱交換器，可使新型熱交換器的總熱傳導(dǎo)系數(shù)提高到用普通管的2～3倍，和用普通低翅片管的 1.2～1.3倍，己在國內(nèi)使用，可節(jié)省 40%的銅，并使熱交換器體積縮小 1/3以上。

鐘表

生產(chǎn)的鐘表，計時器和有鐘表機(jī)構(gòu)的裝置，其中大部分的工作部件都用""鐘表黃銅""制造。合金中含1.5-2%的鉛，有良好加工性能，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。例如，齒輪由長的擠壓黃銅棒切出，平輪由相應(yīng)厚度的帶材沖出，用黃銅或其它銅合金制作摟刻的鐘表面以及螺絲和接頭等等。大量便宜的手表用炮銅（錫鋅青銅）制造，或鍍以鎳銀（白銅）。一些著名的大鐘都用鋼和銅合金制作。英國""大笨鐘""的時針用的是實心炮銅桿，分針用的是14英尺長的銅管。

一個現(xiàn)代化的鐘表廠，以銅合金為主要材料，用壓力機(jī)和精確的模具加工，每天可以生產(chǎn)一萬到三萬只鐘表，費(fèi)用很低。

造紙

在當(dāng)前信息萬變的社會里，紙張消費(fèi)量很大。紙張表面看來簡單，但是造紙工藝卻很復(fù)雜，需要通過許多步驟，應(yīng)用很多機(jī)器，包括冷卻器、蒸發(fā)器、打漿器、造紙機(jī)等等。其中許多部件，如：各種熱交換管、輥輪、打擊棒、半液體泵和絲網(wǎng)等，大部分都用鋼合金制作。

例如，采用的長網(wǎng)造紙機(jī)，它要將制好的紙漿噴到快速運(yùn)動的具有細(xì)小網(wǎng)孔（ 40～60目）的網(wǎng)布上。網(wǎng)布由黃銅和磷青銅絲編織而成，它的寬度很大，一般在20英尺（6米）以上，要求保持完全平直。網(wǎng)布在一系列小的黃銅或銅輥子上運(yùn)動，當(dāng)帶著噴附其上的紙漿通過時，濕氣從下面空吸出去。網(wǎng)子同時振動以使紙漿中的小纖維粘結(jié)在一起。大型造紙機(jī)的網(wǎng)布尺寸很大，可以達(dá)到寬26英尺8英寸（ 8. l米）和長100英尺（ 3 0. 5米）。濕紙漿不但含水，而且含有造紙過程中使用的化學(xué)藥劑，腐蝕性很強(qiáng)。為了保證紙張質(zhì)量，對網(wǎng)布材料要求很嚴(yán)，不但要有高的強(qiáng)度和彈性；而且要抗紙漿腐蝕，銅合金完全可以勝任。

印刷

印刷中用銅版進(jìn)行照相制版。表面拋光的銅版用感光乳膠敏化后，在它上面照相成像。感光后的銅版需加熱使膠硬化。為避免受熱軟化，銅中往往含有少量的銀或砷，以提高軟化溫度。然后，對版子進(jìn)行腐蝕，形成分布著凹凸點子圖形的印刷表面。

在自動排字機(jī)上，要通過黃銅字型塊的編排，來制造版型，這是銅在印刷中的另一個重要用途。字型塊通常用的是含鉛黃銅，有時也用銅或青銅。

醫(yī)藥

制藥工業(yè)中，各類蒸、煮、真空裝置等都用純銅制作。在醫(yī)療器械中則 廣泛使用鋅白銅。銅合金還是眼鏡架的常用材料等

建筑業(yè)

由于r銅水管具有美觀耐用、安裝方便、安全防火、衛(wèi)生保健等諸多優(yōu)點，使它與鍍鋅鋼管和塑料管相比存在明顯優(yōu)越的價格性能比。在住宅和公用建筑中，用于供水、供熱、供氣以及防火噴淋系統(tǒng)，日益受到人們的青睞，成為當(dāng)前的首選材料。在發(fā)達(dá)國家中，銅制供水系統(tǒng)己占很大比重。美國紐約號稱世界第六高樓的曼哈頓大廈，其中僅供水系統(tǒng)一項，就用去銅管 6萬英尺 （l公里）。在歐洲，飲水用鋼管消耗量很大。英國的飲水用銅管消耗量平均每人每年1.6公斤，日本為0.2公斤。由于鍍鋅鋼管容易銹蝕，許多國家己明令禁用。香港早于1996年 1月起禁止使用，上海也于 1998年5月起實行。我國在房屋建設(shè)中推廣使用銅管道系統(tǒng)，勢在必行。

航天

最近發(fā)現(xiàn)了一些臨界溫度更高的材料，稱為""高溫超導(dǎo)材料""，它們大多是復(fù)合氧化物。較早發(fā)現(xiàn)和比較著名的一種是含鉛的銅基氧化物（ YB2 Cu3 O7），臨界溫度為90K，可以在液氮溫度下工作。但還沒有獲得臨界溫度在室溫附近的材料；而且這些材料難于做成大塊物體，它們能通過可保持超導(dǎo)性的電流密度也不夠高。因此，還未能在強(qiáng)電的場合下應(yīng)用，有待進(jìn)一步研究開發(fā)。

航天技術(shù)、火箭、衛(wèi)星和航天飛機(jī)中，除了微電子控制系統(tǒng)和儀器、儀表設(shè)備以外，許多關(guān)鍵性的部件也要用到銅和銅合金。例如：火箭發(fā)動機(jī)的燃燒室和推力室的內(nèi)村，可以利用鋼的優(yōu)良導(dǎo)熱性來進(jìn)行冷卻，以保持溫度在允許的范圍內(nèi)。亞里安那5號火箭的燃燒室內(nèi)襯，用的是銅一銀一結(jié)合金，在這個內(nèi)襯內(nèi)加工出360個冷卻通道，火箭發(fā)射時通入液態(tài)氫進(jìn)行冷卻。

此外，銅合金也是衛(wèi)星結(jié)構(gòu)中承載構(gòu)件用的標(biāo)準(zhǔn)材料。衛(wèi)星上的太陽翼板通常是由銅與其它幾個元素的合金制成的。

銅合金屬于金屬材料。