Miksi käyttää kuparia? Mitkä ovat sen pääominaisuudet?
Kuparilla on erinomainen sähkön- ja lämmönjohtavuus, ja se sijoittuu ensimmäiseksi teknisten metallimateriaalien joukossa. Tämä on pääasiallinen perusta sen keskeiselle roolille nykyisessä sähköistämis- ja sähköisessä tietoyhteiskunnassa. Kuparilla on myös monia erinomaisia kokonaisvaltaisia ominaisuuksia: sillä on vahva korroosionkestävyys ilmakehää, merivettä, maaperää ja monia kemiallisia väliaineita vastaan; sitä käytetään rakenteessa olevan sekä jäykkä että joustava, joustava, kitkaa ja kulutusta kestävä; sillä on värikäs ulkonäkö ja se symboloi ihmisten rakastamaa yksinkertaisuutta ja eleganssia. Yllä mainittujen lukuisten suorituskykyominaisuuksien lisäksi sillä on myös sarja hyviä prosessointi-, valu-, hitsaus-, helppo leikkaus- ja muita prosessiominaisuuksia, mikä tekee siitä taloudellisen ja laajan käytön.
- Asuntorakentamisen osuus on 48 %: mukaan lukien: putkijärjestelmät (vesi, lämpö, kaasu, sprinkleri jne.); asumistilat (ilmastointilaitteet, jääkaapit jne.); rakennusten koristelu (katot, kaukalot, koristeet jne.); viestintälinjat (ääni, kuva, data jne.); tehonsyöttöjärjestelmät.
--Laitetuotannon osuus on 41 %: mukaan lukien: teollisuuslaitteet (moottorit, muuntajat jne.); kuljetusvälineet (autot, rautatiet, lentokoneet jne.); elektroniset laitteet; kevyet teollisuustuotteet (kodinkoneet, instrumentit, työkalut jne.)
--Infrastruktuurin osuus on 11 %: mukaan lukien: suuret hankkeet (kuljetuslaitokset, petrokemian teollisuus, kaivos- ja metallurgiateollisuus jne.); energiateollisuus (voimansiirto, sähkönjakelu jne.); viestintäverkko.
On huomionarvoista, että asuntorakentaminen liittyy suoraan ihmisten tuotantotason parantamiseen ja kuparin käyttö on tässä suhteessa suurin; varsinkin kotimaani pitää asuntorakentamista tärkeänä linkkinä koko kansantalouden kehityksen edistäjänä. Voidaan nähdä, että kuparin käytön aktiivisella edistämisellä on tärkeä rooli kansantaloudessa ja ihmisten toimeentulossa.
A. Sovellus sähköteollisuudessa
※ Voimansiirto
Voimansiirrossa kuluu suuri määrä erittäin johtavaa kuparia, jota käytetään pääasiassa tehoon, johtoihin ja kaapeleihin, väyliin, muuntajiin, kytkimiin, pistokkeisiin ja liittimiin jne.
Johtojen ja kaapeleiden siirtoprosessissa sähköenergiaa menee hukkaan vastuslämmityksen takia. Energiansäästön ja taloudellisuuden näkökulmasta "optimaalisen kaapelin poikkileikkauksen" standardia edistetään parhaillaan maailmassa. "Optimaalinen kaapelin poikkileikkaus" -standardi ottaa huomioon sekä kertaluonteiset asennuskustannukset että virrankulutuksen ja suurentaa kaapelin kokoa sopivasti energiansäästön ja parhaan kokonaisvaltaisen taloudellisen hyödyn saavuttamiseksi. Uuden standardin mukaan kaapelin poikkipinta-ala on usein yli kaksinkertainen vanhaan standardiin verrattuna, jolloin energiansäästövaikutus on noin 50 %.
Kun otetaan huomioon, että alumiinin ominaispaino on vain 30 % kuparista, on viime aikoina ryhdytty toimenpiteisiin kuparin korvaamiseksi alumiinilla korkeajännitteisissä ilmajohdoissa, koska kotimaassani on pulaa teräksestä. painon pudottamiseksi. Tällä hetkellä antennijohtoja muutetaan ympäristönsuojelun näkökulmasta maakaapeleiksi. Tässä tapauksessa alumiinin haittapuolena on huono johtavuus ja suurempi kaapelikoko verrattuna kupariin, ja se haalistuu verrattuna.
Samasta syystä on myös viisas vaihtoehto korvata alumiiniset käämimuuntajat Yhdysvalloissa ja Japanissa energiaa säästävillä ja tehokkailla kuparikäämimuuntajilla.
※ Moottorin valmistus
Moottorien valmistuksessa käytetään laajalti korkean johtavuuden ja lujia kupariseoksia. Tärkeimmät kupariosat ovat staattorit, roottorit ja akselinpäät. Suurissa moottoreissa käämit jäähdytetään vedellä tai vedyllä, jota kutsutaan kaksoisvesijäähdytys- tai vetyjäähdytysmoottoreiksi, mikä vaatii pitkiä onttoja johtimia.
Moottorit ovat suuria sähkönkäyttäjiä, ja niiden osuus on noin 60 % sähkön kokonaistarjonnasta. Moottorin kumulatiivinen sähkölasku on erittäin korkea. Yleensä se saavuttaa itse moottorin kustannukset ensimmäisen 500 käyttötunnin aikana, mikä vastaa 4-16 kertaa kustannuksia vuodessa, ja voi nousta 200-kertaiseen hintaan koko käyttöiän aikana. Pieni lisäys moottorin hyötysuhteessa voi paitsi säästää energiaa, myös saada merkittäviä taloudellisia etuja. Tehokkaiden moottoreiden kehittäminen ja soveltaminen on kuuma aihe tällä hetkellä maailmassa. Koska moottorin sisäinen energiankulutus johtuu pääasiassa käämin vastushäviöstä; siksi kuparilangan poikkileikkauksen kasvattaminen on keskeinen toimenpide korkean hyötysuhteen moottoreiden kehittämisessä. Viime vuosina jotkin korkean hyötysuhteen moottorit, jotka on kehitetty ensin, ovat lisänneet kuparikäämien käyttöä 25 %:lla 100 %:lla perinteisiin moottoreihin verrattuna. Tällä hetkellä Yhdysvaltain energiaministeriö rahoittaa kehitysprojektia, jossa käytetään valukupariteknologiaa moottoriroottoreiden valmistukseen.
※ Tietoliikennekaapelit
1980-luvulta lähtien valokaapeleiden suuren virransiirtokapasiteetin eduista johtuen ne ovat jatkuvasti korvanneet kuparikaapeleita tietoliikenteen runkojohdoissa, ja niitä on edistetty ja sovellettu nopeasti. Kuitenkin suuri määrä kuparia tarvitaan edelleen sähköenergian muuttamiseksi valoenergiaksi ja johtojen syöttämiseksi käyttäjille. Viestintäteollisuuden kehittyessä ihmiset ovat yhä riippuvaisempia viestinnästä, ja valokuitukaapeleiden ja kuparijohtojen kysyntä kasvaa edelleen.
※ Asuinrakennusten sähköjohdot
Viime vuosina kotimaani ihmisten elintaso on parantunut, ja kodinkoneet ovat yleistyneet nopeasti ja asuntojen sähkökuormitus on kasvanut nopeasti. kotimaani sähkönkulutus kotitalouksissa tulee kehittymään edelleen voimakkaasti, mikä on lisännyt kuparilankojen käyttöä huomattavasti.
B. Sovellus elektroniikkateollisuudessa
Elektroniikkateollisuus on nouseva ala. Sen kukoistavassa kehitysprosessissa kehitetään jatkuvasti uusia teräksen tuotteita ja uusia sovellusalueita. Tällä hetkellä sen sovellus on kehittynyt tyhjiolaitteista ja painetuista piireistä mikroelektroniikkaan ja puolijohdeintegroituihin piireihin.
※ Tyhjiölaitteet
Tyhjiölaitteet ovat pääasiassa suurtaajuisia ja ultrakorkeataajuisia lähetysputkia, aaltoputkia, magnetroneja jne., jotka vaativat erittäin puhdasta hapetonta kuparia ja dispersiovahvistettua hapetonta kuparia.
※ Painetut piirit
Kuparipainetut piirit valmistetaan liittämällä kuparifolio muovilevylle alustaksi kuparifoliolla; piirin kytkentäkaavion tulostaminen kuparilevylle valokuvaamalla; poistamalla ylimääräiset osat syövyttämällä ja jättämällä toisiinsa kytketyt piirit. Tee sitten reikiä piirilevyn liitännässä ulkopuolen kanssa, aseta erillisten komponenttien tai muiden osien liittimet ja hitsaa ne tähän aukkoon niin, että koko piiri muodostuu. Upotuspinnoitusmenetelmää käytettäessä kaikkien liitosten hitsaus voidaan suorittaa kerralla. Tällä tavalla painettujen piirien käyttö voi säästää paljon työvoimaa kaapelointi- ja kiinnityspiireissä sellaisissa tilanteissa, joissa tarvitaan hienoa piirien asettelua, kuten radio, televisio, tietokone jne.; siksi sitä käytetään laajalti ja vaatii suuren määrän kuparifoliota. Lisäksi piirien liitoksissa vaaditaan erilaisia kuparipohjaisia juotosmateriaaleja edullisilla, alhaisilla sulamispisteillä ja hyvällä juoksevuudella.
※ Integroitu virtapiiri
Mikroelektroniikan teknologian ydin on integroitu piiri. Integroidulla piirillä tarkoitetaan miniatyrisoitua piiriä, joka käyttää puolijohdekidemateriaaleja substraatteina (siruina) ja käyttää erityisiä prosessiteknologioita piirin muodostavien komponenttien ja liitäntöjen integrointiin sen sisällä, pinnalla tai substraatilla. Tämä mikropiiri on kooltaan ja painoltaan tuhansia kertoja pienempi kuin rakenteeltaan kompaktin diskreettikomponenttipiiri. Sen ulkonäkö on aiheuttanut valtavan muutoksen tietokoneissa ja siitä on tullut modernin tietotekniikan perusta. Tähän mennessä kehitetyissä erittäin suurissa integroiduissa piireissä on useita transistoreja, jotka voidaan valmistaa yhdelle peukalonnaulaa pienemmälle sirualueelle, ja ne ulottuvat satoihin tuhansiin tai jopa miljooniin. Äskettäin IBM (International Business Machines Corporation), maailmankuulu tietokoneyritys, on tehnyt läpimurron käyttämällä kuparia korvaamaan alumiinia piisiruissa liitäntöinä. Tällä uudentyyppisellä kuparisella mikrosirulla voidaan saavuttaa 30 % suorituskyvyn lisäys, piirilinjan koko voidaan pienentää 0,12 mikroniin ja yhdelle sirulle integroitujen transistorien määrä voi nousta 2 miljoonaan. Tämä on avannut uuden tilanteen muinaisen metallikuparin soveltamiselle viimeisimmän teknologian puolijohdeintegroitujen piirien alalla.
※ Lyijykehys
Integroitujen piirien tai hybridipiirien normaalin toiminnan suojaamiseksi ne on pakattava; ja pakattaessa suuri määrä piirin liittimiä johdetaan ulos suljetusta rungosta. Näillä johtimilla vaaditaan tietty lujuus ja ne muodostavat integroidun pakkauspiirin tukirungon, jota kutsutaan johtokehykseksi. Varsinaisessa tuotannossa nopeaa ja massatuotantoa varten lyijykehyksiä meistetään yleensä jatkuvasti metallinauhalle tietyssä järjestelyssä. Kehysmateriaalin osuus integroidun piirin kokonaiskustannuksista on 1/3 - 1/4, ja käytetty määrä on suuri; siksi sen on oltava alhainen.
Kupariseos on halpaa, sillä on korkea lujuus, sähkönjohtavuus ja lämmönjohtavuus, erinomainen prosessointikyky, neulahitsaus ja korroosionkestävyys. Sen suorituskykyä voidaan ohjata laajalla alueella seostamalla, ja se voi täyttää paremmin lyijykehysten suorituskykyvaatimukset. Siitä on tullut tärkeä materiaali lyijykehyksissä. Se on tällä hetkellä eniten käytetty materiaali mikroelektroniikkalaitteissa.
