Медь-описание | Электрод-Сервис

 

КРАТКИЕ  СВЕДЕНИЯ  О МЕДИ:

Медь — один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления. В древности применялась в основном в виде сплава с оловом —бронзы для изготовления оружия и т. п.Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

СВОЙСТВА  МЕДИ:

Медь обладает высокой  тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра). Удельная электропроводность при 20 °C: 55,5-58МСм\м. Медь имеет относительно большой температурный  коэффициент  сопротивления: 0,4 %/°С и в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры.

Существует ряд  сплавов меди: Латунь — с цинком, Бронза — с оловом и другими элементами, мельхиор— с  никелем, баббиты — со свинцом и другие

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  МЕДИ:

1) в электротехнике

Из-за низкого удельного сопротивления (уступает лишь серебру, удельное сопротивление при 20 °C: 0,01724-0,0180 мкОм·м), медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках энергосберегающих электроприводов (быт: электродвигателях) и силовых трансформаторов. Для этих целей металл должен быть очень чистый: примеси резко снижают электропроводимость. Например, присутствие в меди 0,02 % алюминия снижает её электрическую проводимость почти на 10 %.

2) Теплообмен

Другое полезное качество меди — высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различных теплоотводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известные радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления, компьютерных кулерах, тепловых трубках.

3) Для производства труб

В связи с высокой механической прочностью, но одновременно пригодностью для механической обработки, медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах. В ряде стран трубы из меди являются основным материалом, применяемым для этих целей: во Франции, Великобритании и Австралии для газоснабжения зданий, в Великобритании, США, Швеции и Гонконге для водоснабжения, в Великобритании и Швеции для отопления.

В России производство водогазопроводных труб из меди нормируется национальным стандартом ГОСТ Р 52318-2005, а применение в этом качестве федеральным Сводом Правил СП 40-108-2004. Кроме того, трубопроводы из меди и сплавов меди широко используются в судостроении и энергетике для транспортировки жидкостей и пара.

 

Медь марки М1 — Материалы для сеток

Металлопрокат из меди марки М1

Медь марки М1 – востребованный в промышленности металл, который хорошо обрабатывается давлением и паяется. Из этого сплава изготавливают металлопрокатную продукцию: трубы, листы, прутки, проволоку. Литейные свойства материала хуже: медь тяжело поддается сварке и резке.

Медь марки М1: состав и особенности материала

Медь М1 принадлежит к раскисленным маркам, содержание кислорода в готовом сплаве – в пределах 0,01%. На 99,96% сплав состоит из меди, остальные сотые доли процента приходятся на примеси. Добавки влияют на характеристики медного сплава.

Медь марки М1, состав примесей:

• алюминий, сурьма, железо, цинк, олово и другие компоненты: образуют твердые растворы в сплаве с медью, снижают тепло- и электропроводность структуры;
• сера: улучшает обработку меди методом резки;
• кислород: снижает электропроводность и прочность материала;
• свинец и висмут: затрудняют обработку материала давлением, не растворяются в сплаве, однако никак не меняют электропроводность.

Стандарт, по которому изготавливается медь марки М1, – ГОСТ 859-2014, который действует с 2014 года. До этого характеристики и требования к медным сплавам, полуфабрикатам из меди определял ГОСТ 859-2001. Европейский аналог марки М1 – медь Cu-ETP, в США – С1100, 1220. Медь изготавливается в виде литых или деформированных полуфабрикатов: лент, прутков, труб, катанок.

Эксплуатационные свойства

Медный сплав марки М1 широко задействован в разных сферах промышленности благодаря своим рабочим свойствам:

1. Очень высокая теплопроводность и электропроводность: изделия из меди марки М1 отлично проводят электрический ток, применяются для изготовления теплообменных приборов.
2. Антикоррозионные свойства: медь М1 устойчива к коррозии в сухом воздухе, органических кислотах, спиртах и фенольных смолах. Сохраняет структуру в пресной воде, не разрушается в соленой воде при отсутствии сильного движения жидкости.
3. Материал не искрит при трении и ударах: эта особенность позволяет применять медные и латунные сетки при взаимодействии со взрывоопасными и легковоспламеняющимися веществами.
4. Диамагнитные свойства: медь во внешнем магнитном поле намагничивается в противоположном направлении к этому полю. В этом плане медь опережает сталь и алюминий, поэтому медные сетки и листы используются для экранирования.
5. Рабочие температуры: температура литья меди М1 достигает 1250°С, температура плавления – 1083°С.

Чтобы не допустить стремительного разрушения структуры сплава, медь марки М1 нельзя использовать при контакте с хлористым аммонием, кислотами, сероводородом, аммиаком и цинком. Допускается взаимодействие меди с оловом и свинцом во влажной атмосфере или воде.

Применение метизов из меди М1

Медный сплав марки М1 широко применяется в электронике, электротехнике. Материал используется при изготовлении электровакуумного оборудования. Проволока из меди М1 применяется в качестве проводника электрического тока.

Что изготавливают из медного сплава М1:

• электроды и расходные элементы для сварки чугунных и медных элементов;
• прутки и проволоку для автоматической сварки в атмосфере инертных газов;
• металлопрокатные изделия: трубы, листы, сетку;
• сетки для экранирования;
• бронзы высокого качества;
• элементы криогенного оборудования.

Медная сетка в наличии

ТОРГОВЫЙ ДОМ СЕТОК предлагает сетки, в основе которых – медь марки М1, купить металлопрокатные изделия можно на этой странице. Сетка изготовлена по техническим условиям, которые разработаны специалистами нашей компании, качество этой продукции отвечает международным и российским стандартам. На складах в Москве и Электростали хранятся готовые изделия, также можно заказать изготовление сетки нужного типоразмера.

ТУ 1276-003-38279335-2013 — Стандарты качества для сеток

ТУ 1276-003-38279335-2013: сетки из стали, латуни и меди

Согласно техническим условиям, тканые сетки изготавливают из стали или цветных металлов и сплавов. Выбор марки металла зависит от вида изделия.

Используемые материалы:

1. Сталь – основа для сеток из нержавеющей проволоки:

• AISI 304: зарубежный аналог марок 12Х18Н9, 08Х18Н10;
• AISI 321: аналог марок 12Х18Н9Т, 08Х18Н10Т;
• 03Х17Н12М2Т-ВИ – аналог стали AISI 321, отличается чистотой сплава и повышенной устойчивостью к межкристаллитной коррозии.

2. Медь марок М1–М3 применяется для изготовления медной сетки.

3. Проволока марок Л 68, Л 63 по ТУ 1276-003-38279335-2013 подходит для латунной сетки.

По согласованию с заказчиком допускается изготовление тканых сеток из других сплавов и марок стали. При этом все материалы и вещества, которые используются в производстве металлических сеток, должны отвечать требованиям безопасности и иметь соответствующие документы и сертификаты.

Какая сетка пройдет ОТК

Требования к готовой продукции:

• тканое полотно без трещин и следов протяжек;
• не допускается пропуск проволок утка или основы;
• нет заломов, сшитых ячеек;
• проволочные тканые сетки без механических повреждений;
• на поверхности допускаются цвета побежалости – цветные разводы;
• отклонение от номинального размера ячейки равно ±9%.

Стандартная ширина сетки в рулоне – 1000–1500 мм. Однако техническими условиями предусмотрено, что производитель может изготавливать сетки с другими шириной и размерами ячеек, использовать проволоку с сечением, которое отличается от номинального.

Путь к заказчику

Проволочные тканые сетки наматываются на картонные гильзы. Под верхний слой сетки вкладывается этикетка с информацией о названии производителя, обозначении сетки, материале проволоки, дате выпуска и т. п.

Рулон может состоять из кусков сетки одного номера. Минимальная длина отрезка – 1 м. Сетка упаковывается в непромокаемую пленку и фиксируется скотчем. Изделия под № 0026–04 перевозятся и хранятся в деревянных ящиках или гофрокоробах. Перед тем, как отправиться из предприятия-изготовителя на склад, сетка проходит технический контроль, о чем свидетельствует клеймо на этикетке.

Высокая электропроводность — медь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Высокая электропроводность — медь

Cтраница 1

Высокая электропроводность меди обусловливает ее пь мущественное применение в электротехнике как проводниковог металла. После серебра медь стоит на втором месте по электропроводности.  [2]

Высокая электропроводность меди резко снижается от присутствия легирующих компонентов и поэтому остаточные концентрации элемента раскислителя должны быть минимальными.  [4]

Высокая электропроводность меди обусловила широкое ее применение для токопроводящих устройств, высокая теплопроводность — для теплообменных аппаратов. С повышением примесей в меди электропроводность ее резко снижается.  [5]

Высокая электропроводность меди

позволяет широко применять ее в электротехнике, электронике и радиопромышленности в качестве токопроводящего материала. Из нее изготавливают провода, контакты и др. Высокая теплопроводность меди обеспечила ее применение в нагревателях и холодильниках.  [6]

На высокой электропроводности меди основано применение ее в электротехнической промышленности Все три металла подгруппы меди ковки и тягучи Особенно хорошо эти качества выражены у золота, из 1 г которого можно вытянуть нить длиной до 3 км.  [8]

Например, высокая электропроводность меди

и ее практически полное отсутствие у кварца объясняются в конечном счете именно квантовыми эффектами. Существование постоянных магнитов и сверхпроводников представляет собой особенно яркие примеры проявления квантовых эффектов в макромире.  [9]

Порошковые сплавы позволяют соединить жаро — и износостойкость вольфрама, молибдена, никеля и графита с высокой электропроводностью меди и серебра.  [10]

Порошковые сплавы позволяют соединить хорошую жаростойкость и износоустойчивость вольфрама, молибдена, никеля или графита с высокой электропроводностью меди и серебра. Из таких порошков изготовляются электрические контакты.  [11]

Медь как металл высокой пластичности хорошо сваривается всеми видами термомеханического класса, кроме контактной. Контактная сварка затруднена в связи с высокой электропроводностью меди и малым переходным электрическим сенротивлением.  [12]

Медь как металл высокой пластичности хорошо сваривается всеми видами термомеханического класса, кроме контактной. Контактная сварка затруднена в связи с высокой электропроводностью меди и малым переходным электрическим сопротивлением.  [13]

В последнее время в электротехнике получили значительное распространение контактные металлокерамич. Для точечной сварки получили применение медно-вольфрамовые псевдосплавы, соединяющие в себе твердость и темп-рную устойчивость вольфрама с

высокой электропроводностью меди. Пористые металлы, имеющие разнообразное применение, производятся только металлокерамич. В настоящее время получили довольно значительное распространение пористые бронзо-графитовые подшипники, содержащие ок. Смазка в пористых подшипниках может подаваться не только обычным путем между внутренними стенками вкладыша и валом, но также на внешнюю стенку вкладыша, откуда она фильтруется на вал.  [14]

Страницы:      1

Тепловые свойства меди

Характерной особенностью меди является ее высокая теплопроводность, в 6 раз большая, чем у железа, и более высокая, чем у железа, механическая стойкость при низких температурах.
Коэффициент теплопроводности меди при температуре 20–100 °С составляет 394 Вт/(м*К) – выше только у серебра. Стальной прокат уступает меди по этому показателю почти в 9 раз, а железо – в 6. Различные примеси по-разному влияют на физические свойства металлов. У меди скорость передачи тепла снижается при добавлении в материал или попадании в результате технологического процесса алюминия, железа, кислорода, мышьяка, сурьмы, серы, селеа, фосфора.

Высокая теплопроводность характеризуется быстрым распространением энергии нагрева по всему объему предмета. Эта способность обеспечила меди широкое применение в любых системах теплообмена, особенно труб, листовой меди и медной проволоки. Ее используют при изготовлении трубок и радиаторов холодильников, кондиционеров, вакуумных установок, автомашин для отвода избыточного тепла охлаждающей жидкости. В отопительных приборах подобные изделия из меди служат для обогрева. 
Способность меди проводить тепло снижается при нагреве. Значения коэффициента теплопроводности меди в воздухе зависит от температуры последнего, которая влияет на теплоотдачу (охлаждение). Чем выше температура окружающей среды, тем медленнее остывает металл и ниже его теплопроводность. Поэтому во всех теплообменниках используют принудительный обдув вентилятором – это повышает эффективность работы устройств и одновременно поддерживает тепловую проводимость на оптимальном уровне.
Тепловое расширение меди (при 20 — 100 град. C) — 0,0168 мм / м / ºC.
Чистая медь и ее сплавы не являются жаростойкими материалами, однако, в некоторых случаях они применяются при повышенных температурах, когда от конструкции требуется повышенная электропроводность или теплопроводность. Используется медь с низким содержанием кислорода (<<0,04 %). Когда требуется прочность изделия, то вводится мышьяк (0,4 %). Добавки Сё (1,0 %), Сг (0,3 %) и Ag (0,1 %) также улучшают механические свойства меди при повышенных температурах, причем электропроводность при этом остается практически без изменения.

У меди высокая теплопроводность, что обуславливает достаточно сложный процесс монтажных и других работ, имеющих свою специфику. Сварка, пайка, резка меди требует более концентрированного нагрева, чем для стали, и зачастую предварительного и сопутствующего подогрева металла.
Медь, помимо широкого применения в технике по причине ее высокой электропроводности, используется в химическом машиностроении в качестве конструкционного материала для изготовления разнообразной химической аппаратуры и, в особенности, теплообменной аппаратуры (выпарные аппараты, теплообменники, конденсаторы, испарители, змеевики). Объясняется это высокой теплопроводностью меди и ее сплавов, их благоприятными физико-механическими свойствами при достаточно высокой.
Существует несколько марок меди, теплопроводность которых при низких температурах может быть весьма различной в зависимости от количества и характера примесей.

Температура плавления меди 1083,85 C (1357.77 ± 0.20·K).

 Принятые значения термодинамических величин для меди и ее соединений в кристаллической и жидкой фазах.

Вещество	Состояние	H°(298.15K)-H°(0)	S°(298.15K)	Cp°(298.15K)	Коэффициенты в уравнении для Cp°(T)а			Интервал температур	Ttr или Tm		DtrHили DmH
		кДж×моль‑1	Дж×K‑1×моль‑1		a	b×103	c×10‑5	K			кДж×моль‑1
Cu	к, куб.	5.004	33.15	24.44	22.287	12.923	0.587б	298.15-1357.77		1357.77	13.14
	ж	—	—	—	32.8	—	—	1357.77-4500		—	—
CuO	к,монокл.	7.11	42.74	42.30	48.589	7.201	7.499	298.15-1500		1500	49
	ж	—	—	—	67	—	—	1500-4000		—	—
Cu2O	к, куб.	12.6	92.55	62.60	64.553	17.578	6.395	298.15-1517		1517	65.6
	ж	—	—	—	100	—	—	1517-4000		—	—
Cu(OH)2	к, ромб.	12.45	80.50	78,0	95.784	11.521	18.862	298.15-322		322	0.456
	к, ромб.	—	—	—	95.784	11.521	18.862	322-1000		—	—
CuF	к, куб.	9.5	65	52.0	55.024	9.137	5.110	298.15-1300		—	—
	к, куб.	—	—	—	66.6	—	—	1300-2000		—	—
CuF2	кII,монокл.	12.15	77.8	65.815	73.100	21.277	12.115	298.15-1065		1065	3
	кI, куб.	—	—	—	90	—	—	1065-1109		1109	55
	ж	—	—	—	100	—	—	1109-3000		—	—
CuCl	кII, куб.	11.4	87.74	52.55	38.206	38.315	-2.596	298.15-685		685	6.5
	кI, гекс.	—	—	—	79	—	—	685-696		696	7.08
	ж	—	—	—	29.319	14.818	-116.637	696-1200		—	—
	ж	—	—	—	49.200	5.000	—	1200-3000		—	—
CuCl2	кII,монокл.	14.983	108.07	71.88	78.888	5.732	7.749	298.15-675		675	0.7
	кI, куб.	—	—	—	82.4	—	—	675-871		871	15
	ж	—	—	—	100	—	—	871-2000		—	—
CuBr	кIII, куб.	12.104	96.1	54.90	-324.417	2241.940	-38.227б	298.15-657		657	4.6
	кII, гекс.	—	—	—	93.175	-27.924	—	657-741		741	2.15
	кI, куб.	—	—	—	83	—	—	741-759		759	5.1
	ж	—	—	—	38.365	7.807	-115.447	759-1200		—	—
	ж	—	—	—	49.750	5.000	—	1200-2000		—	—
CuBr2	к,монокл.	15.5	135	75.0	81.117	4.547	6.643	298.15-2000		—	—
CuI	кIII, куб.	12.1	96.1	54.0	381.138	-1139.67	77.215б	298.15-643		643	3.1
	кII, гекс.	—	—	—	-85.852	339.060	—	643-679		679	2.7
	кI, куб.	—	—	—	116.854	-62.123	—	679-868		868	7.93
	ж	—	—	—	55.205	-2.435	-105.925	868-1400		—	—
	ж	—	—	—	50.20	5.0	—	1400-2000		—	—
CuI2	к	16	153	76	70.053	19.947	—	298.15-1000		—	—
CuS	к, гекс.	9.44	67.27	47.31	43.675	20.127	2.103	298.15-2000		—	—
Cu2S	кIII,монокл.	15.8	116.22	76.86	17.070	163.596	-9.791	298.15-376		376	3.79
	кII, гекс.	—	—	—	-1831.18	7221.15	-537.89б	376-710		710	1.19
	кI, куб.	—	—	—	53.634	20.768	-81.748	710-1400		1400	12.8
	ж	—	—	—	90	—	—	1400-3000		—	—
CuSO4	к, ромб.	16.86	109.2	98.87	89.674	106.341	17.016б	298.15-1100		—	—
	ж	—	—	—	159.4	—	—	1100-2000		—	—
aCp°(T)=a + bT — cT-2 + dT2 + eT3 (вДж×K‑1×моль‑1) Cu:  бd=-13.927×10-6,   e=7.476. 10-9 CuBr:  б d=-4815.530×10-6,  e=3620.190. 10-9 CuI:  б d=1119.510.10-6 Cu2S:  б d=-10044.20×10-6,  e=4895.09.10-9 CuSO4:  б d=-37.887.10-6

Разработан новый медный сплав без токсичных компонентов

Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН разработали технологию, которая позволит отказаться от использования токсичного порошка бериллия в производстве бронзы для применения в устройствах микроэлектроники и высокоточной сенсорики, таких как датчики движения и вибрации. Статья опубликована в журнале Journal of Alloys and Compounds.

На сегодняшний день для изготовления проводящих контактов в микроэлектронике и высокоточной сенсорике широко применяется бериллиевая бронза (сплав медь-бериллий). Медь обладает отличной электропроводностью, а добавка бериллия повышает пластичность материала, он становится более ковким и устойчивым к износу. Однако порошок бериллия токсичен в производстве — при вдыхании он может вызывать отравление и хронические болезни. В качестве альтернативы используют титановую бронзу (сплав медь-титан) — этот сплав не токсичен, также износоустойчив, но имеет низкую электропроводность.

Коллектив ученых НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН предложили способ повышения электропроводности титановой бронзы при сохранении ее высоких механических свойств.

«Медно-титановые бронзы даже прочнее бериллиевых. Эта прочность обусловлена старением пересыщенного твердого раствора титана в меди. Но остаточный титан, растворенный в медной матрице, существенно снижает электрическую проводимость материала. Поэтому нашей задачей было исключить титан из медной матрицы, сохранив при этом механические свойства материала. Мы знали, что многие научные коллективы пытались добиться такого эффекта, обжигая сплав в атмосфере водорода. Однако проводимость была все равно недостаточно высокой», — рассказывает автор работы, инженер научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза НИТУ «МИСиС» Степан Воротыло.

На этот раз ученые пошли другим путем: они добавляли водород сразу, а не в процессе отжига. В планетарной мельнице вводили в порошок меди частицы гидрида титана Tih3. Далее проводилось горячее прессование смеси, при котором происходило разложение Tih3 на титан и водород с образованием упрочняющих керамических наночастиц медно-титанового оксида Cu3Ti3O. В результате получился материал с довольно высоким уровнем прочности (920 МПа; в два раза выше, чем у нержавеющей стали; в 1,5 раза выше, чем у алюминиевой бронзы) и электропроводности (42% от электропроводности чистой меди). Для сравнения, в работах других коллективов результат не превышал 30%.

Кроме того, благодаря низкой теплопроводности разработанный материал особенно перспективен для использования в термоэлектрических приборах и установках, таких как холодильные элементы и высокотемпературные солнечные концентраторы (солнечные башни).

Влияние малых добавок палладия на электропроводность и механические свойства меди

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10995/31507

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Title:	Влияние малых добавок палладия на электропроводность и механические свойства меди
Authors:	Новикова, О. С. Волков, А. Ю. Костина, А. Е.
Issue Date:	2015
Publisher:	Издательство Уральского университета
Citation:	Новикова О. С. Влияние малых добавок палладия на электропроводность и механические свойства меди / О. С. Новикова, А. Ю. Волков, А. Е. Костина // Инновации в материаловедении и металлургии : материалы IV Международной интерактивной научно-практической конференции. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2015. — С. 150-154.
Abstract:	Изучены физико-механические свойства сплавов Cu-Pd с содержанием палладия до 10 масс.%. Показано, что легирование меди палладием повышает предел текучести примерно на 150 МПа и снижает электропроводность сплавов. Physico-mechanical properties of the Cu-Pd alloys with palladium content up to 10 wt.% have been studied. Alloying copper with palladium was shown to increase yield strength by approximately 150 MPa and decrease electrical conductivity of the alloys.
Keywords:	СПЛАВЫ МЕДИ ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УПРОЧНЕНИЕ COPPER ALLOYS PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES STRENGTHENING
URI:	http://hdl.handle.net/10995/31507
Conference name:	IV Международная интерактивная научно-практическая конференция «Инновации в материаловедении и металлургии»
Conference date:	15.12.2014-18.12.2014
RSCI ID:	https://elibrary.ru/item.asp?id=24016921
ISBN:	978-5-7996-1424-9
Origin:	Инновации в материаловедении и металлургии : материалы IV Международной интерактивной научно-практической конференции. — Екатеринбург, 2015.
Appears in Collections:	Конференции, семинары

Что такое проводимость меди?

Обновлено 8 декабря 2018 г.

Автор: Дж. Дайан Дотсон

Вы можете лучше узнать металлическую медь по старым монетам, которые сделаны из меди и других металлов. Но медь играет важную роль во всем мире благодаря своим уникальным свойствам. Одно из этих свойств — его проводимость или способность проводить электричество. Высокая проводимость меди делает ее идеальной для электрических целей.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Медь — неблагородный металл красно-золотого цвета с высокой электропроводностью.Фактически, проводимость меди настолько высока, что она считается эталоном, по которому сравниваются другие неблагородные металлы и сплавы. На проводимость меди влияет добавка других металлов для получения сплавов.

Свойства меди

Медь — привлекательный металл красно-золотого цвета. Медь названа в честь древнеанглийского слова «coper», которое произошло от «Cyprium aes», латинского слова, обозначающего металл с Кипра. Атомный символ меди — Cu, атомный номер — 29.Медь была первым металлом, с которым когда-либо работали люди. В конце концов, люди обнаружили, что если соединить медь с металлическим оловом, они могут получить новый вид металла, называемый бронзой. Это положило начало тому, что мы называем бронзовым веком, когда цивилизация продвинулась вперед с помощью металлической меди. Бронза использовалась в качестве валюты и инструментов, которые помогли изменить общество.

Медь часто встречается вместе с серой. Важные источники меди включают халькопирит и борнит. Медь извлекается из добытой сульфидной медной руды путем плавки, а затем очистки с помощью электролиза.

Полезным свойством меди является ее пластичность или способность к растяжению. Медь можно тянуть и скручивать, но она не сломается. Это делает его идеальным для использования в качестве проволоки. Медь — ковкий металл, а это значит, что ей легко придавать форму и манипулировать ею. Таким образом, он несколько мягкий. Еще одно свойство меди — прекрасная способность проводить тепло. Медь не подвержена коррозии, как некоторые другие металлы, а также не окисляется и не ржавеет, как железо. На самом деле медь устойчива ко многим органическим соединениям, и, пожалуй, самым ценным ее свойством является высокая проводимость.

Медь — отличный металл для механической обработки и соединения, так как ее легко формовать и паять. Кроме того, прекрасным и ценным свойством меди является ее способность подвергаться вторичной переработке. Не имеет значения, источник меди — из шахты или из вторсырья. Его многие полезные свойства сохраняются независимо от его источника.

Сплавы — это смеси металлов, например смесь меди и олова для получения бронзы, которая является более твердым металлом, чем медь. Металлические сплавы обладают некоторыми из тех же свойств, что и их основные металлы, но они также могут сильно отличаться по поведению.Смеси сплавов могут, например, влиять на электропроводность металлов. Сочетание различных металлов с медью приводит к уникальным свойствам каждого сплава. Когда медь сочетается с серебром, полученный сплав обладает многими из тех же свойств, что и чистая медь. Но если медь соединить с фосфором, полученный сплав ведет себя совершенно иначе.

Различные медные сплавы могут использоваться по-разному. Довольно часто сплавы делают либо для упрочнения меди, либо для повышения ее электропроводных качеств.

Электропроводность меди

Электропроводность металлов означает способность металлов проводить электричество. Электропроводность может измениться при добавлении других металлов, например, при изготовлении сплавов. Металлом с наибольшей проводимостью является благородный металл серебро. Стоимость серебра не позволяет ему быть экономически выгодным для широкомасштабного использования в электротехнике. Среди недрагоценных металлов медь или медь — самая высокая проводимость. Это означает, что медь может проводить больше электрического тока, чем другие недрагоценные металлы.Фактически, проводимость других недрагоценных металлов сравнивают с медью, потому что медь стала высшим стандартом.

Стандарт проводимости называется Международным стандартом отожженной меди или IACS. Процент IACS вещества относится к его электропроводности, а процент IACS чистой меди считается 100%. Напротив, проводимость алюминия составляет 61% по шкале IACS. На проводимость меди влияет добавление различных металлов с образованием сплавов.Медные сплавы с содержанием меди более 99,3% называются «медью». Некоторые сплавы содержат очень высокий процент меди, и они называются «сплавами с высоким содержанием меди». Хотя процентное содержание меди влияет на проводимость меди, наиболее сильно на него влияет то, с какими материалами она сочетается. Когда медные сплавы становятся более прочными, обычно возникает компромисс. Обычно эти сплавы имеют более низкую проводимость.

Cu-ETP (Electronic Touch Pitch) имеет 100% IACS и является обозначением типа меди, используемой в проводах, кабелях и шинах.Литая медь, или Cu-C, на 98 процентов состоит из IACS, поэтому она также обладает высокой проводимостью. Когда олово, магний, хром, железо или цирконий добавляются для получения сплавов с медью, прочность металла повышается, но его проводимость падает. Например, медь-олово или CuSnO.15 имеет проводимость Cu всего лишь 64 процента IACS. В зависимости от функции сплава проводимость Cu может значительно снизиться. По-прежнему существуют сплавы, которые обеспечивают одновременно хорошую обрабатываемость и высокую проводимость. Примеры его включают сплавы медь-теллур (CuTep) и медь-сера (CuSP).Их проводимость составляет от 64 до 98 процентов IACS. Эти сплавы оказались весьма полезными для крепления полупроводников и наконечников для контактной сварки. Иногда материалы на основе меди требуют высокой твердости и прочности при умеренной проводимости меди; Примером может служить смесь меди, никеля и кремния, которая дает Cu проводимость от 45 до 60 процентов IACS. Что касается низкой проводимости, то латунь — это медный сплав, который отлично подходит для литья. Их процентное содержание IACS колеблется около 20. Одним из примеров этих сплавов с низкой проводимостью меди является медь-цинк.Иногда сбалансированный сплав обеспечивает медную проводимость от низкой до умеренной, что полезно для электрических нужд. В эту категорию попадают медно-цинковые латуни, и их проводимость составляет от 28 до 56 процентов IACS. Абсолютная универсальность меди и ее способность образовывать полезные сплавы с таким большим количеством различных металлов невероятны.

Поскольку проводимость меди настолько высока, ее способность передавать тепло также довольно высока. Изготовление медных сплавов с высокой проводимостью требует создания сплавов, устойчивых к перегреву, когда они пропускают электрический ток.Это очень важно для передачи энергии, так как более высокая температура влияет на сопротивление.

Применение меди

Медь используется во многих сферах, как в физическом, так и в биологическом отношении. Он также используется в сельском хозяйстве как яд. Растворы меди обычно используются как часть химических тестов. В организме медь играет роль важного элемента, необходимого для передачи энергии в клетках. Некоторые ракообразные даже используют медь вместо железа в качестве основного переносчика кислорода.

Медь, конечно же, используется для изготовления монет; старые пенни — один из примеров.Фактически, большинство монет содержат хотя бы немного меди.

Медь в основном используется для передачи и доставки электричества во все повседневные вещи, которыми вы пользуетесь. Медь широко используется в электропроводке, строительстве, машиностроении, телекоммуникациях, передаче электроэнергии, транспорте и других промышленных целях. Его можно использовать для кабелей, трансформаторов и соединительных деталей. Медь также используется в компьютерах и микросхемах.

По мере роста рынка устойчивой энергии растет и спрос на медь.Медь чрезвычайно полезна во многих областях, а также может повторно использоваться повторно. Следовательно, это ключевой компонент систем возобновляемой энергии. Фактически, солнечная, ветровая и электрическая промышленность использует медь для подключения к электросети. Электромобили требуют гораздо больше меди, чем автомобили, работающие на газе. Высокая проводимость меди делает ее очень эффективной. Кажется уместным, что самый старый металл, используемый людьми, будет продолжать приносить пользу и в будущем.

Повышенная электропроводность и механические свойства термостойкой мелкозернистой медной проволоки

1.

Huang, C.Q. На контактной тросовой линии, используемой в контактной сети высокоскоростной колесно-рельсовой электрифицированной железной дороги. Китайская железная дорога. Sci. 22 , 1–5 (2001).

CAS Google ученый

2.

Cao, M. et al. Выравнивание графена в массивной меди: наноламинированная архитектура, вдохновленная перламутром, в сочетании с обработкой на месте для улучшения механических свойств и высокой электропроводности. Углерод 117 , 65–74 (2017).

CAS Статья Google ученый

3.

Chen, Y. et al. Изготовление выращенных на месте композитов с армированной графеном медной матрицей. Sci. Отчетность 6 , 19363 (2016).

CAS Статья Google ученый

4.

Цзян, Р., Чжоу, X., Фанг, Q. и Лю, З. Объемные композиты медь – графен с однородной дисперсией графена и улучшенными механическими свойствами. Mater. Sci. Англ. А 654 , 124–130 (2016).

CAS Статья Google ученый

5.

Цзян, Р., Чжоу, X. и Лю, З. Графен, нанесенный методом химического восстановления, для повышения прочности меди на разрыв. Mater. Sci. Англ. А 679 , 323–328 (2017).

CAS Статья Google ученый

6.

Джу, Х. С., Хван, С.К., Ким, Ю. Н. и Им, Ю. Т. Влияние непрерывного гибридного процесса на механические и электрические свойства прямоугольной проволоки из чистой меди. J. Mater. Процесс. Technol. 244 , 51–61 (2017).

Артикул Google ученый

7.

Wei, K. X. et al. Влияние глубокой криогенной обработки на микроструктуру и свойства чистой меди, обработанной равноканальным угловым прессованием. Adv. Англ. Матер. 21 , 1801372 (2019).

Артикул CAS Google ученый

8.

Хабиби, А. и Кетабчи, М. Улучшенные свойства нанозернистой чистой меди за счет равноканальной угловой прокатки и пост-отжига. Mater. Des. 34 , 483–487 (2012).

CAS Статья Google ученый

9.

Хабиби А., Кетабчи М. и Эскандарзаде М. Чистая нанозернистая медь с высокой прочностью и высокой проводимостью, полученная методом равноканальной угловой прокатки. J. Mater. Процесс. Technol. 211 , 1085–1090 (2011).

CAS Статья Google ученый

10.

Игера-Кобос, О. Ф. и Кабрера, Дж. М. Механическое, микроструктурное и электрическое развитие технически чистой меди, обработанной равноканальной угловой экструзией. Mater. Sci. Англ. А 571 , 103–114 (2013).

CAS Статья Google ученый

11.

Лу, Л., Шен, Ю., Чен, X., Цянь, Л. и Лу, К. Сверхвысокая прочность и высокая электропроводность в меди. Наука 304 , 422–426 (2004).

CAS Статья Google ученый

12.

Huang, G. et al. Подготовка и определение характеристик композитной пленки графен-Cu методом электроосаждения. Microelectron. Англ. 157 , 7–12 (2016).

CAS Статья Google ученый

13.

Беттинали, Л., Тости, С., Пиццуто, А. Механические и электрические свойства криообработанной куб. Дж. Низкотемпературный. Phys. 174 , 64–75 (2013).

Артикул CAS Google ученый

14.

Han, K. et al. Большая прочность и высокая электрическая проводимость куб. Philos. Mag. 84 , 3705–3716 (2004).

CAS Статья Google ученый

15.

Ким, У. Дж., Ли, К. Э. и Чой, С. Х. Механические свойства и микроструктура ультрамелкозернистой меди, полученной с помощью высокоскоростной прокатки с разным передаточным числом. Mater. Sci. Англ. А 506 , 71–79 (2009).

Артикул CAS Google ученый

16.

Чжан Ю., Ли, Ю. С., Тао, Н. Р. и Лу, К. Высокая прочность и высокая электропроводность в объемной нанозернистой меди, залитой наноразмерными двойниками. Прил. Phys. Lett. 91 , 211901 (2007).

Артикул CAS Google ученый

17.

Чжан, Ю., Тао, Н. Р. и Лу, К. Механические свойства и поведение при качении нанозернистой меди со встроенными пучками нанодвойников. Acta Mater. 56 , 2429–2440 (2008).

CAS Статья Google ученый

18.

Таката, Н., Ли, С. Х. и Цуджи, Н. Листы из сверхмелкозернистого медного сплава, обладающие как высокой прочностью, так и высокой электропроводностью. Mater. Lett. 63 , 1757–1760 (2009).

CAS Статья Google ученый

19.

Чжоу, X., Li, X. Y. & Lu, K. Повышенная термическая стабильность нанозернистых металлов ниже критического размера зерна. Наука 360 , 526–530 (2018).

CAS Статья Google ученый

20.

Салдана, К., Кинг, А. Х., Чандрасекар, С. Термическая стабильность и прочность деформационных микроструктур в чистой меди. Acta Mater. 60 , 4107–4116 (2012).

CAS Статья Google ученый

21.

Wu, B., Chen, B., Zou, Z., Liao, S. & Deng, W. Термическая стабильность ультрамелкозернистой чистой меди, полученной методом экструзии с большой деформацией. Металлы 8 , 381 (2018).

Артикул CAS Google ученый

22.

Zhang, Y., Wang, J. T., Cheng, C. & Liu, J. Сохраненная энергия и температура рекристаллизации в меди высокой чистоты после равноканального углового прессования. J. Mater. Sci. 43 , 7326–7330 (2008).

CAS Статья Google ученый

23.

Liang, N. et al. Влияние микроструктуры на термическую стабильность ультрамелкозернистой меди, обработанной равноканальным угловым прессованием. J. Mater. Sci. 53 , 13173–13185 (2018).

CAS Статья Google ученый

24.

Дженей, П., Губича, Дж., Юн, Э. Ю., Ким, Х. С. и Лабар, Дж. Л. Высокотемпературная термостойкость чистой меди и композитов медь-углеродные нанотрубки, скрепленных кручением под высоким давлением. Compos. Часть A 51 , 71–79 (2013).

CAS Статья Google ученый

25.

Кумпманн А., Гинтер Б. и Кунце Х. Д. Термическая стабильность ультрамелкозернистых металлов и сплавов. Mater. Sci. Англ. А 168 , 165–169 (1993).

Артикул Google ученый

26.

Mao, Z. N. et al. Влияние равноканального углового прессования на микроструктуру и эволюцию текстуры холоднокатаной меди при термическом отжиге. Mater. Sci. Англ. А 674 , 186–192 (2016).

CAS Статья Google ученый

27.

Лу, Л., Тао, Н. Р., Ван, Л. Б., Дин, Б. З. и Лу, К. Рост зерен и снятие деформации в нанокристаллической меди. J. Appl. Phys. 89 , 6408–6414 (2001).

CAS Статья Google ученый

28.

Эндрюс П. В., Уэст М. Б. и Робсон К. Р. Влияние границ зерен на удельное электрическое сопротивление поликристаллических меди и алюминия. Philos. Mag. 19 , 887–898 (1969).

CAS Статья Google ученый

29.

Каллистер, В. Д. Материаловедение и инженерия: введение 7-е изд., 674–676 (Wiley, 2007).

30.

Лю, X. С., Чжан, Х. В. и Лу, К. Сверхтвердые и сверхстабильные наноламинированные структуры никеля, вызванные деформацией. Наука 342 , 337–340 (2013).

CAS Статья Google ученый

31.

Ван, Ю., Чен, М., Чжоу, Ф. и Ма, Э. Высокая пластичность при растяжении в наноструктурированном металле. Nature 419 , 912–915 (2002).

CAS Статья Google ученый

32.

Лу К. Наноматериалы. Делаем прочные наноматериалы пластичными с градиентами. Наука 345 , 1455–1456 (2014).

CAS Статья Google ученый

33.

Фанг, Т. Х., Ли, В. Л., Тао, Н. Р. и Лу, К. Выявление необычайной внутренней пластичности при растяжении в градиентной нанозернистой меди. Наука 331 , 1587–1590 (2011).

CAS Статья Google ученый

34.

Ван, Ю. М., Ма, Э., Валиев, Р. З. и Чжу, Ю. Т. Прочные наноструктурированные металлы при криогенных температурах. Adv. Матер. 16 , 328–331 (2004).

CAS Статья Google ученый

35.

Хуанг, X., Хансен, Н., Цуджи, Н. Упрочнение путем отжига и разупрочнение путем деформации в наноструктурированных металлах. Наука 312 , 249–251 (2006).

CAS Статья Google ученый

36.

Кимура, Ю., Иноуэ, Т., Инь, Ф. и Цузаки, К. Обратная температурная зависимость ударной вязкости в стали со сверхмелкозернистой структурой. Наука 320 , 1057–1060 (2008).

CAS Статья Google ученый

37.

Лян, Н., Чжао, Ю., Ван, Дж. И Чжу, Ю. Влияние зеренной структуры на ударную вязкость меди по Шарпи. Sci. Отчетность 7 , 44783 (2017).

CAS Статья Google ученый

38.

Cheng, S. et al. Высокая пластичность и значительная деформация нанокристаллических сплавов нифа при динамическом нагружении. Adv. Матер. 21 , 5001–5004 (2009).

CAS Статья Google ученый

39.

Liu, S. et al. Разупрочнение микроструктуры вызвало образование полос адиабатического сдвига в металлической камеди ti-23nb-0.7ta-2zr-o. J. Mater. Sci. Technol. 54 , 31–39 (2020).

Артикул Google ученый

40.

Li, J. et al. Локализация адиабатического сдвига в наноструктурированных гранецентрированных кубических металлах при одноосном сжатии. Mater. Des. 105 , 262–267 (2016).

CAS Статья Google ученый

41.

Wei, Q. et al. Полоса адиабатического сдвига в ультрамелкозернистом материале обработана интенсивной пластической деформацией. Acta Mater. 52 , 1859–1869 (2004).

CAS Статья Google ученый

42.

Риттель Д. и Ван З. Г. Термомеханические аспекты разрушения сплавов am50 и ti6al4v при адиабатическом сдвиге. мех. Матер. 40 , 629–635 (2008).

Артикул Google ученый

43.

Чен, X., Хан, З., Ли, X. и Лу, К. Снижение коэффициента трения в медных сплавах со стабильными градиентными наноструктурами. Sci. Adv. 2 , e1601942 (2016).

Артикул CAS Google ученый

44.

Curry, J. F. et al. Достижение сверхнизкого износа с помощью стабильных нанокристаллических металлов. Adv. Матер. 30 , e1802026 (2018).

Артикул CAS Google ученый

45.

Huang, C.Q. Разработка контактного провода (контактного провода) для электрической тяги в Китае. Китайская железная дорога. Sci. 24 , 61–65 (2003).

Google ученый

46.

Ян, М., Ву, Ю. К., Чен, Дж. К. и Чжоу, X. Л. Эволюция микроструктуры при изготовлении контактного провода Cu-Sn для высокоскоростной железной дороги. Adv. Матер. Res. 415 , 446–451 (2012).

Артикул CAS Google ученый

47.

Лю К., Чжан Х., Ге, Ю., Ван, Дж. И Цуй, Дж. З. Влияние обработки и термообработки на поведение сплавов Cu-Cr-Zr с контактным проводом железной дороги. Металл. Матер. Пер. А 37 , 3233–3238 (2006).

Артикул Google ученый

«Лучшая» медь означает более эффективные электродвигатели

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) увеличили проводимость медной проволоки примерно на пять процентов.Это может показаться небольшой суммой, но она может иметь большое значение для эффективности двигателя. Более высокая проводимость также означает, что для достижения той же эффективности требуется меньше меди, что может снизить вес и объем различных компонентов, которые, как ожидается, будут использоваться в наших будущих электромобилях.

Лаборатория совместно с General Motors протестировала медный провод с усиленной изоляцией для использования в компонентах двигателей транспортных средств. В рамках совместного исследовательского проекта команда подтвердила повышенную проводимость и обнаружила, что она также имеет более высокую пластичность — способность растягиваться дальше, прежде чем она сломается.По другим физическим свойствам она вела себя так же, как обычная медь, поэтому ее можно сваривать и подвергать другим механическим нагрузкам без ухудшения характеристик. Это означает, что для сборки двигателей не требуется никаких специальных производственных методов — только новый усовершенствованный медный композит PNNL.

Технология может применяться в любой отрасли, в которой медь используется для передачи электроэнергии, включая передачу энергии, электронику, беспроводные зарядные устройства, электродвигатели, генераторы, подводные кабели и аккумуляторы.

Используя новую, запатентованную и ожидающую патентование производственную платформу, разработанную в PNNL, исследователи добавили графен — высокопроводящий нанотонкий слой атомов углерода — в медь и произвели производство проволоки. Повышение проводимости по сравнению с чистой медью стало возможным благодаря первой в своем роде машине, которая комбинирует и экструдирует металлические и композитные материалы, включая медь.

Вдохновение для ножниц

Технология

PNNL ShAPE ™ может улучшить характеристики материалов, экструдируемых в процессе.ShAPE ™ расшифровывается как обработка и экструзия при помощи сдвига. Оппозиционная, или сдвигающая, сила прикладывается путем вращения металла или композита, когда он проталкивается через матрицу для создания новой формы. Этот новый, энергоэффективный подход создает внутренний нагрев за счет деформации металла, который размягчается и позволяет ему превращаться в проволоку, трубы и стержни.

«ShAPE — это первый процесс, в котором достигнута улучшенная проводимость меди в больших объемах, что означает, что с его помощью можно производить материалы такого размера и формата, которые используются в настоящее время в промышленности, например проволоки и стержни», — сказал Гленн Грант, главный исследователь.«Преимущество добавления графена в медь исследовалось и раньше, но эти усилия были в основном сосредоточены на тонких пленках или слоистых структурах, изготовление которых чрезвычайно дорого и требует много времени. Процесс ShAPE — первая демонстрация значительного улучшения проводимости композитов медь-графен, созданных с помощью действительно масштабируемого процесса ».

Заряд: металлы с высокой проводимостью для электромобилей

Согласно отчету Министерства энергетики США об электромобилях за 2018 год, существует потребность в повышении эффективности двигателей для увеличения удельной мощности электромобилей.Кроме того, компоненты должны умещаться во все меньшем пространстве автомобиля. Но уменьшение объема двигателя ограничено материалами, используемыми в современных электромобилях, и ограничениями по электропроводности медных обмоток.

Добавление графена к меди оказалось трудным, потому что добавки не смешиваются равномерно, создавая сгустки и поровые пространства внутри структуры. Но процесс ShAPE устраняет поровые пространства, а также равномерно распределяет добавки в металле, что может быть причиной улучшенной электропроводности.

«Равномерная дисперсия графена в ShAPE является причиной того, что для существенного улучшения проводимости на 5 процентов требуется лишь очень небольшое количество добавки — около 6 частей на миллион чешуек графена», — сказал ученый-материаловед PNNL Кеэрти Каппагантула. «Другие методы требуют больших количеств графена, производство которого очень дорогое, и он все еще не приблизился к высокой проводимости, которую мы продемонстрировали в больших объемах».

Инженеры

General Motors по исследованиям и разработкам подтвердили, что медную проволоку с более высокой проводимостью можно сваривать, паять и формировать точно так же, как и обычную медную проволоку.Это указывает на бесшовную интеграцию с существующими процессами производства двигателей.

«Развитие легких двигателей — новая парадигма, — сказал Даррелл Херлинг из подразделения энергетических процессов и материалов PNNL. «Медь с более высокой проводимостью может стать подрывным подходом к облегчению и / или повышению эффективности любого электродвигателя или беспроводной системы зарядки транспортных средств».

ShAPE ™ является частью пакета решений PNNL по твердофазной обработке для промышленности.PNNL заинтересована в сотрудничестве с партнерами для разработки и демонстрации технологии ShAPE ™ для дополнительных применений металлов с высокой проводимостью. Технология доступна для лицензирования и совместной работы. За дополнительной информацией обращайтесь к Саре Хант, менеджеру по коммерциализации технологий PNNL.

«Более проводящая» медь приведет к более эффективным двигателям

«Более проводящая» медь приведет к более эффективным двигателям

20 октября, 2020

Американские исследователи разработали процесс, который, по их словам, может повысить проводимость медной проволоки примерно на 5%, тем самым либо повысив эффективность электрического оборудования, такого как двигатели, либо уменьшив их вес при работе с такой же эффективностью.

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) при правительстве США объединились с General Motors для тестирования усовершенствованных медных проводов в компонентах автомобильных двигателей. В рамках совместного исследовательского проекта они подтвердили увеличение проводимости, а также обнаружили, что медь также более пластична — она ​​может растягиваться дальше, прежде чем сломается.

В остальном материал ведет себя как обычная медь, поэтому его можно сваривать и подвергать механическим нагрузкам без потери рабочих характеристик.Для использования усиленной меди в двигателях не требуются специальные методы производства.

Новый материал можно использовать в любом приложении, где медь используется для транспортировки электроэнергии, например в кабелях, системах передачи энергии, генераторах, аккумуляторах и беспроводных зарядных устройствах.

Улучшенные характеристики достигаются за счет добавления к меди графена — высокопроводящего, чрезвычайно тонкого листа атомов углерода — и его использования для производства проволоки с более высокой проводимостью, чем у чистой меди.Первая в своем роде машина, включающая запатентованные и ожидающие патенты технологии, объединяет и экструдирует металл и композитные материалы.

Процесс, называемый формой (обработка и экструзия со сдвигом), применяет противодействующую силу, или силу сдвига, путем вращения металла или композита, когда он проталкивается через матрицу для создания новой формы. Деформация металла вызывает внутренний нагрев, который размягчает его и позволяет формировать проволоку, трубы или стержни.

«Форма — это первый процесс, который позволил достичь улучшенной проводимости меди в больших объемах, что означает, что он может производить материалы такого размера и формата, которые используются в настоящее время в промышленности, например проволоки и стержни», — говорит Гленн Грант, главный исследователь PNNL.«Преимущество добавления графена в медь исследовалось и раньше, но эти усилия были сосредоточены в первую очередь на тонких пленках или слоистых структурах, изготовление которых чрезвычайно дорого и требует много времени. Процесс Shape — первая демонстрация значительного улучшения проводимости композитов медь-графен, созданных с помощью действительно масштабируемого процесса ».

Специалист по материалам PNNL Кеерти Каппагантула держит медный провод сверхвысокой проводимости с добавками графена, произведенный с использованием разработанного PNNL процесса, который может помочь повысить эффективность двигателя.

Фото: Андреа Старр / PNNL

Предыдущие попытки добавить графен к меди столкнулись с проблемами, потому что добавки не смешивались равномерно, создавая сгустки и поровые пространства внутри структуры.Новый процесс устраняет поры, а также равномерно распределяет добавки в металле, что может объяснить улучшенную электропроводность.

«Равномерная дисперсия графена Shape является причиной того, что для существенного улучшения проводимости на 5% требуется лишь очень небольшое количество добавки — около шести частей на миллион чешуек графена», — поясняет Кеерти Каппагантула, специалист по материалам PNNL. «Другие методы требуют больших количеств графена, производство которого очень дорогое, и он все еще не приблизился к высокой проводимости, которую мы продемонстрировали в больших объемах.

Инженеры по исследованиям и разработкам GM подтвердили, что медную проволоку с высокой проводимостью можно сваривать, паять и формировать так же, как и обычную медную проволоку, что предполагает бесшовную интеграцию в существующие технологии производства двигателей.

«Развитие легких двигателей — новая парадигма», — говорит Даррелл Херлинг из подразделения энергетических процессов и материалов PNNL. «Медь с более высокой проводимостью может стать революционным подходом к облегчению и / или повышению эффективности любого электродвигателя или беспроводной системы зарядки транспортных средств.”

Согласно отчету об электромобилях, выпущенных Министерством энергетики США в 2018 году, необходимо повысить эффективность двигателей, чтобы повысить удельную мощность электромобилей. Кроме того, компоненты должны умещаться во все более и более компактных пространствах автомобилей. Уменьшение объема двигателя до сих пор ограничивалось свойствами материала и ограничениями электропроводности обычных медных обмоток.

Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория управляется и управляется Battelle по заказу Министерства энергетики США.

---

Факторы, влияющие на электропроводность меди: влияние примесей

Одним из свойств меди, которые во многом помогли ей занять видное место среди полезных металлов, является ее электропроводность, — свойство, которое теперь стало главным критерием. стоимости коммерческого продукта. В соответствии с чисто американским принципом «лучшее — не слишком хорошо», металл с высочайшей проводимостью обычно требуется, даже когда такая чрезвычайная чистота не дает никаких преимуществ; например, при производстве латуни и других сплавов.Среднестатистический медник нервничает, если его медь не настолько чиста, что показывает проводимость 99 или 100 процентов, в то время как характер используемого цинка обычно игнорируется в его беспокойстве.

Электролитическое рафинирование позволило производить медь очень высокой степени чистоты со средним содержанием металлических примесей лишь несколько тысячных долей 1%; кислород, обычно присутствующий в форме закиси меди, в результате чего общее количество составляет примерно десятые доли процента. Однако опубликованные данные, касающиеся взаимосвязи между химической чистотой и электропроводностью, очень скудны, почти вся работа, которая была проделана, касалась сплавов, содержащих значительные количества посторонних элементов.В этой статье я собрал результаты экспериментов, продолжавшихся в течение нескольких лет, которые проводились с целью определения количества различных элементов, которые снизили бы проводимость на 3 или 4 процента. медь, а не сплавы.

Существует множество мер предосторожности, необходимых для сохранения идентичных условий в различных экспериментах, поскольку расплавленная медь химически очень чувствительна к своему окружению и количеству многих веществ, необходимых для снижения ее проводимости на несколько процентов., чрезвычайно минутный. Метод процедуры, принятый после значительных экспериментов, был следующим:

Используемая медь была в виде отожженной проволоки № 12 B.&S, спрессованной вместе и помещенной в круглый тигель Баттерси, размер H, 500 г. составляющие обвинение. Примесь добавляли одним из трех способов, в зависимости от ее температуры плавления, -1. Если он был высоким, он был сброшен навеской прямо на дно тигля. 2. Если медная проволока сравнительно небольшая, часть медной проволоки была раскатана в фольгу, а примеси заключены в нее, и вся медная проволока была помещена на дно тигля; и 3.Если он очень низкий (например, фосфор), его, как и раньше, заворачивали в фольгу, но проталкивали под поверхность расплавленной меди непосредственно перед заливкой образцов. После того, как проволока была вбита в тигель, сверху был помещен слой битого угля толщиной около дюйма, который полностью заполнил тигель. Тигель закрывали крышкой, который затем подвергали сильному дутью в газовой печи. Заливка пробы 25 мин. после включения дутья этого времени было достаточно, чтобы полностью расплавить заряд, не перегревая его, и существенно не изменить «шаг» меди.Не было никаких проблем с получением элементов, температура плавления которых намного ниже их температуры плавления, при таком нагреве для растворения в расплавленной меди. Отливки были изготовлены в нагретой чугунной форме в форме слегка сужающихся цилиндров, имеющих средний диаметр 0,5 дюйма и длину 7 дюймов. Эти отливки подвергали горячей обжимке на наковальне до диаметра 3/8 дюйма, а затем вытягивали в холодном состоянии до проволоки № 12 B. & S. Затем, чтобы исключить влияние волочения, провода отжигали электрически, заставляя их пропускать ток 110 ампер.Электрический метод отжига — это очень простой способ точного воспроизведения результатов, причем температура отжига оказывает заметное влияние на проводимость. Провода были измерены на проводимость, а затем проанализированы на содержание меди и посторонних элементов. Сумма меди и примесей была общей проверкой анализа и «пека».

В таблице I. дается общий обзор данных, элементы расположены в алфавитном порядке. Данные также представлены графически на рис.1-16. Легирующие элементы были получены в максимально чистой форме, и не предполагается, что на результаты сильно влияют содержащиеся в них примеси. Это были: 1000 шт. Чистого серебра; золото в виде гранул из анализов слитков не содержит примесей, но содержит незначительное количество серебра; испытатель; электролитическое железо, не содержащее углерода; и сера в виде сульфида меди. Остальные элементы были химически чистыми (C.P.), доступными на рынке.

При изучении результатов естественно сгруппировать элементы в периодической системе в их порядке.Это сделано в Таблице II. В столбце, озаглавленном «коэффициент», указано отношение снижения проводимости к количеству присутствующей примеси. При получении этого отношения касательные к кривым на рис. 1–16, так что соотношения соблюдаются строго только в случае бесконечно малого понижения. Видно, что этот фактор имеет общее отношение к периодическому расположению, уменьшаясь с увеличением атомного веса внутри какой-либо одной группы, хотя очевидной связи между одной группой и другой нет.Этот фактор используется при исследовании анализа меди, которая показывает низкую проводимость, как средство указания вероятной причины неисправности. Данные не дают даже приблизительной константы для молекулярного понижения проводимости —

— это «коэффициент», умноженный на атомный вес, даже в пределах отдельных периодических групп.

Кривая состав-проводимость бинарного сплава может иметь один из четырех различных типов.

1. Когда компоненты взаимно растворимы во всех пропорциях-

000

000

000

000

000

000

000

000

000

000

000График состав-проводимость такого случая дает плавную кривую на всем протяжении.

2. Когда компоненты взаимно нерастворимы в любых пропорциях, в этом случае кривая проводимости становится прямой линией, так называемый сплав представляет собой лишь механическую смесь.

3. Когда взаимная растворимость ограничена, имеется ряд растворимых веществ на каждом конце кривой и ряд эвтектифер в середине. Поскольку двух веществ, абсолютно нерастворимых друг в друге, вероятно, не существует, случай 2 не может применяться жестко, такие вещества образуют крайнее применение случая 3.

4. Наконец, есть случаи, когда образуются определенные химические соединения, которые могут давать кривую с растворимой серией на одном конце и полностью эвтектиферной серией на другом.

Результаты, приведенные в этой статье, полностью относятся к первой очень короткой части кривой проводимости, и поэтому следует ожидать, что некоторая кривизна будет проявляться в каждом случае. Однако некоторые из используемых элементов настолько почти нерастворимы в меди, что кривая мало отличается от прямой линии, соединяющей проводимости двух чистых веществ в смеси.

Полезные сплавы меди включают смеси с цинком, оловом, алюминием, кремнием и фосфором. Цинк и олово добавляются в относительно больших количествах для изготовления латуни и бронзы. Алюминий, кремний и фосфор добавляются в сравнительно небольших количествах, и их способность раскислять медь, которая без необходимости подвергалась воздействию воздуха при плавлении, вероятно, гораздо чаще проявляется при изготовлении отливок, чем предполагал основатель. В надлежащих условиях можно изготавливать медные отливки с идеальной прочностью и проводимостью без использования флюсов.Но, глядя на таблицу факторов, видно, что с электрической точки зрения нельзя было выбрать худших элементов, чем упомянутые выше. С другой стороны, элементы, которые слабо влияют на электрическую проводимость, — свинец, висмут и теллур — делают металл чрезвычайно хрупким. Этот эффект, по-видимому, связан с растворимостью, поскольку последние названные элементы практически не растворяются в меди. Тогда у нас есть механическая смесь, в которой проводимость изменяется только в соответствии с пропорциями смеси, в то время как механические свойства самого постороннего элемента проявляются.

С другими классами веществ существует совсем другое положение дел: сплав представляет собой медь, встроенную в матрицу из сплава меди и примеси. Электропроводность этой матрицы, как правило, низкая, и ее количество совершенно не пропорционально количеству добавленной примеси и, следовательно, усиленному снижению проводимости в целом. Металлографические работы с микроскопом подтверждают это; 0,1% висмута, например, образует тонкую пленку вокруг кристаллов меди, в то время как такое же количество мышьяка образует толстую стенку.Часто можно противодействовать пагубному механическому воздействию одной примеси путем добавления другой, как в случае, когда относительно безвредная примесь может растворять нерастворимую в других отношениях примесь, такую ​​как свинец.

Результаты, приведенные в Таблице I., показывают, насколько жесткими являются обычные требования к 97- или 98-процентной проводимости, особенно с учетом того, что медь обычно связана с мышьяком; и если учесть, что средний электролитический нефтеперерабатывающий завод ежедневно выполняет это требование с запасом в 2 или 3 процента.При частом использовании анодов, содержащих 1 процент или более мышьяка, будет понятно, что электролиз стал бы операцией рафинирования, даже если бы медь никогда не содержала золота или серебра.

5 самых проводящих металлов на Земле

В гальванической промышленности каждый металл служит определенной цели. Некоторые из-за их твердости, другие из-за их пластичности, а третьи используются из-за их устойчивости к коррозии. Металлы также ценятся за их проводящие свойства.

Почему так важны проводящие металлы?

Большинство проводящих металлов выполняют две основные функции :

Электропроводность — В целом, как величина, обратная удельному электрическому сопротивлению, металлы с высокой электропроводностью позволяют электрическому току перемещаться с небольшим сопротивлением. В заключение, это отличная особенность для производителей электрических проводов или других отраслей промышленности.

Теплопроводность — Следовательно, тепло может передаваться только тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.Кроме того, кондукция, пожалуй, самая распространенная и регулярно встречается в природе. Короче говоря, это передача тепла посредством физического контакта. Эти свойства делают металлы с теплопроводностью превосходными для автомобильной и авиационной промышленности, где передача тепла и сопротивление тепла являются частой проблемой.

Примечание: как правило, металлы с высокой электропроводностью также обладают высокой теплопроводностью.

Какие металлы самые проводящие?

Серебро — Следовательно, серебро по проводимости не занимает 2 место.В результате серебро на сегодняшний день является самым проводящим металлом на Земле. Это потому, что серебро имеет только один валентный электрон. Кроме того, этот единственный электрон может свободно перемещаться с небольшим сопротивлением. В результате такие металлы, как серебро и медь, являются одними из металлов с этой особенностью. Вот почему они являются отличными проводниками электричества и тепла.

Медь — В заключение, медь, как и серебро, имеет только один валентный электрон, что делает этот металл очень проводящим.Поэтому одним из наиболее популярных коммерческих приложений является покрытие высококачественной посуды и кухонных приборов.

Золото — В целом список ограничен, и это основная причина (помимо его редкости), почему этот материал такой дорогой. Кроме того, сочетание устойчивости золота к коррозии и его проводимости делает этот металл чрезвычайно ценным ресурсом, используемым в большом количестве промышленных отраслей.

Алюминий — В целом, это отличный металлический проводник.Эта особенность, в дополнение к его низкой плотности и высокой устойчивости к коррозии, делает этот металл идеальным для авиационной и коммуникационной (трансмиссионной) промышленности.

Цинк / латунь — Хотя эти металлы гораздо менее проводящие, чем их четыре аналога. Эти металлы часто являются менее дорогими и экономичными заменителями, когда они применимы.

Итак, у вас есть 5 самых проводящих металлов на Земле!

Материалы проводников: Медь — Cu-ETP и Cu-OF — LEONI

Методы изготовления		Contirod ® или Southwire ® (литейное колесо) Расплавленная медь разливается на литейном колесе ( Southwire) или конвейерную ленту (Contirod), тем самым принимая форму бесконечной нити.При сохранении теплоты плавления он проходит через многоступенчатый стан горячей прокатки, где преобразуется в катанку для непрерывной разливки, которая является исходным продуктом для производства кабелей, прядей и сверхтонкой проволоки. Однако у использования CU-ETP есть один недостаток: пока горячая медь заливается на литейное колесо или конвейерную ленту, она подвергается воздействию окружающего воздуха. Как следствие, медь поглощает из себя небольшое количество кислорода. Это не представляет проблемы для множества применений, но в определенных областях даже такое незначительное количество абсорбированного кислорода вызывает сокращение так называемой «водородной болезни».	Dipforming and Upcasting Dipforming : так называемый «материнский стержень» с очищенной и очищенной поверхностью проходит через расплавленную медь. Последний оседает на основном стержне, что приводит к значительному увеличению диаметра проволоки. После этого он будет откалиброван до окончательного диаметра на стане горячей прокатки. Upcasting: достигнув конечного диаметра сборки, проволока поднимается через охлаждаемую изложницу и наматывается без дополнительной обработки.	Примечания к свойствам и применению		Драгоценный металл Химический элемент, чистый (в отличие от сплавов, таких как бронза, латунь или сталь) Очень высокая теплопроводность (400 Вт / (м * К) )) Хорошая теплопроводность соответствует хорошей электропроводности Прочность в рекристаллизованном состоянии <200 Н / мм² Высокая пластичность Устойчивость к коррозии при большинстве воздействий окружающей среды Исключения: окисляющие кислоты, водный аммиак и галогенированные газы, сероводород, морская вода Хорошая паяемость Антибактериальный агент Удлинение> 15% (в зависимости от диаметра)

.