Primjena bakra
Elektroindustrija
Power Transmission
Za prijenos energije potrebna je velika količina bakra visoke provodljivosti, koji se uglavnom koristi za električne žice i kablove, sabirnice, transformatore, prekidače, utične komponente i konektore.
U procesu prijenosa snage žica i kablova, električna energija se gubi zbog otpornog zagrijavanja. Iz perspektive uštede energije i ekonomičnosti, standard "optimalnog poprečnog presjeka kabla" trenutno se promoviše u svijetu. Popularni standardi u prošlosti jednostavno su se zasnivali na perspektivi smanjenja ulaganja u jednokratnu instalaciju. Kako bi se minimizirao poprečni presjek kabela, određena je minimalna dopuštena veličina kabela kako bi se spriječilo opasno pregrijavanje ispod nazivne struje koja je potrebna projektom. Iako je trošak instalacije kabla položenog prema ovom standardu niski, potrošnja energije otpora je relativno velika tokom dugotrajne upotrebe. Standard "optimalnog poprečnog presjeka kabla" uzima u obzir i trošak jednokratne instalacije i potrošnju energije, te na odgovarajući način povećava veličinu kabela kako bi se postigla svrha uštede energije i najbolje sveobuhvatne ekonomske koristi. Prema novom standardu, poprečni presjek kabla je često više nego udvostručen od starog standarda, čime se može postići učinak uštede energije od oko 50%.
U proteklom periodu, zbog nestašice čelika u mojoj zemlji, aluminijum je korišćen za zamenu bakra u nadzemnim visokonaponskim dalekovodima u nadi da će se smanjiti težina, s obzirom da je specifična težina aluminijuma samo 30% te od bakra. Podzemni kablovi. U ovom slučaju, aluminijum bledi u poređenju sa bakrom zbog njegove slabe provodljivosti i velike veličine kabla.
Iz istog razloga, također je mudar izbor zamijeniti stari aluminijski transformator namotaja energetski štedljivim i efikasnim transformatorom od bakra.
Proizvodnja motora
U proizvodnji motora široko se koriste legure bakra visoke provodljivosti i visoke čvrstoće. Glavni bakarni dijelovi su statori, rotori i glave vratila. Kod velikih motora, namotaji se hlade vodom ili vodonikom, što se naziva dvostruko vodeno unutrašnje hlađenje ili motori za hlađenje vodikom, što zahtijeva veliku dužinu šuplje žice.
Motori su veliki korisnici električne energije i čine oko 60% ukupne isporuke električne energije. Kumulativni račun za električnu energiju za rad motora je vrlo visok, općenito dostižući cijenu samog motora u prvih 500 sati rada, što je ekvivalentno 4 do 16 puta više troškova u toku godine, a može dostići i 200 puta veću cijenu tokom ceo radni vek. Malo povećanje efikasnosti motora ne samo da može uštedjeti energiju, već i postići značajne ekonomske koristi. Razvoj i primjena motora visoke efikasnosti danas je vruća tema u svijetu. Budući da potrošnja energije unutar motora uglavnom dolazi od gubitka otpora namotaja, povećanje poprečnog presjeka bakrene žice je ključna mjera za razvoj motora visoke efikasnosti. U poređenju sa tradicionalnim motorima, upotreba bakrenih namotaja u nekim od prvih razvijenih visokoefikasnih motora porasla je za 25% do 100%. Ministarstvo energetike SAD-a finansira razvojni projekat za proizvodnju rotora motora koristeći tehnologiju livenog bakra.
Komunikacioni kablovi
Od 1980-ih, zbog prednosti velike nosivosti struje optičkih kablova, oni su brzo zamijenjeni bakrenim kablovima na komunikacijskim magistralnim linijama. Međutim, još uvijek je potrebna velika količina bakra za pretvaranje električne energije u svjetlosnu energiju i ulazne vodove do korisnika. S razvojem komunikacijske industrije, ljudi sve više ovise o komunikacijama, a potražnja za optičkim kablovima i bakrenim žicama nastavit će rasti.
Stambeni električni vodovi
Kako se životni standard naših ljudi poboljšava, kućni aparati se brzo populariziraju, a potrošnja električne energije u stambenim zgradama ubrzano raste. Kao što je prikazano na slici 6.6, 1987. stambena potrošnja električne energije iznosila je 26,96 milijardi kWh (1 kWh=1 kilovat-sat), a deset godina kasnije, 1996. godine, porasla je na 113,1 milijardi kWh, što je povećanje od 3,2 puta. Uprkos tome, još uvijek postoji veliki jaz u odnosu na razvijene zemlje. Na primjer, 1995. godine potrošnja električne energije po glavi stanovnika u Sjedinjenim Državama bila je 14,6 puta veća od moje zemlje, a Japana 8,6 puta više od moje zemlje. Potrošnja električne energije u kućanstvima moje zemlje će i dalje imati veliki razvoj u budućnosti. Očekuje se da će porasti za 1,4 puta od 1996. do 2005. godine.
Elektronska industrija
Elektronska industrija je industrija u nastajanju. U svom naprednom procesu razvoja, kontinuirano je razvijao nove proizvode i nova područja primjene. Njegova primjena se razvila od vakuumskih uređaja i tiskanih kola do mikroelektronike i poluvodičkih integriranih kola.
Vakuumski uređaji
Vakumski uređaji su uglavnom visokofrekventne i ultravisokofrekventne odašiljačke cijevi, valovodi, magnetroni itd., za koje je potreban bakar bez kisika visoke čistoće i bakar bez kisika ojačan disperzijom.
Printed Circuit
Bakarno štampano kolo koristi bakrenu foliju kao površinu i zalijepi je na plastičnu ploču kao podlogu; štampati dijagram ožičenja na bakrenoj ploči fotografijom; uklonite višak dijela jetkanjem i ostavite međusobno povezani krug. Zatim probušite rupe na spoju sa spoljašnjom stranom štampane ploče, ubacite konektore diskretnih komponenti ili drugih delova terminala i zavarite ih na ovaj otvor, tako da se sklopi kompletno kolo. Ako se koristi metoda potapanja, zavarivanje svih konektora može se završiti odjednom. Na ovaj način, za one prilike koje zahtijevaju fini raspored kola, kao što su radio, televizija, kompjuter, itd., korištenje štampanih kola može uštedjeti mnogo rada u ožičenju i fiksiranju kola; stoga se široko koristi i zahtijeva veliku količinu bakrene folije. Osim toga, razni materijali za lemljenje na bazi bakra, niske cijene, niske točke topljenja i visoke tečnosti su također potrebni za povezivanje krugova.
Integralno kolo
Srž tehnologije mikroelektronike je integrirano kolo. Integrirano kolo se odnosi na minijaturizirano kolo koje koristi poluvodičke kristalne materijale kao supstrate (čipove) i koristi posebne procesne tehnologije za integraciju komponenti i međuspojeva koji čine krug unutar, na površini ili na podlozi. Ovo mikrokolo je hiljadama puta manje po veličini i težini od najkompaktnijeg kola sa diskretnim komponentama u strukturi. Njegov izgled izazvao je ogromnu promjenu u kompjuterima i postao je temelj moderne informatičke tehnologije. Integrisana kola ultra velikih razmjera koja su razvijena mogu proizvesti više od 100,000 ili čak milione tranzistora na površini jednog čipa manjem od nokta. IBM (International Business Machines Corporation), međunarodno poznata kompjuterska kompanija, napravila je proboj koristeći bakar umjesto aluminijuma u silicijumskim čipovima kao interkonektima. Ovaj novi tip bakarnog mikročipa može postići povećanje performansi od 30%, veličina linije kola može se smanjiti na 0,12 mikrona, a broj tranzistora integrisanih na jednom čipu može doseći 2 miliona. Ovo je stvorilo novu situaciju za primenu drevnog metala bakra u oblasti najnovije tehnologije poluvodičkih integrisanih kola.
Olovni okvir
Kako bi se zaštitio normalan rad integriranog ili hibridnog kola, potrebno ga je zapakirati; a prilikom pakiranja, veliki broj konektora u strujnom kolu se izvodi iz zatvorenog tijela. Ovi vodovi moraju imati određenu čvrstoću i čine noseći kostur sklopa integriranog paketa, koji se naziva okvir elektrode. U stvarnoj proizvodnji, za masovnu proizvodnju velike brzine, olovni okviri se obično kontinuirano utiskuju na metalnu traku u određenom rasporedu. Materijali okvira čine 1/3 do 1/4 ukupnih troškova integrisanih kola i koriste se u velikim količinama; stoga moraju imati niske troškove.
Legure bakra su jeftine, imaju visoku čvrstoću, električnu provodljivost i toplotnu provodljivost, odlične performanse obrade, igličasto zavarivanje i otpornost na koroziju, i mogu kontrolisati svoje performanse u širokom rasponu legiranjem. Oni mogu bolje ispuniti zahtjeve performansi olovnih okvira i postali su važan materijal za olovne okvire. To je trenutno najkorišteniji materijal od bakra u mikroelektronskim uređajima.
Transportna industrija
Brodogradnja
Zbog svoje dobre otpornosti na koroziju morske vode, mnoge legure bakra, poput aluminijske bronce, manganove bronce, aluminijskog mesinga, metalnog metala (kalaj-cink bronza), bijelog čelika i legure nikla i bakra (legura monela), postale su standardni materijali za brodogradnju. . Općenito, bakar i legure bakra čine 2 do 3% vlastite težine ratnih i trgovačkih brodova.
Propeleri ratnih brodova i većine velikih trgovačkih brodova izrađeni su od aluminijske bronce ili mesinga. Svaki propeler velikog broda težak je 20 do 25 tona. Propeleri nosača aviona Queen Elizabeth i Queen Mary imaju po 35 tona. Teška repna osovina velikih brodova često su napravljena od metala "Admiral", a konusni vijci kormila i propelera su također napravljeni od istog materijala. Čelik i legure bakra se također u velikim količinama koriste u strojarnicama i kotlarnicama. Prvi svjetski trgovački brod na nuklearni pogon koristio je kondenzator bijelog bakra od 30-tona. Aluminijske mesingane cijevi se koriste kao veliki grijaći kotur za rezervoare za ulje. Na brodu od 100000-tona ima 12 takvih rezervoara za skladištenje nafte, a odgovarajući sistem grijanja je prilično velik. Električna oprema na brodu je također vrlo složena. Motor, motor, komunikacioni sistem itd. se gotovo u potpunosti oslanjaju na bakar i bakarne legure. Kabine velikih i malih brodova često su ukrašene čelikom i legurama bakra. Čak se i drveni čamci najbolje pričvršćuju vijcima i ekserima od legure čelika (obično silicijum bronze), koji se mogu masovno proizvoditi valjanjem.
Kako bi se spriječilo zagađenje trupa morskim organizmima i utjecaj na plovidbu, za zaštitu se često koristi bakreni premaz; ili je rješenje četkati boju koja sadrži bakar.
U Drugom svjetskom ratu, u cilju odbrane od njemačkih magnetnih mina, razvijen je antimagnetni minski uređaj. Oko čeličnog trupa bio je pričvršćen bakarni pojas, a električna struja je propuštena kako bi se neutraliziralo magnetsko polje broda, kako mina ne bi eksplodirala. Od 1944. godine, svi saveznički brodovi, ukupno oko 18,000 brodova, opremljeni su ovim uređajem za demagnetizaciju i zaštićeni. Nekim velikim bojnim brodovima je potrebno mnogo bakra za ovu svrhu. Na primjer, jedan od njih ima bakarnu žicu dužine 28 milja i težak je oko 30 tona.
Automobile
Svaki automobil koristi 10 do 21 kilogram bakra, ovisno o vrsti i veličini automobila. Za automobil, on čini oko 6 do 9% sopstvene težine. Bakar i legure bakra se uglavnom koriste za radijatore, cjevovode kočionog sistema, hidraulične uređaje, zupčanike, ležajeve, kočione tarne pločice, sisteme za distribuciju i napajanje, zaptivke i razne spojeve, pribor i pribor. Među njima, radijator koristi relativno veliku količinu čelika. Moderni radijatori sa cijevnim remenom zavareni su u cijevi radijatora s mesinganim trakama i savijeni u hladnjake sa tankim bakrenim trakama.
Kako bi se dodatno poboljšale performanse bakarnih radijatora i povećala njihova konkurentnost u odnosu na aluminijske radijatore, napravljena su mnoga poboljšanja. Što se tiče materijala, bakru se dodaju elementi u tragovima kako bi se poboljšala njegova čvrstoća i točka omekšavanja bez gubitka toplinske provodljivosti, čime se smanjuje debljina trake i štedi čelik; Što se tiče tehnologije proizvodnje, usvojeno je visokofrekventno ili lasersko zavarivanje bakrenih cijevi, a za sklapanje jezgre radijatora koristi se čelično lemljenje umjesto mekog lemljenja koje je podložno kontaminaciji olovom. Rezultati ovih napora prikazani su u tabeli 6.2. U poređenju sa lemljenim aluminijumskim radijatorima, pod istim uslovima odvođenja toplote, odnosno pod istim padom pritiska vazduha i rashladne tečnosti, novi bakarni radijator je lakši i značajno manjih dimenzija; zajedno s dobrom otpornošću na koroziju i dugim vijekom trajanja čelika, prednosti bakrenih radijatora su očiglednije. Osim toga, radi zaštite okoliša, energično promovirajte i razvijajte električna vozila, a količina čelika koja se koristi u svakom automobilu će se eksponencijalno povećati.
Željeznice
Elektrifikacija željeznica zahtijeva veliku količinu bakra i legura bakra. Za svaki kilometar nadzemnih žica potrebno je više od 2 tone bakrenih žica specijalnog oblika. Da bi se poboljšala njegova čvrstoća, često se dodaje mala količina bakra (oko 1%) ili srebra (oko %). Osim toga, motori, ispravljači i upravljački, kočni, električni i signalni sistemi u vozu se oslanjaju na rad bakra i legura bakra.
Zrakoplov
Navigacija aviona je takođe neodvojiva od bakra. Na primjer: ožičenje, hidraulički, rashladni i pneumatski sistemi u zrakoplovu zahtijevaju bakarne materijale, držači ležajeva i ležajevi stajnog trapa koriste aluminijske bronzane cijevi, navigacijski instrumenti koriste anti-magnetne legure čelika, a mnogi instrumenti koriste slomljene bakarne elastične elemente.
Laka industrija
Proizvodi lake industrije usko su povezani sa životima ljudi, sa širokim spektrom varijanti. Budući da bakar ima dobra sveobuhvatna svojstva, može se vidjeti svuda. Evo samo nekoliko primjera:
Klima uređaji i frižideri
Funkcija kontrole temperature klima uređaja i hladnjaka uglavnom se postiže isparavanjem i kondenzacijom bakrenih cijevi izmjenjivača topline. Veličina i učinak prijenosa topline cijevi za prijenos topline izmjenjivača topline u velikoj mjeri određuju efikasnost i minijaturizaciju cjelokupnog klima uređaja i rashladnog uređaja. U ovim mašinama se koriste bakrene cevi specijalnog oblika visoke toplotne provodljivosti. Koristeći prednosti dobrih obradnih svojstava čelika, razvijene su i proizvedene toplotne cijevi sa unutrašnjim žljebovima i visokim rebrima za proizvodnju izmjenjivača topline u klima-uređajima, rashladnim uređajima, uređajima za prikupljanje kemikalija i otpadne topline. Ukupni koeficijent prijenosa topline novog izmjenjivača topline može se povećati na 2 do 3 puta veći od običnih cijevi i 1,2 do 1,3 puta od običnih cijevi s niskim perajem. Koristi se u Kini, štedi 40% bakra i smanjuje zapreminu izmjenjivača topline za više od 1/3.
Satovi
Većina radnih dijelova satova, mjerača vremena i uređaja sa satovnim mehanizmima izrađeni su od "satovskog mesinga". Legura sadrži 1.5-2% olova, ima dobra svojstva obrade i pogodna je za proizvodnju velikih količina. Na primjer, zupčanici se izrezuju od dugih ekstrudiranih mesinganih šipki, ravni točkovi se izbijaju od traka odgovarajuće debljine, a mesing ili druge legure bakra koriste se za izradu graviranih površina za satove, vijaka i spojeva itd. Izrađuje se veliki broj jeftinih satova. od metalnog metala (kalaj-cink bronza) ili obložene nikal srebrom (bijeli bakar). Neki poznati satovi su napravljeni od čelika i legura bakra. Kazaljka sata britanskog "Big Bena" je napravljena od čvrstih metalnih šipki, a kazaljka minuta je napravljena od 14-stopa dugih bakarnih cijevi.
Moderna fabrika satova, koja koristi leguru bakra kao glavni materijal, prese i precizne kalupe, može proizvesti 10,000 do 30,000 satova dnevno po veoma niskoj cijeni.
Izrada papira
U današnjem informatičkom društvu koje se stalno mijenja, potrošnja papira je vrlo velika. Papir na površini izgleda jednostavno, ali proces izrade papira je veoma komplikovan, zahteva mnogo koraka i primenu mnogih mašina, uključujući hladnjake, isparivače, mutalice, mašine za papir itd. Mnoge komponente, kao što su razne cevi za izmjenu toplote, valjci , mješalice, polutečne pumpe i sita, uglavnom se izrađuju od čeličnih legura.
Na primjer, korištena mašina za proizvodnju papira s dugačkom mrežom prska pripremljenu pulpu na brzokretnu mrežu sa finom mrežom (40-60). Mrežica je pletena od mesingane i fosforno bronzane žice. Vrlo je širok, uglavnom više od 20 stopa (6 metara), i potrebno je da ostane potpuno ravan. Mreža se kreće preko niza malih mesinganih ili bakrenih valjaka, i dok prolazi kroz pulpu koja je raspršena po njoj, vlaga se usisava iz vazduha ispod. Mrežica takođe vibrira kako bi spojila mala vlakna u pulpi. Veličina mreže velikih mašina za papir je veoma velika, do 26 stopa, 8 inča (8,1 metara) široke i 100 stopa (30,5 metara) dugačke. Mokra pulpa ne samo da sadrži vodu, već sadrži i hemikalije koje se koriste u procesu proizvodnje papira, a koje su vrlo korozivne. Kako bi se osigurao kvalitet papira, mrežasti materijal je vrlo zahtjevan. Ne samo da mora imati visoku čvrstoću i elastičnost; ali i otporan na koroziju pulpe. Legure bakra su u potpunosti sposobne za to.
Štampanje
U štampi se bakrene ploče koriste za fotolitografiju. Polirana bakarna ploča se senzibilizira fotoosjetljivom emulzijom, a zatim se na njoj fotografira. Senzibiliziranu bakrenu ploču potrebno je zagrijati da bi se ljepilo stvrdnulo. Da bi se spriječilo omekšavanje uslijed topline, bakar često sadrži malu količinu srebra ili arsena za povećanje temperature omekšavanja. Zatim se ploča urezuje kako bi se formirala štamparska površina sa uzorkom konkavnih i konveksnih tačaka.
Na mašini za automatsko slaganje, kucanje se izrađuje slaganjem blokova od mesinga, što je još jedna važna upotreba bakra u štampi. Tipski blokovi se obično izrađuju od olovnog mesinga, ponekad bakra ili bronze.
Lijek
U farmaceutskoj industriji od čistog bakra se izrađuju sve vrste uređaja za paru, ključanje i vakuum. Cink bijeli bakar se široko koristi u medicinskoj opremi. Legure bakra su takođe često korišćeni materijali za okvire za naočare, itd.
