Zašto koristiti bakar? Koja su njegova glavna svojstva?
Bakar ima odličnu električnu i toplotnu provodljivost, zauzima prvo mesto među svim inženjerskim metalnim materijalima. To je glavna osnova za njegovu ključnu ulogu u sadašnjoj elektrifikaciji i elektronskom informacionom društvu. Bakar takođe ima mnoga odlična sveobuhvatna svojstva: ima jaku otpornost na koroziju na atmosferu, morsku vodu, tlo i mnoge hemijske medije; koristi se u konstrukciji da bude i krut i fleksibilan, elastičan, otporan na trenje i otporan na habanje; ima šareni izgled i simbol je jednostavnosti i elegancije koju ljudi vole. Pored gore navedenih brojnih karakteristika performansi, ima i niz dobrih obrada, livenja, zavarivanja, lakog rezanja i drugih procesnih svojstava, što ga čini ekonomičnim i široko rasprostranjenim.
- Stambena izgradnja čini 48%: uključujući: sisteme cevovoda (voda, toplota, gas, protivpožarne prskalice, itd.); stambeni objekti (klima uređaji, frižideri, itd.); građevinska dekoracija (krovovi, korita, ukrasi itd.); komunikacijske linije (zvuk, slika, podaci, itd.); sistemi napajanja.
--Proizvodnja opreme čini 41%: uključujući: industrijsku opremu (motori, transformatori, itd.); transportni alati (automobili, željeznice, avioni, itd.); elektronskih uređaja; proizvodi lake industrije (kućanski aparati, instrumenti, alati, itd.)
--Na infrastrukturu otpada 11%: uključujući: velike projekte (transportni objekti, petrohemijska industrija, rudarska i metalurška industrija, itd.); elektroprivreda (prenos električne energije, distribucija električne energije, itd.); komunikaciona mreža.
Vrijedi napomenuti da je stambena izgradnja direktno povezana sa poboljšanjem nivoa proizvodnje ljudi, a primjena bakra u tom pogledu zauzima najveći udio; posebno moja zemlja smatra stambenu izgradnju važnom karikom koja pokreće razvoj cjelokupne nacionalne ekonomije. Može se vidjeti da aktivno promicanje primjene bakra igra važnu ulogu u nacionalnoj ekonomiji i egzistenciji ljudi.
A. Primjena u elektroindustriji
※ Prenos snage
Velika količina bakra visoke provodljivosti se troši u prijenosu električne energije, uglavnom se koristi za napajanje, žice i kablove, autobuse, transformatore, prekidače, utične komponente i konektore, itd.
U procesu prijenosa 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. 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 ušteda energije i najbolja sveobuhvatna ekonomska korist. 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, s obzirom da je specifična težina aluminijuma samo 30% bakra, preduzete su mere da se bakar zameni aluminijumom u nadzemnim visokonaponskim dalekovodima u nadi smanjenja težine. Trenutno, iz perspektive zaštite životne sredine, vazdušni dalekovodi će biti pretvoreni u polaganje podzemnih kablova. U ovom slučaju, aluminijum ima nedostatke loše provodljivosti i veće veličine kabla u poređenju sa bakrom, i bledi u poređenju.
Iz istog razloga, također je mudar izbor zamijeniti aluminijske transformatore namotaja u Sjedinjenim Državama i Japanu sa energetski štedljivim i efikasnim transformatorima 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. U velikim motorima, namotaji se hlade vodom ili vodonikom, što se naziva dvostruko vodeno unutrašnje hlađenje ili motori za hlađenje vodikom, što zahtijeva dugačke šuplje žice.
Motori su veliki korisnici električne energije i čine oko 60% ukupne isporuke električne energije. Kumulativni račun za struju za motor je vrlo visok. Općenito, on dostiže cijenu samog motora u prvih 500 sati rada, što je ekvivalentno 4 do 16 puta većoj cijeni u toku godine, a može dostići i 200 puta više cijene tokom cijelog radnog vijeka. 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; stoga je povećanje poprečnog presjeka bakrene žice ključna mjera za razvoj motora visoke efikasnosti. Poslednjih godina, neki visokoefikasni motori koji su prvi razvijeni povećali su upotrebu bakrenih namotaja za 25% do 100% u poređenju sa tradicionalnim motorima. Trenutno, Ministarstvo energetike SAD-a finansira razvojni projekat za korištenje tehnologije livenog bakra za proizvodnju rotora motora.
※ Komunikacijski kablovi
Od 1980-ih, zbog prednosti velikog kapaciteta strujne nosivosti optičkih kablova, oni kontinuirano zamjenjuju bakrene kablove na komunikacijskim magistralnim linijama i brzo su promovirani i primjenjivani. Međutim, još uvijek je potrebna velika količina bakra za pretvaranje električne energije u svjetlosnu energiju i za dovođenje vodova 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
Posljednjih godina, sa poboljšanjem životnog standarda ljudi u mojoj zemlji, kućanski aparati su brzo popularizirani, a potrošnja električne energije u kućanstvima je brzo rasla. Potrošnja električne energije u kućanstvima moje zemlje će i dalje imati veliki razvoj u budućnosti, što je uvelike povećalo primjenu bakrenih žica.
B. Primjena u elektronskoj industriji
Elektronska industrija je industrija u nastajanju. U svom naprednom procesu razvoja, novi proizvodi i nova područja primjene čelika se stalno razvijaju. Trenutno se njegova primjena razvila od vakuumskih uređaja i tiskanih kola do mikroelektronike i poluvodičkih integriranih kola.
※ Vakuum 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.
※ Štampana kola
Bakarna štampana kola izrađuju se lepljenjem bakarne folije na plastičnu ploču kao podlogu sa bakrenom folijom kao površinom; štampanje dijagrama ožičenja na bakrenoj ploči fotografisanjem; uklanjanje suvišnih dijelova urezivanjem i ostavljanje međusobno povezanih kola. Zatim na štampanoj ploči probušite rupe na spoju sa spoljašnjom stranom, ubacite terminale diskretnih komponenti ili drugih delova i zavarite ih na ovaj otvor, tako da se sklopi kompletno kolo. Ako se koristi metoda potapanja, zavarivanje svih spojeva 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, za spajanje krugova potrebni su i različiti materijali za lemljenje na bazi bakra s niskim cijenama, niskim tačkama topljenja i dobrom fluidnošću.
※ 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 informacione tehnologije. Integrisana kola ultra velikih razmera koja su do sada razvijena imaju niz tranzistora koji se mogu napraviti na jednom čipu površine manje od nokta palca, dostižući stotine hiljada ili čak milione. Nedavno je IBM (International Business Machines Corporation), svjetski poznata kompjuterska kompanija, napravila proboj koristeći bakar za zamjenu aluminija u silicijumskim čipovima kao interkonekcijama. Ovaj novi tip bakarnog mikročipa može postići povećanje performansi od 30%, veličina linije kola može se smanjiti na 0,12 mikrona, a broj tranzistora integriranih na jednom čipu može doseći 2 miliona. Ovo je otvorilo novu situaciju za primjenu drevnog metalnog bakra u polju najnovije tehnologije poluvodičkih integriranih kola.
※ Olovni okvir
Kako bi se zaštitio normalan rad integriranih kola ili hibridnih kola, potrebno ih je pakirati; 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 brzu i masovnu proizvodnju, olovni okviri se obično kontinuirano utiskuju na metalnu traku u određenom rasporedu. Materijal okvira čini 1/3 do 1/4 ukupne cijene integriranog kola, a količina koja se koristi je velika; stoga mora imati nisku cijenu.
Legura bakra je jeftina, ima visoku čvrstoću, električnu provodljivost i toplotnu provodljivost, odlične performanse obrade, igličasto zavarivanje i otpornost na koroziju. Njegove performanse se mogu kontrolisati u širokom rasponu putem legiranja i mogu bolje zadovoljiti zahtjeve performansi olovnih okvira. Postao je važan materijal za olovne okvire. Trenutno je najčešće korišteni materijal u mikroelektronskim uređajima.
