Aplikácia medi
Elektrotechnický priemysel
Prenos výkonu
Prenos energie vyžaduje veľké množstvo medi s vysokou vodivosťou, ktorá sa používa najmä na silové vodiče a káble, zbernice, transformátory, spínače, zásuvné komponenty a konektory.
V procese prenosu energie drôtov a káblov dochádza k plytvaniu elektrickou energiou v dôsledku odporového ohrevu. Z pohľadu úspory energie a hospodárnosti sa v súčasnosti vo svete presadzuje štandard „optimálny prierez kábla“. Populárne štandardy v minulosti boli jednoducho založené na perspektíve zníženia investícií do jednorazovej inštalácie. Aby sa minimalizoval prierez kábla, bola stanovená minimálna povolená veľkosť kábla, aby sa zabránilo nebezpečnému prehriatiu pod menovitým prúdom požadovaným konštrukciou. Aj keď sú náklady na inštaláciu kábla položeného podľa tejto normy nízke, spotreba odporovej energie je pri dlhodobom používaní pomerne veľká. Norma „optimálneho prierezu kábla“ zohľadňuje tak jednorazové náklady na inštaláciu, ako aj spotrebu energie a primerane zväčšuje veľkosť kábla, aby sa dosiahol účel úspory energie a čo najlepšie komplexné ekonomické výhody. Podľa novej normy je prierez kábla často viac ako dvojnásobný oproti starej norme, čím sa dá dosiahnuť efekt úspory energie asi 50 %.
V minulom období, kvôli nedostatku ocele v mojej krajine, sa hliník používal ako náhrada medi v nadzemných vysokonapäťových prenosových vedeniach v nádeji na zníženie hmotnosti, keďže špecifická hmotnosť hliníka je len 30 % tejto hmotnosti. z medi. Podzemné káble. V tomto prípade hliník bledne v porovnaní s meďou kvôli zlej vodivosti a veľkým rozmerom kábla.
Z rovnakého dôvodu je tiež múdrou voľbou nahradiť starý hliníkový vinutý transformátor energeticky úsporným a účinným medeným transformátorom.
Výroba motorov
Pri výrobe motorov sa široko používajú zliatiny medi s vysokou vodivosťou a vysokou pevnosťou. Hlavnými medenými časťami sú statory, rotory a hlavy hriadeľov. Vo veľkých motoroch sú vinutia chladené vodou alebo vodíkom, čo sa nazýva dvojité vodné vnútorné chladenie alebo vodíkové chladiace motory, čo si vyžaduje dlhú dĺžku dutého drôtu.
Motory sú veľkými spotrebiteľmi elektrickej energie a predstavujú asi 60 % z celkovej dodávky elektrickej energie. Kumulovaný účet za elektrinu za prevádzku motora je veľmi vysoký, vo všeobecnosti dosahuje náklady na samotný motor počas prvých 500 hodín prevádzky, čo zodpovedá 4 až 16-násobku nákladov za rok a môže dosiahnuť 200-násobok nákladov počas celý pracovný život. Malé zvýšenie účinnosti motora môže nielen ušetriť energiu, ale tiež dosiahnuť významné ekonomické výhody. Vývoj a aplikácia vysokoúčinných motorov je v dnešnom svete horúcou témou. Keďže spotreba energie vo vnútri motora pochádza hlavne zo straty odporu vinutia, zväčšenie prierezu medeného drôtu je kľúčovým opatrením na vývoj vysoko účinných motorov. V porovnaní s tradičnými motormi sa použitie medených vinutí v niektorých z prvých vyvinutých vysokoúčinných motorov zvýšilo o 25 % až 100 %. Ministerstvo energetiky USA financuje vývojový projekt výroby rotorov motorov pomocou technológie liatej medi.
Komunikačné káble
Od 80. rokov 20. storočia boli kvôli výhodám veľkej prúdovej kapacity káblov z optických vlákien rýchlo nahradené medenými káblami na komunikačných diaľkových vedeniach. Stále je však potrebné veľké množstvo medi na premenu elektrickej energie na svetelnú energiu a vstupné vedenia pre užívateľov. S rozvojom komunikačného priemyslu sú ľudia čoraz viac závislí na komunikáciách a dopyt po kábloch z optických vlákien a medených drôtoch sa bude naďalej zvyšovať.
Bytové elektrické vedenia
So zlepšovaním životnej úrovne našich ľudí sa domáce spotrebiče rýchlo spopularizujú a spotreba elektrickej energie v domácnostiach rýchlo rastie. Ako je znázornené na obrázku 6.6, v roku 1987 bola spotreba elektrickej energie v domácnostiach 26,96 miliardy kWh (1 kWh=1 kilowatthodina) a o desať rokov neskôr v roku 1996 vzrástla na 113,1 miliardy kWh, čo je 3,2-násobný nárast. Napriek tomu je tu stále veľký rozdiel v porovnaní s vyspelými krajinami. Napríklad v roku 1995 bola spotreba elektriny na obyvateľa v Spojených štátoch 14,6-krát vyššia ako v mojej krajine a v Japonsku bola 8,6-krát väčšia ako v mojej krajine. spotreba elektrickej energie v mojej krajine bude mať v budúcnosti stále veľký vývoj. Očakáva sa, že od roku 1996 do roku 2005 vzrastie 1,4-krát.
Elektronický priemysel
Elektronický priemysel je novovznikajúci priemysel. Vo svojom prosperujúcom procese vývoja neustále vyvíja nové produkty a nové oblasti použitia. Jeho aplikácia sa vyvinula od vákuových zariadení a tlačených obvodov až po mikroelektroniku a polovodičové integrované obvody.
Vákuové zariadenia
Vákuové zariadenia sú hlavne vysokofrekvenčné a ultravysokofrekvenčné vysielacie trubice, vlnovody, magnetróny atď., ktoré vyžadujú vysoko čistú bezkyslíkatú meď a disperzne zosilnenú bezkyslíkatú meď.
Tlačený obvod
Medený plošný spoj má použiť medenú fóliu ako povrch a prilepiť ju na plastovú dosku ako podporu; vytlačte schému zapojenia obvodu na medenú platňu fotografovaním; odstráňte prebytočnú časť leptaním a ponechajte prepojený obvod. Potom prerazte otvory na spoji s vonkajšou stranou dosky plošných spojov, vložte konektory diskrétnych komponentov alebo iných častí svoriek a privarte ich na tento otvor, aby sa vytvoril kompletný obvod. Ak sa použije metóda pokovovania ponorom, zváranie všetkých konektorov môže byť dokončené naraz. Týmto spôsobom pri príležitostiach, ktoré vyžadujú jemné usporiadanie obvodov, ako je rádio, televízia, počítač atď., môže použitie tlačených obvodov ušetriť veľa práce pri zapájaní a upevňovaní obvodov; preto je široko používaný a vyžaduje veľké množstvo medenej fólie. Okrem toho sú pri spájaní obvodov potrebné aj rôzne lacné spájkovacie materiály na báze medi s nízkou teplotou topenia a vysokou tekutosťou.
Integrovaný obvod
Jadrom mikroelektronickej technológie je integrovaný obvod. Integrovaný obvod označuje miniaturizovaný obvod, ktorý využíva materiály polovodičových kryštálov ako substráty (čipy) a využíva špeciálne technologické technológie na integráciu komponentov a prepojení, ktoré tvoria obvod vo vnútri, na povrchu alebo na substráte. Tento mikroobvod má tisíckrát menšiu veľkosť a hmotnosť ako najkompaktnejší obvod s diskrétnymi komponentmi v štruktúre. Jeho vzhľad spôsobil obrovskú zmenu v počítačoch a stal sa základom moderných informačných technológií. Ultra-veľké integrované obvody, ktoré boli vyvinuté, dokážu produkovať viac ako 100,000 alebo dokonca milióny tranzistorov na ploche jedného čipu menšej ako necht na palci. IBM (International Business Machines Corporation), medzinárodne uznávaná počítačová spoločnosť, urobila prelom použitím medi namiesto hliníka v kremíkových čipoch ako prepojenia. Tento nový typ medeného mikročipu môže dosiahnuť 30% zvýšenie výkonu, veľkosť linky obvodu môže byť znížená na 0,12 mikrónov a počet tranzistorov integrovaných na jednom čipe môže dosiahnuť 2 milióny. To vytvorilo novú situáciu pre aplikáciu starej kovovej medi v najnovšej technologickej oblasti polovodičových integrovaných obvodov.
Olovený rám
Aby sa ochránila normálna prevádzka integrovaného obvodu alebo hybridného obvodu, musí byť zabalený; a pri balení je z utesneného tela vyvedený veľký počet konektorov v obvode. Vyžaduje sa, aby tieto vodiče mali určitú pevnosť a tvorili nosnú kostru integrovaného obvodu obalu, ktorý sa nazýva rám vodiča. V skutočnej výrobe, pre vysokorýchlostnú hromadnú výrobu, sa olovené rámy zvyčajne kontinuálne lisujú na kovový pás v špecifickom usporiadaní. Materiály rámov tvoria 1/3 až 1/4 celkových nákladov na integrované obvody a používajú sa vo veľkých množstvách; preto musia mať nízke náklady.
Zliatiny medi sú lacné, majú vysokú pevnosť, elektrickú vodivosť a tepelnú vodivosť, vynikajúci výkon pri spracovaní, ihlové zváranie a odolnosť proti korózii a môžu regulovať svoj výkon v širokom rozsahu pomocou legovania. Môžu lepšie spĺňať výkonnostné požiadavky olovených rámov a stali sa dôležitým materiálom pre olovené rámy. V súčasnosti je to najpoužívanejší medený materiál v mikroelektronických zariadeniach.
Dopravný priemysel
Stavba lodí
Vďaka dobrej odolnosti voči korózii morskou vodou sa mnohé zliatiny medi, ako je hliníkový bronz, mangánový bronz, hliníková mosadz, delový bronz (cín-zinkový bronz), biela oceľ a zliatina niklu a medi (zliatina monel), stali štandardnými materiálmi pre stavbu lodí. . Všeobecne platí, že meď a zliatiny medi predstavujú 2 až 3 % mŕtvej hmotnosti vojnových a obchodných lodí.
Vrtule vojnových lodí a väčšiny veľkých obchodných lodí sú vyrobené z hliníkového bronzu alebo mosadze. Každá vrtuľa veľkej lode váži 20 až 25 ton. Vrtule lietadlových lodí Queen Elizabeth a Queen Mary vážia každá 35 ton. Ťažké chvostové hriadele veľkých lodí sú často vyrobené z "admirálskeho" delového kovu a z rovnakého materiálu sú tiež kužeľové skrutky kormidiel a vrtúľ. Oceľ a zliatiny medi sa vo veľkom množstve používajú aj v strojovniach a kotolniach. Prvá obchodná loď na svete s jadrovým pohonom používala 30-tonový biely medený kondenzátor. Hliníkové mosadzné rúrky sa používajú ako veľké vykurovacie hady pre olejové nádrže. Na 100000-tonovej lodi je 12 takýchto nádrží na skladovanie ropy a zodpovedajúci vykurovací systém je dosť veľký. Elektrické vybavenie na lodi je tiež veľmi zložité. Motor, motor, komunikačný systém atď. sa takmer výlučne spoliehajú na meď a zliatiny medi. Kabíny veľkých a malých lodí sú často zdobené oceľou a zliatinami medi. Aj drevené člny sa najlepšie upevňujú skrutkami a klincami zo zliatiny ocele (zvyčajne kremíkového bronzu), ktoré sa dajú sériovo vyrábať valcovaním.
Aby sa zabránilo znečisteniu trupu morskými organizmami a ovplyvneniu plavby, na ochranu sa často používa medený povlak; alebo je riešením natieranie farby s obsahom medi.
V druhej svetovej vojne bolo na obranu proti nemeckým magnetickým mínam vyvinuté antimagnetické mínové zariadenie. Okolo oceľového trupu bol pripevnený medený pás a prechádzal elektrický prúd na neutralizáciu magnetického poľa lode, aby mína nevybuchla. Od roku 1944 boli všetky spojenecké lode, celkovo asi 18000 lodí, vybavené týmto demagnetizačným zariadením a chránené. Niektoré veľké bojové lode vyžadujú na tento účel veľa medi. Napríklad jeden z nich má dĺžku medeného drôtu 28 míľ a váži asi 30 ton.
Automobilový
Každé auto spotrebuje 10 až 21 kilogramov medi v závislosti od typu a veľkosti auta. V prípade automobilu predstavuje približne 6 až 9 % jeho vlastnej hmotnosti. Meď a zliatiny medi sa používajú hlavne na chladiče, potrubia brzdových systémov, hydraulické zariadenia, ozubené kolesá, ložiská, brzdové trecie doštičky, rozvody a energetické systémy, tesnenia a rôzne spoje, príslušenstvo a príslušenstvo. Medzi nimi radiátor používa pomerne veľké množstvo ocele. Moderné remeňové radiátory sú zvarené do radiátorových rúr s mosadznými pásikmi a ohýbané do chladičov s tenkými medenými pásikmi.
S cieľom ďalej zlepšiť výkon medených radiátorov a zvýšiť ich konkurencieschopnosť voči hliníkovým radiátorom bolo vykonaných mnoho vylepšení. Čo sa týka materiálov, do medi sa pridávajú stopové prvky na zlepšenie jej pevnosti a bodu mäknutia bez straty tepelnej vodivosti, čím sa zmenšuje hrúbka pásu a šetrí sa oceľ; z hľadiska výrobnej technológie sa používa vysokofrekvenčné alebo laserové zváranie medených rúrok a namiesto mäkkého spájkovania, ktoré je náchylné na kontamináciu olovom, sa na zostavenie jadra chladiča používa spájkovanie ocele. Výsledky tohto úsilia sú uvedené v tabuľke 6.2. V porovnaní s spájkovanými hliníkovými radiátormi je nový medený radiátor pri rovnakých podmienkach rozptylu tepla, teda pri rovnakom spáde tlaku vzduchu a chladiacej kvapaliny, ľahší a má podstatne menšie rozmery; v spojení s dobrou odolnosťou voči korózii a dlhou životnosťou ocele sú výhody medených radiátorov zreteľnejšie. Okrem toho v záujme ochrany životného prostredia energicky propagujte a vyvíjajte elektrické vozidlá a množstvo ocele použitej v každom aute sa bude exponenciálne zvyšovať.
železnice
Elektrifikácia železníc si vyžaduje veľké množstvo medi a zliatin medi. Na každý kilometer nadzemných drôtov sú potrebné viac ako 2 tony medených drôtov špeciálneho tvaru. Aby sa zlepšila jeho pevnosť, často sa pridáva malé množstvo medi (asi 1 %) alebo striebra (asi %). Okrem toho motory, usmerňovače a riadiace, brzdové, elektrické a signálne systémy vo vlaku sa spoliehajú na meď a zliatiny medi.
Lietadlá
K medi neodmysliteľne patrí aj letecká navigácia. Napríklad: elektroinštalácia, hydraulické, chladiace a pneumatické systémy v lietadle vyžadujú medené materiály, držiaky ložísk a ložiská podvozku používajú hliníkové bronzové rúrky, navigačné prístroje používajú antimagnetické oceľové zliatiny a mnohé prístroje používajú rozbité medené elastické prvky.
Ľahký priemysel
Výrobky ľahkého priemyslu úzko súvisia so životom ľudí, pričom majú širokú škálu odrôd. Pretože má meď dobré komplexné vlastnosti, je ju vidieť všade. Tu je len niekoľko príkladov:
Klimatizácie a chladničky
Funkcia regulácie teploty klimatizačných zariadení a chladničiek sa dosahuje najmä vyparovaním a kondenzáciou medených rúrok výmenníka tepla. Veľkosť a výkon teplonosnej trubice výmenníka tepla do značnej miery určuje účinnosť a miniaturizáciu celého klimatizačného a chladiaceho zariadenia. V týchto strojoch sa používajú špeciálne tvarované medené rúrky s vysokou tepelnou vodivosťou. S využitím dobrých spracovateľských vlastností ocele boli vyvinuté a vyrobené tepelné trubice s vnútornými drážkami a vysokými rebrami na výrobu výmenníkov tepla v klimatizáciách, chladničkách, chemických zariadeniach a zariadeniach na zber odpadového tepla. Celkový súčiniteľ prestupu tepla nového výmenníka tepla sa môže zvýšiť na 2 až 3-násobok v porovnaní s bežnými rúrkami a 1,2 až 1,3 násobok v porovnaní s bežnými nízko rebrovými rúrami. Používa sa v Číne, čím sa ušetrilo 40 % medi a znížil sa objem výmenníka tepla o viac ako 1/3.
Hodiny
Väčšina pracovných častí hodín, časovačov a zariadení s hodinovým mechanizmom je vyrobená z "hodinovej mosadze". Zliatina obsahuje 1.5-2 % olova, má dobré spracovateľské vlastnosti a je vhodná pre veľkosériovú výrobu. Napríklad ozubené kolesá sa vyrezávajú z dlhých vytláčaných mosadzných tyčí, ploché kolieska sa vysekávajú z pásikov zodpovedajúcej hrúbky a z mosadze alebo iných zliatin medi sa vyrábajú gravírované povrchy hodín, skrutky a spoje atď.. Vyrába sa veľké množstvo lacných hodiniek z červeného bronzu (cín-zinkový bronz) alebo pokovované niklovým striebrom (biela meď). Niektoré slávne hodiny sú vyrobené z ocele a zliatin medi. Hodinová ručička britského „Big Bena“ je vyrobená z pevných kovových tyčí a minútová ručička je vyrobená z 14-stopových medených rúrok.
Moderná továreň na výrobu hodiniek, ktorá využíva zliatinu medi ako hlavný materiál, lisy a presné formy, dokáže vyrobiť 10,{1}} až 30,{3}} hodiniek denne za veľmi nízke náklady.
Výroba papiera
V dnešnej neustále sa meniacej informačnej spoločnosti je spotreba papiera veľmi veľká. Papier vyzerá na povrchu jednoducho, ale proces výroby papiera je veľmi komplikovaný, vyžaduje si veľa krokov a použitie mnohých strojov, vrátane chladičov, výparníkov, šľahačov, papierenských strojov atď. , šľahače, polokvapalné čerpadlá a sitá, sú väčšinou vyrobené z oceľových zliatin.
Napríklad používaný stroj na výrobu papiera s dlhou sieťou rozprašuje pripravenú buničinu na rýchlo sa pohybujúce sito s jemnými okami (40-60). Sieťovina je upletená z mosadze a drôtu z fosforového bronzu. Je veľmi široký, zvyčajne viac ako 20 stôp (6 metrov) a musí zostať úplne rovný. Sieťka sa pohybuje po sérii malých mosadzných alebo medených valčekov a pri prechode cez buničinu, ktorá je na ňu nastriekaná, je zo vzduchu nasávaná vlhkosť. Sieťka tiež vibruje, aby spojila malé vlákna v buničine dohromady. Veľkosť ôk veľkých papierenských strojov je veľmi veľká, až 26 stôp, 8 palcov (8,1 metra) na šírku a 100 stôp (30,5 metra) na dĺžku. Vlhká buničina obsahuje nielen vodu, ale obsahuje aj chemikálie používané v procese výroby papiera, ktoré sú veľmi korozívne. Na zabezpečenie kvality papiera je sieťový materiál veľmi náročný. Musí mať nielen vysokú pevnosť a elasticitu; ale tiež byť odolný voči korózii buničiny. Zliatiny medi sú toho plne schopné.
Tlač
Pri tlači sa medené platne používajú na fotolitografiu. Leštená medená platňa sa senzibilizuje fotocitlivou emulziou a následne sa na ňu fotografuje. Scitlivenú medenú platňu je potrebné zahriať, aby lepidlo vytvrdlo. Aby sa zabránilo mäknutiu v dôsledku tepla, meď často obsahuje malé množstvo striebra alebo arzénu na zvýšenie teploty mäknutia. Potom sa doska vyleptá, aby sa vytvoril tlačový povrch so vzorom konkávnych a konvexných bodov.
Na automatickom sádzacom stroji sa písmo vyrába usporiadaním mosadzných blokov, čo je ďalšie dôležité využitie medi v tlači. Typové bloky sú zvyčajne vyrobené z olovnatej mosadze, niekedy medi alebo bronzu.
Liek
Vo farmaceutickom priemysle sa všetky druhy naparovacích, varných a vákuových zariadení vyrábajú z čistej medi. Zinková biela meď je široko používaná v zdravotníckych zariadeniach. Zliatiny medi sú tiež bežne používané materiály pre rámy okuliarov atď.
