铜(copper)

元素符号Cu，红色金属，原子序数29，原子量63．546，面心立方晶体。铜具有优良的导电和导热性能，较好的耐蚀性，变形阻抗较低，能承受高度的冷变形而不破裂，是一种重要的重有色金属材料，主要用于电子、电工、机械、建筑和运输等工业部门。

铜是人类最早发现和使用的金属之一。约在公元前7000年或更早，人类就认识了自然铜，并将它锤打成小锥或小钉等。稍晚又采用退火和加工硬化工艺生产各种器物。中国在新石器时代开始用铜。甘肃省武威、永靖和河北省唐山等地的古代文化遗址，均发现有红铜器物。

分类       工业上常用的是含铜99．30％以上、可通过压力加工方法制成各种半制品的变形铜，又称加工铜。变形铜通常可分为韧铜、无氧铜、脱氧铜三大类。此外，还有根据用途专门生产的汽车水箱带用铜、易切削铜和弥散强化铜等。

韧铜含一定量氧的铜，因而又称含氧铜，在工业现场又称紫铜。杂质被氧化而排出，固溶量减少，既有利于铜的电导性，亦可消除对铜高温变形有害杂质的影响。但在370℃以上还原气氛中易出现脆裂(被称为氢气病)。为了避免出现此一问题，可采用无氧铜或脱氧铜。韧铜熔铸工艺简单，成本较低，适于大规模生产各种加工制品。中国韧铜牌号有T1、T2和T3三级，其中大量使用的是T2铜。

无氧铜       不含氧亦不含任何脱氧剂残留物的铜。无氧铜电导率高，加工性能、焊接性、耐蚀性和低温性能均好，无氢脆现象。无氧铜对杂质要求比较严格，根据含铜量和杂质量的高低，我国把无氧铜分为Tul和TU2两级。对于用于封结真空管的特殊无氧铜，其含磷量要求低于0.0003％，以保证所生产的氧化膜能与铜基体牢固结合。另外，对于电子设备专用的无氧铜加工材，对铜和杂质的要求更高更严，含铜量应大于99．99％，并对13种杂质提出了严格的要求。

脱氧铜        不含氧，但含有少量金属或非金属脱氧剂(如磷、锂、硼、钙、锰等)残留物的铜。磷脱氧铜是最常用的脱氧铜，其加工性能和焊接性能良好，亦无氢脆现象，适于作焊接或钎焊材料之用。但添加磷会显著降低铜的电导率，因此一般控制在0.005％～0.050％的较低范围之内。中国磷脱氧铜有TPl和TP2两级。

表1列出韧铜、无氧铜和脱氧铜的化学成分和电导率。

表1  韧铜、无氧铜和脱氧铜的化学成分和电导率

汽车水箱带用铜在铜中       添加少量银、锡或镉以提高材料的软化温度用来生产汽车水箱散热器翅片的变形铜。添加量：银一般在0.05％左右，锡或镉在0.1％左右。

易切削铜       含有少量硫、碲或铅，从而具有良好切削性的变形铜。硫、碲或铅的名义成分分别为0.4％、0.5％和1％。

性能                纯铜具有优良的导电、导热性能，较稳定的化学性能，良好的延展性，能承受高度的冷热加工变形。

物理性质       铜是仅次于银的优良的导电和导热体。常温下铜的电导率和热导率分别为银的94％和73．2％。

为了方便起见，在铜和铜合金中，一般用IACS的百分数来表示其电导率。IACS(International  Annealed  copper  Standard)是国际社会在1913年议定的用当时退火铜的电阻率来衡量铜和铜合金电导率的一种单位，100％IACS相当于体电阻系数为1．7241μΩ•cm。超纯铜(含铜99．999％)的电导率约为103％IACS。退火状态下的工业纯铜的电导率在100％～101％IACS之间。在铜中固溶的杂质降低铜的电导率，图1示出微量杂质元素对铜电阻系数的影响。从图可见，铁、磷和钛的影响最为强烈，银、锌、镉的影响最小。温度对铜的电导率的影响很大，温度升高，电导率下降，从-240℃时的800％IACS降到425℃时的38％IACS。冷加工对铜的电导率也有影响，当加工率达到90％时，电导率约降低2％～3％IACS。

铜的主要物理性质见表2。

化学性质        铜的耐蚀性能较好，能耐大气、非氧化性矿物酸和有机酸、碱、盐溶液和各种天然水或处理水的腐蚀，并能耐土壤腐蚀，常用于制作地下构件。铜不适宜使用于氧化性酸(如硝酸)中。在完全不存在空气时，铜能抵抗硫酸和醋酸等非氧化性酸的腐蚀，但在含有空气时，铜将受到这些酸的腐蚀。铜在氨中无黄铜所出现的应力腐蚀现象。

力学性能         高纯铜是很软的金属，只需要3．9MPa的剪应力就可以使单晶高纯铜在其{111}晶面上产生滑移。工业纯铜的强度由其状态和晶粒大小所决定。晶粒度一般在0.01～0.1mm，在退火状态下，铜的抗拉强度只有220MPa。经冷加工后，强度上升，塑性降低。表3为铜的典型力学性能。表3铜的典型力学性能。

纯铜的再结晶温度约为140C，工业纯铜的再结晶温度为180～230℃。添加少量固溶元素能提高铜的再结晶温度，单位浓度提高的程度与添加元素和铜的原子尺寸差有关。钇、钪、锆、铪、钛、铬、锡、银、铟、镉、锑等影响较大，铁、钴、镍、锌、镓、锗等影响较小。图2示出部分添加元素对提高铜再结晶温度的影响。

加工性能          铜有较好的热加工性能，可进行各种热变形。微量的铋和铅对铜的热加工性能有害，应分别控制在0．002％和0.005％以下。铜的冷加工性能很好，一般能承受90％的冷变形而不破裂。

切削性          纯铜的切削性较差，只有20％左右(以

易切削黄铜的切削性为100％)，添加硫、碲、铅等元素可大大改善铜的切削性，使之达到80％～85％。

用途        无氧铜由于其纯度高，且无氢脆问题，因而使用在波导、真空管和晶体管部件、玻璃和金属封结、同轴电缆以及超导磁绕组的稳定化处理等方面。韧铜用来制作铜母线、接触器、各种类型的导体、雷达部件、开关和接点等。上述两种铜经加银处理的用于制作需要抗软化器件，如变压器、发电机和大型同步发电机的绕组等。磷脱氧铜主要用于制作电冰箱和空调器用管，整流器和输水管或输气管等(当导电和导热以及焊接性能或钎焊性能需要时)。易切削铜主要用于制造螺纹制品和其他焊嘴、夹具、端子和开关部件等。