구리는 인류가 사용한 초기 금속입이며 업계에서 가장 오래된 금속 중 하나로 남아 있으며 매우 긴 수명을 가지고 있습니다. 구리는 일상 생활에서 중요한 역할을 합니다. 그것은 전선, 자동차, 파이프 및 튜브 및 기타 모든 종류의 모양에 사용됩니다. 이는 혁신에 영감을 불어넣어 미래에 더 가까이 다가갈 수 있도록 합니다.
기계 공학에서 일반적으로 사용되는 금속 중에서 구리와 그 합금은 가장 다재다능한 금속 중 하나입니다. 뛰어난 특성(높은 전도성, 강도, 가공성 및 내식성)으로 인해 다양한 응용 분야와 호환됩니다. 그럼에도 불구하고 합금 원소와 제조 공정의 변화를 통해 이러한 특성을 더욱 풍부하게 할 수 있습니다.
구리는 북부 이라크(메소포타미아)에서 구리 펜던트가 발견된 후 기원전 8,700년으로 거슬러 올라가는 몇 안 되는 금속 중 하나입니다. 구리로 만들어진 가장 오래된 물건으로 추정된다. 구리는 많은 고대 문명에서 중요한 역할을 해왔으며 메소포타미아인들이 구리를 발견했다는 믿음이 널리 퍼져 있습니다.
기원전 5,500년에서 기원전 4,000년 사이는 보통 "백석기 시대"라고 불리는 구리 시대였습니다. 그것은 그리스어 "Chalkos"(구리)와 "lithos"(바위)에서 유래했습니다. 그러나 구리는 라틴어 이름 "Cuprum"을 가지고 있으며 이 라틴어 이름은 고대에 구리 재료의 주요 공급원이었던 키프로스 섬에서 유래했습니다. Cuprum 또는 구리는 "키프로스의 금속"이었습니다.
1. 구리란?
구리는 자연적으로 발생하며 재활용률이 높은 원소입니다. 원소 주기율표에 기호 "Cu"와 원자 번호 29가 있습니다. 구리 또는 Cu 원소는 황동 및 청동과 함께 적색 금속 범주에 속합니다. 구리 원소는 비철하고 기계 가공이 용이한 재료로 다양한 부품을 쉽게 제작할 수 있습니다.
구리 금속은 높은 전기 및 열 전도성을 나타내기 때문에 다양한 목적으로 여러 산업 분야에서 적용할 수 있습니다. 또한 구리는 내식성 특성으로 인해 해수 환경에서 널리 사용됩니다.
2. 구리의 특성
구리는 고유한 특성으로 인해 다른 금속에 비해 막대한 이점을 제공합니다. 다음은 일반적인 구리 재료 특성입니다.
- 외관: 구리의 적갈색은 청동 금속과 구별되는 분홍빛이 도는 주황색을 띱니다. 순수한 구리 재료는 일반적으로 산화 전에 분홍색을 띱니다. 그러나 쉽게 구할 수 있는 구리는 갈색 구리 산화물의 빠른 형성으로 인해 표준 적갈색을 띱니다.
- 작업성: 구리는 가단성과 연성이 우수하기 때문에 제조가 쉽습니다. 구리와 그 합금은 깨지지 않고 굴리고, 망치질하고, 그릴 수 있습니다. 구리는 가장 순수한 형태로 냉간 가공할 수 있습니다. 그러나 금속에 납이나 아연과 같은 합금제가 포함된 경우 금속을 열간 가공해야 할 수도 있습니다.
- 강도: 구리는 황동이나 청동에 비해 가장 강하지는 않지만 거친 금속입니다. 그러나 쉽게 부서지거나 부서지지 않기 때문에 우수한 금속 강도 특성을 제공합니다. 구리는 33.3 Mpa의 항복 강도와 210 Mpa 인장 강도를 가지고 있습니다.
- 내식성: 구리 금속은 표면에 얇은 산화막을 생성합니다. 따라서 구리 합금으로 만든 제품은 산화물 층이 손상되지 않는 한 부식 요소에 효과적으로 영향을 받지 않습니다.
- 전기 및 열 전도성: 구리의 높은 전기 및 열 전도율은 가장 중요한 특성 중 하나입니다. 구리는 전도성이 뛰어나 전선, 변압기 및 기타 도체의 모든 코어의 약 95%를 만듭니다. 은은 구리보다 더 많은 전기 전도성을 제공하지만 열 처리가 불량합니다. 따라서 구리는 전기 응용 분야에 가장 적합한 금속입니다.
3. 구리의 생산절차
구리는 다양한 절차를 통해 생산할 수 있습니다. 일반적인 단계는 다음과 같습니다.
1) 광업
원시 구리는 납 및 아연과 같은 다른 금속을 포함하는 광석 또는 광물로 지구 표면에서 발견됩니다. 구리 광석 채굴은 일반적으로 큰 노천 구덩이 또는 지하 계단식 구멍에서 발생합니다. 이 노천 광산은 폭발물을 사용하여 암석을 서서히 폭발시키기 위해 지각 깊숙이 파고 있습니다. 생성된 바위는 추가 처리를 위해 더 작은 조각으로 이동됩니다. 채굴되는 구리 재료의 약 90%는 노천 채굴에서 나옵니다.
2) 추출 및 정제
두 가지 일반적인 구리 광석 유형을 기반으로 하는 두 가지 주요 정제 공정이 있습니다. 산화물 광석은 습식 제련 공정을 사용하여 추출됩니다. 분쇄된 광석을 수집하고 산성 침출 용액을 더미 전체에 천천히 펴 넣어 임신한 침출 용액을 만듭니다.
임신한 침출 용액은 용매 추출 공정을 통과하여 용액에 구리를 농축합니다. 그런 다음 이 용액은 전기를 사용하여 고체 구리가 증착되는 전기로 보내집니다.
반면에 황화물 광석은 열제련 공정을 통해 정제됩니다. 추출은 입자의 밀도에 따라 거품 부유선광과 농축에 의해 발생합니다. 따라서 제련소는 원시 구리를 형성하는 데 사용되며, 이는 전기 정제를 통해 추가로 정제됩니다.
3) 합금
구리 합금은 먼저 합금제를 녹인 다음 첨가할 구리를 녹여 생산됩니다. 그런 다음 뜨거운 액체 혼합물을 빌릿, 막대, 잉곳 또는 케이크로 주조하고 균일하게 냉각 및 응고시킵니다.
4) 전기 정제
전기 정제는 불순한 구리 금속을 용액에 전해로 용해하는 구리 제조 공정입니다. 전류는 용액을 통과하여 전극에 순수한 구리를 전기화학적으로 증착합니다. 결과적으로 이것은 더 높은 순도를 위해 구리에서 불순물을 추출합니다. 그러나 이 프로세스는 매우 높은 전기 수요로 인해 비용이 많이 듭니다.
4. 구리의 등급
구리는 다양한 등급으로 제공되며 각각 고유한 특성과 이점이 있습니다. 결과적으로 프로젝트에 적합한 구리 등급을 결정하기 위해 다양한 구리 등급과 특성을 아는 것이 중요합니다.
1) 순수 구리
순수 구리는 약 0.7%의 불순물을 함유하고 있기 때문에 가장 순수한 형태로 존재합니다. 순수 구리는 첨가제가 있는 구리보다 부드럽고 가단성이 높습니다. 따라서 산업 전반에 걸쳐 다양한 목적, 특히 정밀 전기 부품으로 널리 사용됩니다. 구리 재료 공급업체는 때때로 기계적 특성을 높이기 위해 순수 구리에 다른 원소의 작은 부분을 첨가합니다. 그러나 순수 구리 등급의 UNS 번호는 C10100에서 C13000까지입니다.
2) 쾌삭 구리
쾌삭 구리는 가공성이 우수하여 제조업체는 종종 여러 CNC 가공 작업에 사용합니다. 이 등급의 구리 금속에는 합금 원소로 황과 텔루라이드가 포함되어 있습니다. 쾌삭 구리 금속은 전기 시스템 부품, 납땜 인두 팁 및 용접 토치 팁을 생산하는 데 매우 적합합니다. 이 등급에 대해 UNS가 할당한 번호는 첨가된 합금제에 따라 다릅니다. C14700은 황에 대한 UNS 번호이고 C14500은 텔루라이드에 대한 번호입니다.
3) 양은 구리
양은 구리는 주어진 이름에 관계없이 은 원소로 만들어지지 않습니다. 이 구리 합금 재료는 약 9-30 %의 니켈 농도와 약 65 %의 구리 농도를 포함합니다. 한편, 아연의 농도는 니켈 함량이 변함에 따라 변합니다.
그러나 니켈 농도가 높을수록 구리 합금의 내식성이 높아지지만 가단성이 희생됩니다. 구리 합금 등급은 UNS 번호 C73500에서 C79999입니다. 건축 부속품, 악기 키 및 수저는 니켈 실버의 일반적인 응용 분야입니다.
4) 전해 구리
전해 구리 등급의 구리 합금은 불순물을 배출하기 위해 용액 내에서 전기 분해를 통해 생성됩니다. 100% 전기 전도성과 가공성을 갖춘 고순도 구리 등급입니다. 따라서 냉간 및 열간 가공 공정과 호환됩니다. 전해 구리 등급은 UNS 할당 번호 또는 C11000을 가지며 50ppm 미만의 금속 불순물로 구성됩니다. 이러한 구리 금속의 일반적인 응용 분야에는 케이블, 권선, 버스 바 및 전선이 포함됩니다.
5) 무산소 구리
무산소 구리 등급은 최소 99.99%의 구리를 포함하며 산소를 제거하기 위해 과립 흑연 배스에서 용융 및 가열되어 녹는 점까지 가열됩니다. 무산소 구리는 얻을 수 있는 가장 순수한 구리 등급으로, 비산화 조건으로 인해 불순물이 최소화됩니다.
그들은 현저하게 높은 열과 전기 전도성을 나타냅니다. 따라서 이러한 구리 금속은 높은 전기 전도성, 내식성 또는 기타 구리 특성이 필요한 부품 가공에 적합합니다. 구리 등급에는 UNS 번호 C10100 및 C10200이 지정됩니다.
7) 구리-니켈 합금
구리-니켈 합금은 합금 원소로 1.5-45% 니켈을 포함합니다. 첨가된 니켈 합금은 경도 및 강도와 같은 기계적 특성을 증가시킵니다. 그러나 이러한 합금은 니켈 함량이 재료의 연성과 가공성을 감소시키기 때문에 기계 가공이 복잡해집니다.
이 등급의 구리는 구리와 니켈 모두에 대해 더 나은 내식성 특성을 제공하며 은 방열판, 냉각 시스템 및 동전과 같은 제품을 만드는 데 널리 사용됩니다. 이 구리 등급에는 UNS 번호 C70000에서 C73499까지 할당됩니다.
5. 구리의 장단점
다음은 제조에서 구리의 몇 가지 이점입니다.
- 구리는 재활용이 가능하고 환경 친화적이기 때문에 채굴 및 제조된 금속의 80% 이상을 계속 사용할 수 있습니다.
- 구리 합금 소재는 항균 특성이 있어 의료 도구 및 부품과 같은 부품에 사용할 수 있습니다.
- 구리 합금 소재는 부드럽고 작업하기 편리합니다. 기계공은 구리 합금 재료를 균열 없이 다양한 크기의 다양한 모양으로 구부리고 늘립니다.
- 군사 및 방위와 같은 비자성 응용 분야에 이상적인 재료입니다.
- 구리 재료는 티타늄과 같은 금속보다 저렴하고 가공이 용이합니다.
- 내식성과 같은 구리 특성은 다양한 응용 분야의 부품 및 구성 요소를 만드는 데 이상적입니다.
다음은 구리 사용의 몇 가지 단점입니다.
- 구리는 독성 수준이 더 높습니다. 따라서 구리를 정기적으로 섭취할 수 있는 기구와 같은 응용 분야에는 적합하지 않습니다.
- 구리 합금은 고온에서 산화가 발생하기 때문에 공기에 노출될 때 수명이 제한되어 있습니다.
- 이 금속은 광섬유의 대체 신호 전송 기술에 비해 충격 위험이 있습니다.
- 구리 재료의 비용은 플라스틱(물 배관) 또는 알루미늄(전기 케이블)과 같은 잠재적인 대체 재료의 비용보다 높습니다.
- 알루미늄과 같은 다른 재료보다 상대적으로 무겁습니다. 따라서 가공선을 만드는 데 적합하지 않을 수 있습니다.
6. 구리 부품의 응용
구리 부품은 모든 사회에서 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.
1) 건축학
구리는 미학적으로 매력적인 외관으로 인해 건축 요소를 만드는 데 적합한 금속입니다. 건축의 일반적인 구리 용도에는 지붕, 벽 클래딩, 빗물 배수구 및 홈통이 포함됩니다.
2) 동전
구리는 발견 이후 수년 동안 동전을 만드는 데 사용되었습니다. 내구성이 뛰어나고 가단성이 있습니다. 따라서 제조업체는 쉽게 스탬핑을 할 수 있으며 유통 중에도 살아남을 수 있습니다. 또한 내식성과 항균 특성으로 인해 이러한 목적에 적합합니다.
3) 배관 공사
구리 금속은 내식성이 우수하기 때문에 가정에서 가정용 물 배관용 튜브를 만드는 데 자주 사용됩니다.
4) 재생 가능 에너지
재생 에너지 시장에서 구리 부품의 용도는 매우 다양합니다. 예를 들어, 엔지니어는 구리를 사용하여 태양광 패널의 연결 및 케이블링을 만듭니다. 마찬가지로, 구리 부품은 풍력 터빈의 발전 터빈 내에서 사용됩니다.
5) 전자공학
구리의 높은 전기 전도성은 전자 및 전기 배선을 만드는 데 적용할 수 있습니다. 알루미늄과 달리 구리 금속은 더 작은 단면에 전류를 전달할 수 있습니다. 결과적으로 더 적은 벌크 재료를 사용하고 더 작은 구성 요소를 만들 수 있습니다.
6) 수송
자동차 엔지니어와 제조업체는 구리를 사용하여 우수한 전기 전도성을 제공하기 때문에 현대 자동차의 복잡한 전자 장치용 전기 케이블과 같은 구성 요소를 만듭니다. 더욱이 시장 점유율에서 전기 자동차에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 전기 모터와 같은 요소에 사용되는 구리 재료의 양이 크게 증가했습니다. 운송 산업의 다른 구리 부품에는 오일 쿨러와 라디에이터가 포함됩니다.
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