Kupfer (Cu) ist ein chemisches Element aus der 11. Gruppe (nach veralteter Klassifikation eine Nebengruppe der 1. Gruppe, IB) des vierten Periodensystems der chemischen Elemente nach Dmitri I. Mendelejew mit der Ordnungszahl 29.
Kupfer (Cu) ist ein weiches, plastisches Metall von rosaroter bis rötlicher Farbe und besitzt eine niedrige elektrische Leitfähigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit.
Eigenschaften von Kupfer
Metallgruppe: Weiches, plastisches Metall
Ordnungszahl: 29
Atommasse: 63,546
Schmelzpunkt: 1083 °C
Dichte: 8,96 g/cm³
Dichte bei 20°C: 8,93 g/cm³
Siedepunkt: 2567 °C
Schmelzwärme: 13,01 kJ/mol
Verdampfungswärme: 304,6 kJ/mol
Wärmeleitfähigkeit: 401 W/(m·K)
Molares Volumen: 7,1 cm³/mol
Spezifischer elektrischer
Widerstand bei 20°C: 0,0175 Ohm*mm²/m
Spezifische elektrische Leitfähigkeit bei 20°C: 57×10^4 S/cm
Elastizitätsmodul: 110 GPa
Poissonzahl: 0,35 Härte: 35…130 HV
Cu besitzt eine hohe chemische Beständigkeit gegen Korrosion. An der Oberfläche von Kupferprodukten bildet sich eine Oxidschicht, die als Patina bekannt ist und einen korrosionsbeständigen Schutz bietet. Aufgrund seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit wird Kupfer in Form von Drähten, Schienen und Bändern in der Elektroindustrie und in der Energieerzeugung als unverzichtbarer Stromleiter weit verbreitet eingesetzt. Aufgrund des Anstiegs des elektrischen Widerstands von Kupferleitungen aufgrund natürlicher Verunreinigungen wird für Leiter Kupfer verwendet, das in Bezug auf seine chemische Zusammensetzung am reinsten ist und den geringsten Massenanteil an Verunreinigungen aufweist.
Produkte aus Leitkupfer, wie zum Beispiel Kontaktdrähte in der städtischen und Eisenbahnstromversorgung, müssen neben hohen elektrischen Eigenschaften auch hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Schmierfähigkeit aufweisen. Diese Eigenschaften werden durch die Technologie der Herstellung von technischem Kupfer sowie durch nachfolgende Verformung und Oberflächenbehandlung im Walz- und Ziehprozess erreicht.
Da Kupfer sowohl in heißem als auch in kaltem Zustand sehr plastisch ist, werden Produkte aus Kupfer durch Walzen, Ziehen und Stanzen hergestellt.
Während der Deformation im Produktionsprozess nehmen Eigenschaften wie Festigkeit und Härte signifikant zu, während die Plastizität abnimmt. Gelegentlich wird Kupferprodukten absichtlich eine Kaltverformung unterzogen, um die Festigkeit und Härte zu erhöhen und die Plastizität zu verringern. Zum Beispiel, beim Bau von Stromübertragungsleitungen, um den Abstand zwischen den Masten zu erhöhen, werden Kupferleitungen absichtlich einer Kaltverformung unterzogen.
Kupfermarkierungen
Abhängig von der Massenfraktion der Verunreinigungen werden folgende Marken hergestellt: M00A, M00BK, M0A, M0, MB, M1, M2, M2R, M3, M3R, M4, AMF. Bei der Kennzeichnung von primärem technischem Kupfer sind folgende Bezeichnungen üblich: M – Kupfer; Zahlen von 00 bis 4 – Massenanteil natürlicher Verunreinigungen von 0,01 bis 1,00%; B – sauerstofffrei, R – sauerstofffrei, A – anodisch, K – kathodisch.
Kupferlegierungen
Reines technisches Kupfer wird praktisch nicht als Konstruktionsmaterial verwendet, aber es wird in der Herstellung von Konstruktionslegierungen mit Nickel, Blei, Zink und anderen chemischen Elementen eingesetzt. Diese und andere chemische Elemente in Legierungen auf Kupferbasis verleihen ihnen hohe mechanische und technologische Eigenschaften.
Es gibt solche Legierungen von Buntmetallen auf Kupferbasis wie Messing, Bronze, Manganin, Messing, Neusilber, Konstantan und Münzlegierungen.
Manganin
Manganin (MNMc3-12) ist eine Legierung aus Kupfer (85%), Mangan (12%) und Nickel (bis zu 4%). Manganin wird in der Elektrotechnik eingesetzt, um die Messgrenzen von Messinstrumenten zu erhöhen (z. B. in Qualitätsstromwandlern).
Messing
Legierungen von Kupfer mit Zink werden Messing genannt. Messinglegierungen mit einem Massenanteil von Zink von bis zu 45% wurden verwendet. Messinglegierungen können auch andere chemische Elemente mit niedrigem Massenanteil enthalten. Im Vergleich zu Kupfer hat Messing eine höhere Festigkeit, Härte, Elastizität, Korrosionsbeständigkeit, geringere Plastizität und hohe technologische Eigenschaften.
Bronze
Bronzen sind Legierungen von Kupfer mit Zinn und anderen chemischen Elementen. Je nach Verarbeitungsmethode werden Guss- und verformbare Bronzen sowie bleifreie und bleihaltige Bronzen unterschieden.