铜是人类发现最早的金属之一,也是最好的纯金属之一,属于重金属之列。早在远古时代,人们便发现了天然铜(纯铜),并且用锤打的方法把它加工成物件。后来,铜器逐渐取代了石器,结束了人类历史上的新石器时代。铜的使用对早期人类文明的进步影响深远,可以说是人类的功勋元素。1957年和1959年,在甘肃省武威县皇娘娘台遗址的两次发掘中出土了铜器近20件,经分析,铜器中铜的含量高达99.63%~99.87%(质量分数),属于纯铜。从中我们可以看到,曾雄踞于一个历史时期的金属铜对我国文明史的贡献。
当人们有了长期用火,特别是制陶的丰富经验后,也为铜的冶炼准备了必要的条件。1933年,在河南省安阳县殷墟遗址的发掘中,发现了重达18.8kg的孔雀石(见图28-1)、直径在35mm以上的木炭块、炼铜用的将军盔以及重21.8kg的煤渣。这说明3000多年前的我国古代劳动人民就已经掌握了从铜矿中冶炼铜的技能。
从商周时代起,古人就会用青铜磨光做成镜子。出土的青铜镜光亮可照人,背面雕有精美纹饰(见图28-2)。不禁让人联想起古人“当窗理云鬓,对镜贴花黄”的情形。
纯铜是一种坚韧、柔软、富有延展性、呈紫红色而有光泽的金属(俗称为紫铜)。铜具有许多可贵的物理化学特性,如热导率很高,化学稳定性强,抗拉强度大,易熔接,且耐蚀性、可塑性、延展性好。1g的铜可以拉成3000m长的细丝,或压成10多平方米几
图28-1 孔雀石
图28-2 青铜镜
乎透明的铜箔。纯铜的导电性和导热性很高,仅次于银,但铜比银要便宜得多。工业纯铜分为3种:T1、T2和T3,编号越大,纯度越低。纯铜为逆磁性物质,常用来制造不受磁场干扰的磁学仪器,如罗盘和航空仪器。
纯铜可以用来制造多种合金,黄铜就是其中的一种。黄铜是向纯铜中加入锌,由于铜的颜色变为了黄色,故此而得名。黄铜主要由铜和锌组成,它的力学性能和耐磨性都很好,可用于制造精密仪器、船舶的零件和枪炮的弹壳(见图28-3)等。黄铜敲起来声音好听,因此锣、钹(见图28-4)、铃、号等乐器都是用黄铜制作的。
图28-3 子弹
图28-4 钹
黄铜一词最早见于西汉东方朔所撰的《申异经·中荒经》:“西北有宫,黄铜为墙,题日地皇之宫。”黄铜的主要用途见表28-1。
表28-1 黄铜的主要用途
白铜是以镍为主要添加元素的铜合金。向纯铜中加入镍,就会使铜的颜色变白,称为白铜。白铜的镍含量在10%~30%(质量分数)之间,镍含量更高的合金则被称为康铜。白铜的色泽和银一样,且不易生锈。镍含量越高,颜色就越白。生活中人们经常用到的钥匙有的银光闪闪,就是因为制作钥匙的材料使用的是白铜。
纯铜中加入镍能显著提高强度、耐蚀性、硬度、电阻和热电性,并降低电阻率和电阻温度系数。因此,白铜比其他铜合金的力学性能、物理性能都好。白铜延展性好,硬度高,色泽美观,耐腐蚀,具有深冲性能,适用于装饰品、给水器具、仪器器械和货币的制造,并是重要的电阻及热电偶合金材料。白铜制作的钱币如图28-5所示。白铜的缺点是主要添加元素镍属于稀缺的战略物资,价格比较昂贵。(www.daowen.com)
图28-5 白铜制作的钱币
唐宋时期,我国白铜已远销阿拉伯一带,当时被波斯人称为“中国石”。明清时期,云南的白铜面盆以不起污垢、一拭即新的特点堪称我国一绝。
铜与锡的合金称为青铜,因色青而得名。青铜具有熔点低、硬度大、可塑性强、耐磨、耐腐蚀、色泽光亮等特点,适用于铸造各种器具、机械零件、轴承、齿轮等。古代的青铜剑如图28-6所示。
图28-6 青铜剑
除黄铜﹑白铜以外的铜合金均称为青铜,并常在青铜名字前冠以另外添加元素的名称。常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜和铅青铜等。
青铜是人类历史上一项伟大的发明。它是纯铜和锡、铅的合金,也是金属冶铸史上最早的合金。青铜一经发明,便立刻盛行起来,从此人类历史也就进入了新的阶段——青铜时代。
青铜一般具有较好的耐蚀性、耐磨性、铸造性和优良的力学性能,常用于制造精密轴承、高压轴承、船舶上耐海水腐蚀的机械零件,以及各种板材、管材、棒材等。由于青铜的熔点比较低(约为800℃),所以容易熔化和铸造成形。青铜还有一个反常的特性,即热缩冷胀,因此特别适合用来铸造艺术品,因为金属液在冷却后膨胀可以使花纹更清楚,如图28-7所示。
图28-7 四羊方尊
从远古时代到今天,铜一直服务于人类。随着现代工业的发展,铜在电气、轻工、机械制造、建筑和国防等行业更是得到了广泛的应用,尤以在电气、电子工业中应用最广,用量最大,占到了其总消费量的一半以上。图28-8所示为用铜制作的各种电缆。
图28-8 铜电缆
图28-9 所示为在建筑工业中用铜合金制作的管道配件。
图28-9 铜合金管道配件
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