.Rame per l'architettura e l'arte
※ Sistema di condutture
Grazie ai vantaggi dei tubi dell'acqua in rame, come belli e durevoli, facilità di installazione, ignifughi e sanitari, hanno un rapporto qualità-prezzo significativamente superiore rispetto ai tubi in acciaio zincato e ai tubi in plastica. Negli edifici residenziali e pubblici, i tubi in rame sono sempre più preferiti per l'approvvigionamento idrico, il riscaldamento, la fornitura di gas e i sistemi antincendio, e sono diventati attualmente il materiale preferito. Nei paesi sviluppati, i sistemi di approvvigionamento idrico in rame hanno rappresentato una grande percentuale. Il Manhattan Building di New York, il sesto edificio più alto del mondo, utilizza 60,000 piedi (10,000 chilometri) di tubi di rame solo per il sistema di approvvigionamento idrico. In Europa, il consumo di tubi in acciaio per l'acqua potabile è molto elevato. Il consumo medio di tubi d'acciaio per l'acqua potabile nel Regno Unito è di 1,6 chilogrammi pro capite all'anno, mentre in Giappone è di 0,2 chilogrammi. Poiché i tubi in acciaio zincato sono soggetti alla ruggine, molti paesi li hanno vietati. È fondamentale che il mio Paese promuova l’uso di sistemi di tubazioni in rame nella costruzione di case.
※ Decorazione della casa
In Europa è tradizione utilizzare piastre passanti per realizzare tetti e gronde. Nei paesi nordici viene utilizzato anche come decorazione murale. Il rame ha una buona resistenza alla corrosione atmosferica, è durevole e può essere riciclato. Ha una buona lavorabilità e può essere facilmente trasformato in forme complesse. Ha anche dei bellissimi colori, quindi è molto adatto per la decorazione della casa. Ha una lunga storia di applicazione sui tetti di edifici antichi come le chiese, ed emette ancora una brillantezza attraente. Viene inoltre sempre più utilizzato nella costruzione di grandi edifici moderni e persino di appartamenti e case. Ad esempio, a Londra, l'edificio "Commonwealth Council", che rappresenta l'arte architettonica moderna britannica, ha una forma complessa del tetto, costruito con lastre di rame, del peso di circa 25 tonnellate; il Crystal Palace Sports Center, inaugurato nel 1966, utilizza 60 tonnellate di rame per realizzare un tetto ondulato, ecc. Secondo le statistiche, il consumo medio annuo di lastre di rame utilizzate per i tetti in Germania è di {{6} },8 chilogrammi a persona, e negli Stati Uniti è di 0,2 chilogrammi.
Inoltre, la decorazione della casa, come maniglie delle porte, serrature, persiane, ringhiere, lampade, decorazioni murali, utensili da cucina, ecc., utilizza prodotti in acciaio che non solo sono durevoli e disinfettabili, ma decorano anche con un'atmosfera elegante e sono profondamente amati dalle persone.
※ Statue e artigianato
Non esiste altro metallo al mondo che possa essere utilizzato così ampiamente come il rame per realizzare vari oggetti artigianali. È stato popolare dai tempi antichi fino ai giorni nostri. Nella costruzione urbana odierna, vari monumenti, campane fuse, treppiedi, statue, statue di Buddha, prodotti antichi, ecc., utilizzano una grande quantità di leghe di rame fuse. Gli strumenti musicali moderni, come i flauti, sono realizzati in rame bianco e i sassofoni sono in ottone. Varie opere d'arte squisite, placcature in oro poco costose e finti gioielli in oro e argento richiedono anche l'uso di leghe di rame di vari componenti.
Il Buddha Tian Tan di Hong Kong, costruito nel 1996, è realizzato in fusione di stagno, zinco e bronzo al piombo. È alto 26 metri e pesa 206 tonnellate. Il Buddha Nanhai Guanyin sul monte Putuo, Zhejiang, costruito nel 1997, è alto 20 metri e pesa 70 tonnellate. È la prima statua gigante in bronzo al mondo costruita con materiali in finto oro. Successivamente, a Wuxi fu completata una statua in bronzo del Buddha Sakyamuni alta 88-un metro.
※ Monete
Da quando i nostri antenati usavano le monete per le transazioni, il rame e le leghe di rame sono stati utilizzati per fabbricare monete, che sono state tramandate di generazione in generazione. Con lo sviluppo dei moderni telefoni a gettoni, dell'equitazione e dello shopping, ecc., la quantità di acciaio utilizzata nella fabbricazione delle monete è aumentata.
Nell'applicazione delle monete di rame, oltre a modificare le dimensioni, è molto conveniente utilizzare diversi componenti della lega e cambiare il colore della lega per creare e distinguere diverse denominazioni di valuta. Comunemente utilizzate sono le "monete d'argento" contenenti il 25% di nichel, le monete di ottone contenenti il 20% di zinco e l'1% di stagno e le monete "di rame" contenenti una piccola quantità di stagno (3%) e zinco (1,5%). Migliaia di tonnellate di rame vengono consumate ogni anno nella produzione di monete di rame in tutto il mondo. La sola Royal Mint di Londra produce ogni anno 700 milioni di monete di rame, che richiedono circa 7,000 tonnellate di metallo.
H. Applicazioni nell'alta tecnologia
Il rame non è solo ampiamente utilizzato nelle industrie tradizionali, ma svolge un ruolo importante anche nelle industrie emergenti e nei settori ad alta tecnologia. Per esempio:
※ Computer
L’informatica è il precursore dell’alta tecnologia. Si basa sulla cristallizzazione della saggezza umana moderna: il computer, uno strumento per elaborare e gestire informazioni vaste e in continua evoluzione. Il cuore del computer è composto da un microprocessore (che comprende un'unità aritmetica e un controller) e una memoria. Questi componenti di base (hardware) sono circuiti integrati su larga scala, con decine di milioni di transistor, resistori, condensatori e altri componenti interconnessi distribuiti su minuscoli chip per eseguire rapidi calcoli numerici, operazioni logiche e grandi quantità di archiviazione di informazioni. I chip di questi circuiti integrati devono essere assemblati tramite lead frame e circuiti stampati per funzionare. Dal capitolo precedente "Applicazioni nell'industria elettronica", possiamo vedere che il rame e le leghe di rame non sono solo materiali importanti nei lead frame, nelle saldature e nei circuiti stampati; possono anche svolgere un ruolo importante nell'interconnessione di minuscoli componenti nei circuiti integrati.
※ Superconduttività e bassa temperatura
La resistenza dei materiali generali (eccetto i semiconduttori) diminuisce al diminuire della temperatura. Quando la temperatura scende molto, la resistenza di alcuni materiali scompare completamente. Questo fenomeno è chiamato superconduttività. La temperatura più alta alla quale appare la superconduttività è chiamata temperatura critica superconduttiva del materiale. La scoperta della superconduttività ha aperto un nuovo mondo per l’uso dell’elettricità. Quando la resistenza è zero, è possibile generare una corrente molto grande (teoricamente infinita) applicando una tensione molto piccola e si possono ottenere un campo magnetico e una forza magnetica enormi; ovvero quando la corrente lo attraversa non si verifica alcuna riduzione di tensione e nessuna perdita di energia elettrica. Ovviamente, la sua applicazione pratica causerà cambiamenti nella produzione e nella vita umana, e ha attirato molta attenzione.
Tuttavia, per i metalli comuni, la superconduttività appare solo quando la temperatura viene ridotta molto vicino allo zero assoluto (-273 grado C), cosa difficile da ottenere in ingegneria. Negli ultimi anni sono state sviluppate alcune leghe superconduttrici le cui temperature critiche sono più elevate di quelle dei metalli puri. Ad esempio, la temperatura critica della lega Nb3Sn è 18,1 K. Tuttavia, la loro applicazione è inseparabile dal rame. Innanzitutto queste leghe devono lavorare a temperature bassissime e ottenere basse temperature attraverso la liquefazione dei gas. Ad esempio, le temperature di liquefazione dell'elio liquido, dell'idrogeno liquido e dell'azoto liquido sono rispettivamente 4K (-269 grado C), 20K (-253 grado C) e 77K (-196 grado C). Il rame ha ancora una buona tenacità e plasticità a temperature così basse ed è un materiale strutturale e di trasporto indispensabile nell'ingegneria criogenica. Inoltre, le leghe superconduttrici come Nb3Sn e NbTi sono molto fragili e difficili da trasformare in profili. Devono essere combinati con il rame come materiale di rivestimento. Attualmente, questi materiali superconduttori sono stati utilizzati per realizzare potenti magneti e sono stati applicati in dispositivi di risonanza magnetica nucleare per diagnosi mediche e in alcuni potenti separatori magnetici nelle miniere. Anche i treni maglev che si prevede avranno una velocità superiore a 500 chilometri orari si affidano a questi magneti superconduttori per sospendere i treni, evitare la resistenza del contatto ruota-rotaia e ottenere il funzionamento ad alta velocità delle carrozze.
※ Tecnologia aerospaziale
Nei razzi, nei satelliti e nelle navette spaziali, oltre ai sistemi di controllo microelettronici, agli strumenti e alle apparecchiature di strumentazione, molti componenti chiave utilizzano anche rame e leghe di rame. Ad esempio: la camera di combustione e la camera di spinta del motore a razzo possono essere raffreddate grazie all'eccellente conduttività termica dell'acciaio per mantenere la temperatura entro l'intervallo consentito. La camera di combustione del razzo Ariana 5 utilizza una lega combinata rame-argento. In questa camera vengono elaborati 360 canali di raffreddamento e l'idrogeno liquido viene introdotto per il raffreddamento quando il razzo viene lanciato.
Inoltre, le leghe di rame sono anche materiali standard per i componenti portanti delle strutture satellite. I pannelli solari sui satelliti sono solitamente realizzati in rame e leghe di diversi altri elementi.
※ Fisica delle alte energie
Scoprire il mistero della struttura della materia è un importante argomento di base che gli scienziati perseguono costantemente. Ogni passo avanti nella comprensione di questo problema avrà un impatto significativo sull’umanità. L’attuale utilizzo dell’energia atomica ne è un esempio. Le ultime ricerche nel campo della fisica moderna hanno scoperto che gli elementi costitutivi più piccoli della materia non sono le molecole e gli atomi ma i quark e i leptoni che sono miliardi di volte più piccoli di loro. Ora la ricerca su queste particelle elementari viene spesso condotta con un'energia di reazione estremamente elevata, centinaia di volte superiore all'azione nucleare durante l'esplosione di una bomba atomica, che si chiama fisica delle alte energie. Un'energia così elevata è ottenuta da particelle cariche in un forte campo magnetico, dopo un'accelerazione a lunga distanza, "bombardando" un bersaglio fisso (acceleratore ad alta energia), o da due particelle che accelerano in direzioni opposte scontrandosi tra loro (collisore). A tal fine, è necessario utilizzare l'acciaio come avvolgimenti per costruire un canale di forte campo magnetico a lunga distanza. Inoltre, una struttura simile è richiesta anche in un dispositivo di reazione termonucleare controllata. Per ridurre l'aumento di temperatura dovuto al calore generato dalla grande corrente, questi canali magnetici sono avvolti con barre di rame cave di forma speciale in modo che il mezzo possa essere fatto passare per il raffreddamento.
