Perché usare il rame? Quali sono le sue principali proprietà?
Il rame ha un'eccellente conduttività elettrica e termica, classificandosi al primo posto tra tutti i materiali metallici tecnici. Questa è la base principale del suo ruolo centrale nell’attuale società dell’elettrificazione e dell’informazione elettronica. Il rame ha anche molte eccellenti proprietà generali: ha una forte resistenza alla corrosione dell'atmosfera, dell'acqua di mare, del suolo e di molti agenti chimici; viene utilizzato nella struttura per essere sia rigido che flessibile, elastico, resistente all'attrito e all'usura; ha un aspetto colorato ed è un simbolo di semplicità ed eleganza che le persone amano. Oltre alle numerose proprietà prestazionali sopra menzionate, ha anche una serie di buone proprietà di lavorazione, fusione, saldatura, facilità di taglio e altre proprietà di processo, che lo rendono economico e ampiamente utilizzato.
-La costruzione di abitazioni rappresenta il 48%: compresi: sistemi di condutture (acqua, calore, gas, sprinkler antincendio, ecc.); strutture abitative (condizionatori, frigoriferi, ecc.); decorazione dell'edificio (tetti, vasche, decorazioni, ecc.); linee di comunicazione (suono, immagine, dati, ecc.); sistemi di alimentazione.
--La produzione di attrezzature rappresenta il 41%: tra cui: attrezzature industriali (motori, trasformatori, ecc.); mezzi di trasporto (automobili, ferrovie, aerei, ecc.); dispositivi elettronici; prodotti dell'industria leggera (elettrodomestici, strumenti, utensili, ecc.)
--Le infrastrutture rappresentano l'11%: tra cui: progetti su larga scala (impianti di trasporto, industria petrolchimica, industria mineraria e metallurgica, ecc.); industria energetica (trasmissione di energia, distribuzione di energia, ecc.); rete di comunicazione.
Vale la pena notare che la costruzione di alloggi è direttamente correlata al miglioramento del livello di produzione delle persone e l'applicazione del rame a questo riguardo rappresenta la percentuale maggiore; soprattutto il mio Paese considera l’edilizia residenziale un importante anello di congiunzione per lo sviluppo dell’intera economia nazionale. Si può vedere che la promozione attiva dell'applicazione del rame svolge un ruolo importante nell'economia nazionale e nel sostentamento delle persone.
A. Applicazione nell'industria elettrica
※ Potenza di trasmissione
Nella trasmissione di potenza viene consumata una grande quantità di rame altamente conduttivo, utilizzato principalmente per alimentazione, fili e cavi, bus, trasformatori, interruttori, componenti plug-in e connettori, ecc.
Nel processo di trasmissione di fili e cavi, l'energia elettrica viene sprecata a causa del riscaldamento della resistenza. Dal punto di vista del risparmio energetico e dell'economia, attualmente viene promosso a livello mondiale lo standard "sezione trasversale ottimale del cavo". Lo standard della "sezione trasversale ottimale del cavo" tiene conto sia del costo di installazione una tantum che del consumo energetico e amplia adeguatamente le dimensioni del cavo per ottenere un risparmio energetico e i migliori vantaggi economici completi. Secondo il nuovo standard, la sezione trasversale del cavo è spesso più che raddoppiata rispetto al vecchio standard, ottenendo così un risparmio energetico di circa il 50%.
Negli ultimi tempi, a causa della carenza di acciaio nel mio paese, considerando che il peso specifico dell’alluminio è solo il 30% del rame, sono state adottate misure per sostituire il rame con l’alluminio nelle linee di trasmissione aeree ad alta tensione, nella speranza di riduzione del peso. Attualmente, dal punto di vista della protezione ambientale, le linee di trasmissione aeree verranno convertite in cavi sotterranei. In questo caso, l'alluminio presenta gli svantaggi di una scarsa conduttività e di dimensioni del cavo maggiori rispetto al rame, e in confronto impallidisce.
Per lo stesso motivo, è anche una scelta saggia sostituire i trasformatori con avvolgimento in alluminio negli Stati Uniti e in Giappone con trasformatori con avvolgimento in rame efficienti e a risparmio energetico.
※ Produzione di motori
Nella produzione di motori, le leghe di rame ad alta conduttività e alta resistenza sono ampiamente utilizzate. Le principali parti in rame sono statori, rotori e teste dell'albero. Nei motori di grandi dimensioni, gli avvolgimenti vengono raffreddati con acqua o idrogeno, operazione chiamata raffreddamento interno a doppia acqua o motori con raffreddamento a idrogeno, che richiede lunghi fili cavi.
I motori sono grandi utilizzatori di elettricità e rappresentano circa il 60% della fornitura totale di elettricità. La bolletta elettrica cumulativa per un motore è molto alta. Generalmente raggiunge il costo del motore stesso entro le prime 500 ore di funzionamento, che equivale da 4 a 16 volte il costo in un anno, e può raggiungere 200 volte il costo durante l'intera vita operativa. Un piccolo aumento dell’efficienza del motore può non solo far risparmiare energia, ma anche ottenere notevoli vantaggi economici. Lo sviluppo e l'applicazione di motori ad alta efficienza sono oggi un tema caldo nel mondo. Poiché il consumo di energia all'interno del motore deriva principalmente dalla perdita di resistenza dell'avvolgimento; pertanto, aumentare la sezione trasversale del filo di rame è una misura chiave per sviluppare motori ad alta efficienza. Negli ultimi anni, alcuni motori ad alta efficienza sviluppati per primi hanno aumentato l’uso degli avvolgimenti in rame dal 25% al 100% rispetto ai motori tradizionali. Attualmente, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti sta finanziando un progetto di sviluppo per utilizzare la tecnologia del rame fuso per produrre rotori di motori.
※ Cavi di comunicazione
Dagli anni '80, grazie ai vantaggi della grande capacità di carico di corrente dei cavi in fibra ottica, hanno continuato a sostituire i cavi in rame sulle linee principali di comunicazione e sono stati rapidamente promossi e applicati. Tuttavia, è ancora necessaria una grande quantità di rame per convertire l'energia elettrica in energia luminosa e per alimentare le linee fino alle utenze. Con lo sviluppo del settore delle comunicazioni, le persone dipendono sempre più dalle comunicazioni e la domanda di cavi in fibra ottica e fili di rame continuerà ad aumentare.
※ Linee elettriche residenziali
Negli ultimi anni, con il miglioramento del tenore di vita delle persone nel mio paese, gli elettrodomestici si sono rapidamente diffusi e il carico elettrico residenziale è cresciuto rapidamente. Il consumo di elettricità residenziale del mio paese avrà ancora un grande sviluppo in futuro, il che ha notevolmente aumentato l'applicazione dei fili di rame.
B. Applicazione nell'industria elettronica
L’industria elettronica è un settore emergente. Nel suo fiorente processo di sviluppo, vengono costantemente sviluppati nuovi prodotti e nuove aree di applicazione dell'acciaio. Attualmente, la sua applicazione si è sviluppata dai dispositivi per il vuoto e dai circuiti stampati alla microelettronica e ai circuiti integrati a semiconduttori.
※ Dispositivi per il vuoto
I dispositivi per il vuoto sono principalmente tubi di trasmissione ad alta e altissima frequenza, guide d'onda, magnetron, ecc., che richiedono rame privo di ossigeno di elevata purezza e rame privo di ossigeno rinforzato con dispersione.
※ Circuiti stampati
I circuiti stampati in rame vengono realizzati incollando una lamina di rame su una piastra di plastica come supporto con lamina di rame come superficie; stampare lo schema elettrico del circuito sulla lastra di rame fotografandolo; rimuovendo le parti in eccesso mediante attacco chimico e lasciando i circuiti interconnessi. Successivamente, praticate dei fori in corrispondenza del collegamento con l'esterno del circuito stampato, inserite i terminali dei componenti discreti o di altre parti e saldateli su questa apertura, in modo da assemblare un circuito completo. Se viene utilizzato il metodo della placcatura ad immersione, la saldatura di tutti i giunti può essere completata in una sola volta. In questo modo, per quelle occasioni che richiedono una precisa disposizione dei circuiti, come radio, televisione, computer, ecc., l'uso di circuiti stampati può far risparmiare molta manodopera nel cablaggio e nel fissaggio dei circuiti; pertanto, è ampiamente utilizzato e richiede una grande quantità di foglio di rame. Inoltre nel collegamento dei circuiti sono richiesti anche diversi materiali per brasatura a base di rame con prezzi bassi, bassi punti di fusione e buona fluidità.
※ Circuito integrato
Il cuore della tecnologia microelettronica è il circuito integrato. Per circuito integrato si intende un circuito miniaturizzato che utilizza materiali cristallini semiconduttori come substrati (chip) e utilizza speciali tecnologie di processo per integrare i componenti e le interconnessioni che compongono il circuito all'interno, sulla superficie o sul substrato. Questo microcircuito è migliaia di volte più piccolo in termini di dimensioni e peso rispetto al circuito a componenti discreti più compatto nella struttura. Il suo aspetto ha causato un enorme cambiamento nei computer ed è diventato il fondamento della moderna tecnologia informatica. I circuiti integrati su larga scala che sono stati sviluppati finora hanno un numero di transistor che può essere realizzato su un'area del singolo chip più piccola di un'unghia, raggiungendo centinaia di migliaia o addirittura milioni. Recentemente, IBM (International Business Machines Corporation), una società di computer di fama mondiale, ha fatto un passo avanti utilizzando il rame per sostituire l'alluminio nei chip di silicio come interconnessioni. Questo nuovo tipo di microchip in rame può ottenere un aumento delle prestazioni del 30%, la dimensione della linea del circuito può essere ridotta a 0,12 micron e il numero di transistor integrati su un singolo chip può raggiungere i 2 milioni. Ciò ha aperto una nuova situazione per l'applicazione dell'antico metallo rame nel campo tecnologico più recente dei circuiti integrati a semiconduttori.
※ Porta telaio
Per proteggere il normale funzionamento dei circuiti integrati o dei circuiti ibridi è necessario imballarli; inoltre, durante l'imballaggio, un gran numero di connettori del circuito escono dal corpo sigillato. Questi conduttori devono avere una certa robustezza e costituire lo scheletro portante del circuito a pacchetto integrato, chiamato leadframe. Nella produzione vera e propria, per la produzione ad alta velocità e in serie, i lead frame vengono solitamente stampati in continuo su una striscia di metallo in una disposizione specifica. Il materiale del telaio rappresenta da 1/3 a 1/4 del costo totale del circuito integrato e la quantità utilizzata è elevata; quindi deve avere un costo contenuto.
La lega di rame è economica, ha un'elevata resistenza, conduttività elettrica e termica, eccellenti prestazioni di lavorazione, saldatura ad ago e resistenza alla corrosione. Le sue prestazioni possono essere controllate in un'ampia gamma attraverso la lega e possono soddisfare meglio i requisiti prestazionali dei lead frame. È diventato un materiale importante per i lead frame. Attualmente è il materiale più utilizzato nei dispositivi microelettronici.
