常用之非铁金属材料ppt课件.ppt

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1、===第9章常用之非鐵金屬材料===9-1銅及銅合金9-2鋁及鋁合金9-3鉛、錫、鋅及其合金9-4其他9-1銅及銅合金銅（Copper，Cu）是人類所熟悉的金屬之一，其最重要的性質為導電性高，質地柔軟，延展性大等，所以常被用來當做電線及管件的主要材料，如圖9-1所示。大部分的銅是由銅礦經過冶煉而得，銅礦中若含銅量在2~3%時，就有開採的價值，比鐵礦類來得經濟。一般依所含成分不同，可將銅礦分為兩種：1.含硫化物的銅礦，例如：黃銅礦（Chalcopyrites，CuFeS2）、輝銅礦（Chalcocite，Cu2S）及硫砷銅礦（EnargiteCu3

2、(AsSb)S4）等。2.含氧化物的銅礦，例如：赤銅礦（Cuprite，Cu2O）、孔雀石（Malachite(CuCO3)2．Cu(OH)2）及黑銅礦（Tenorite，CuO）等。9-1銅及銅合金9-1銅及銅合金1.冶煉含硫化物的銅礦時，先將銅礦打碎後與熔劑依比例放入鼓風爐中熔煉，在1250℃左右的爐溫下，銅礦石熔融後形成含銅與鐵的硫化物（Cu2S．FeS），即得所謂的鑌銅（Matte），如反應式(9-1)。由於鑌銅的比重大而沉入爐底與爐渣分離，鑌銅的含銅量約為30~50%。9-1銅及銅合金其次，再將此熔融的鑌銅（硫化亞銅）送入轉爐中，以強風

3、吹入，使空氣中的氧與硫、鐵等結合並除去氧化物；鑌銅中的FeS會先被氧化，其鐵成分形成熔渣，如反應式(9-2)，之後Cu2S中的S被氧化，而留下熔融狀態的銅，如反應式(9-3)、(9-4)，此時的銅稱為粗銅或泡銅（Blistercopper）。9-1銅及銅合金9-1銅及銅合金2.冶煉含氧化物的銅礦時，以銅礦和焦炭共同置入鼓風爐中加熱，粗銅即被還原而析出，可得純度達97~99%銅。其化學反應式為：9-1銅及銅合金礦石經焙燒而成氧化銅，同時產生之SO2可製造硫酸。稀硫酸可溶解氧化銅並成為硫酸銅，再加入廢鐵即可得到沉澱銅（Cementcopper）。其化

4、學反應式為9-1銅及銅合金無論是粗銅或沉澱銅都必須再經過電解精煉的過程，方可得到高純度的銅。粗銅的電解，如圖9-2所示，粗銅作為陽極板，純銅片作為陰極板，陰極板與陽極板以交錯且間隔之方式排列，飽和的硫酸銅溶液作為電解質。當電流通過時，粗銅從陽極溶解而聚積於陰極板上，陰極板上塗有一層石墨，以使得聚積於純銅片上的銅易於剝離，經過電解精煉後的銅，稱為電解銅（Electrolyticcopper），其純度約在99.95~99.96%之間。9-1銅及銅合金9-1銅及銅合金反射爐煉銅法之流程，如圖9-3所示。黃銅礦經鍛燒後送入反射爐中產生鑌銅，再將熔融的鑌銅

5、熔液置於轉爐中，將其中的雜質、SO2及O2等氧化物除去，使得Cu2O還原成粗銅，此種銅稱為韌煉銅（Toughpitchcoper）。韌煉銅熔解時若加入磷予以脫氧可得到脫氧銅（Deoxidizedcopper）。最後，視需要將粗銅送入精煉爐產生純銅。9-1銅及銅合金9-1銅及銅合金銅之主要物理性質，如表9-1所示，可知銅的比重較鋼為大，且其結晶格子型式為FCC；導電度為58Ω-mm2/m，而電阻係數為0.01724Ω-mm2/m。9-1銅及銅合金9-1銅及銅合金銅為紫紅色有光澤的金屬且為熱與電的良導體，質地軟而堅韌，但強度小，熔點很高。氧的含量在0

6、.03~0.05%時，銅的導電度最大。磷、砷等雜質，固溶於銅中，將降低銅的導電度，鉛及硫等並不固溶於銅中，對銅的導電度影響較小。9-1銅及銅合金純銅的延展性僅次於金與銀，可以製成管、薄板及細線。銅在常溫加工時，容易硬化而變脆，如加熱於600~700℃，約30分鐘即可退火而軟化。若將銅加熱至750~850℃可避免高溫硬化，如圖9-4所示，銅在常溫加工時，其硬度、抗拉強度與伸長率隨加工度變化之情形。9-1銅及銅合金9-1銅及銅合金9-1銅及銅合金純銅為紫紅色的金屬，在乾燥空氣中，不易起變化。但在潮濕空氣中與二氧化碳作用時，銅的表面容易生成一層綠色的鹼

7、性碳酸銅，俗稱銅綠，銅綠可保護銅不再繼續被氧化，置於清水中不易起作用。銅中的氧及不純物含量越少，則銅的耐蝕性愈大，而銅中氧的含量若少於0.003%（又稱為無氧銅）時，對酸類具有耐蝕性，韌煉銅（含0.04%之氧）可溶於高溫濃硫酸及濃硝酸中。9-1銅及銅合金銅的最大用途為製造電線及電纜。硬拉銅線一般用於輸電線、電車線及天線；退火軟銅線用於電纜、電機用線、屋內電線等，純銅的機械性質，如表9-2所示。9-1銅及銅合金黃銅是銅和鋅的合金，黃銅的表面一般均為光亮的黃色或金黃色，容易加工，常用的黃銅，含鋅量大都在30~40%之間。黃銅的顏色可隨含鋅量的改變而不

8、同。而鋅含量對黃銅之機械性質影響很大，如圖9-5所示，並說明如下：9-1銅及銅合金9-1銅及銅合金1.抗拉強度鋅含量約35%以前，抗拉強