Kupfer - der rötlich-braune Werkstoff
Kupfer ist ein chemisches Element, welches mit den Elementsymbol „Cu“ und
der Ordnungszahl 29 gekennzeichnet ist. Es hat einen hohen Schmelzpunkt von 1084,4°C,
welcher weitaus höher ist als der von Blei aber geringer als von Titan. Kupfer ist ein lachsrosa oder
rötlich glänzend aussehendes Metall. Es tritt nur selten in der Natur gediegen auf und
ist hauptsächlich in basaltischen Laven und Kupfererzen wie Chalkopyrit (Kupferkies),
Chalkosin (Kupferglanz), Bornit, Atacamit oder Malachit zu finden. Das größte Vorkommen an Kupfer
liegt in Chile, den USA, Russland, Sambia, Kanada und Peru.
Eigenschaften von Kupfer
Kupfer ist ein edles Schwermetall, welches elektrischen Strom und Wärme sehr gut weiterleitet.
An der Luft erhält Kupfer, durch Oxidation eine rötlichbraune Farbe. Mit zunehmender Reinheit wird
Kupfer immer weicher und die Verarbeitung wird damit vereinfacht. Kupfer ist in nicht proteingebundener Form
antibakteriell, ist jedoch generell leicht giftig. Des Weiteren besitzt Kupfer eine hohe Korrosionsbeständigkeit,
wodurch es oft auch in Dachblechen Verwendung findet.
Die Gewinnung und Verwendung von Kupfer und Kupferlegierungen
Die Gewinnung von Kupfer findet in einer Affinerie statt.
Dazu wird Kupferkies (Chalkopyrit) zuerst, mit Koks geröstet. Die darin erhaltenden Eisenoxide werden dann durch Zuschlagstoffe verschlackt, sodass Eisensilikat-Schlacke entsteht. Diese schwimmt auf Kupferstein und kann somit leicht abgegossen werden. Nun wurde Kupferstein gewonnen, welcher zu Kupfer weiterverarbeitet wird. Dazu wird der flüssige Kupferstein in einen Konverter gegossen, in dem anschließend Luft geblasen wird. So wird das enthaltene Eisensulfid zu Eisenoxid geröstet, welches erneut zu Schlacke gebunden und abgegossen wird. Zwei Drittel des Kupfersteines werden nun oxidiert. Dieses setzt sich mit dem restlichen Sulfid zu Rohkupfer ab. Dieses Rohkupfer wird zum Schluss elektrolytisch gereinigt, wobei sich das unreine Kupfer an der Anode befindet und als Ionen zur Kathode fließt. Das daraus entstandene Elektrolytkupfer besitzt einen Kupfer-Gehalt von 99,99%. Kupfer ist vielseitig verwendbar, so ist Kupfer beispielsweise in Münzen, Stromkabeln, Schmuck oder Besteck.
Auch in vielen Legierungen ist Kupfer ein wichtiger und wesentlicher Bestandteil. Dabei wird eine Mischung aus Metallen „Legierung“ genannt, da ein neuer Werkstoff mit neuen Eigenschaften entsteht.
Beispielhaft ist „Messing“ eine Legierung, welche eine Kupfer-Zink-Legierung besteht. Diese Kupferlegierung hat einen Zinkanteil zwischen 5% und 45% und mit zunehmendem Zinkgehalt färbt sich die Legierung gelber und wird härter. Dies sorgt für eine bessere spanabhebende Bearbeitung (Fräsen, Drehen, Bohren oder Schleifen). Aus dieser Legierung, „Messing“, sind auch viele Produkte wie beispielsweise Rohre oder Armaturen, welche eine hohe Korrosionsbeständigkeit oder Stabilität benötigen. Eine weitere Legierung mit Kupfer ist „Bronze“.
Dies ist eine Kupfer-Zinn-Legierung, bei der der Zinnanteil zwischen 8% und 20% liegen kann. Dabei wird eine Legierung mit bis zu 8,5% Zinnanteil als Knetlegierung bezeichnet. Ein Zinnanteil zwischen 9% und 12% wird „Gusslegierung“ genannt und ein Anteil von 20% Zinn ist eine „Glockenlegierung“. Aus Bronze werden beispielsweise Rohre, beanspruchte Zahnräder oder Schrauben hergestellt. Kupfer ist aber in einer Vielzahl weiterer Legierungen vorhanden, so auch im Verbund mit Nickel oder Aluminium.
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