Bakırın Uygulaması
Elektrik Endüstrisi
Güç iletimi
Güç iletimi, çoğunlukla güç telleri ve kabloları, baralar, trafo, anahtarlar, fişli elemanlar ve konnektörlerde kullanılan yüksek iletkenliğe sahip büyük miktarda bakır gerektirir.
Tel ve kabloların güç iletimi sürecinde, direnç ısınması nedeniyle elektrik enerjisi israf edilir. Enerji tasarrufu ve ekonomi perspektifinden, şu anda dünyada "optimum kablo kesiti" standardı teşvik edilmektedir. Geçmişte popüler standartlar, basitçe tek seferlik kuruluma yapılan yatırımı azaltma perspektifine dayanıyordu. Kablo kesitini en aza indirmek için, tasarım tarafından gerekli görülen nominal akım altında tehlikeli aşırı ısınmayı önlemek için kablonun izin verilen minimum boyutu belirlendi. Bu standarda göre döşenen kablonun kurulum maliyeti düşük olsa da, uzun süreli kullanımda direnç enerjisi tüketimi nispeten büyüktür. "Optimum kablo kesiti" standardı, hem tek seferlik kurulum maliyetini hem de güç tüketimini hesaba katar ve enerji tasarrufu amacına ve en kapsamlı ekonomik faydalara ulaşmak için kablo boyutunu uygun şekilde büyütür. Yeni standarda göre, kablo kesiti genellikle eski standardın iki katından fazla artırılır ve bu da yaklaşık %50'lik bir enerji tasarrufu etkisi sağlayabilir.
Geçtiğimiz dönemde, ülkemde çelik kıtlığı nedeniyle, alüminyum, özgül ağırlığının bakırınkinin yalnızca %30'u olduğu düşünüldüğünde, ağırlığı azaltma umuduyla yüksek gerilimli havai iletim hatlarında bakırın yerine kullanıldı. Yer altı kabloları. Bu durumda, alüminyum, zayıf iletkenliği ve büyük kablo boyutu nedeniyle bakırla karşılaştırıldığında sönük kalmaktadır.
Aynı nedenle eski alüminyum sargılı trafoyu enerji tasarrufu sağlayan ve verimli bakır sargılı trafo ile değiştirmek de akıllıca bir tercih olacaktır.
Motor imalatı
Motor üretiminde yüksek iletkenliğe ve yüksek mukavemete sahip bakır alaşımları yaygın olarak kullanılır. Ana bakır parçalar statorlar, rotorlar ve şaft kafalarıdır. Büyük motorlarda, sargılar su veya hidrojenle soğutulur, buna çift su iç soğutma veya hidrojen soğutma motorları denir ve bu da uzun bir içi boş tel uzunluğu gerektirir.
Motorlar, toplam elektrik arzının yaklaşık %60'ını oluşturan büyük elektrik kullanıcılarıdır. Bir motorun çalışması için kümülatif elektrik faturası çok yüksektir, genellikle ilk 500 çalışma saatinde motorun maliyetine ulaşır, bir yıl içinde maliyetin 4 ila 16 katına eşdeğerdir ve tüm çalışma ömrü boyunca maliyetin 200 katına ulaşabilir. Motor verimliliğinde küçük bir artış yalnızca enerji tasarrufu sağlamakla kalmaz, aynı zamanda önemli ekonomik faydalar da sağlayabilir. Yüksek verimli motorların geliştirilmesi ve uygulanması günümüz dünyasında sıcak bir konudur. Motorun içindeki enerji tüketimi esas olarak sargının direnç kaybından kaynaklandığından, bakır telin kesitini artırmak, yüksek verimli motorlar geliştirmek için önemli bir önlemdir. Geleneksel motorlarla karşılaştırıldığında, ilk geliştirilen yüksek verimli motorların bazılarında bakır sargıların kullanımı %25 ila %100 oranında artmıştır. ABD Enerji Bakanlığı, döküm bakır teknolojisi kullanılarak motor rotorları üretmek için bir geliştirme projesini finanse ediyor.
İletişim kabloları
1980'lerden bu yana, optik fiber kabloların büyük akım taşıma kapasitesinin avantajları nedeniyle, iletişim ana hatlarında hızla bakır kablolarla değiştirildiler. Ancak, elektrik enerjisini ışık enerjisine dönüştürmek ve kullanıcılara giriş hatları sağlamak için hala büyük miktarda bakıra ihtiyaç duyulmaktadır. İletişim sektörünün gelişmesiyle birlikte, insanlar iletişime giderek daha fazla bağımlı hale geliyor ve optik fiber kablolara ve bakır tellere olan talep artmaya devam edecek.
Konut elektrik hatları
Halkımızın yaşam standartları iyileştikçe, ev aletleri hızla popülerleşiyor ve konut elektrik yükleri hızla artıyor. Şekil 6.6'da görüldüğü gibi, 1987'de konut elektrik tüketimi 26,96 milyar kWh (1 kWh=1 kilowatt-saat) iken, on yıl sonra 1996'da 3,2 kat artarak 113,1 milyar kWh'e yükseldi. Buna rağmen, gelişmiş ülkelerle karşılaştırıldığında hala büyük bir fark var. Örneğin, 1995'te ABD'deki kişi başına düşen elektrik tüketimi ülkemin 14,6 katı ve Japonya'nın 8,6 katıydı. Ülkemin konut elektrik tüketimi gelecekte hala büyük bir gelişme gösterecek. 1996'dan 2005'e 1,4 kat artması bekleniyor.
Elektronik Sanayi
Elektronik endüstrisi yeni ortaya çıkan bir endüstridir. Gelişen gelişim sürecinde sürekli olarak yeni ürünler ve yeni uygulama alanları geliştirmiştir. Uygulaması vakum cihazlarından ve baskılı devrelerden mikroelektronik ve yarı iletken entegre devrelere kadar gelişmiştir.
Vakum Cihazları
Vakum cihazları esas olarak yüksek frekanslı ve ultra yüksek frekanslı iletim tüpleri, dalga kılavuzları, magnetronlar vb. olup, yüksek saflıkta oksijensiz bakır ve dispersiyonla güçlendirilmiş oksijensiz bakır gerektirir.
Baskılı Devre
Bakır baskılı devre, yüzey olarak bakır folyo kullanmak ve onu plastik levhaya destek olarak yapıştırmak; devre bağlantı şemasını fotoğrafla bakır levhaya basmak; fazla kısmı kazıyarak çıkarmak ve birbirine bağlı devreyi bırakmaktır. Daha sonra, baskılı devre kartının dışıyla olan bağlantıya delikler açın, ayrı bileşenlerin veya terminallerin diğer parçalarının konektörlerini yerleştirin ve bunları bu açıklığa kaynaklayın, böylece eksiksiz bir devre monte edilmiş olur. Daldırma kaplama yöntemi kullanılırsa, tüm konektörlerin kaynaklanması aynı anda tamamlanabilir. Bu şekilde, radyo, televizyon, bilgisayar vb. gibi devrelerin ince düzenlenmesini gerektiren durumlarda, baskılı devrelerin kullanımı kablolama ve devreleri sabitlemede çok fazla işçilikten tasarruf sağlayabilir; bu nedenle yaygın olarak kullanılır ve çok miktarda bakır folyo gerektirir. Ayrıca, devrelerin bağlantısında çeşitli düşük fiyatlı, düşük erime noktalı ve yüksek akışkanlığa sahip bakır bazlı lehimleme malzemelerine de ihtiyaç duyulur.
Entegre devre
Mikroelektronik teknolojisinin çekirdeği entegre devredir. Entegre devre, yarı iletken kristal malzemeleri alt tabaka (yonga) olarak kullanan ve devreyi oluşturan bileşenleri ve ara bağlantıları içeride, yüzeyde veya alt tabaka üzerinde entegre etmek için özel işlem teknolojileri kullanan minyatür bir devreyi ifade eder. Bu mikro devre, yapıdaki en kompakt ayrı bileşen devresinden binlerce kat daha küçük ve ağırdır. Görünüşü bilgisayarlarda büyük bir değişikliğe neden olmuş ve modern bilgi teknolojisinin temeli haline gelmiştir. Geliştirilen ultra büyük ölçekli entegre devreler, bir başparmak tırnağından daha küçük tek bir çip alanında 100,000'den fazla veya hatta milyonlarca transistör üretebilir. Uluslararası üne sahip bir bilgisayar şirketi olan IBM (International Business Machines Corporation), silikon yongalarda ara bağlantı olarak alüminyum yerine bakır kullanarak bir atılım yapmıştır. Bu yeni tip bakır mikroçip %30 performans artışı sağlayabilir, devrenin hat boyutu 0,12 mikrona düşürülebilir ve tek bir çipe entegre edilen transistör sayısı 2 milyona ulaşabilir. Bu, antik metal bakırın yarı iletken entegre devrelerin son teknoloji alanında uygulanması için yeni bir durum yaratmıştır.
Kurşun çerçeve
Entegre devre veya hibrit devrenin normal çalışmasını korumak için paketlenmesi gerekir; ve paketlenirken devredeki çok sayıda konnektör, kapalı gövdeden dışarı çıkarılır. Bu uçların belirli bir mukavemete sahip olması ve entegre paket devresinin destekleyici iskeletini oluşturması gerekir; buna kurşun çerçeve denir. Gerçek üretimde, yüksek hızlı seri üretim için, kurşun çerçeveler genellikle belirli bir düzenlemede metal bir şerit üzerine sürekli olarak damgalanır. Çerçeve malzemeleri, entegre devrelerin toplam maliyetinin 1/3 ila 1/4'ünü oluşturur ve büyük miktarlarda kullanılır; bu nedenle, düşük maliyetli olmaları gerekir.
Bakır alaşımları ucuzdur, yüksek mukavemete, elektriksel iletkenliğe ve termal iletkenliğe, mükemmel işleme performansına, iğne kaynağına ve korozyon direncine sahiptir ve alaşımlama yoluyla performanslarını geniş bir aralıkta kontrol edebilirler. Kurşun çerçevelerin performans gereksinimlerini daha iyi karşılayabilirler ve kurşun çerçeveler için önemli bir malzeme haline gelmişlerdir. Şu anda mikroelektronik cihazlarda en çok kullanılan bakır malzemesidir.
Taşımacılık sektörü
Gemi yapımı
Deniz suyu korozyonuna karşı iyi dirençleri nedeniyle alüminyum bronz, manganez bronz, alüminyum pirinç, tunç (kalay-çinko bronz), beyaz çelik ve nikel-bakır alaşımı (monel alaşımı) gibi birçok bakır alaşımı gemi yapımında standart malzemeler haline gelmiştir. Genellikle bakır ve bakır alaşımları savaş gemilerinin ve ticaret gemilerinin ölü ağırlığının %2 ila %3'ünü oluşturur.
Savaş gemilerinin ve çoğu büyük ticaret gemisinin pervaneleri alüminyum bronz veya pirinçten yapılır. Büyük bir geminin her pervanesi 20 ila 25 ton ağırlığındadır. Queen Elizabeth ve Queen Mary uçak gemilerinin pervaneleri 35 ton ağırlığındadır. Büyük gemilerin ağır kuyruk milleri genellikle "Amiral" kurşun metalinden yapılır ve dümenlerin ve pervanelerin konik cıvataları da aynı malzemeden yapılır. Çelik ve bakır alaşımları da makine ve kazan dairelerinde büyük miktarlarda kullanılır. Dünyanın ilk nükleer enerjili ticaret gemisi 30- tonluk beyaz bakır kondansatör kullanmıştır. Alüminyum pirinç borular, yağ tankları için büyük ısıtma bobinleri olarak kullanılır. 100,000- tonluk bir gemide 12 tane böyle yağ depolama tankı vardır ve karşılık gelen ısıtma sistemi oldukça büyüktür. Gemideki elektrik ekipmanı da oldukça karmaşıktır. Motor, motor, iletişim sistemi vb. neredeyse tamamen çalışmak için bakır ve bakır alaşımlarına güvenir. Büyük ve küçük gemilerin kamaraları genellikle çelik ve bakır alaşımlarıyla dekore edilir. Ahşap tekneler bile en iyi şekilde haddeleme yoluyla seri üretilebilen çelik alaşımından (genellikle silikon bronz) yapılmış vidalar ve çivilerle sabitlenir.
Gemi gövdesinin deniz canlıları tarafından kirletilmesini ve seyir performansını etkilemesini önlemek amacıyla, bakır kaplamalar sıklıkla koruma amaçlı kullanılır; ya da bakır içeren boyaların fırça ile sürülmesi çözüm olur.
II. Dünya Savaşı'nda, Alman manyetik mayınlarına karşı savunma amacıyla, anti-manyetik mayın cihazı geliştirildi. Çelik gövdenin etrafına bakır bir kemer bağlandı ve geminin manyetik alanını nötrleştirmek için bir elektrik akımı geçirildi, böylece mayın patlamayacaktı. 1944'ten bu yana, toplamda yaklaşık 18,000 gemiye ulaşan tüm Müttefik gemileri bu manyetik giderme cihazıyla donatıldı ve korundu. Bazı büyük savaş gemileri bu amaç için çok miktarda bakır gerektirir. Örneğin, bunlardan birinin bakır tel uzunluğu 28 mildir ve yaklaşık 30 ton ağırlığındadır.
Otomobil
Her araba, arabanın türüne ve boyutuna bağlı olarak 10 ila 21 kilogram bakır kullanır. Bir araba için, kendi ağırlığının yaklaşık %6 ila %9'unu oluşturur. Bakır ve bakır alaşımları esas olarak radyatörler, fren sistemi boru hatları, hidrolik cihazlar, dişliler, yataklar, fren sürtünme balataları, güç dağıtımı ve güç sistemleri, contalar ve çeşitli bağlantılar, aksesuarlar ve aksesuarlar için kullanılır. Bunlar arasında radyatör nispeten büyük miktarda çelik kullanır. Modern boru kayışlı radyatörler, pirinç şeritlerle radyatör borularına kaynaklanır ve ince bakır şeritlerle ısı emicilere bükülür.
Bakır radyatörlerin performansını daha da iyileştirmek ve alüminyum radyatörlere karşı rekabet güçlerini artırmak için birçok iyileştirme yapılmıştır. Malzemeler açısından, ısıl iletkenliğini kaybetmeden mukavemetini ve yumuşama noktasını iyileştirmek için bakıra eser elementler eklenir, böylece şerit kalınlığı azaltılır ve çelik tasarrufu sağlanır; üretim teknolojisi açısından, bakır boruların yüksek frekanslı veya lazer kaynaklanması benimsenir ve radyatör çekirdeğini birleştirmek için kurşun kirliliğine duyarlı yumuşak lehimleme yerine çelik lehimleme kullanılır. Bu çabaların sonuçları Tablo 6.2'de gösterilmiştir. Lehimli alüminyum radyatörlerle karşılaştırıldığında, aynı ısı dağılımı koşulları altında, yani aynı hava ve soğutma suyu basınç düşüşü altında, yeni bakır radyatör daha hafiftir ve boyut olarak önemli ölçüde daha küçüktür; çeliğin iyi korozyon direnci ve uzun hizmet ömrü ile birleştiğinde, bakır radyatörlerin avantajları daha belirgindir. Ayrıca, çevreyi korumak için elektrikli araçları şiddetle teşvik edin ve geliştirin ve her arabada kullanılan çelik miktarı katlanarak artacaktır.
Demiryolları
Demiryollarının elektrifikasyonu büyük miktarda bakır ve bakır alaşımları gerektirir. Her bir kilometrelik havai hat için 2 tondan fazla özel şekilli bakır tel gerekir. Mukavemetini artırmak için genellikle az miktarda bakır (%1 civarı) veya gümüş (%yaklaşık) eklenir. Ayrıca, trenlerdeki motorlar, doğrultucular ve kontrol, frenleme, elektrik ve sinyal sistemlerinin hepsi çalışmak için bakır ve bakır alaşımlarına güvenir.
Uçak
Uçak navigasyonu da bakırdan ayrılamaz. Örneğin: uçaktaki kablolama, hidrolik, soğutma ve pnömatik sistemler bakır malzemeler gerektirir, yatak tutucular ve iniş takımı yatakları alüminyum bronz borular kullanır, navigasyon aletleri anti-manyetik çelik alaşımları kullanır ve birçok alet kırılmış bakır elastik elemanlar kullanır.
Hafif sanayi
Hafif endüstri ürünleri, çok çeşitli çeşitleriyle insanların yaşamlarıyla yakından ilişkilidir. Bakırın iyi kapsamlı özellikleri olduğundan, her yerde görülebilir. İşte sadece birkaç örnek:
Klimalar ve buzdolapları
Klima ve buzdolaplarının sıcaklık kontrol fonksiyonu esas olarak ısı değiştiricinin bakır borularının buharlaşması ve yoğunlaşması yoluyla elde edilir. Isı değiştirici ısı transfer borusunun boyutu ve ısı transfer performansı, tüm klima ve soğutma cihazının verimliliğini ve minyatürleşmesini büyük ölçüde belirler. Bu makinelerde yüksek ısı iletkenliğine sahip özel şekilli bakır borular kullanılır. Çeliğin iyi işleme özelliklerinden yararlanılarak, klimalar, buzdolapları, kimyasal ve atık ısı toplama cihazlarındaki ısı değiştiricilerinin imalatı için iç oluklu ve yüksek kanatlı ısı boruları geliştirilmiş ve üretilmiştir. Yeni ısı değiştiricinin toplam ısı transfer katsayısı, sıradan boruların 2 ila 3 katına ve sıradan düşük kanatlı boruların 1,2 ila 1,3 katına çıkarılabilir. Çin'de kullanılmış, bakırdan %40 tasarruf sağlanmış ve ısı değiştiricinin hacmi 1/3'ten fazla azaltılmıştır.
Saatler
Saatlerin, zamanlayıcıların ve saat mekanizmalı cihazların çalışma parçalarının çoğu "saat pirincinden" yapılır. Alaşım %1.5-2 kurşun içerir, iyi işleme özelliklerine sahiptir ve büyük ölçekli üretime uygundur. Örneğin, dişliler uzun ekstrüde pirinç çubuklardan kesilir, düz tekerlekler karşılık gelen kalınlıktaki şeritlerden delinir ve oyulmuş saat yüzeyleri, vidalar ve bağlantılar vb. yapmak için pirinç veya diğer bakır alaşımları kullanılır. Çok sayıda ucuz saat, bronzdan (kalay-çinko bronz) yapılır veya nikel gümüşüyle (beyaz bakır) kaplanır. Bazı ünlü saatler çelik ve bakır alaşımlarından yapılır. İngiliz "Big Ben"inin saat kolu, katı bronz çubuklardan yapılır ve dakika kolu 14- ayak uzunluğundaki bakır borulardan yapılır.
Ana malzeme olarak bakır alaşımı, presler ve hassas kalıplar kullanan modern bir saat fabrikası, çok düşük bir maliyetle günde 10.000 ila 30.000 saat üretebilir.
Kağıt yapımı
Günümüzün sürekli değişen bilgi toplumunda kağıt tüketimi çok büyüktür. Kağıt yüzeyde basit görünür, ancak kağıt yapım süreci çok karmaşıktır, soğutucular, buharlaştırıcılar, çırpıcılar, kağıt makineleri vb. dahil olmak üzere birçok adım ve birçok makinenin uygulanmasını gerektirir. Çeşitli ısı değişim boruları, silindirler, çırpıcılar, yarı sıvı pompalar ve elekler gibi bileşenlerin çoğu çoğunlukla çelik alaşımlarından yapılır.
Örneğin, kullanılan uzun ağlı kağıt yapım makinesi, hazırlanan hamuru ince gözenekli (40-60 gözenek) hızlı hareket eden bir ağa püskürtür. Ağ, pirinç ve fosfor bronz telden dokunmuştur. Çok geniştir, genellikle 20 fitten (6 metre) daha geniştir ve tamamen düz kalması gerekir. Ağ, bir dizi küçük pirinç veya bakır silindir üzerinde hareket eder ve üzerine püskürtülen hamurdan geçerken, alttaki havadan nem emilir. Ağ ayrıca, hamurdaki küçük lifleri birbirine bağlamak için titreşir. Büyük kağıt makinelerinin gözenek boyutu çok büyüktür, 26 fit 8 inç (8,1 metre) genişliğe ve 100 fit (30,5 metre) uzunluğa kadar çıkabilir. Islak hamur sadece su içermez, aynı zamanda kağıt yapım sürecinde kullanılan ve çok aşındırıcı olan kimyasalları da içerir. Kağıdın kalitesini sağlamak için, ağ malzemesi çok zorludur. Sadece yüksek mukavemete ve elastikiyete sahip olmakla kalmamalı; aynı zamanda hamur korozyonuna karşı da dayanıklı olmalıdır. Bakır alaşımları bunu yapma yeteneğine sahiptir.
Baskı
Baskıda, fotolitografi için bakır plakalar kullanılır. Cilalanmış bakır plaka, ışığa duyarlı emülsiyonla hassaslaştırılır ve ardından üzerinde fotoğraflanır. Hassaslaştırılmış bakır plakanın, tutkalı sertleştirmek için ısıtılması gerekir. Isıdan kaynaklanan yumuşamayı önlemek için bakır, yumuşama sıcaklığını artırmak için genellikle az miktarda gümüş veya arsenik içerir. Daha sonra, plaka, içbükey ve dışbükey noktalardan oluşan bir desene sahip bir baskı yüzeyi oluşturmak için aşındırılır.
Otomatik dizgi makinesinde, baskıda bakırın bir diğer önemli kullanımı olan pirinç tip bloklarının düzenlenmesiyle tip yapılır. Tip blokları genellikle kurşunlu pirinçten, bazen de bakır veya bronzdan yapılır.
İlaç
İlaç endüstrisinde her türlü buharlama, kaynatma ve vakumlama cihazları saf bakırdan yapılır. Çinko beyaz bakır tıbbi ekipmanlarda yaygın olarak kullanılır. Bakır alaşımları ayrıca gözlük çerçeveleri vb. için yaygın olarak kullanılan malzemelerdir.
