なぜ銅を使用するのですか? 銅の主な特性は何ですか?
銅は電気伝導性と熱伝導性に優れ、すべてのエンジニアリング金属材料の中でトップにランクされています。これは、現在の電化および電子情報社会で銅が重要な役割を果たしている主な根拠です。銅には、大気、海水、土壌、および多くの化学媒体に対する強力な耐腐食性、構造に使用される剛性と柔軟性、弾性、耐摩擦性と耐摩耗性の両方を兼ね備えた材料など、多くの優れた総合特性もあります。外観はカラフルで、人々が愛するシンプルさと優雅さの象徴です。上記の多数の性能特性に加えて、銅は一連の優れた加工、鋳造、溶接、容易な切断などのプロセス特性も備えているため、経済的で広く使用されています。
-住宅建設は48％を占め、パイプラインシステム（水道、暖房、ガス、スプリンクラーなど）、住宅設備（エアコン、冷蔵庫など）、建物装飾（屋根、樋、装飾など）、通信回線（音声、画像、データなど）、電力供給システムなどが含まれます。
--設備生産は41%を占め、産業設備（モーター、変圧器など）、輸送用具（自動車、鉄道、飛行機など）、電子機器、軽工業製品（家電製品、器具、工具など）などが含まれます。
--インフラは11%を占め、大規模プロジェクト（輸送施設、石油化学産業、鉱業および冶金産業など）、電力産業（送電、配電など）、通信ネットワークなどが含まれます。
注目すべきは、住宅建設は人民の生産レベルの向上に直接関係しており、この点で銅の応用が最大の割合を占めていることです。特に、わが国は住宅建設を国民経済全体の発展を牽引する重要なリンクと見なしています。銅の応用を積極的に推進することは、国民経済と人民の生活に重要な役割を果たしていることがわかります。
A. 電気産業における応用
※ 動力伝達
電力伝送では大量の高導電性銅が消費され、主に電力、電線・ケーブル、バス、変圧器、スイッチ、プラグイン部品、コネクタなどに使用されます。
電線やケーブルの伝送過程では、抵抗加熱により電気エネルギーが浪費されます。省エネと経済の観点から、現在、世界中で「最適なケーブル断面積」規格が推進されています。「最適なケーブル断面積」規格は、1回の設置コストと消費電力の両方を考慮し、ケーブルサイズを適切に拡大することで、省エネと総合的な経済効果を最大限に高めます。新しい規格によると、ケーブル断面積は古い規格の2倍以上になることが多く、約50％の省エネ効果を実現できます。
過去、わが国では鉄鋼が不足していたため、アルミニウムの比重が銅の30％しかないことを考慮して、重量を軽減するために、架空高圧送電線で銅をアルミニウムに置き換える措置が取られてきました。現在、環境保護の観点から、架空送電線は地中ケーブルの敷設に転換されます。この場合、アルミニウムは銅に比べて導電性が悪く、ケーブルサイズが大きいという欠点があり、比較すると見劣りします。
同じ理由で、米国と日本のアルミ巻線変圧器を省エネで効率的な銅巻線変圧器に交換することも賢明な選択です。
※モーター製造
モーターの製造では、高導電性と高強度の銅合金が広く使用されています。主な銅部品は、ステーター、ローター、シャフトヘッドです。大型モーターでは、巻線を水または水素で冷却します。これは、二重水内部冷却モーターまたは水素冷却モーターと呼ばれ、長い中空線が必要です。
モーターは電力の大量使用者であり、総電力供給量の約60％を占めています。モーターの累積電気代は非常に高く、通常、最初の500時間の運転でモーター自体のコストに達します。これは、1年以内にコストの4〜16倍に相当し、全耐用年数を通じてコストの200倍に達する可能性があります。モーターの効率を少し上げると、エネルギーを節約できるだけでなく、大きな経済的利益も得られます。高効率モーターの開発と応用は、現在、世界でホットな話題です。モーター内部のエネルギー消費は主に巻線の抵抗損失によるため、銅線の断面積を増やすことが高効率モーターの開発の重要な手段です。近年、最初に開発された一部の高効率モーターでは、従来のモーターに比べて銅巻線の使用量が25％〜100％増加しています。現在、米国エネルギー省は、鋳造銅技術を使用してモーターローターを製造する開発プロジェクトに資金を提供しています。
※通信ケーブル
1980年代以降、光ファイバケーブルは大電流容量の利点により、通信幹線で銅線を継続的に置き換え、急速に推進・応用されてきました。しかし、電気エネルギーを光エネルギーに変換し、ユーザーに回線を入力するには、依然として大量の銅が必要です。通信産業の発展に伴い、人々はますます通信に依存するようになり、光ファイバケーブルと銅線の需要は増加し続けます。
※住宅用電気配線
近年、わが国の人々の生活水準の向上に伴い、家電製品が急速に普及し、住宅の電気負荷が急速に増加しています。わが国の住宅の電力消費は今後も大きな発展を遂げ、銅線の用途が大幅に増加しています。
B. エレクトロニクス産業への応用
エレクトロニクス産業は新興産業です。その発展の過程で、鋼材の新製品と新用途分野が絶えず開発されています。現在、その用途は真空装置やプリント回路からマイクロエレクトロニクスや半導体集積回路にまで発展しています。
※真空装置
真空デバイスは主に高周波・超高周波送信管、導波管、マグネトロンなどであり、高純度無酸素銅や分散強化無酸素銅が必要です。
※プリント回路
銅プリント基板は、銅箔を表面とした支持体となるプラスチック板に銅箔を貼り付け、銅板に回路配線図を写真で印刷し、エッチングで余分な部分を取り除き、接続された回路を残します。次に、プリント基板の外部との接続部に穴を開け、ディスクリート部品などの端子を差し込み、この開口部に溶接することで、完全な回路が組み立てられます。浸漬めっき法を使用すれば、すべての接合部の溶接を一度に完了できます。このように、ラジオ、テレビ、コンピューターなど、回路の微細なレイアウトが求められる場面では、プリント基板を使用すると、配線や回路の固定に多くの労力を節約できるため、広く使用されており、大量の銅箔を必要とします。また、回路の接続には、安価で融点が低く、流動性の良いさまざまな銅系ろう材も必要です。
※ 集積回路
マイクロエレクトロニクス技術の核心は集積回路です。集積回路とは、半導体結晶材料を基板（チップ）として使用し、特殊なプロセス技術を使用して、回路を構成するコンポーネントと相互接続を内部、表面、または基板上に統合する小型回路を指します。このマイクロ回路は、構造上最もコンパクトなディスクリートコンポーネント回路よりもサイズと重量が数千倍小さくなっています。その登場はコンピューターに大きな変化をもたらし、現代の情報技術の基礎となっています。これまでに開発された超大規模集積回路は、親指の爪よりも小さい1つのチップ領域に作ることができるトランジスタの数が数十万、さらには数百万に達します。最近、世界的に有名なコンピューター会社であるIBM（International Business Machines Corporation）は、シリコンチップの相互接続としてアルミニウムの代わりに銅を使用することで画期的な進歩を遂げました。この新しいタイプの銅マイクロチップは、3％の性能向上を実現でき、回路線のサイズを0.12ミクロンに縮小でき、1つのチップに統合されるトランジスタの数は200万に達することができます。 これにより、古代の金属である銅を半導体集積回路の最新技術分野に応用する新たな状況が生まれました。
※ リードフレーム
集積回路やハイブリッド回路の正常な動作を保護するために、それらをパッケージ化する必要があり、パッケージ化の際には、回路内の多数のコネクタが密封された本体から引き出されます。これらのリードには一定の強度が求められ、リードフレームと呼ばれる集積回路パッケージ回路の支持骨格を構成します。実際の生産では、高速かつ大量生産のために、リードフレームは通常、特定の配置で金属ストリップに連続的に打ち抜かれます。フレーム材料は集積回路の総コストの1/3〜1/4を占め、使用量が多いため、低コストでなければなりません。
銅合金は安価で、強度、電気伝導性、熱伝導性が高く、加工性、針溶接性、耐腐食性に優れています。合金化により、その性能を広範囲に制御でき、リードフレームの性能要件をよりよく満たすことができます。リードフレームの重要な材料となり、現在、マイクロエレクトロニクスデバイスで最も使用されている材料です。
