銅在高科技上的應用(1)

航天技術

火箭、衛星和航天飛機中，除了微電子控制系統和儀器、儀表設備以外，許多關鍵性的部件也要用到銅和銅合金。例如：火箭發動機的燃燒室和推力室的內村，可以利用銅的優良導熱性來進行冷卻，以保持溫度在允許的範圍內。亞裏安那5號火箭的燃燒室內村，用的是銅一銀一結合金，在這個村簡內加工出360個冷卻通道，火箭發射時通入液態氫進行冷卻。此外，銅合金也是衛星結構中承載構件用的標准材料。衛星上的太陽翼板通常是由銅與其它幾個元素的合金制成的。

超導和低溫

一般材料（除半導體以外）的電阻隨溫度降低而減小，當溫度降得很低時，某些材料的電阻會完全消失，這種現象稱為超導性。出現超導性的這個最高溫度稱為該材料的超導臨界溫度。超導性的發現為電的利用打開了一個新大地。回為電阻為零，只要施加一個很小的電壓就可以產生十分巨大（理論上是無限大）的電流，獲得巨大的磁場和磁力；或者當電流通過它時，不發生電壓的降低和電能的損耗。顯然它的實際應用將會引起人類在生產和生活上的變革，很受人們的關注。

但是對通常的金屬來說，只有當溫度降低到十分接近絕對零度（OK= -273°C）時才出現超導性，在工程上很難實現。近年來已開發出一些超導合金，它們的臨界溫度比純金屬的高，例如，Nb3Sn合金為18.1K。但是它們的應用一點也離不開銅。首先是這些合金要在超低溫下工作，要通過氣體的液化來獲得低溫，例如：液氦、液氫和液氮的液化溫度分別為4K（-269℃）、20K（-253℃）和77K（-196℃）。銅在這樣低的溫度下仍有良好的韌塑性，是低溫工程中不可缺少的結構和管路輸送材料。此外，Nb3Sn、NbTi等超導合金很脆，難以加工成型材，需用銅做包套材料把它們結合起來。目前這些超導材料已用於制作強磁體，在醫療診斷的核磁共振儀以及某些礦山強力磁選機上得到了應用。正在籌劃中的，時速超過500公裏的磁浮列車，也要依靠這些超導材料磁體把列車懸浮起來，避免輪軌接觸的阻力，而實現車廂的高速運行。

最近發現了一些臨界溫度更高的材料，稱為"高溫超導材料"，它們大多是複合氧化物。較早發現和比較著名的一種是含鉛的銅基氧化物（YBa2Cu3O7-y），臨界溫度為90K，可以在液氮溫度下工作。目前還沒有獲得臨界溫度在室溫附近的材料；而且這些材料難於做成大塊物體，它們能通過可保持超導性的電流密度也不夠高。因此，目前還未能在強電的場合下應用，有待進一步研究開發。

高能物理

揭示物質結構之謎是科學家孜孜以求的重大基礎課題。對這個問題的認識每深入一步，都會給人類帶來重大的影響。當前原子能的利用就是一個例子。近代物理的最新研究業已發現，物質的最小構成單元不是分子和原子而是比它小億倍的誇克和輕子。現在對這些基本粒子的研究往往要在比原子彈爆炸時的核作用高數百倍的極高反應能下進行，稱為高能物理。這樣高的能量是通過帶電粒子在強磁場內，經過長距離加速，向固定的靶"轟擊"而獲得（高能加速器），或者兩個相反方向加速運動的粒子流互相對撞而獲得（對撞機）。為此，需要用銅作繞組構築出長距離的強磁場通道。此外，在受控熱核反應裝置中也要有類似的結構。為了降低由於通過大電流的發熱溫升，這些磁通道由中空的異型銅棒繞成，以便通入介質進行冷卻。

例如：著名的歐洲盧瑟福高能物理實驗室中的質子同步加速器，它的水冷磁體由中空的銅管統成，共計使用約300噸的銅擠壓材。1984年中國建成的重粒子加速器，用去每根40米長、外矩內圓的管材共46噸。在此以後建成的正負電子對撞機中，應用這類銅管105噸。在中國研制的受控熱核反應裝置中，共有16個聚焦線圈。每個線圈用長度55米的銅條繞成。殼體用銅板焊接而成，其上焊有冷卻水管。在該裝置上共計用銅50噸。

中計算機

信息技術是高科技的前導。它依靠的是現代人類智慧的結晶一計算機這個工具，對瞬息萬變、浩如煙海的信息進行加工和處理。計算機的心髒由微處理器（包含運算器和控制器）和存儲器組成。這些基本部件（硬件）都是大規模集成電路，在微小的芯片上分布著千萬個相互連接的晶體管、電阻。電容等元件，以進行快速的數值運算，邏輯運算和大量的信息儲存。這些集成電路的芯片要通過引線框架和印刷電路組裝起來才能進行工作。從前面"電子工業中的應用"一章中可以看到，銅和銅合金不但是引線框架、焊料和印刷電路板中的重要材料；而且還能夠在集成電路的微小元件互連中起重要作用。

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1：銅的用途

2：銅的分類

3：銅的化合物

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