「铜」是人类文明发展史上不可或缺的一种金属,即使到了现代,铜制品依然不时的出现在我们的生活周遭,从日常用品到电子产品,或多或少都有使用到「铜」。
既然「铜」对我们这么重要,所以,本文会试着整理一些关于「铜」的发展史与资讯,科普一下大家对铜的认识。
中文的「铜」字可以拆解成「金」与「同」,所以,其本意应该是与「金」相似一致,具延展性的红棕色金属,所以在古代我们也称铜为「赤金」。
在我们每天的日常生活中几乎都离不开铜制品,从每天清晨叫我们起床的黄铜闹钟(早期黄铜闹钟可是家家户户的必备生活小帮手,现在几乎被手机所取代,不过手机里头用的零件也有很多含铜的电子材料),然后使用铜制的水龙头来洗脸,煮早餐煎蛋时用的可能也是铜制的锅子,穿戴整齐好准备出门上班,脚上穿的可能也是含铜纤维的袜子,因为铜纤维可以起到很好的抗菌功效,可以中和脚上的恶臭成分。
「铜」更是电的良好导体,现在的电线用的几乎都是铜线,电子产品中电路板内的导体也是铜,而且在积体电路中也开始使用铜导线。乐器当中使用到铜的地方更多,举凡小喇叭、法国号、各式喇叭、长笛、爵士鼓、各式铜管乐器等都是铜制品。所以,铜在人类文明中的用途可是非常的广泛。
那人类的祖先是如何发现自然界的「铜」呢?
人类其实大约早在西元前3,500年左右就开始使用「铜」来炼制金属原料,而早在西元前8,000年左右的新石器时代,人类就已经发现并开始使用「铜」了,当时的石器在人类生活中经常会被制作成各种重要的器具,当时的人类为了将石头加工成斧头或箭头会四处寻找合适加工的石头。
推测人类就是在这样的环境下偶然发现了不同于一般石头的天然铜矿石,这种铜矿石比一些坚硬的石头来得软,且带有红色的光泽,十分的美丽,它明显地与其他的一般石头不同,因为不管怎么对它作敲击都很难敲碎它,也就是说它具有良好的延展性,而且透过技巧性的敲击还可以将「铜」型塑成各种不同的形状,后来甚至还发现加热后可以融化铜矿石,随着人类文明的逐渐发展,于是将这种在自然界中可以找到但不同于一般石头的铜带进了生活当中。
什么是红铜、纯铜、青铜、黄铜、白铜?
也许很多年轻一辈的朋友已经很少听到「红铜」这个名词了,但是在现代化的过程当中「红铜」可是一个在台湾老一辈人耳熟能详的名字,那时候有很多的类铁制品也都被灌上了「红铜」的名称,比如说红铜线(早期可能真的是铜线,但后来慢慢的都变成了铁丝,但大多数人还是它红铜线)、红铜板/片(就是铁板)…等。
红铜
那到底「红铜」是什么?我们一般俗称的「红铜」其实就是「纯铜」的一种色彩的表现,因为纯铜天然带有红色的温暖光泽,看起来十分美丽,某些折射的情况下也会成现出紫色,因此有时也被称为「紫铜」。而在纯铜中加入其他的金属形成铜合金后,还会呈现出各种多样的其他色彩,所以各种不同的铜合金就被灌以不同颜色的铜来命名。
青铜
比如说在纯铜中加入「锡」就可以形成略带白色的合金,但是这种合金再大气环境下容易氧化,而其氧化后会呈现出「青」色,所以称锡铜合金为「青铜(Bronze)」也称「锡青铜」。「青铜」因为其容易加工、可铸造、比红铜耐腐蚀的特性,是古时候许多场合中都会使用到的贵金属,在古代的武器上就更不乏青铜了,在人类的某段时期,青铜还曾是唯一出现在人类歷史舞台上的金属。
在日本颇具代表性的大佛,更是青铜制品的具体呈现,比如说奈良东大寺的「卢舍那佛」高14.85公尺,是目前世界上仅存最大的青铜铸造物,而镰仓高德院的「阿弥陀如来佛」高11.3公尺则为日本仅存的第二大青铜佛像。
黄铜
在纯铜中加入「锌」则可以得到呈现出金黄色泽的铜锌(CuZn)合金「黄铜(Brass)」,黄铜不只色泽优美,音质也佳,而且易加工可锻造,甚至比青铜更不易氧化腐蚀,现今大部分的管乐器就都是黄铜制品。
白铜
在纯铜中加入「镍」则可以得到呈现金白色光泽的铜镍(CuNi)合金「白铜(Cupronickel)」,于「白铜」中再加入「锌」则会变成带有银白色光泽的铜镍锌(CuNiZn)合金「洋银」或称为「洋白铜(Nickel silver)」。
洋白铜具有优异的延展性,其厚度可以做到0.1mm,甚至0.05mm,而不断裂,它也具有不错的耐腐蚀能力,所以它也经常被用于现今电子产品中的许多电子零件中,尤其是连接器或是屏蔽框罩。
什么是生铜、熟铜?
「熟铜」基本上就是「生铜」经过精炼后成为可供锻造的铜,也就是纯度较高的铜。
而「生铜」则是铜矿石或是铜精矿经过焙烧后分别生成铜与铁的氧化物之后,再将它们的氧化物放入转炉中,并添加新的矿石与焦碳、硅酸盐等反应物,进行高温加热,使铁的氧化物与无水硅酸盐生成硅酸铁,而铜的氧化物还原成为金属铜,等到转炉上火焰转变为绿色,遂得熔融状态的铜浆,凝固后的铜就称之为「粗铜」或泡铜,只是这些粗铜与我们一般使用的铜相比,其结晶中仍然含有许多的杂质,其铜组织与緻密性均较「熟铜」来得差,所以,这时候的铜就被称之为「生铜」。
焙烧反应:2CuFeS2 + 6O2 → Cu2O + Fe2O3 + 4SO2
融渣生成:Fe2O3 + 3SiO2 → Fe2(SiO3)3
转炉反应:Cu2S + 2Cu2O → 6Cu + SO2
Cu2O + C → 2Cu + CO
Cu2O + CO → 2Cu + CO2
所以,生铜与熟铜的最大差异是生铜内含杂质较多,所以其延展性差、易折断,而熟铜内含杂质较少,纯度高,拥有较佳的延展性、韧性好、易拉伸等特定。
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