Kupfer (Cu)

Physikalische Eigenschaften

Hohe Dichte (8.93 kg/dm³)
Hoher Schmelzpunkt (1083 °C)
Sehr hohe Wärmeleitfähigkeit [395 W/(K*m)]
Sehr gute elektrische Leitfähigkeit (97% von Silber)

Mechanische Eigenschaften

Geringe Zugfestigkeit
Hohe Dehnbarkeit (50…35%)
Geringe Härte
Gute Umformbarkeit
Gut giessbar
Lötbar
Schweissbar (sauerstofffreies Kupfer)

Weitere Eigenschaften

Sehr gute Witterungsbeständigkeit (dank Oxidschicht)
Essigsäure bildet mit Kupfer den giftigen Grünspan

Legierungen

Messing (CuZn)

Diese Legierung zeichnet sich durch hohe Festigkeitseigenschaften und Verformbarkeit aus. Ausserdem ist Messing korrosionsbeständig und sehr gut zerspanbar. Mit Zusätzen wie Al, Fe, Ni, Mn, Zn und Si wird die Zug- und die Verschleissfestigkeit sowie die Korrosionsbeständigkeit gesteigert.
Anwendung von Messing: Feinmechanik, Armaturen, Uhren- und Elektroindustrie. Wegen der gelben Metallfarbe und der guten Polierbarkeit wird Messing auch für dekorative Zwecke eingesetzt.

Zinnbronze (CuSn)

Die Vorteile von Zinnbronze liegen in der hohen Festigkeit und Härte sowie dem tieferen Schmelzpunkt. Zinnbronze ist auch sehr korrosions- und verschleissfest sowie meerwasserbeständig. Bronze bietet zudem gute Feder- und Gleiteigenschaften und verfügt über eine hervorragende Dauerschwingfestigkeit. Wegen der Gefahr von Versprödung wird der Sn-Anteil auf max. 8.5% begrenzt.
Mehrstoffzinnbronze (Rotguss) enthält neben dem Zinn noch Zink und/oder Blei. Wegen ihrer guten Gleiteigenschaften wird sie z.B. für Lagerschalen verwendet.

Aluminiumbronze (CuAl)

Sie werden fast ausschliesslich als Gusswerkstoffe verwendet und gelangen hauptsächlich im Marinebereich und in der chemischen Industrie zum Einsatz. Aluminiumbronze besitzt die beste allgemeine Korrosionsbeständigkeit aller Kupferlegierungen.

Konstantan (CuNi)

Konstantan zählt zu den korrosionsbeständigsten Kupfersorten und hat einen fast temperaturunabhängigen ohmschen Widerstand. Anwendung: Widerstände, Thermoelemente, Bleche in Chemieanlagen.
Neusilber enthält zusätzlich noch Zink und wird für Besteck, medizinische Geräte, Reissverschlüsse und Schmuck verwendet.

Patina und Grünspan

An der Luft oxidiert die Oberfläche von Kupfer im Laufe der Zeit zu einer dunkelbraunen matten Schutzschicht. Dieser Vorgang macht das Metall sehr beständig gegen Witterungseinflüsse. Verantwortlich dafür ist das Zusammenwirken von Kohlendioxid und Sauerstoff in feuchter Umgebung. Bei hoher Konzentration kann die Oxidschicht ein leuchtendes Grün entwickeln, die so genannte Patina, auch Edelrost genannt.
Nicht zu verwechseln ist die Patina mit dem Grünspan. Er entsteht durch längeres Einwirken leichter Säuren aus zumeist organischen Verbindungen. Dazu zählen neben Lebensmittelresten (Fruchtsäure, Essigsäure) auch tierische Ausscheidungen (Harnsäure). Grünspan zerstört das Kupfer und ist äußerst giftig.

Anwendungsmöglichkeiten

Grundmetall von Messing (CuZn), Bronze (CuSn) und Neusilber (CuNiZn).
Wichtigster Leiterwerkstoff in Elektrotechnik und Elektronik.
Heiz- und Kühlschlangen
Wasser- und Heizungsrohre
Dächer und Dachrinnen
Kunstgegenstände

Vorkommen und Herstellung

Kupfer steht mit 0.0055 Gewichtprozent an 26. Stelle der Elementenhäufigkeit in der Erdkruste. Es wird vorwiegend aus Erzen gewonnen. Die wichtigsten Kupfererze sind Kupferkies (CuFeS₂) und Kupferglanz (Cu₂S).

Die Erze werden gemahlen und durch Flotation angereichert. Im Röstofen werden die Erze geröstet, das Wasser scheidet ab, Schwefel und Kohlenstoff werden verbrannt. Anschliessend wird es im Schmelzofen geschmolzen. Das Kupferoxid wird im Schmelzofen mit Kohle reduziert und durch Umsetzung mit schlackebildenden Zusätzen oder durch Elektrolyse gereinigt. Bei der elektrolytischen Reinigung hängen den gegossenen Anoden aus Rohkupfer dünne Bleche aus reinem Kupfer gegenüber, an denen sich das Kupfer abscheidet. Im so genannten Anodenschlamm, womit die an der Anode abfallenden Rückstände gemeint sind, sammeln sich die Edelmetalle (z.B. Silber). Unedlere Begleitmetalle hingegen bleiben in Lösung.

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FKB s. 280-282