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Cuivre – Propriétés – Prix – Applications – Production

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À propos du Cuivre

Le cuivre est un métal doux, malléable et ductile avec une conductivité thermique et électrique très élevée. Une surface fraîchement exposée de cuivre pur a une couleur rouge-orange. Le cuivre est utilisé comme conducteur de chaleur et d’électricité, comme matériau de construction et comme constituant de divers alliages métalliques, tels que l’argent sterling utilisé dans les bijoux, le cupronickel utilisé pour fabriquer du matériel marin et des pièces de monnaie, et le constantan utilisé dans les jauges de contrainte et les thermocouples. pour la mesure de la température.

Résumé

Élément Cuivre
Numéro atomique 29
Catégorie d’élément Métal de transition
Phase à STP Solide
Densité 8,92 g/cm3
Résistance à la traction ultime 210 MPa
Limite d’élasticité 33 MPa
Module de Young 120 GPa
Échelle de Mohs 3
Dureté Brinell 250 MPa
Dureté Vickers 350 MPa
Point de fusion 1084,62°C
Point d’ébullition 2562°C
Conductivité thermique 401W/mK
Coefficient de dilatation thermique 16,5 µm/mK
Chaleur spécifique 0,38 J/g·K
Température de fusion 13,05 kJ/mol
Chaleur de vaporisation 300,3 kJ/mol
Résistivité électrique [nanoohmmètre] 16,8
Susceptibilité magnétique −5,46e-6cm^3/mol


Applications du Cuivre

Historiquement, l’alliage du cuivre avec un autre métal, par exemple l’étain pour fabriquer du bronze, a été pratiqué pour la première fois environ 4 000 ans après la découverte de la fusion du cuivre et environ 2 000 ans après la généralisation du « bronze naturel ». Une civilisation ancienne est définie comme étant à l’âge du bronze soit en produisant du bronze en fondant son propre cuivre et en l’alliant avec de l’étain, de l’arsenic ou d’autres métaux. Les principales applications du cuivre sont les fils électriques (60 %), les toitures et la plomberie (20 %) et les machines industrielles (15 %). Le cuivre est principalement utilisé comme métal pur, mais lorsqu’une plus grande dureté est requise, il est utilisé dans des alliages tels que le laiton et le bronze (5 % de l’utilisation totale). Le cuivre et les alliages à base de cuivre dont les laitons (Cu-Zn) et les bronzes (Cu-Sn) sont largement utilisés dans différentes applications industrielles et sociétales. Certaines des utilisations courantes des alliages de laiton comprennent les bijoux de fantaisie, les serrures, les charnières, les engrenages, les roulements, les douilles de munitions, les radiateurs automobiles, les instruments de musique, les emballages électroniques et les pièces de monnaie. Le bronze, ou les alliages et mélanges de type bronze, ont été utilisés pour les pièces de monnaie sur une plus longue période. est encore largement utilisé aujourd’hui pour les ressorts, les roulements, les bagues, les roulements pilotes de transmission automobile et les raccords similaires, et est particulièrement courant dans les roulements des petits moteurs électriques. Le laiton et le bronze sont des matériaux d’ingénierie courants dans l’architecture moderne et principalement utilisés pour les toitures et les revêtements de façade en raison de leur aspect visuel. est encore largement utilisé aujourd’hui pour les ressorts, les roulements, les bagues, les roulements pilotes de transmission automobile et les raccords similaires, et est particulièrement courant dans les roulements des petits moteurs électriques. Le laiton et le bronze sont des matériaux d’ingénierie courants dans l’architecture moderne et principalement utilisés pour les toitures et les revêtements de façade en raison de leur aspect visuel. est encore largement utilisé aujourd’hui pour les ressorts, les roulements, les bagues, les roulements pilotes de transmission automobile et les raccords similaires, et est particulièrement courant dans les roulements des petits moteurs électriques. Le laiton et le bronze sont des matériaux d’ingénierie courants dans l’architecture moderne et principalement utilisés pour les toitures et les revêtements de façade en raison de leur aspect visuel.


 
 

Applications cuivre

Production et prix du Cuivre

Les prix des matières premières changent quotidiennement. Ils dépendent principalement de l’offre, de la demande et des prix de l’énergie. En 2019, les prix du Cuivre pur se situaient autour de 27 $/kg.

La majeure partie du cuivre est extraite ou extraite sous forme de sulfures de cuivre dans de grandes mines à ciel ouvert dans des gisements de cuivre porphyrique contenant de 0,4 à 1,0 % de cuivre. Les sites comprennent Chuquicamata, au Chili, Bingham Canyon Mine, dans l’Utah, aux États-Unis, et El Chino Mine, au Nouveau-Mexique, aux États-Unis. Le cuivre est l’un des métaux les plus recyclés ; environ un tiers de tout le cuivre consommé dans le monde est recyclé. Le cuivre recyclé et ses alliages peuvent être refondus et utilisés directement ou encore retraités en cuivre affiné sans perdre aucune des propriétés chimiques ou physiques du métal.

Cuivre-tableau périodique

Source : www.luciteria.com

Propriétés mécaniques du Cuivre

Cuivre-propriétés-mécaniques-résistance-dureté-structure cristalline

Force du Cuivre

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence.

Voir aussi: Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime du Cuivre

La résistance à la traction ultime du cuivre est de 210 MPa.

Limite d’élasticité du Cuivre

La limite d’élasticité du cuivre  est de 33 MPa.

Module de Young du Cuivre

Le module de Young du cuivre est de 120 GPa.

Dureté du Cuivre

En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et  aux rayuresLe test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

La dureté Brinell du cuivre est d’environ 250 MPa.

La méthode d’essai de dureté Vickers a été développée par Robert L. Smith et George E. Sandland chez Vickers Ltd comme alternative à la méthode Brinell pour mesurer la dureté des matériaux. La méthode d’essai de dureté Vickers peut également être utilisée comme méthode d’essai de microdureté, qui est principalement utilisée pour les petites pièces, les sections minces ou les travaux en profondeur.

La dureté Vickers du cuivre est d’environ 350 MPa.

La dureté à la rayure est la mesure de la résistance d’un échantillon à la déformation plastique permanente due au frottement d’un objet pointu. L’échelle la plus courante pour ce test qualitatif est l’échelle de Mohs, qui est utilisée en minéralogie. L’échelle de Mohs de dureté minérale est basée sur la capacité d’un échantillon naturel de minéral à rayer visiblement un autre minéral.

Le cuivre a une dureté d’environ 3.

Voir aussi: Dureté des matériaux

Cuivre – Structure Cristalline

Une structure cristalline possible du cuivre est une structure cubique à faces centrées.

structures cristallines - FCC, BCC, HCP

Dans les métaux et dans de nombreux autres solides, les atomes sont disposés en réseaux réguliers appelés cristaux. Un réseau cristallin est un motif répétitif de points mathématiques qui s’étend dans tout l’espace. Les forces de la liaison chimique provoquent cette répétition. C’est ce motif répété qui contrôle les propriétés telles que la résistance, la ductilité, la densité, la conductivité (propriété de conduire ou de transmettre la chaleur, l’électricité, etc.) et la forme. Il existe 14 types généraux de ces modèles connus sous le nom de réseaux de Bravais.

Voir aussi: Structure cristalline des matériaux

Structure cristalline du Cuivre
La structure cristalline du cuivre est : cubique à faces centrées

Force des éléments

Élasticité des éléments

Dureté des éléments

Propriétés thermiques du Cuivre

Cuivre-point de fusion-conductivité-propriétés-thermiques

Cuivre – Point de fusion et point d’ébullition

Le point de fusion du cuivre est de 1084,62°C.

Le point d’ébullition du cuivre est de 2562°C.

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard.

Cuivre – Conductivité thermique

La conductivité thermique du cuivre est de 401 W/(m·K).

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

Coefficient de dilatation thermique du Cuivre

Le coefficient de dilatation thermique linéaire du cuivre est  de 16,5 µm/(m·K)

La dilatation thermique est généralement la tendance de la matière à changer ses dimensions en réponse à un changement de température. Il est généralement exprimé sous la forme d’un changement fractionnaire de longueur ou de volume par unité de changement de température.

Cuivre – Chaleur spécifique, chaleur latente de fusion, chaleur latente de vaporisation

La chaleur spécifique du cuivre est de 0,38 J/g K.

La capacité calorifique est une propriété extensive de la matière, c’est-à-dire qu’elle est proportionnelle à la taille du système. La capacité thermique C a l’unité d’énergie par degré ou d’énergie par kelvin. Lors de l’expression du même phénomène en tant que propriété intensive, la capacité thermique est divisée par la quantité de substance, de masse ou de volume, ainsi la quantité est indépendante de la taille ou de l’étendue de l’échantillon.

La chaleur latente de fusion du cuivre est de 13,05 kJ/mol.

La chaleur latente de vaporisation du cuivre est de 300,3 kJ/mol.

La chaleur latente est la quantité de chaleur ajoutée ou retirée d’une substance pour produire un changement de phase. Cette énergie décompose les forces d’attraction intermoléculaires, et doit également fournir l’énergie nécessaire pour dilater le gaz (le pΔV travail). Lorsque la chaleur latente est ajoutée, aucun changement de température ne se produit. L’enthalpie de vaporisation est fonction de la pression à laquelle cette transformation a lieu.

Point de fusion des éléments

Tableau périodique des éléments - point de fusion

Conductivité thermique des éléments

Tableau périodique des éléments - conductivité thermique

Dilatation thermique des éléments

Tableau périodique des éléments - dilatation thermique

Capacité calorifique des éléments

Tableau périodique des éléments - capacité calorifique

Chaleur de fusion des éléments

Tableau périodique des éléments - fusion par chaleur latente

Chaleur de vaporisation des éléments

Tableau périodique des éléments - vaporisation de la chaleur latente

Cuivre – Résistivité électrique – Susceptibilité magnétique

Cuivre-résistivité-électrique-susceptibilité-magnétique

La propriété électrique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ électrique appliqué. L’une des principales caractéristiques des matériaux est leur capacité (ou leur incapacité) à conduire le courant électrique. En effet, les matériaux sont classés selon cette propriété, c’est-à-dire qu’ils sont divisés en conducteurs, semi-conducteurs et non-conducteurs.

Voir aussi: Propriétés électriques

La propriété magnétique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ magnétique appliqué. Les propriétés magnétiques macroscopiques d’un matériau sont une conséquence des interactions entre un champ magnétique extérieur et les moments dipolaires magnétiques des atomes qui le constituent. Différents matériaux réagissent différemment à l’application du champ magnétique.

Voir aussi: Propriétés magnétiques

Résistivité électrique du Cuivre

La résistivité électrique du cuivre est de 16,8 nΩ⋅m.

La conductivité électrique et son inverse, la résistivité électrique, est une propriété fondamentale d’un matériau qui quantifie la manière dont le cuivre conduit le flux de courant électrique. La conductivité électrique ou conductance spécifique est l’inverse de la résistivité électrique.

Susceptibilité magnétique du Cuivre

La susceptibilité magnétique du cuivre est de −5,46e-6 cm^3/mol.

En électromagnétisme, la susceptibilité magnétique est la mesure de l’aimantation d’une substance. La susceptibilité magnétique est un facteur de proportionnalité sans dimension qui indique le degré d’aimantation du cuivre en réponse à un champ magnétique appliqué.

Résistivité électrique des éléments

Tableau périodique des éléments - résistivité électrique

Susceptibilité magnétique des éléments

Application et prix des autres éléments

Cuivre - Comparaison des propriétés et des prix

Tableau périodique en résolution 8K

Autres propriétés du Cuivre