知っておくべき銅の重要な用途

銅：人類が発見した最も古い金属のひとつ。墳墓からの考古学的発見により、6,000年前にはすでにエジプト人が銅製の道具を使用していたことが明らかになっている。自然界に存在する銅は、自生銅、銅輝石、黄銅鉱として発見される。自生銅と黄銅鉱は希少である。

現在、世界の銅の80%以上は、2～3%程度の銅しか含まない低品位鉱石の一種であるカルコサイトから精錬されている。銅冶金の発展は長い過程を経てきましたが、現在でも銅の製錬は主に乾式製錬が行われており、世界の銅生産量の約80%を占めています。

近代的な湿式冶金技術が徐々に導入され、銅の精錬コストが大幅に削減されている。

銅は、高い熱伝導性、電気伝導性、化学的安定性、高い引張強さ、優れた耐食性など、多くの価値ある物理的・化学的特性を誇っています。 溶接性耐食性、延性、展性。

 純銅は非常に細いワイヤーに引いたり、非常に薄い銅箔にすることができる。銅は亜鉛、錫、鉛、マンガン、コバルト、ニッケル、アルミニウム、鉄、その他の金属と合金を形成することができます。銅と亜鉛の合金である黄銅、銅と錫の合金である青銅、銅とコバルトとニッケルの合金であるキュプロニッケルです。

銅と銅合金の主な用途の割合。

銅は人間と密接な関係を持つ非鉄金属で、電気工学、軽工業、機械製造業、建設業、国防産業などの分野で広く使われている。中国では、銅の消費量は非鉄金属の中でアルミニウムに次いで第2位である。 金属材料.

一人当たりの年間平均消費量によると、先進国（約11億人）は10～20kg、発展途上国（約49億人）は0～2kgである。

先進国の銅消費レベルは、発展途上国のそれよりもかなり高い。先進国では、平均的な住民が一生の間に消費する銅の量は約1トンと、かなりの量になります。

上記2つのデータを比較すると、銅の消費レベルはその国の発展レベルをある程度反映していることがわかる。中国の銅需要は近年著しく増加しているが、農村部にはまだ貧しい地域があり、一人当たりの年間平均消費量は約0.1kgにすぎず、これはインド（0.13kg）と同程度であり、広大な発展の可能性を示している。

中国の銅消費構造：

アメリカの銅消費構造：

上の2つの図から、中国と米国では銅の消費構造に大きな違いがあることがわかる。中国では電気・電子製品の消費が全体の半分を占めているのに対し、アメリカでは70%を占めている。

アメリカは建設業での銅の消費量も多いのですが、中国では建設業での銅の消費量はごくわずかです。欧米諸国と比べると、中国の建設業における銅の利用は近年始まったばかりで、巨大な潜在市場があります。

統計によると、アメリカの住宅における銅の使用量は、1970年には1世帯あたり120kgだったが、1996年には200kgに増加した。自動車は平均して、1950 年には 1 台あたり 10kg の銅を使用していましたが、1996 年には 19kg に増加しました。電気自動車は 1 台あたり 25kg から 40kg に銅の使用量を増やす必要があります。

世界の銅市場における、さまざまな建設分野での銅の使用割り当て。

世界の銅市場における、さまざまな建設分野での銅の使用量の具体的な配分は以下の通りです：

(1)配管設備（水、熱、ガス、スプリンクラー等）、住宅設備（エアコン、冷蔵庫等）、建物装飾（屋根、雨樋装飾等）、通信回線（音響、映像、データ等）、電力供給設備等の住宅建設。

(2)機器製造：産業機器（モーター、変圧器など）、輸送機器（自動車、鉄道、航空機など）、電子機器、軽工業製品（家電製品、計器、工具など）。

(3)基本的なインフラ。大規模なエンジニアリング・プロジェクト（交通施設、石油化学産業、鉱業、冶金など）、電力産業（送電、配電など）、通信ネットワークなど。特筆すべきは、住宅建設が人々の生活水準に直結していることで、銅はこの分野にもっとも多く使われています。特に中国では、住宅建設は国民経済の発展を牽引する重要な部分とみなされています。銅の利用を積極的に推進することは、国の経済と社会の発展にとって重要な役割を担っていることがわかります。

電気産業における銅の用途：

(1) 送電

1998年から2003年までの全国の電力消費データ。

上図は1998年から2003年までの中国の電力消費状況を、2003年を予測値として示したものである。中国の経済発展による電力需要の急増は、送電に大量の導電性の高い銅を必要とし、主に電力ケーブル、バスバー、変圧器、スイッチ、コネクター、相互接続に使われている。電線やケーブルを通して電力を送る過程で、電気抵抗は熱を発生させ、エネルギーを浪費します。

現在、省エネルギーや経済性の観点から、世界では「最適ケーブル断面」規格が推進されている。かつては、危険な過熱を起こさずに初期導入コストを抑えるため、設計で要求される定格電流のもとでケーブルの許容最小寸法を小さくするために、ケーブル断面を小さくすることだけを考えた規格が一般的だった。

この規格に従って敷設されたケーブルは、敷設コストは低いが、長期使用時の電気抵抗によるエネルギー消費は相対的に大きくなる。最適ケーブル断面 "規格は、1回限りの設置コストとエネルギー消費の両方を考慮し、省エネと最適な包括的経済効果のためにケーブルサイズを適切に拡大する。新基準によると、ケーブル断面積は旧基準の2倍以上になることが多く、約50%の節電効果が得られる。

これまで中国は、銅の供給不足のため、アルミの重量が銅の30%に過ぎないことを考慮し、軽量化を期待して架空高圧送電線の銅をアルミに置き換える措置を採ってきた。しかし、環境保護の観点から、架空送電線は地下ケーブル敷設に取って代わられる。そのような状況下では、アルミは銅に比べて導電性が悪く、ケーブルサイズが大きくなるなどの欠点があり、競争力が低下する。

同じ理由で、アルミ巻きのトランスをエネルギー効率の高い銅巻きのトランスに置き換えることも賢明な選択である。

(2) モーター製造

モーター製造では、高い導電性と強度を持つ銅合金が広く使われています。主な銅の部品はステーター、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や水素ガスで冷却する必要があり、二重水冷式内部冷却や水素冷却式モーターと呼ばれ、長い中空導体が必要になります。

モーターは電力消費量が多く、全電力供給の約60%を占めている。モーターを動かすための累積電気代は非常に高い。一般的に、運転開始から500時間以内にモーター本体のコストに達し、1年以内には4～16倍になる。耐用年数全体では、そのコストは200倍に達することもある。

モータの効率を少し改善するだけで、エネルギーを節約できるだけでなく、大きな経済的利益を得ることができる。効率的なモーターを開発し、応用することは、今世界中でホットな話題となっている。モータの内部エネルギー消費は主に巻線の抵抗損失によるものであるため、銅線の断面積を大きくすることは効率的なモータを開発するための重要な対策である。近年、従来のモーターより25-100%多い銅巻線を使用した高効率モーターが開発されています。現在、アメリカ・エネルギー省は、鋳造銅技術を使ったモーター・ローターの製造を提案する開発プロ ジェクトに資金を提供しています。

(3) 通信ケーブル

1980年代以降、光ファイバーケーブルは大電流を流せるという利点から、通信バックボーンにおいて銅ケーブルに取って代わり、急速に普及が進んでいる。しかし、電気エネルギーを光エネルギーに変換し、ユーザー回線を入力するためには、依然として大量の銅が必要である。通信産業の発展に伴い、人々の通信への依存度は高まっており、光ファイバーケーブルと銅線の両方の需要は今後も増え続けるだろう。

(4) 住宅用電気配線

近年、中国では生活水準の向上や家電製品の急速な普及に伴い、家庭の電力負荷が急速に増加している。図6.6に示すように、1987年の家庭用電力消費量は269.6億キロワット時（kWh）であったが、1996年には1,131億kWhと3.2倍に急増した。

このような成長にもかかわらず、先進国と比べるとまだ大きな隔たりがある。例えば、1995年の一人当たりの電力消費量は、米国は中国の14.6倍、日本は8.6倍であった。中国の家庭用電力消費は、今後まだまだ伸びる可能性がある。1996年から2005年までの間に1.4倍に増加すると予想されている。

現在、中国の住宅用電気配線の設計能力は比較的低い。表6.lは、2LDKのアパートを例に、北京、香港、日本の建築電気設計基準を比較したものである。香港と日本は、住宅電力消費の増加に対する需要を十分に考慮した設計を行っているが、中国の住宅用電気配線の設計能力は早急に改善する必要があることがわかる。

エレクトロニクス産業における銅の応用

エレクトロニクス産業は新興産業であり、その成長とともに新しい銅製品と新しい用途を開発し続けています。現在、その用途は電子管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へと発展しています。

(1) 電子管

電子管は主に高周波・超高周波送信管、導波管、マグネトロン管で構成され、高純度無酸素銅や分散強化無酸素銅が必要とされる。

(2) プリント回路

銅プリント回路は、表面として銅箔を使用し、それを支持体としてプラスチック板に貼り付ける。回路配線図はフォトリソグラフィによって銅板に印刷され、余分な部分はエッチングによって除去され、相互接続された回路が残る。

その後、プリント基板と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挿入し、この経路上で溶接することで、完成回路の組み立てが完了する。無電解めっき法を使用する場合は、すべての 接合溶接 は一度に完了することができる。

そのため、ラジオ、テレビ、コンピューターなど、精密な回路レイアウトが要求される場面でプリント回路が広く使われ、配線や回路の固定にかかる労力を大幅に節約し、大量の銅箔を消費する必要がある。また、回路の接続には、低価格、低融点、良流動性の各種銅系はんだ材料が必要となる。

(3)集積回路

マイクロエレクトロニクス技術の中核は集積回路である。集積回路とは、回路を構成する部品や相互接続が、特殊なプロセス技術によって半導体結晶材料基板（チップ）の内部、表面、または上部に集積された小型化回路を指す。

この種のマイクロ回路は、構造上最もコンパクトなディスクリート部品回路に比べて、サイズも重量も数千倍から数百万倍も小さい。その出現はコンピュータに大きな変化をもたらし、現代の情報技術の基礎となった。

現在開発されている超大規模集積回路は、指の爪よりも小さな1つのチップ面積に数十万から数百万のトランジスタを集積することができる。最近、国際的に有名なコンピューター会社であるIBMが、シリコンチップの相互接続にアルミニウムの代わりに銅を使うという画期的な技術を開発した。

この新しいタイプの銅マイクロチップは、30% の効率向上を達成し、回路ラインのサイズを 0.12 ミクロンに縮小し、1 つのチップに最大 200 万個のトランジスタを集積することを可能にします。これにより、半導体集積回路という最新技術分野において、古代の金属である銅に新たな展望が開けました。

(4) 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は、それらをパッケージングする必要があり、パッケージングの際には、回路内の多数のコネクタをシールから導出する必要がある。

これらのリードは、リードフレームと呼ばれる集積パッケージ回路の支持骨格を形成するために一定の強度を必要とする。

実際の生産では、高速・大量生産を実現するため、リードフレームは通常、金属ストリップに特定の配置で連続的にプレスされる。リードフレーム材料は集積回路の総コストの1/3から1/4を占め、広く使用されるため、低コストが要求される。

銅合金は低価格、高強度、導電性、熱伝導性、優れた加工性能、はんだ付け性、耐食性を持っています。合金化により、その特性を大きな範囲で制御することができ、リードフレームの性能要件をより良く満たすことができる。

銅はリードフレームの重要な材料となっており、現在、マイクロエレクトロニック・デバイスで最も広く使われている銅の材料である。

エネルギー・石油化学産業における銅の用途

(1) エネルギー産業

火力発電も原子力発電も、仕事をするためには蒸気に頼っている。ボイラーで蒸気を発生させ、その蒸気でタービンを回して仕事をし、仕事を終えた蒸気は復水器に送られ、冷却されて水になり、再びボイラーに戻って蒸気になる。

この間、メイン・コンデンサーはチューブ・プレートとコンデンサー・チューブで構成される。銅は熱伝導率がよく、水による腐食に強いため、銅が使用される。これらはすべて黄銅、アルミ黄銅、または銅で作られている。 白銅.

データによると、設置容量1万キロワットごとに5トンのコンデンサーチューブが必要となる。60万キロワットの発電所では、3,000トンのコンデンサー管が必要になる。太陽エネルギーの利用には、多くの銅パイプも必要となる。

たとえば、ロンドン近郊のプール付きホテルには、夏でも水温を18～24℃に保つことができるソーラーヒーターが設置されている。ソーラーヒーターには784ポンド（356キログラム）の銅パイプが使われている。

(2) 石油化学産業

銅は石油化学産業でも使われることがあります。海水冷却の原子力発電所の熱交換器に銅とニッケルの合金が使われているのもその一例です。この合金は海水の腐食や高温に対する耐性に優れており、この用途には理想的です。

銅は、その高い強度と優れた耐食性により、石油・ガス輸送用のパイプラインやタンクの建設にも使用されている。

さらに銅は、製油所やその他の化学プラントの化学反応の触媒にも使われています。

(2) 石油化学産業

銅および多くの銅合金は、水溶液、塩酸、有機酸（酢酸、クエン酸、脂肪酸、乳酸、シュウ酸など）、アンモニアを除く各種アルカリ、非酸化性有機化合物（油、フェノール、アルコールなど）などの非酸化性酸に対して良好な耐食性を有する。

そのため、石油化学産業では、腐食性媒体と接触するさまざまな容器、パイプライン・システム、フィルター、ポンプ、バルブの製造に広く使用されている。

銅はその熱伝導率の高さから、様々な蒸発器、熱交換器、凝縮器の製造にも使われます。銅は可塑性に優れているため、現代の化学工業では、クロス織りの銅パイプを使った複雑な構造の熱交換器の製造に特に適しています。

また、石油精製工場では、衝撃で火花が発生しないため、火災の発生を防ぐことができることから、工具の製造に青銅が使用されている。

(3) 海洋産業

海洋は地球表面の70%以上を覆っており、海洋資源の合理的な開発と利用はますます重要視されている。海水には腐食の原因となる塩化物イオンが含まれており、銅、鉄、アルミニウム、さらにはステンレス銅など、多くのエンジニアリング金属材料は海水腐食に耐性がない。

さらに、海洋生物付着物は、これらの素材の表面にも形成される。 非金属 木材やガラスなどの素材銅は海水の腐食に強いだけでなく、銅イオンが水に溶けたときに殺菌効果を発揮し、海洋生物による汚損を防ぐことができるという特徴があります。

そのため、銅や銅合金は海洋産業において非常に重要な素材であり、海水淡水化プラントや海上の石油・ガスプラットフォーム、その他沿岸や海中の施設で広く使われています。

例えば、海水淡水化プロセスで使用されるパイプラインシステム、ポンプ、バルブ、スプラッシュゾーンや水中ボルトを含む石油・ガスプラットフォームで使用される機器などである、 ボーリング 日、防汚スリーブ、ポンプ、バルブ、パイプラインシステムなど。

輸送産業における銅の応用

(1) 船

アルミニウム青銅、マンガン青銅、アルミニウム黄銅、砲金（錫-亜鉛青銅）、白銅、ニッケル銅合金（モネル合金）などの銅合金は、その優れた耐海水腐食性から造船の標準的な材料となっています。銅と銅合金は、軍艦やほとんどの大型商船の重量の2～3%を占めている。軍艦やほとんどの大型商船のプロペラは、アルミニウム青銅または真鍮製である。

大型艦のプロペラは1基20～25トン、空母エリザベス・クイーンやメアリー・クイーンのプロペラは1基35トンにもなる。大型船の重い尾翼のシャフトは「アドミラル」砲金製であることが多く、舵やプロペラの円錐ボルトも同じ材料で作られている。銅と銅合金はエンジンやボイラー室にも広く使われている。世界初の原子力商船では、30トンの白銅製復水管が使われた。最近では、アルミの真鍮パイプを使った大型の加熱コイルが石油タンクとして使われている。

この貯蔵タンクは10万トン級の船に12基あり、それに対応する暖房システムもかなりの規模になる。船内の電気設備も非常に複雑で、エンジン、モーター、通信システムなど、ほとんどすべてが銅と銅合金に依存して機能している。

銅や銅合金は、大小さまざまな船のキャビンの装飾によく使われ、木造船でも銅合金（通常はシリコン青銅）のスクリューや釘で固定するのが好ましい。以前は、海洋生物付着物から船体を守るために銅の被覆がよく使われていたが、現在は銅を含む塗料を刷毛で塗るのが一般的だ。

第二次世界大戦中、ドイツ軍の磁気機雷による船舶攻撃を防ぐため、対磁気機雷装置が開発された。銅製の帯を船体の周囲に取り付け、そこに電流を流して船の磁場を中和し、機雷の爆発を防いだのだ。

1944年以来、総勢約18,000隻にのぼるすべての連合軍艦船は、保護のためにこの消磁装置を装備している。大型戦艦の中には、この目的のために大量の銅を必要とするものもある。例えば、戦艦の1隻は28マイル（約45キロメートル）、重さ約30トンの銅線を使用している。

(2) 自動車

車の種類や大きさにもよりますが、1 台の車には通常 10～21 キロの銅が使われています。小型車の場合、銅の使用量は車重の 6～9% に相当します。銅と銅合金は主にラジエーター、ブレーキ・システムのパイプライン、油圧装置、ギア、ベアリング、ブレーキ・パッド、配電・電力シス テム、ワッシャー、さまざまなコネクター、継手、装飾部品に使われています。

ラジエーターには比較的多くの銅が使われている。最近のチューブ・アンド・ストリップ・ラジエーターでは、真鍮のストリップがラジエーター・チューブに溶接され、薄い銅のストリップが放熱フィンに折り込まれています。近年、銅製ラジエーターの性能をさらに向上させ、アルミ製ラジエーターとの競争力を 高めるために、多くの改良が加えられてきました。

素材面では、熱伝導性を犠牲にすることなく強度と軟化点を高めるために、銅に微量元素を添加する。

製造工程で言えば、高周波あるいは レーザー溶接 の銅管を使用し、ラジエーター・コアの組み立てには、鉛に汚染された軟ロウ付けの代わりに銅ロウ付けを使用する。

その結果を表 6.2 に示す。同じ放熱条件、つまり同じ空気圧と冷却水の圧力降下で、ろう付けしたアルミ製ラジエーターと比較すると、新しい銅製ラジエーターは重量が軽く、サイズも大幅に小さくなっており、銅の優れた耐食性と長寿命が、銅製ラジエーターの利点をより際立たせています。

(3) 鉄道

鉄道の電化には大量の銅と銅合金が必要だ。架線1キロあたり2トン以上の特殊形状の銅線が必要だ。強度を高めるため、少量の銅（約1%）や銀（約0.5%）が加えられることが多い。

加えて、電車のモーター、整流器、制御、ブレーキ、電気、信号システムはすべて銅と銅合金の力を借り ている。

(4) 航空機

銅は航空機の運航にも欠かせません。たとえば、航空機の配線、油圧、冷却、空圧システムには銅素材が使われ、ベアリングのリテーナーやランディングギアのベアリングにはアルミ青銅管が使われ、航海計器には耐磁性銅合金が使われ、多くの計器にはベリリウム銅の弾性体が使われるなど、さまざまな用途に使われています。

機械・冶金産業における銅の用途

(1) 機械工学

銅の部品はほとんどの機械に使われています。モーターや回路には大量の銅が使われている、 油圧システムギア、ウォームギア、ウォームシャフト、コネクター、ファスナー、トーションエレメント、スクリュー、ナットなど、真鍮や青銅で作られた様々な伝動部品やファスナーは、銅合金で作られています。

機械の中で互いに相対的に動くほとんどの部品は、耐摩耗性の銅合金製のベアリングやブッシュを必要とします。 鍛造プレスほぼ青銅製で、重さは数トンにもなる。

弾性体の多くも珪素青銅や錫青銅でできている。溶接工具、ダイカスト金型などは銅合金に依存しています。

(2) 冶金設備

冶金産業は電力の大消費地であり、「電気の虎」と呼ばれている。冶金工場の建設には、銅に依存する大規模な配電システムと電力運用設備が必要である。

また、高温冶金では連続鋳造技術が主流で、晶析装置の主要部品には、クロム銅や銀銅など、高強度・高熱伝導率の銅合金が多く使われている。

電気製錬の場合、真空アーク炉や電気アーク炉の水冷ルツボは銅管製で、各種誘導加熱コイルは銅管や特殊形状の銅管を巻いて水冷する。

(3) 合金添加剤

銅は、銅鉄や銅合金の重要な添加元素である。 アルミニウム合金.低合金構造銅に少量の銅（0.2～0.5%）を加えることで、強度を向上させ、大気や海洋の腐食に対する耐性を高めることができる。

耐食性のある鋳鉄やステンレス銅に銅を加えることで、耐食性をさらに向上させることができます。30%前後の銅を含む高ニッケル合金は、原子力産業で広く使用されている「モネル合金」のように、その高い強度と耐食性で有名です。

多くの高強度アルミニウム合金は銅も含んでいる。焼入れと時効熱処理により、微細な粒子が析出し、合金中に拡散分布し、時効硬化アルミニウム合金として知られる強度を著しく向上させます。

有名なのはジュラルミンまたは硬質アルミニウムで、航空機やロケットを製造するための重要な構造材料であり、銅、マンガン、マグネシウムを含んでいる。

軽工業における銅の用途

軽工業製品は人々の生活と密接な関係があり、種類も豊富です。銅の総合的な性能の良さから、軽工業のいたるところで目にすることができます。いくつか例を挙げましょう：

(1) エアコンおよび冷凍ユニット

エアコンや冷凍装置の温度調節機能は、主に熱交換器の銅管の蒸発と凝縮によって達成される。熱交換チューブのサイズと伝熱性能は、空調機や冷凍機全体の効率と小型化を大きく左右します。これらの機械には熱伝導率の高い銅管が使われます。

最近では、エアコン、冷凍機、化学薬品、廃熱回収装置などの熱交換器用に、銅の優れた加工特性を生かした内面溝やハイフィンを持つヒートパイプが開発・製造されています。

新しい熱交換器の全熱伝導率は、通常のパイプの2～3倍、低フィンパイプの1.2～1.3倍にまで高めることができ、40%の銅を節約し、熱交換器の体積を1/3以上減らすことができる。

(2) クロック

現在生産されているクロック、タイマー、時計仕掛けの作動部品のほとんどは、"クロック・ブラス "で作られている。この合金は1.5-2%の鉛を含み、加工性に優れ、大量生産に適している。

例えば、歯車は長い真鍮の押し出し棒から切り出され、アーバーは対応する厚さの帯から打ち抜かれる。模様が刻まれた時計の文字盤、ネジ、ジョイントは真鍮やその他の銅合金で作られています。

安価な時計の多くは真鍮（錫-亜鉛青銅）製かニッケル-銀メッキ（白銅）製である。有名な時計の中には、銅や銅合金で作られたものもある。イギリスの "ビッグ・ベン "の時針は無垢の真鍮棒でできており、分針は長さ14フィートの銅管でできている。

近代的な時計工場では、銅合金が主な材料で、プレス機と精密な金型を使って加工され、1日に1万から3万個の時計を低コストで生産する。

(3) 製紙

変化の激しい現代社会において、紙の消費量は多い。紙の表面はシンプルに見えるが、抄紙工程は非常に複雑で、冷却器、蒸発器、ビーター、抄紙機など多くの機械を必要とする。

さまざまな熱交換チューブ、ローラー、ビートバー、半流動ポンプ、金網など、これらの部品のほとんどは銅合金でできている。

例えば、現在使用されているロングワイヤー抄紙機は、小さなメッシュ穴（40～60メッシュ）を持つ移動する金網に準備されたパルプを吹き付ける。金網は真鍮やリン青銅のワイヤーで編まれており、幅が大きく、通常は20フィート（6メートル）以上あり、完全にまっすぐに保たれていなければならない。

メッシュは小さな真鍮や銅のローラーの上を動き、パルプが付着した濡れた繊維がメッシュを通過する際に、下から水分が吸い出される。また、メッシュが振動することで、パルプに含まれる小さな繊維が結合される。大型抄紙機の金網の大きさは、幅26フィート8インチ（8.1メートル）、長さ100フィート（30.5メートル）にもなる。

湿ったパルプには水だけでなく、抄紙工程で使われる腐食性の化学薬品も含まれています。紙の品質を確保するため、金網の素材には、高い強度、弾力性、耐食性など、銅合金に最適な特性が厳しく要求されます。

(4) 印刷

銅版は印刷のフォトリソグラフィーに使われる。研磨した銅板を感光乳剤で感光させ、写真画像を露光する。感光した銅板を加熱して乳剤を固める必要がある。

加熱による軟化を避けるため、銅には軟化温度を上げるために少量の銀やヒ素が含まれていることが多い。その後、版をエッチングして、凹凸のドットが分布した印刷面を形成する。

自動組版機では、銅の文字型は版下モデルの製造に使われるが、これも印刷における銅の重要な用途のひとつである。文字型は通常、鉛入りの真鍮で作られるが、銅や青銅で作られることもある。

(5) 医薬品

製薬業界では、様々な純銅製の蒸気、沸騰、真空装置が使用されている。亜鉛白銅は医療器具に広く使われています。銅合金はメガネフレームなどにもよく使われる素材です。

建築・美術用銅

(1) パイプライン・システム

その美しい外観、耐久性、簡単な設置、安全性、火災予防、健康管理、その他多くの利点から、銅の水道管は亜鉛メッキ銅管やプラスチック管に比べ、価格対性能で明らかに優位に立っています。住宅や公共施設では、給水、暖房、ガス供給、防火スプリンクラー・システムに適した素材として、ますます好まれるようになっています。

先進国では、銅の給水システムがすでに大きな割合を占めています。ニューヨークのマンハッタン・ビルディングは、世界で6番目に高いビルだそうですが、その給水システムだけで60,000フィート（lkm）の銅パイプを使っています。ヨーロッパでは飲料水用の銅パイプが大量に消費されています。

飲料水用の銅パイプの消費量は、イギリスでは一人当たり年平均1.6kg、日本では0.2kgである。亜鉛メッキ銅管は腐食しやすいため、すでに多くの国で使用が禁止されている。香港では1996年1月から、上海では1998年5月から使用が禁止されている。中国では住宅建設に銅パイプラインシステムの使用を促進することが急務です。

(2) 家の装飾

ヨーロッパでは、銅板を屋根や軒に使うのが伝統的だ。北欧諸国では、壁の装飾にも使われている。銅は耐候性、耐久性、リサイクル性に優れ、加工性に優れ、色も美しいので、家の装飾にとても適しています。

教会のような古代の建築物への応用は今日でも輝きを放ち、現代の大規模建築物、さらにはアパートや住宅への利用も増えている。たとえばロンドンでは、イギリスの近代建築を代表するコモンウェルス・インスティテュート・ビルの屋根は銅板でできており、その重さは約25トンにもなる。1966年にオープンしたクリスタル・パレス・スポーツセンターには、60トンの銅でできた波型の屋根がある。

統計によると、ドイツでは屋根用の銅板の消費量は一人当たり年平均 0.8kg で、アメリカでは 0.2kg です。また、ドアの取っ手、鍵、蝶番、手すり、ランプ、壁飾り、台所用品など、室内装飾に銅製品を使うと、長持ちして衛生的なだけでなく、エレガントな雰囲気がプラスされ、人々に深く愛されています。

(3) 彫刻と工芸品

古代から現代に至るまで不朽の金属である銅ほど、様々な工芸品を作るために広く利用できる金属は世界にありません。今日の都市建築では、モニュメント、鐘、宝器、彫像、仏像、アンティークの模造品などを作るために、多くの鋳造銅合金が使われている。

白真鍮製のフルートや真鍮製のサクソフォンなど、現代の楽器にも銅素材が使われています。様々な精巧な芸術作品や、安くて見栄えのする金メッキや模造金銀ジュエリーも、異なる組成の銅合金の使用を必要とします。

1996年に完成した香港の天壇大仏は錫、亜鉛、鉛青銅製で、重さ206トン、高さ26メートル。1997年に完成した浙江省普陀山の南海観音仏は、高さ20メートル、重さ70トン。模造金の材料を使って作られた世界初の巨大銅像である。

その後、無錫に高さ88メートルの青銅製釈迦牟尼仏像が完成した。さらに高い仏像は、海南島、九華山、インド、日本で建設中である。

(4) コイン

人類の祖先が交易のために貨幣を使い始めて以来、銅や銅合金は硬貨の製造に使われ、今日まで代々受け継がれてきた。自動コイン式電話、交通機関、買い物など、人々に利益をもたらす近代的な活動の発展とともに、硬貨製造のための銅の使用量は時代とともに増加してきました。

寸法を変えるだけでなく、異なる合金組成を便利に使い、合金色を変えることで異なる額面の通貨を製造し、区別することができる。

一般的に使われている硬貨には、25%のニッケルを含む「銀貨」、20%の亜鉛と1%のスズを含む「黄銅貨幣」、少量のスズ（3%）と亜鉛（1.5%）を含む「銅貨」などがある。世界中で銅貨を製造するために、毎年何万トンもの銅が消費されている。

ロンドンの王立造幣局だけで、毎年7億枚の銅貨を製造しており、およそ7000トンの金属を必要とする。

ハイテクにおける銅の用途

銅は伝統的な産業で幅広い用途があるだけでなく、新興産業やハイテク分野でも重要な役割を果たしています。例えば

(1) コンピューター

情報テクノロジーはハイテクの最前線である。急速に変化する膨大な情報の海を処理し、扱うために、現代人の知恵の道具であるコンピューターに依存している。コンピューターの心臓部は、マイクロプロセッサー（算術論理演算装置と制御装置を含む）とメモリーで構成されている。

これらの基本コンポーネント（ハードウェア）はすべて大規模集積回路で、数百万個の相互接続されたトランジスタ、抵抗、コンデンサ、その他のデバイスが小さなチップ上に分散して配置され、高速の数値計算、論理演算、大規模な情報保存を実行する。

これらの集積回路チップが機能するためには、リードフレームやプリント回路を使って組み立てられる必要がある。

前章の「エレクトロニクス産業における応用」で述べたように、銅と銅合金はリードフレーム、はんだ、 プリント回路基板の重要な材料であるだけでなく、集積回路の小さな部品の相互接続にも重要な役割を果た しています。

(2) 超伝導と低温

ほとんどの材料（半導体を除く）は、温度が下がると電気抵抗が減少する。温度が非常に低いレベルまで下がると、ある種の材料の抵抗が完全になくなることがあり、これを超伝導と呼ぶ。

超伝導が発現する最高温度は、その物質の臨界温度と呼ばれる。超伝導の発見は、電力利用における新たなフロンティアを切り開いた。

電気抵抗がゼロであるため、非常に小さな電圧で非常に大きな（理論的には無限大の）電流を発生させることができ、巨大な磁場と力を発生させることができる、あるいは電流を流しても電圧の低下やエネルギー損失がない。その実用化が人類の生産と生活に変化をもたらすことは明らかであり、大きな注目を集めている。

しかし、通常の金属では、温度が絶対零度（0K＝-273℃）に近づかないと超伝導は発現せず、工学的に実現するのは難しい。近年、純金属よりも高い臨界温度を持つ超伝導合金が開発されている。

例えば、Nb3Sn合金の臨界温度は18.1Kである。しかし、その応用はまだ銅に大きく依存している。第一に、これらの合金は超低温で動作しなければならない。これは液体ヘリウム、水素、窒素などのガス液化によって達成され、液化温度はそれぞれ4K（-269℃）、20K（-253℃）、77K（-196℃）である。

銅はこのような低温でも優れた延性と塑性を持ち、低温工学において構造物やパイプラインの輸送に不可欠な材料となっている。

加えて、Nb3SnやNbTiのような超伝導合金は脆く、成形加工が難しいため、それらを結合するためのクラッド材として銅を必要とする。

現在、これらの超伝導材料は、MRIのような医療診断機器の強力な磁石や、一部の鉱山の強力な磁選機の製造に使用されている。計画されている時速500kmを超える磁気浮上式鉄道も、この超伝導材料を利用して列車を吊り下げ、車輪とレールの接触抵抗を回避し、客車の高速運転を実現している。

最近、いくつかの高温超伝導材料が発見されたが、そのほとんどは複合酸化物である。

初期のものでよく知られているものに、臨界温度が90Kの鉛含有銅系酸化物（YBa2Cu3O7）があり、液体窒素温度で動作可能である。現在、臨界温度が室温に近い材料はまだ開発されておらず、これらの材料は大きなブロックに成形するのが難しく、超伝導を維持する電流密度も大電力用途に使用するには十分ではない。したがって、さらなる研究開発が必要である。

(3) 宇宙技術

ロケット、人工衛星、スペースシャトルでは、マイクロエレクトロニクス制御システムや計測機器に加え、多くの重要な部品が銅や銅合金の使用を必要とします。

たとえばロケットエンジンの燃焼室や推力室の内張りは、銅の優れた熱伝導率を利用して冷却し、温度を許容範囲内に保つことができます。

アリアン 5 ロケットエンジンの内張りには銅と銀の合金が使われ、ロケット打ち上げ時に液体水素で冷やされる 360 の冷却チャンネルを加工しています。加えて、銅合金は人工衛星の構造で荷重を支える部品にも使われる標準的な材料です。人工衛星のソーラー・パネルは通常、他のいくつかの元素を含む銅合金でできています。

(4) 高エネルギー物理学

物質の構造の謎を解明することは、科学者が目指している基礎科学の大問題である。この問題の解明に向けた一歩一歩が、人類に大きな影響を与えることになる。現在の原子エネルギーの利用はその一例である。

現代物理学の最新の研究により、物質の最小単位は分子や原子ではなく、その何十億倍も小さいクォークやレプトンであることが発見された。このような基本粒子の研究には、高エネルギー物理学として知られる原爆爆発時の核効果の数百倍の高エネルギーが必要とされることが多い。

このような高エネルギーは、荷電粒子が強い磁場の中で長距離にわたって加速され、固定された標的（高エネルギー加速器）に「砲撃」されるか、あるいは反対方向に加速する2つの粒子の流れ（衝突型加速器）を衝突させることによって得られる。

そのために銅を使い、巻線構造として長距離強磁場チャンネルを構築する。また、制御された熱核反応装置でも同様の構造が要求される。大電流の通過による発熱を抑えるため、これらの磁路は冷却水が入るように中空状の銅棒から巻かれている。

たとえば、有名な欧州合同素粒子原子核研究機構（CERN）の陽子シンクロトロン加速器の水冷式マグネットは、約300トンの押し出し銅材を中空の銅管に巻いたものである。

1984年に中国で建設された重イオン加速器では、長さ40メートル、外径と内径の合計46トンのパイプ材が使用された。その後建設された陽電子衝突型加速器では、重さ105トンの銅管が使用された。

中国で開発された制御型熱核反応装置には、合計16個の集束コイルがあり、それぞれに長さ55メートルの銅棒が巻かれている。シェルは銅板で溶接され、その上に冷却水パイプが溶接されている。この装置には合計50トンの銅が使われた。

銅化合物の用途

銅化合物には、硫酸銅（五水和物、一水和物、無水物）、酢酸銅、酸化銅と酸化第一銅、塩化銅と塩化第一銅、オキシ塩化銅、硝酸銅、シアン化銅、銅脂肪酸塩、銅シクロヘキサンカルボン酸塩などがある。

硫酸銅は農業、工業、医療、ヘルスケアなど幅広い分野で利用されている。中でも硫酸銅は最も広く使用されており、通常は硫酸銅五水和物（CuSO4・5H2O）で、その青い色から一般に青色ビトリオールとして知られている。また、他の多くの塩の製造原料としてもよく使用される。

人類が銅化合物を使用した歴史は、古代エジプト人が硫酸銅が染色に適した媒染剤（染色剤）であることを発見した5,000年以上前まで遡ることができる。

統計によると、硫酸銅を生産する工場は現在世界中に100以上あり、年間消費量は約20万トン、そのうち4分の3は殺菌剤として農業や畜産業で使用されている。

農業および畜産業における銅化合物の用途

銅化合物は効果的な殺菌剤であり、カビや真菌によって引き起こされるあらゆる病気を防除することができる。種子を硫酸銅に直接浸すほか、果樹園や畑ではさまざまな銅塩混合液が一般的に使われている。

最も重要なものは、有名なフランスワインの産地にちなんだボルドー混合物（硫酸銅-石灰混合物）、ブルゴーニュ混合物（硫酸銅-ソーダ混合物）、そしてパリグリーン、キュプロキルなどである。

報告によると、銅系殺菌剤は100種類以上の作物で頻繁に発生する300種類以上の病気を防ぐことができる。これらの作物には、ブドウ、オレンジ、バナナ、リンゴ、ナシ、モモなどのさまざまな多年生果樹、コーヒー、ゴム、綿花、テンサイなどの経済作物、小麦、コメ、トウモロコシ、大麦、オート麦などの穀物、豆類、トマト、ジャガイモ、レタスなどが含まれる。

銅はまた、作物や家畜の健全な成長を維持するために必要な微量栄養素でもある。一般に、農地の土壌中の利用可能な銅含有量が2ppmm（1ppmmは1％）未満になると、作物は銅欠乏症にかかり、収量が減少するか、あるいは成長しなくなります。同様に、牧草地の土壌中の利用可能銅含有量が5ppmm未満になると、家畜は銅欠乏症に苦しむことになる。

現在、集約的な高収量経営のために、銅をほとんど含まない肥料が広く使われるようになり、土地の荒廃が進み、銅欠乏症の問題が世界的に深刻化している。

銅欠乏症を改善し予防するには、銅塩を適時に補給する必要がある。直接添加したり、窒素やリンを多く含む肥料と混ぜたり、長期的な効果を狙って土壌の質を改善するために散布したり、毎年作物の苗に散布したりすることができる。家畜の場合は、牧草地を改良する以外に、銅塩を飼料に混ぜたり、銅欠乏症状のある家畜に直接注射することもできる。

硫酸銅は豚や鶏の成長促進剤でもあり、食欲を増進させ、食餌転換を促進する。0.1%の硫酸銅を飼料に混ぜると、豚やブロイラーの体重増加を著しく促進することができる。銅イオンには強力な殺菌・消毒効果があり、一般的な家畜の病気の蔓延を防ぐことができます。

例えば、水中に銅を少量（lppm 未満）含むだけで、血中フルーク寄生虫を宿主とするカタツムリを殺すことができ、熱帯や温帯の動物で流行しやすい肝臓フルーク病を防ぐことができる。硫酸銅はまた、牛や羊の足腐れ病や豚丹毒、牛赤痢の蔓延を防ぐための柵の消毒にも使える。

さらに銅塩は、池や田んぼ、用水路、河川などの緑藻汚染を除去するために添加することもできる。銅塩は、穀物や果物、野菜を保存する際の防カビ剤や防腐剤としても利用できる。便利な方法のひとつは、銅塩に浸した紙で包むことである。

産業における銅化合物の用途

銅化合物は産業界で幅広い用途があり、ほとんどすべての分野で多かれ少なかれ使用されている。以下はその一例である：

硫酸銅は、光沢の耐久性や耐洗濯性を向上させるために染色工程で一般的に使用される媒染剤であり、繊維産業や皮革産業で広く使用されている。銅化合物は青、緑、赤、黒などの色を持ち、ガラス、セラミックス、セメント、エナメルの着色剤として使用できる。また、特定の染毛剤の成分でもある。

花火に添加された硝酸銅は、緑色の光などを生み出す。銅化合物を添加した塗料には、海洋生物付着防止効果がある。有機銅化合物のなかには、パルプ、木材、木製品、キャンバス、その他の繊維の腐食を防ぐために使われる効果的な防腐剤もある。

ある種の銅化合物は、ゴム、石油、合成繊維の製造において重要な化学薬品であり、触媒作用や精製において役割を果たしている。

硫酸銅電解液は、銅めっき、電解銅箔の製造、銅の精製に使用される。

鉱業では、硫酸銅は鉛、亜鉛、アルミニウム、金などの鉱物の浮遊活性剤として使用される。

ヒトの健康における銅化合物の応用

銅は人間の健康に不可欠な微量栄養素で、血液、中枢神経系、免疫系、毛髪、皮膚、骨組織の発育と機能、脳、肝臓、心臓などの内臓器官に重要です。

銅は主に毎日の食事から摂取される。世界保健機関（WHO）は、健康を維持するために、成人が1日に体重1キログラムあたり0.03ミリグラムの銅を摂取することを推奨している。

妊娠中や幼児は、その2倍の量を摂取する必要がある。銅不足は様々な病気の原因となるため、銅のサプリメントや錠剤で補うことができる。銅イオンは殺菌・消毒作用があり、病気の予防や衛生に役立つ。

例えば、水中の大腸菌や赤痢菌などのバクテリアを殺したり、住血吸虫症を蔓延させるカタツムリやナメクジを駆除したり、マラリアを蔓延させる蚊の幼虫を駆除したりすることができる。

また、緑藻による汚染や水虫が床から広がるのを防ぐため、プールなどにも使用できる。銅化合物はある種の病気の治療にも使える。銅の指輪をはめると関節炎を治療できることが知られている。

硫酸銅は、欧米諸国では肺疾患や精神疾患の治療に、アフリカやアジア諸国では潰瘍や皮膚疾患の治療に使用されてきた。銅を含む医薬品は現在開発中である。