구리(동, 銅, Cu)의 특징

구리(동, 銅, Cu)의 특징

동(구리)는 금속 중에서 상온에서는 "은(Ag) 다음으로 2번째로 전기를 잘 통하고 전기저항이 작다"라는 특징을 지닌 금속이다. 전기의 흐름이 좋은 것 즉 전기가 잘 통하는 것을 표시하는 단위로 도전율이라는 것이 있다. 국제적인 표시법으로 [%IACS]를 사용하고 있다. 이것은 20℃에서의 단위길이, 단위면적을 갖는 재료의 전도도와 표준연동(International Annealed Copper Standard)의 그것과의 비를 백분율로 표시한 것이다.

 

구리(동, Cu)

 

열을 잘 통하는 특성

구리(Cu)는 열을 전달하기 쉽다는 특징이 있다. 「전기 전도성」과 「열 전도성」에는 상관 관계가 있어, 전기 전도성이 높으면 열전도성도 높아진다. 구리는 은 다음으로 열전도율과 전기 전도율이 좋은 재질이다. 열을 전달하기 쉽다는 특징을 살린 구리 제품은, 부엌 용품 등을 들 수 있고, 요리를 하는 유명 셰프는 대부분의 사람들이 구리제품의 조리 기구를 애용하고 있다. 열효율이 좋고 조리 후에도 잘 식지않기 때문이다.

또한, 이런 특징으로부터 에어컨이나 냉장고의 전열관이라고 하는 냉각을 담당하는 곳에도 사용되고 있고,  인공위성이나 우주선의 히트 파이프(heat pipe)에도 이용되고 있다. 히트 파이프라고 하는 것은 금속 파이프 안에 넣은 작동액의 증발과 응축에 의한 잠열을 사용해, 냉각부터 가열까지 돌아오는 것을 반복하는 열수송체이다. 우주선의 온도차(태양광을 맞는 쪽은 고온이고 반대측은 영하가 된다)의 균열화와 지구 귀환시의 마찰열에 의한 타는 것을 방지하기 위해서 사용된다. 

 

비자체성로 다양한 컬러

구리는 전기나 열을 통하기 쉽다고 하는 특징에 더해 비자성이기도 하다. 어떤 물질이라도 강한 자석이 접근하여 자장을 걸면 자화하지만, 구리는 그렇게 되지 않는다. 알루미늄이나 공기도 비자체성이지만, 약간의 자기가 발생한다. 이 비자성을 이용한 사용법으로, 예를 들면 지구의 자기 관측 등에서는 구리 합금이 큰 역할을 하고 있다. 지구 자기의 기기는 모두 구리 또는 구리 합금이 사용되며 아주 중요한 금속이라고 할 수 있다.

그리고 구리는 색채가 풍부한 특징으로, 유색 금속은 실은 금(Au)과 구리의 2개뿐이다. 붉은색의 단동, 브래스라고 불리는 황동, 브론즈라고 불리는 청동, 약간의 핑크색을 띤 백동, 은색의 양백이라고 하는 5가지 색이 있다.

 

구리의 주요 종류(JIS 규격)

 

무산소동(C1011, C1020)

무산소동이란, 산소를 거의 포함하지 않은 순동으로, 순동 중에서도 가장 순도가 높다.

 

터프 피치 동(C1100)

터프 피치 구리는 순동 중에서는 무산소 구리만큼 순도는 없지만 높은 도전율과 열전도율을 자랑한다. 다만, 600℃ 이상으로 가열하면 수소가 재료 내부에 남아 있는 산소와 반응하여 수증기를 만들어, 이것이 재료에 균열을 일으키는 「수소취성」이 있다. 그 때문에, 고온 가열이나 용접, 땜납, 용접에는 적합하지 않다.

 

탈산동(C1201, C1220, C1221)

탈산동이란 터프 피치 구리가 가지는 수소 취성에 대한 대책을 마련한 순동으로, 인(P)으로 탈산을 실시한 것을 「인 탈산동」이라고 부른다. 터프 피치 구리에 비해 도전율은 떨어지지만, 인(P)이 잔류하고 있기 때문에 산소가 제거되어 있어 가열해도 수소와 반응하여 안쪽에서 수증기가 생성되지 않는다. 이것 때문에 수소 취성을 일으키지 않고 내열성도 약간 향상하고 있다.

 

내식성과 초전도선에 내저온성

구리의 기타 특징으로서 살균성이 있어 부식성이 우수하다는 장점이 있어, 옛날부터 수도관으로서 사용되어 왔다. 구리의 표면에 생기는 산화 피막이 부식을 억제하고, 또한 해수(바닷물)에 대해서도 뛰어난 내식성이 있다. 이와 같은 특징이 있어 구리는 선박(배) 등의 부품에도 많이 사용되고 있다. 그 밖에, 1964년에 개통한 태평양 해저 케이블 중계기의 용기는 베릴륨 구리의 단조품이다.

구리는 해수뿐만 아니라 토양에서도 우수한 내식성이 있다. 대부분의 경우라면 직접 매설해도 내식성이 높아서 문제가 없기 때문에, 수도용 관이나 난방용의 등유관 등에도 구리는 많이 사용되고 있다. 게다가 구리의 전기 저항률이 낮고, 절삭가공이 용이하고, 저온에 강하다는 특성은 초전도선에 딱 알맞는 소재이다. 초전도선이란 여러 종류의 소재로 구성된 복잡한 구조로 되어 있으며, 고에너지 물리 연구에 사용되는 초전도 가속기나 진단용 장치로 사용되는 핵자기 장치, 리니어 모터 카 등에 사용되고 있다.

 

구리도금(동도금)

구리는 녹슬기 때문에 표면 처리(도금)가 필요하게 된다. 녹을 제거하는 것만이라면, 줄질을 하거나 연마하는 것으로 해결되지만, 기계부품이 되면 불가능한 형상이 많기 때문에 도금을 실시한다. 구리에 도금을 한다고 하면, 주석(Sn) 도금을 주로 한다. 주석 도금의 대부분은 전기 도금이라고 하는 프로세스로, 은백색의 반광택 또는 은면 광택을 나타내고, 그 외형이 미려하여 장식용으로서도 이용되는 경우도 있다. 그리고 주석은 인체에 대한 독성이 낮기 때문에 식기 및 식품 가공 기계류의 도금에 많이 이용된다.

그 밖에 금도금도 구리 도금에 이용되는 경우가 많다. 금도금은 두꺼운 피막을 만드는 것이 어렵고, 플래시 도금이라고 하는 0.1 미크론 이하의 막 두께를 실시하는 것이 대부분이다.