Eigenschaften

Das Metall der Menschheit

Kupfer ist für unsere Gesellschaft von großer Bedeutung. Kupfer liefert Strom und Wasser in unsere Häuser, sorgt für technologische Innovationen und Weiterentwicklung und unterstützt die nachhaltige Entwicklung dabei vorbildlich. Sogar mehr als das: Kupfer ist unverzichtbar für unser modernes Leben.

Dies verdankt der Werkstoff vor allem seinen außergewöhnlichen Materialeigenschaften. Denn Kupfer hat eine hervorragende Wärme- und elektrische Leitfähigkeit und ist sehr beständig. Kupfer ist ein relativ weiches und dehnbares, aber auch widerstandsfähiges Metall, das sich gut verarbeiten und formen lässt. Und vor allen Dingen ist es zu fast 100 Prozent recycelbar.

Erfahren Sie hier, warum Kupfer die beste Wahl für viele Anwendungen ist.

Chemische Eigenschaften

Kupfer ist das einzige Gebrauchsmetall, das in der normalen Spannungsreihe edler ist als Wasserstoff. alle Metalle reagieren im Allgemeinen mit der Atmosphäre. Die gute Korrosionsbeständigkeit der Kupferwerkstoffe beruht auf ihrer Fähigkeit, stabile Deckschichten auszubilden, die den Werkstoff vor weiterem Korrosionsangriff schützen. Bei reinem Kupfer lässt sich dies für jeden sichtbar an den oftmals grünen Kupferdächern erkennen. Durch Zugabe von Legierungselementen wird die Deckschichtbildung positiv beeinflusst.

In der Atmosphäre bestehen diese kompakten und schützenden Schichten aus Oxiden und schwer löslichen basischen Salzen. In Lösungen wird das Korrosionsverhalten in erster Linie durch die Anwesenheit von Sauerstoff oder anderen Oxidationsmitteln beeinflusst. In Abhängigkeit der Umgebungsparameter kann das Medium dauerhaft korrosiv sein oder zur Bildung einer Schutzschicht führen. Ein Angriff des Kupfers kann jedoch nur dann erfolgen, wenn das Angriffsmittel Sauerstoff oder Oxidationsmittel enthält oder selbst oxidierend wirkt. In schwach angreifenden Mitteln (z. B. sauerstoffhaltigem Wasser) hemmen oder verhindern die angesprochenen Schutzschichten das Fortschreiten der Korrosion.
Das chemisches Symbol von Kupfer ist Cu (von lat. cuprum). Dabei handelt es sich um ein metallisches chemisches Element aus der I. Nebengruppe des Periodensystems der chemischen Elemente mit der Ordnungszahl 29.

Mechanische Eigenschaften

Weiches Kupfer besitzt eine Zugfestigkeit von ca. 200 MPa, eine Dehngrenze von 40-80 MPa sowie eine Bruchdehnung von über 40 %. Erfolgt eine Kaltverformung, steigen die Zugfestigkeit auf mindestens 350 MPa und die Dehngrenze auf mindestens 320 MPa, jedoch sinkt dann die Bruchdehnung auf Werte unter 5 %. Reines Kupfer hat keinen warmspröden Bereich und lässt sich auch im warmen Zustand gut umformen. Gleichzeitig versprödet Kupfer auch bei tiefen Temperaturen nicht. Da Kupfer auch beachtliche Dauerschwing- Festigkeitskennwerte aufweist, ist es auch als Werkstoff für schwingende Beanspruchungen geeignet, ohne dass Sprödbrüche befürchtet werden müssen.

Die mechanischen Eigenschaften der verschiedenen reinen Kupfersorten weichen praktisch nicht voneinander ab. Lediglich das Zeitstandverhalten kann durch geringe Legierungszusätze wie zum Beispiel Silber positiv beeinflusst werden. Mit Legierungen lassen sich Festigkeiten bis ca. 700 MPa, in speziellen Fällen sogar bis 1500 MPa erzielen, jedoch sinkt dann die Leitfähigkeit erheblich.

Physikalische Eigenschaften

Als einziges Metall hat Kupfer eine lachsrote Farbe. Mit der Dichte von 8,9 kg/dm3 zählt Kupfer wie Gold zu den Schwermetallen. Es hat einen Schmelzpunkt von 1083 °C und einen Siedepunkt von 2595 °.

Elektrische Leitfähigkeit

Die hervorragendste Eigenschaft des Kupfers ist die hohe Leitfähigkeit für Wärme und Elektrizität, die nur noch von derjenigen des Silbers übertroffen wird. Entsprechend wird ein großer Teil des Kupfers für elektrotechnische Zwecke eingesetzt – und zwar in Form von Kabeln, Drähten, Stromschienen und als Bestandteil vieler elektronischer Bauteile. Die elektrische Leitfähigkeit von hochreinem Kupfer (~ 99,998 % Cu) kann annähernd den Wert 60 m/:*mm2 erreichen.

Wärmeleitfähigkeit

Kupfer ist ein ausgezeichneter Wärmeleiter. (Ca. 30 mal besser als Edelstahl und 1,5 Mal besser als Aluminium). Kupfer wird deshalb überall dort eingesetzt, wo ein schneller Wärmetransfer benötigt wird, z.B. in Wärmetauschern, Klimaanlagen oder in Computern. Und sogar in der Küche wird diese spezielle Eigenschaft von Kupfer genutzt: Töpfe aus Kupfer sind gerade bei Profiköchen heiß begehrt.
Die Wärmeleitfähigkeit von sehr reinem Kupfer liegt bei 20 °C um 395 W/m*K. Die Wärmeausdehnung ist mit 17 * 10-6/K (von 25 bis 300 °C) größer als bei Eisen, jedoch geringer als bei vielen anderen Metallen. Die spezifische Wärme von Kupfer (20 bis 400 °C) beträgt 0,38 J/g*K, die Schmelzwärme 214 J/g. Weiches Kupfer hat bei 20 °C einen Elastizitätsmodul von 100 kN/ mm2 und einen Schubmodul von etwa 40 kN/mm2.

Kupfer steht für moderne Technologien

Stellen Sie sich ein Welt ohne Kupfer vor: kein Licht, kein Fernsehen, kein Computer, keine DVD-Player, kein Handy, kein Kühlschrank, keine Waschmaschinen, kein Staubsauger, keine Autos, keine U-Bahn …

Automobil

Etwa zehn Prozent des jährlichen inländischen Kupferverbrauchs werden schon jetzt in der Automobilherstellung verarbeitet. Das entspricht im Durchschnitt ungefähr 25 Kilogramm pro Pkw und 70 Kilogramm pro Nutzfahrzeug und macht ungefähr ein Kilometer Draht aus. Dank der hervorragenden Leitfähigkeit von Strom und Wärme ist Kupfer aus der Automobilindustrie nicht mehr wegzudenken. Und durch die Entwicklung der Elektroautos wird Kupfer noch wichtiger und begehrter. Eingesetzt werden Bauteile aus Kupfer – oft als elektrische Motoren – bei der Batterie, den Scheinwerfern, der Zentralverriegelung, den Bordcomputern, im Kabelbaum und beim Navigationsgerät.