Kupfer zeichnet sich durch eine gute elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Es wird häufig für Drähte, elektrische Bauteile, Wärmetauscher und mechanische Teile verwendet.
Der Schmelzpunkt ist ein wichtiger Parameter bei der Kupferverarbeitung. Er beeinflusst Schmelz-, Guss-, Schweiß- und Hartlötprozesse. Bei Normaldruck beträgt der Schmelzpunkt von reinem Kupfer 1084,62 °C (1984,32 °F oder 1357,77 K).
Reines Kupfer hat einen genau definierten Schmelzpunkt. Kupferlegierungen wie Messing, Bronze und Kupfernickel schmelzen in der Regel in einem bestimmten Temperaturbereich. Daher muss bei der Betrachtung des Schmelzpunkts von Kupfer zwischen reinem Kupfer und Kupferlegierungen unterschieden werden.
Wie hoch ist der Schmelzpunkt von Kupfer?
Hochreines Kupfer hat einen Standardschmelzpunkt von 1084,62 °C. Sobald diese Temperatur erreicht ist, beginnt sich festes Kupfer in eine Flüssigkeit umzuwandeln.
| Temperatureinheit | Schmelzpunkt von Kupfer |
| Celsius | 1084,62 °C |
| Fahrenheit | 1984,32 °F |
| Kelvin | 1357,77 K |
In allgemeinen Artikeln wird der Schmelzpunkt oft mit „ungefähr“ angegeben 1085 °C oder 1984 °F. Für ingenieurtechnische Berechnungen und technische Dokumentationen ist der genauere Wert vorzuziehen.
Die Internationale Temperaturskala von 1990 (ITS-90) legt den Gefrierpunkt von Kupfer auf 1084,62 °C fest. Bei hochreinem Kupfer entsprechen der Schmelzpunkt und der Gefrierpunkt derselben Fest-Flüssig-Gleichgewichtstemperatur.
Warum geben manche Quellen 1083 °C, 1084,5 °C oder 1085 °C an?
Diese Unterschiede sind hauptsächlich auf die Genauigkeit der Daten, Rundungsmethoden und frühere Temperaturskalen zurückzuführen.
Die Angabe von “ca. 1085 °C” ist in allgemeinen Texten zulässig. Wenn genaue Angaben erforderlich sind, wird 1084,62 °C empfohlen. Auch die Reinheit des Kupfers, die Prüfgeräte und die Prüfumgebung können zu geringfügigen Abweichungen führen.
Was passiert, wenn Kupfer auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wird?
Kupfer nimmt Wärme auf und dehnt sich bei Erwärmung aus. In diesem Stadium bleibt das Material fest.
Sobald die Temperatur den Schmelzpunkt erreicht, liegen festes und flüssiges Kupfer nebeneinander vor. Das Kupfer nimmt weiterhin Wärme auf, seine Temperatur bleibt jedoch vorübergehend nahe am Schmelzpunkt. Diese Wärme wird hauptsächlich dazu verwendet, den Phasenübergang von fest zu flüssig zu vollenden.
Nachdem das Kupfer vollständig geschmolzen ist, steigt durch weiteres Erhitzen die Temperatur des geschmolzenen Kupfers an. Wird Kupfer an der Luft erhitzt, oxidiert es zudem. Die Oxidation nimmt im Allgemeinen mit steigender Temperatur zu.
Beeinflussen Reinheit und Druck den Schmelzpunkt von Kupfer?
Die Schmelztemperatur von hochreinem Kupfer liegt nahe am Standardwert. Industrielles Kupfer kann Sauerstoff, Schwefel, Blei oder andere Elemente enthalten. Diese Elemente können sein Schmelzverhalten verändern.
Einige Kupferwerkstoffe schmelzen nicht mehr bei einer einzigen Temperatur, sondern schmelzen allmählich über einen bestimmten Temperaturbereich hinweg. Daher sollten bei der tatsächlichen Produktion die jeweilige Güteklasse, die chemische Zusammensetzung und das Materialdatenblatt herangezogen werden.
Auch der Druck beeinflusst den Schmelzpunkt von Kupfer. In gewöhnlichen industriellen Umgebungen sind die Druckschwankungen jedoch gering, sodass ihr Einfluss vernachlässigt werden kann. Der Schmelzpunkt ändert sich nur unter extrem hohem Druck erheblich.
Warum unterscheidet sich der Schmelzpunkt von Kupferlegierungen von dem von reinem Kupfer?
Messing, Bronze und Kupfernickel enthalten Elemente wie Zink, Zinn, Aluminium oder Nickel. Diese Elemente beeinflussen die Schmelztemperatur von Kupfer.
Die meisten Kupferlegierungen haben keinen einzigen Schmelzpunkt. Stattdessen schmelzen sie allmählich zwischen der Solidus- und der Liquidustemperatur.
Solidus: Die Temperatur, bei der in der Legierung erstmals eine flüssige Phase auftritt.
Liquidus: Die Temperatur, bei der die Legierung vollständig flüssig wird.
Unterhalb der Solidus-Temperatur bleibt das Material fest. Zwischen diesen beiden Temperaturen existieren die feste und die flüssige Phase nebeneinander. Oberhalb der Liquidus-Temperatur ist das Material vollständig geschmolzen.
Beispielsweise senkt Zink in Messing in der Regel die Schmelztemperatur. Die Schmelztemperatur von Kupfer-Nickel-Legierungen liegt näher an der von reinem Kupfer oder ist sogar höher.
Schmelztemperaturbereiche gängiger Kupferlegierungen
| Kupfermaterial | Legierung Typ | Solidus | Liquidus |
| Reines Kupfer | Reines Kupfer | 1084,62 °C | 1084,62 °C |
| C26000 | 70/30 Messing | ca. 916 °C | ca. 954 °C |
| C51000 | Phosphor Bronze | ca. 954 °C | ca. 1049 °C |
| C95400 | Aluminium-Bronze | ca. 1027 °C | ca. 1038 °C |
| C70600 | 90/10-Kupfer-Nickel-Legierung | ca. 1099 °C | ca. 1149 °C |
Die Werte in der Tabelle veranschaulichen die Unterschiede zwischen den einzelnen Güteklassen. Selbst innerhalb derselben Messing- oder Bronzekategorie können verschiedene Güteklassen unterschiedliche Schmelzbereiche aufweisen.
Bei der tatsächlichen Produktion sollten die vom Werkstofflieferanten bereitgestellten Daten beachtet werden. Die Prozesstemperatur liegt in der Regel über dem Liquidus, doch müssen auch die Fließfähigkeit, das Oxidationsrisiko und das Gussverfahren berücksichtigt werden.
Wie wirkt sich der Schmelzpunkt von Kupfer auf Fertigungsprozesse aus?
Der Schmelzpunkt gibt die Temperatur an, bei der Kupfer einen Phasenübergang von fest zu flüssig durchläuft. Da Kupfer jedoch Wärme sehr schnell leitet, kann die tatsächliche Verarbeitung nicht allein auf dem Schmelzpunkt basieren.
Kupferguss
Beim Gießen von reinem Kupfer muss die Schmelztemperatur über dessen Schmelzpunkt liegen. Dadurch wird sichergestellt, dass das Kupfer vollständig schmilzt und eine ausreichende Fließfähigkeit aufweist.
Die Gießtemperatur ist nicht mit dem Schmelzpunkt gleichzusetzen. Eine zu niedrige Temperatur kann zu einer unvollständigen Formfüllung führen. Eine zu hohe Temperatur erhöht die Oxidation, die Gasaufnahme und den Energieverbrauch.
Die genaue Temperatur muss zudem entsprechend der Bauteilgröße, dem Formmaterial und dem Gussverfahren festgelegt werden.
Kupferschweißen
Kupfer leitet die Wärme schnell aus der Schweißzone ab. Dickwandige Kupferteile müssen in der Regel vorgewärmt werden, und die Schweißanlage muss zudem eine konzentrierte, gleichmäßige Wärmeabgabe gewährleisten.
Die Schweißparameter sollten entsprechend der Kupfersorte, der Materialstärke und dem Schweißverfahren angepasst werden. Zu den gängigen Verfahren zählen das WIG-Schweißen, das MIG-Schweißen und das Laserschweißen.
Löten und Hartlöten von Kupfer
Beim Löten und Hartlöten werden Zusatzwerkstoffe verwendet, deren Schmelzpunkt unter dem des Kupfergrundmetalls liegt. Beim Erhitzen schmilzt der Zusatzwerkstoff, während das Kupfergrundmetall fest bleibt.
Das Weichlöten erfolgt in der Regel bei Temperaturen unter 450 °C. Das Hartlöten erfolgt bei Temperaturen über 450 °C, jedoch noch unterhalb des Schmelzpunkts des Kupfergrundmetalls.
Die Temperaturen bei der CNC-Bearbeitung liegen weit unter dem Schmelzpunkt von Kupfer. Beim normalen Zerspanen schmilzt das Kupferteil nicht vollständig. Daher hat der Schmelzpunkt kaum direkten Einfluss auf CNC-Bearbeitung.
In der Schnittzone entsteht jedoch lokale Wärme. Einige Kupferwerkstoffe neigen dazu, am Schneidwerkzeug zu haften und eine Aufschmelzkante zu bilden. Dies kann zu Oberflächenkratzern und Maßabweichungen führen.
Der Einsatz scharfer Schneidwerkzeuge, geeigneter Schnittparameter und einer geeigneten Kühlmethode kann die Bearbeitungsqualität verbessern.
Vergleich des Schmelzpunkts von Kupfer mit dem anderer Metalle
| Metall | Schmelzpunkt |
| Aluminium | ca. 660,32 °C |
| Silber | ca. 961,78 °C |
| Gold | ca. 1064,18 °C |
| Kupfer | ca. 1084,62 °C |
| Eisen | ca. 1538 °C |
Kupfer hat einen höheren Schmelzpunkt als Aluminium, Silber und Gold, aber einen niedrigeren Schmelzpunkt als Eisen. Ein höherer Schmelzpunkt bedeutet nicht, dass ein Werkstoff insgesamt bessere Eigenschaften aufweist.
Bei der Materialauswahl müssen außerdem Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Bearbeitbarkeit und Kosten.
FAQ
Kann eine gewöhnliche Flamme Kupfer schmelzen?
Eine Kerze oder ein gewöhnliches Feuerzeug können Kupfer nicht schmelzen. Die Flammentemperatur einiger Hochtemperatur-Gasbrenner mag zwar den Schmelzpunkt von Kupfer überschreiten, doch die Flammentemperatur ist nicht die einzige Voraussetzung.
Kupfer leitet Wärme sehr schnell. Ob ein Kupferteil geschmolzen werden kann, hängt auch von der Heizleistung, der Größe des Teils und den Bedingungen der Wärmeabfuhr ab. Zum Schmelzen größerer Mengen Kupfer ist in der Regel ein Hochtemperaturofen oder eine Autogenanlage erforderlich.
Warum lässt sich ein kleines Kupferblech leichter schmelzen als ein großer Kupferblock?
Ein kleines Kupferblech und ein großer Kupferblock aus demselben Material haben denselben Schmelzpunkt. Das kleine Blech hat eine geringere Masse und benötigt insgesamt weniger Wärme, um den Schmelzpunkt zu erreichen; daher lässt es sich leichter erhitzen und schmelzen.
Entspricht die Gießtemperatur von Kupfer seinem Schmelzpunkt?
Nein. Der Schmelzpunkt ist die Temperatur, bei der reines Kupfer einen Phasenübergang von fest zu flüssig durchläuft. Die Gießtemperatur liegt in der Regel höher, um sicherzustellen, dass das geschmolzene Kupfer reibungslos in die Form fließen und diese vollständig ausfüllen kann.
Wie hoch ist der Schmelzpunkt von Kupfercarbonat?
Kupferkarbonat hat keinen Schmelzpunkt im herkömmlichen Sinne. Bei Erhitzung zersetzt es sich, anstatt wie metallisches Kupfer zu schmelzen:
CuCO₃ → CuO + CO₂
Auch gewöhnliches Kupfercarbonat setzt bei Erhitzung Wasser frei. Daher ist zur Beschreibung dieser Art von Material eher eine Zersetzungstemperatur als ein "Schmelzpunkt" angemessen.
Schlussfolgerung
Bei Normaldruck beträgt der Schmelzpunkt von reinem Kupfer 1084,62 °C (1984,32 °F oder 1357,77 K). Im Allgemeinen lässt sich dieser Wert auf etwa 1085 °C vereinfachen.
Kupferlegierungen haben in der Regel keinen einheitlichen Schmelzpunkt. Bei der tatsächlichen Verarbeitung müssen die Solidus- und Liquidustemperaturen der jeweiligen Legierungssorte überprüft werden. Bei der Auslegung von Guss-, Schweiß- und Hartlötverfahren müssen zudem die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer, die Reinheit, das Oxidationsrisiko und die Bauteilgröße berücksichtigt werden.
