Schwenkbiegemaschinen warten: Genauigkeit und Lebensdauer sichern
Die ersten Blechteile eines Wiederholauftrags bestehen die Prüfung. Nach der Hälfte des Produktionslaufs nimmt der Bediener eine weitere Winkelkorrektur vor,…
**Refrärmetalle sind eine Gruppe metallischer Werkstoffe, die eine außergewöhnliche Hitzebeständigkeit und sehr hohe Schmelzpunkte aufweisen.Während die genaue Definition, welche Elemente zu dieser Gruppe zählen, variieren kann, konzentriert sich dieser Artikel auf die vier am häufigsten verwendeten refraktären Metalle: Tantal, Niob, Molybdän und Wolfram. Die Klasse kann weiter gefasst werden und auch Hafnium, Chrom, Rhenium sowie verschiedene weitere Elemente mit hohem Schmelzpunkt einschließen.
Diese Elemente sowie die zahlreichen daraus hergestellten Verbindungen und Legierungen teilen viele gemeinsame Eigenschaften. Neben hohen Schmelzpunkten (die in diesem Artikel behandelten Elemente haben alle einen Schmelzpunkt von über 2.200 °C) verfügen sie über eine hohe Korrosionsbeständigkeit, eine hohe Dichte und behalten auch bei hohen Temperaturen ihre außergewöhnliche mechanische Festigkeit.
Diese Eigenschaften führen dazu, dass Refraktärmetalle in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden, wie beispielsweise Glas-Schmelzelektro, Ofenbauteile, Sputtertargets, Wärmesenken und Tiegel. Dieser Artikel beleuchtet die am häufigsten genutzten Refraktärmetalle und deren Einsatzgebiete.
Wolfram ist bekannt für seine Verwendung in Glühlampenfäden und ist das am häufigsten vorkommende Refraktärmetall sowie eines der vielseitigsten Elemente.
Elementares Wolfram besitzt die höchste Wärmeleitfähigkeit aller Refraktärmetalle (173 W/(mK)), den höchsten Schmelzpunkt (3410 °C) aller Metalle und zählt zu den dichtesten Metallen (19,3 g/cm3 bei Raumtemperatur). Aufgrund dieser Eigenschaften wird Wolfram oft für Hochtemperaturbauteile wie Tiegel, Ofenboote und Sintertabletts verwendet.
Wolfram-Schwermetalllegierungen (WHAs) entstehen durch Legieren von Wolfram mit Nickel, Eisen-Nickel oder Kupfer. Die Sprödigkeit des Wolframs wird durch diese Legierungspartner vermindert und es entstehen Werkstoffe, die wirtschaftlich mit Pulvermetallurgie gefertigt und konventionell bearbeitet werden können.
Legierungen wie HPM und Kulite® gehören zu dieser Materialklasse. Die hohe Dichte dieser Legierungen macht sie besonders nützlich für Anwendungen wie Schwingungsdämpfer, Komponenten für die Verteidigungstechnik und Ausgleichsgewichte.
Wolfram bietet zudem eine hohe Strahlenresistenz, was es für Anwendungen wie Antistreugitter, Strahlenschutz und Kollimatoren äußerst attraktiv macht.
Molybdän ist das am häufigsten verwendete Refraktärmetall und bietet hervorragende mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen, geringe thermische Ausdehnung und hohe Wärmeleitfähigkeit.
Diese Merkmale machen Molybdän zum idealen Werkstoff für langlebige Komponenten in Hochtemperaturanwendungen, wie etwa Lagerteile, Bremsbeläge für Aufzüge, Ofenbauteile und Schmiedegesenke. Dank seiner hohen Wärmeleitfähigkeit (138 W/(m·K)) wird Molybdän auch als Wärmesenke eingesetzt.
Neben seinen mechanischen und thermischen Eigenschaften verfügt Molybdän über die höchste elektrische Leitfähigkeit aller Refraktärmetalle (2×10^7 S/m), was es zum bevorzugten Werkstoff für Glasschmelzelektroden macht.
Für Anwendungen, die eine hohe Warmfestigkeit erfordern, wird Molybdän häufig mit anderen Metallen legiert, obwohl es bereits bei hohen Temperaturen eine ausgezeichnete Festigkeit aufweist.
TZM ist eine bekannte Molybdän-Basislegierung, die 0,08% Zirkonium und 0,5% Titan enthält. Diese Legierung weist bei 1100 °C etwa die doppelte Festigkeit von unlegiertem Molybdän auf und besitzt gleichzeitig eine geringe thermische Ausdehnung sowie hohe Wärmeleitfähigkeit.
Tantal zeichnet sich insbesondere durch seine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit aus. Es ist beständig gegen Salzsäure, Salpetersäure und Schwefelsäure sowie gegen viele flüssige Metalle und organische Chemikalien. Daher wird Tantal häufig in chemischen Anlagen wie Wärmetauschern, Reaktionsbehältern und Tantaltuben eingesetzt.
Die Widerstandsfähigkeit von Tantal gegenüber chemischen Reaktionen macht es auch für die Dünnschichtabscheidung, meist durch Sputtern, attraktiv. Beim Sputtern werden Atome von der Oberfläche eines Sputtertargets abgelöst, um besonders gleichmäßige und funktionale Beschichtungen zu erzeugen.
Im Bereich der Halbleiterfertigung werden aus Elektronenstrahl-geschmolzenem (EBM) Tantal gefertigte Sputtertargets eingesetzt, die von Natur aus eine hohe Reinheit und bewährte Leistung in unterschiedlichsten Hochvakuumanwendungen gewährleisten.
Für ein Refraktärmetall besitzt Niob eine außergewöhnlich hohe Duktilität. Niob lässt sich selbst bei niedrigen Temperaturen gut bearbeiten und ist in verschiedenen Formen wie Folie, Platte oder Blech erhältlich.
Niob hat eine im Vergleich zu anderen Refraktärmetallen geringe Dichte, was es ermöglicht, Hochleistungsbauteile mit relativ geringem Gewicht herzustellen. Niob-Legierungen wie C- werden daher oft in Raketentriebwerken für die Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
C-103 bietet eine hervorragende Hochtemperaturfestigkeit und hält Temperaturen von bis zu 1482 °C stand. Es ist zudem gut umformbar; Schweißverfahren wie das Wolfram-Inertgasschweißen (TIG) können eingesetzt werden, ohne die Bearbeitbarkeit oder Duktilität wesentlich zu beeinträchtigen.
Darüber hinaus besitzt Niob im Vergleich zu anderen Refraktärmetallen einen geringen thermischen Neutroneneinfangquerschnitt, wodurch es Potenzial für Anwendungen in zukünftigen Nukleartechnologien zeigt.
