Wolfram

Sie finden Wolfram überall dort, wo's heiß hergeht. Denn wenn es um Hitzebeständigkeit geht, kann kein Metall mit Wolfram mithalten. Wolfram hat den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle und somit auch die höchsten Anwendungstemperaturen. Auch sein sehr geringer thermischer Ausdehnungskoeffizient und seine hohe Formbeständigkeit sind einzigartig. Wolfram ist nahezu unverwüstlich. Wir machen aus diesem Werkstoff etwa Hochtemperaturofenbauteile, Lampenbauteile und Komponenten für die Medizin- und Dünnschichttechnik.

Sie wollen richtig gute Qualität? Dann brauchen Sie uns. Wir produzieren unsere Wolframprodukte vom Metallpulver bis zum fertigen Produkt selbst. Als Ausgangsmaterial verwenden wir nur reinstes Wolframoxid. So garantieren wir Ihnen eine sehr hohe Materialreinheit.

Für unser Wolfram garantieren wir eine Reinheit von 99,97 % (metallische Reinheit ohne Mo). Der restliche Anteil setzt sich aus folgenden Elementen zusammen:

So einzigartig seine Eigenschaften, so speziell sind die industriellen Anwendungen unseres Wolframs. Drei davon möchten wir Ihnen kurz vorstellen:

Unser Wolfram macht als Schmelz- und Erstarrungsgefäß in der Saphireinkristallzucht eine richtig gute Figur. Seine hohe Reinheit verhindert jegliche Verunreinigung des Saphireinkristalls und seine gute Kriechbeständigkeit garantiert eine gleichbleibende Form. Selbst die höchsten Temperaturen beeinflussen das Ergebnis des Prozesses nicht.

Der niedrigste thermische Ausdehnungskoeffizient aller Metalle und eine gute elektrische Leitfähigkeit machen Wolfram zum perfekten Werkstoff für dünne Schichten. Die gute elektrische Leitfähigkeit und geringe Diffusivität zu benachbarten Schichten machen Wolfram zu einem wichtigen Bestandteil in Dünnfilmtransistoren, wie sie in TFT-LCD Bildschirmen zum Einsatz kommen. Das Beschichtungsmaterial in Form von Sputtertargets mit höchster Reinheit bekommen Sie selbstverständlich bei uns. Kein anderer Hersteller kann Wolframtargets in größeren Formaten liefern.

Mit ihrer hohen Lebensdauer bei höchsten Temperaturen halten unsere Schmelztiegel und Dornstangen aus Wolfram selbst Quarzglasschmelzen mühelos stand. Durch die hohe Reinheit unseres Wolframs verhindern wir zuverlässig Blasenbildung und Verfärbungen der Quarzschmelze.

Wir bereiten unser Wolfram auf seinen speziellen Einsatz optimal vor. Folgende Eigenschaften definieren wir durch verschiedene Legierungszusätze:

• Physikalische Eigenschaften (z. B. Schmelzpunkt, Dampfdruck, Dichte, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnung, Wärmekapazität, Elektronenaustrittsarbeit)
• Mechanische Eigenschaften (z. B. Festigkeit, Bruchverhalten, Kriechverhalten, Duktilität)
• Chemische Eigenschaften (Korrosionsbeständigkeit, Ätzverhalten)
• Bearbeitbarkeit (spanabhebende Bearbeitung, Verformungsverhalten, Schweißeignung)
• Mikrostruktur und Rekristallisationsverhalten (Rekristallisationstemperatur, Versprödungsneigung, Alterungseffekte)

Doch damit nicht genug: Auch durch maßgeschneiderte Herstellprozesse können wir die Eigenschaften von Wolfram in weiten Bereichen variieren. Das Ergebnis: Wolframlegierungen mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen, die genau auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sind.

Wir dotieren Wolfram mit 60 bis 65 ppm Kalium und verformen das Material zu Drahtprodukten mit einem längsgestreckten Stapelgefüge. Dieses Gefüge verleiht dem Material exzellente Hochtemperatureigenschaften wie eine gute Kriechbeständigkeit und Formstabilität. Durch spezielle Fertigungsschritte ist WK65 höher belastbar als WVM.

WVM ist reines Wolfram mit kleinsten Mengen Kalium dotiert. Unser WVM wird überwiegend in Stab- und Drahtform angeboten und wird als Verdampferwendeln oder Glühdraht eingesetzt. Aber auch der Einsatz als Blech in Form eines Verdampferschiffchens ist möglich. Durch die Dotierung sowie das Zusammenspiel mit starker orientierungsabhängiger Verformung stellt sich ein Stapelgefüge ein, welches eine erhöhte Formstabilität bei hohen Temperaturen bewirkt.

WVMW und S-WVMW wurden als Anodenmaterial für Kurzlichtbogenlampen für Durchmesser größer 15 mm entwickelt. Für die beiden Werkstoffe verwenden wird reines Wolfram und dotieren es mit Aluminium-Kalium-Silikat. S-WVMW eignet sich besonders für Stabdurchmesser von über 30 mm. Durch unser spezielles Herstellverfahren für S-WVMW erreichen wir hohe Dichten bis ins Stabzentrum.

Wer braucht schon Thorium, wenn er WC20 hat? WC20 ist unsere nicht radioaktive Werkstoffvariante und die optimale Alternative zu WT20. Sie ist als Schweißelektrodenwerkstoff im Einsatz. Wir legieren Wolfram mit zwei Gewichtsprozent Ceroxid und erzielen dadurch einen Werkstoff mit einer geringeren Elektronenaustrittsarbeit, einem besseren Zündverhalten und höheren Standzeiten als mit reinem Wolfram.

Unser Wolfram legieren wir mit 1, 1,5 oder 2,0 Gewichtsprozent Lanthanoxid (La₂O₃) und verbessern so die Kriechbeständigkeit und erhöhen die Rekristallisationstemperatur. Zudem lässt sich unser WL mit seinen fein verteilten Oxidpartikeln im Gefüge leichter mechanisch bearbeiten. Die Elektronenaustrittsarbeit von Wolfram-Lanthanoxid ist deutlich geringer als bei reinem Wolfram. Damit ist WL ein begehrter Werkstoff für Ionenquellen, Lampenelektroden und Schweißelektroden.

Dieses besondere WL gibt es speziell für den Schaft (Haltestab) in Hochdruck-Entladungslampen. Mit speziellen Herstellverfahren machen wir das Gefüge feinkörniger als bei Wolfram-Lanthanoxid in Standardqualität. Durch dieses besondere Gefüge ist die Bruchfestigkeit auch nach hohen thermischen Belastungen höher als bei WL und WVM in Standardqualität. WL-S ist daher der perfekte Werkstoff für Haltestäbe in Hochdruck-Entladungslampen. Der WL-S Haltestab muss Anode und Kathode exakt in der richtigen Position halten.

Wir legieren Wolfram mit Lanthanoxid und Zirkoniumoxid und erreichen so eine hohe Kriechfestigkeit bei gleichzeitig geringer Elektronenaustrittsarbeit. WLZ ist hervorragend als hochbelastete Kathode einsetzbar. WLZ hat sehr gute Zündeigenschaften und ist in extremen Hochtemperaturbereichen noch stabil.

Für mehr Duktilität und eine niedrigere Spröd-Duktil-Übergangstemperatur legieren wir Wolfram mit Rhenium. Zudem hat Wolfram-Rhenium eine höhere Rekristallisationstemperatur und eine höhere Kriechfestigkeit. WRe verwenden wir als Thermoelementmaterial für Einsätze bis über 2000 °C in den Standardzusammensetzungen WRe5 und WRe26. Das Material kommt auch in der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz.

WCu-Verbundwerkstoffe bestehen aus einer porösen Wolframmatrix die mit 10 - 40 Gewichtsprozent Kupfer infiltriert ist. Wir setzen unser WCu vorzugsweise im Hochspannungsschalterbau (Markenname Elmet^®) und als Erodierelektroden (Markenname Sparkal^®) ein. WCu hat eine geringe Abbrandneigung, eine gute elektrische Leitfähigkeit, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wärmeausdehnung. Unsere Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoffe kommen auch als Basisplatten und Hitzespreizer in Radarsystemen, in der Optoelektronik (Laserdioden, Fiberoptics) und in Hochfrequenz-Verstärkern zum Einsatz. Damit die thermischen Eigenschaften optimal zur Anwendung passen, stellen wir den Kupfergehalt dieser Werkstoffe gezielt ein.

Wolfram zählt zu den hochschmelzenden Metallen (auch Refraktärmetalle genannt). Refraktärmetalle sind jene Metalle, die einen höheren Schmelzpunkt als Platin (1 772 °C) aufweisen. Bei hochschmelzenden Metallen ist die Bindungsenergie zwischen den einzelnen Atomen besonders hoch. Refraktärmetalle haben einen hohen Schmelzpunkt bei gleichzeitig niedrigem Dampfdruck, einen hohen Elastizitätsmodul und eine gute Warmfestigkeit. Auch der niedrige thermische Ausdehnungskoeffizient und die relativ hohe Dichte sind für Refraktärmetalle charakteristisch.

Wolfram besitzt den höchsten Schmelzpunkt von allen Metallen und auch sein Elastizitätsmodul ist enorm hoch. Generell sind die Eigenschaften mit denen von Molybdän vergleichbar. Die beiden Metalle stehen in derselben Gruppe im Periodensystem. Einige Eigenschaften von Wolfram sind - verglichen mit Molybdän - allerdings ausgeprägter.

Mit seinen besonderen thermischen Eigenschaften ist Wolfram selbst bei größter Hitze unverwüstlich. Überzeugen Sie sich selbst:

Die Eigenschaften unseres Wolframs und die seiner Legierungen beeinflussen wir durch die Art und Menge der Legierungselemente sowie durch unseren Herstellprozess.

Hauptsächlich werden dotierte Wolfram-Werkstoffe eingesetzt. In WVM und WK65 werden etwa geringe Mengen an Kalium zulegiert. Kalium beeinflusst die mechanischen Eigenschaften von Wolfram besonders bei hohen Temperaturen positiv. Die Legierungszusätze CeO₂ und La₂O₃ sorgen für eine geringere Elektronenaustrittsarbeit und machen Wolfram fit für den Einsatz als Kathodenmaterial.

WRe und WCu sowie unsere Schwermetallsorten haben Legierungsanteile von bis zu 40 %. Sie werden deshalb Wolframlegierungen genannt. Rhenium legieren wir zu, um die Duktilität von Wolfram zu steigern. Kupfer erhöht die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffs. Unsere Schwermetallsorten können Sie aufgrund ihrer guten Verarbeitbarkeit für komplexe Geometrien einsetzen. Sie kommen etwa als Abschirmungsmaterial oder als Dämpfungs- und Absorptionskomponenten zum Einsatz.

~ vergleichbar mit reinem W + größer als bei reinem W ++ viel größer als bei reinem W - geringer als bei reinem W -- viel geringer als bei reinem W

Wolfram hat den höchsten Schmelzpunkt aller Refraktärmetalle, einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine relativ hohe Dichte. Die gute elektrische Leitfähigkeit und die ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit von Wolfram sind ebenfalls zu erwähnen. All diese Eigenschaften sind bei Wolfram ausgeprägter als bei Molybdän. Wolfram steht zwar in derselben Gruppe im Periodensystem, aber eine Periode tiefer als Molybdän.

Die thermophysikalischen Eigenschaften von Wolfram ändern sich mit der Temperatur. Die nachfolgenden Diagramme zeigen den Verlauf der wichtigsten Größen im Vergleich:

Die Abbildung fasst die in der Literatur zugänglichen temperaturabhängigen Emissivitätswerte für Wolfram - dargestellt als blaues Streuband - zusammen. Experimentell an Plansee-Proben in typischen Lieferzuständen bestimmte Emissivitätswerte liegen am oberen Ende des Streubandes.

Wir optimieren die Materialreinheit, bestimmen die Art und Menge der Legierungsbestandteile und verändern die Mikrostruktur von Wolfram durch Wärmebehandlung (Glühen) und gezielte Umformung. Das Resultat: maßgeschneiderte mechanische Eigenschaften für unterschiedliche Anwendungen. Wolfram hat ähnliche mechanische Eigenschaften wie Molybdän. Wie bei Molybdän sind diese Eigenschaften abhängig von der Prüftemperatur. Wolfram hat mit 3 420 °C den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle. Die hohe Warmfestigkeit des Werkstoffs und sein hoher E-Modul ermöglichen die hohe Kriechfestigkeit von Wolfram.

Wolfram hat wie Molybdän ein kubisch-raumzentriertes Gitter und damit denselben charakteristischen Übergang von spröd zu duktil. Die Spröd-Duktil-Übergangstemperatur kann durch Verformung und Legieren zu niedrigeren Temperaturen verschoben werden. Mit zunehmendem Verformungsgrad steigt die Festigkeit an. Im Gegensatz zu anderen Metallen nimmt dabei aber auch die Duktilität zu. Um die Duktilität von Wolfram generell zu verbessern, wird hauptsächlich Rhenium zulegiert.

Dotieren kommt vom Lateinischen "dotare" und bedeutet "ausstatten". Dotieren wird in der Metallkunde als das Einbringen von einem oder mehreren Legierungselementen im ppm-Bereich verstanden. Häufig verwendet man auch das Wort "Mikrolegieren". Der Legierungsgehalt beim Dotieren geht bis zu einigen Hundert ppm. Der Ausdruck ppm kommt vom englischen "parts per million" und bedeutet "Teile von einer Million", also 10^-6.

Beim Bearbeiten von Wolfram ist Fingerspitzengefühl gefragt. Die spanlose Formgebung wie Biegen oder Abkanten muss generell über der Spröd-Duktil-Übergangstemperatur erfolgen. Sie ist bei Wolfram höher als bei Molybdän. Mit steigender Blechdicke müssen Sie die Anwärmtemperatur ebenfalls erhöhen. Bei Schneid- und Stanzarbeiten ist die nötige Anwärmtemperatur des Blechs höher als beim Abkanten. Die spanabhebende Bearbeitung von Wolfram ist nur sehr schwer möglich. Unsere Wolframlegierungen mit Ceroxid oder Lanthanoxid lassen sich vergleichsweise besser zerspanen. Der Werkzeugverschleiß ist dennoch sehr hoch und kann zu Ausbrüchen führen. Bei speziellen Fragen zum Thema mechanische Bearbeitung von Refraktärmetallen stehen wir Ihnen mit unserer langjährigen Erfahrung sehr gerne zur Verfügung.

Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von unter 60 % ist Wolfram korrosionsbeständig. In feuchterer Luft bilden sich Anlauffarben aus. Sie sind aber weniger stark ausgeprägt als bei Molybdän. Glasschmelzen, Wasserstoff, Stickstoff, Edelgase, Metallschmelzen und Oxidkeramikschmelzen greifen auch bei sehr hohen Temperaturen Wolfram nur wenig an, wenn sie nicht zusätzlich Oxidationsmittel enthalten.

Nachstehende Tabelle zeigt das Korrosionsverhalten von Wolfram. Die Angaben beziehen sich, wenn nicht anders vermerkt, auf reine, nicht mit Luft oder Stickstoff vermengte Lösungen. Fremde chemisch aktive Substanzen in kleinsten Konzentrationen können das Korrosionsverhalten stark beeinflussen. Sie haben Fragen zu komplexen Korrosionsthemen? Wir stehen Ihnen mit unserer Erfahrung und eigenem Korrosionslabor sehr gerne zur Verfügung.

∗Ausgenommen Gläser mit Oxidationsmitteln (z.B. Bleiglas)

Wolfram ist speziell gegenüber Zink- und Zinnschmelzen wesentlich beständiger als Molybdän.

Wolfram fiel das erste Mal im Mittelalter im Erzgebirge bei der Zinnreduktion auf. Allerdings als unangenehmes Begleitelement. Das Wolframerz begünstigte die Verschlackung bei der Reduktion von Zinn und verminderte dadurch dessen Ausbeute. Die Bezeichnung als zinnfressendes Erz "Es reißt das Zinn fort wie Wölfe die Schafe" oder als der "Geifer von Wölfen" (Wolfsrahm) ist der Namensgeber für das Element Wolfram.

Der Chemiker Axel Fredrik Cronstedt entdeckte 1752 ein schweres Mineral, das er "Tung Sten" schwedisch für Schwerstein, nannte. Erst etwa 30 Jahre später gelang es Carl Wilhelm Scheele aus dem Mineral Wolframsäure herzustellen. Weitere zwei Jahre später konnten die beiden Assistenten Scheeles, die Brüder Juan Jose und Fausto de Elhuyar Wolfram, durch Reduktion von Wolframtrioxid, Wolfram herstellen. Die beiden Brüder gelten heute als die eigentlichen Entdecker des Wolframs. Der Name "Wolframium" mit dem Symbol W wurde von Jöns Jakob Berzelius vorgeschlagen.

Die wichtigsten natürlichen Vorkommen von Wolframerz sind Wolframit ((Fe/Mn)WO₄) und Scheelit (CaWO₄). Die größten Wolframvorkommen befinden sich in China, Russland und den USA. Auch in Österreich gibt es eine Scheelitlagerstätte im Gebiet der Felbertauern in Mittersill.

Die beschriebenen Wolframerze haben je nach Lagerstätte einen WO₃-Gehalt zwischen 0,3 und 2,5 Gewichtsprozent. Durch Zerkleinern, Mahlen, Flotation und Rösten kann der WO₃-Gehalt auf etwa 60 % gesteigert werden. Die verbleibenden Verunreinigungen werden hauptsächlich durch Aufschluss mit Natronlauge entfernt. Das erhaltene Natriumwolframat wird mit einer sogenannten Ionenaustausch-Extraktion zu APW (Ammoniumparawolframat).