Wolfram-Pulver-Metallurgie
Obwohl das Wollaston-Verfahren zur Herstellung von Platinmetall aus Platinpulver als die Geburt der modernen Pulvermetallurgie (1808-1815) angesehen wird, war es die Pionierarbeit von WDCoolidge zur Herstellung von duktilen Wolframdrähten in den Jahren 1909-1913, die zu ihrem ersten führte Kommerzielle Anwendung. Im Laufe der Jahre wurden nur wenige Änderungen in der industriellen Produktion von Wolframmetall vorgenommen. Pulvermetallurgie ist heute noch der Hauptweg in der Wolfram- und Wolframlegierungsherstellung. Im Gegensatz zu anderen feuerfesten Metallen wie Zr, Hf, Nb oder Ta hat die Schmelztechnologie keine industrielle Bedeutung für die Metallproduktion angenommen, da die zum Schmelzen notwendige sehr hohe Temperatur und die daraus resultierende gröbere Mikrostruktur des "gegossenen" Materials bewirken Weiterverarbeitung schwierig und teuer.
Die Wolfram-Pulvermetallurgie besteht aus zwei Schritten: Verdichten und Sintern.
Die Wolfram-Pulvermetallurgie umfasst Schritt 1 - Verdichtung
Wolframpulver wird durch zwei Hauptrouten zu einem Kompakt verfestigt: Einpressen von starren Matrizen (uniaxiales Pressen) eines isostatischen Pressens in flexiblen Formen (Verdichtung unter hydrostatischem Druck). Andere Techniken wie Pulverwalzen, Kaltfließpressen, Sprengstoffverdichtung, Schlickerguss, Vibrationsverdichtung oder Metallspritzguss haben keine industrielle Bedeutung erlangt Wolfram-Pulver ist aufgrund seiner relativ hohen Härte und schwierigen Verformung nicht leicht zu verdichten. Trotzdem wird in den meisten Fällen die Verdichtung ohne Schmiermittel durchgeführt, um eine Kontamination durch das Additiv zu vermeiden. Die resultierenden Presslinge sind im allgemeinen stark genug, so daß sie ohne Brechen gehandhabt werden können. Für die Bearbeitung des Teils “Muss vorher vorgesintert werden.
Die Wolfram-Pulvermetallurgie umfasst Schritt 1 - Sintern
Um die Festigkeit der Grünlinge zu erhöhen, werden sie einer Wärmebehandlung unterzogen, die als Sintern bezeichnet wird. Das Hauptziel des Sinterns ist die Verdichtungsreihenfolge, um das Metall mit den notwendigen physikalischen und mechanischen Eigenschaften und einer Dichte zu versehen, die für die nachfolgende thermomechanische Verarbeitung geeignet ist. Sintern von Wolfram wird üblicherweise in einem Temperaturbereich von 2000 bis 3050 ℃ unter fließendem Wasserstoff entweder durch Direktsintern (Eigenwiderstandsheizung) oder indirekte Sinterung (Widerstandselementheizsysteme) durchgeführt. Die dabei erhaltene Dichte sollte mindestens 90% der theoretischen Dichte betragen, liegt aber üblicherweise im Bereich von 92 bis 98%.
Die Hauptantriebskraft zum Sintern ist die Senkung der freien Energie, die stattfindet, wenn einzelne Teilchen zusammenwachsen, Poren schrumpfen und die hohe Oberfläche des Preßlings (d.h. seine hohe überschüssige Oberflächenenergie) abnimmt. Die Abnahme der Oberfläche erfolgt durch Diffusionsströmung von Materie in das Porenvolumen unter der Wirkung von Kapillarkräften (Oberflächenspannkraft). Neben dem Schrumpfen, der Wiedergewinnung (Veränderung der Subgrainstrukturen und der Zugentlastung), der Rekristallisation (Bildung von spannungsfreien Kristallen mit geringer Versetzungsdichte) und dem Kornwachstum während des Sinterns, was ebenfalls zur Minimierung der freien Energie beiträgt.
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