Wolfram als Schlüssel zur Erschließung neuer Fertigungsmöglichkeiten

Wolfram gilt als hart, spröde, teuer und unbeliebt zur Weiterverarbeitung – ist aber durch seine Eigenschaften gerade deshalb ein Schlüsselwerkstoff für anspruchsvolle industrielle Anwendungen. Die Gesellschaft für Wolfram Industrie mbH zeigt an ihrem Standort in Dachau, wie sich diese Herausforderungen in konkrete Vorteile verwandeln lassen: Mit maßgeschneiderten Wolfram-Verbundwerkstoffen, einer hohen Inhouse-Fertigungstiefe und vor allem mit einem über reines Werkstoffwissen hinausgehenden Know-how für Produkte, Prozesse und Anwendungen. Im Tochterunternehmen Bayerische Metallwerke GmbH in Dachau entstehen aus Wolframpulver komplexe Halbzeuge und Fertigteile – von Schwermetallen über Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoffe bis hin zu funktionalen Bauteilen für die Elektronik, Medizintechnik und den Maschinenbau.

„Wolfram ist kein schwieriger, sondern ein anspruchsvoller Werkstoff – und genau darin liegt auch seine Stärke“, sagt Dr. Andreas-Gabriel Schneider, Forschung und Entwicklung sowie Leiter QS bei den Bayerischen Metallwerken am Standort in Dachau. „Entscheidend ist, wie und bei welchen Anwendungen man den Werkstoff einsetzt und man weiß, wie man ihn verarbeitet.“

Vom schwierigen Metall zum präzisen Problemlöser

Wolfram zählt zu den technisch faszinierendsten Metallen – und gleichzeitig zu den anspruchsvollsten. Seine außergewöhnlichen Eigenschaften sind bekanntermaßen der extrem hohe Schmelzpunkt verbunden mit einer sehr hohen

Dichte sowie einer ausgeprägten chemischen Beständigkeit. Doch diese Vorteile haben ihren Preis. Wolfram ist hart und spröde, reagiert empfindlich auf mechanische Belastungen und lässt sich nur unter hohem Zeit- und Arbeitsaufwand bearbeiten.

Bereits die Herstellung ist komplex. Angefangen bei der Erzgewinnung, über die chemische Aufbereitung bis hin zum metallischen Pulver als Zwischenprodukt durchläuft Wolfram zahlreiche energieintensive Prozessschritte. Die anschließende Formgebung erfolgt nahezu ausschließlich über pulvermetallurgische Verfahren wie das Sintern. Klassische Umform- oder Schmelzprozesse stoßen hier nicht nur schnell an ihre Grenzen, sondern können schlicht und ergreifend nicht eingesetzt werden.

Werkzeuge unterliegen einem extremen Verschleiß, und selbst kleine Fehler können zu Rissen oder zum Bruch des Bauteils oder Werkzeugs führen und damit zu hohen Kosten durch Ausschuss. Reines Wolfram ist häufig nur durch Schleifen bearbeitbar. Seine Sprödigkeit macht Bohren, Drehen und Fräsen fast unmöglich. Erst durch gezieltes Einbringen, etwa von Seltenen Erd-oxiden oder Thoriumoxid, lassen sich weitergehende Bearbeitungsschritte wie Drehen oder Fräsen realisieren – jedoch stets mit hoher Fachkenntnis und Prozesskontrolle. Trotz dieser Herausforderungen birgt Wolfram viele Chancen. Denn genau dort, wo andere Materialien versagen, beginnt Wolfram seine Vorteile auszuspielen.

Durch Flüssigphasensintern, in welchem nur ein Teil, die sog. Binderphase, aufgeschmolzen wird, entsteht über Löse- und Abscheideprozesse ein stabiles, nahezu porenfreies Gefüge. Ein entscheidender Vorteil dieses Verfahrens ist die gezielte Einstellbarkeit der Dichte. Je nach Zusammensetzung lassen sich Werte zwischen etwa 12 und 18,8 g/cm³ realisieren. Damit entstehen Werkstoffe, die hohe Masse auf kleinem Raum ermöglichen – diese eignen sich besonders für Anwendungen wie Gegengewichte, Rotationssysteme oder schwingungsdämpfende Bauteile. Ein weiteres zentrales Produkt ist der Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoff Tungstit. Hier wird die totale Unmischbarkeit von Wolfram und Kupfer im Festkörper gezielt genutzt. In einem Tränkverfahren wird ein poröser Wolfram-Pressling mit flüssigem Kupfer infiltriert. Das Ergebnis ist ein Verbundwerkstoff, in dem beide Materialien parallel nebeneinander vorliegen und dabei ihre jeweiligen Eigenschaften beibehalten. Diese Struktur ermöglicht eine einzigartige Kombination aus hoher elektrischer Leitfähigkeit und hoher Verschleißfestigkeit. Die Zusammensetzung und die Tränkdichte werden hierbei über den Pressdruck und somit die vorhandene Porosität eingestellt und liegen im Bereich von 50 – 90 Gew.-% Wolfram.

Ergänzt wird das Portfolio durch Anoden- und Kathodenbauteile mit Wolframkern. Diese werden über ein spezielles Hintergießverfahren hergestellt, in welchem der Wolframkern in einer Graphit- oder Keramikform platziert und mit Kupfer umgeben wird. Anschließendes Aufschmelzen des Kupfers hat ein vollständiges Umhüllen des Kerns zur Folge. Im Vergleich zu gelöteten oder gepressten Verbindungen entstehen so deutlich bessere elektrische Kontakte und eine höhere Bauteilzuverlässigkeit und -langlebigkeit.

Erweiterte Werkstoffeigenschaften verschieben die Grenzen des Machbaren

Die Stärke von Wolfram liegt in der Kombination seiner Eigenschaften. Hohe Temperaturbeständigkeit, chemische Resistenz und extreme Dichte machen den Werkstoff für Anwendungen interessant, in denen klassische Metalle wie Stahl, Aluminium oder Nickellegierungen an ihre Grenzen stoßen. Wolframschwermetalle kommen insbesondere dort zum Einsatz, wo hohe Massen

bei begrenztem Bauraum erforderlich sind. Typische Anwendungen sind Gegengewichte in der Automobilindustrie, rotierende Bauteile im Maschinenbau oder Abschirmkomponenten in der Medizintechnik. Darüber hinaus bietet Wolfram auch und gerade im Strahlenschutz eine attraktive und ungiftige Alternative zum giftigen Blei, da es vergleichbare Abschirmwirkungen bei gleichzeitig besseren mechanischen Eigenschaften ermöglicht.

Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoffe werden vor allem in der Elektrotechnik eingesetzt. Sie finden Anwendung in hochbelasteten Schaltkontakten, Erodierelektroden oder Bauteilen, die sowohl hohe thermische als auch elektrische Belastungen aushalten müssen. Die Kombination aus Leitfähigkeit und Abbrandfestigkeit sorgt für eine hohe Lebensdauer und zuverlässige Funktion.

Wolfram bleibt unter extremen Temperaturen stabil und ermöglicht präzise Prozesse, die mit anderen Materialien nicht realisierbar wären. „Unsere Aufgabe ist es, die Eigenschaften von Wolfram und anderen Materialien so zu kombinieren, dass daraus konkrete Vorteile und ein eindeutiger Nutzen für den Kunden entstehen“, erklärt Dr. Schneider. „Das betrifft nicht nur den Werkstoff selbst, sondern die gesamte Prozesskette in allen ihren Facetten.“

Hohe Materialkompetenz und breiter Erfahrungsschatz ermöglichen passgenaue Lösungen

Während sich viele Anbieter auf einzelne Produkte oder Anwendungen konzentrieren, deckt die Wolfram Industrie weite Anwendungsbereiche ab – von der Schweißtechnik bis hin zu komplexen Konstruktionsbauteilen. Der Standort Dachau spielt dabei eine gewichtige Rolle, da hier insbesondere Anwendungen außerhalb der bekannten, klassischen Schweißtechnik bedient werden. Die Fertigung reicht von standardisierten Halbzeugen bis hin zu hochspezialisierten, kundenspezifischen Bauteilen. Viele Produkte entstehen im Kundenauftrag, sind in zahlreichen technologischen Schlüsselprozessen im Einsatz und erfüllen ihre Aufgabe, ohne dabei sichtbar zu sein.

Ein weiterer zentraler Punkt, der für die Verwendung von Wolfram spricht, ist die Ressourceneffizienz, denn der Werkstoff besitzt eine hohe Recyclingquote. Ein hoher Anteil des eingesetzten Materials stammt aus wiederaufbereiteten Quellen wie Werkzeugen, Elektroden oder Produktionsrückständen wie Schlämmen oder Bohrköpfen. Selbst Pulverreste mit niedrigem Wolframanteil (sog. Kehrpulver) werden wiederverwertet und dem Materialkreislauf zugeführt.

Diese konsequente Nutzung von Ressourcen trägt nicht nur zur Wirtschaftlichkeit bei, sondern sichert auch die langfristige Verfügbarkeit des Rohstoffs. Gerade vor dem Hintergrund steigender Nachfrage gewinnt dieser Aspekt zunehmend an Bedeutung, da die Anforderungen an industrielle Werkstoffe kontinuierlich steigen. Höhere Temperaturen, steigende Leistungsdichten und zunehmende Miniaturisierung erfordern Materialien, die über klassische Eigenschaften hinausgehen. Wolfram und seine Verbundwerkstoffe werden in diesem Umfeld auch künftig eine zentrale Rolle spielen. „Wer an die Grenzen des technisch Machbaren geht, braucht Werkstoffe, die genau dort ihre Stärken ausspielen“, so Dr. Schneider.

Mehr Informationen

(Quelle: Gesellschaft für Wolfram Industrie mbH)