Alternative zu toxischem Blei

Nicola Bauer,Journalistin, München

Da Wolfram ein sehr dichtes und schweres Material ist und somit eine beinahe so hohe Dichte wie Gold aufweist, ist es besonders gut geeignet, um Strahleneingänge in Kollimatoren einzugrenzen oder energiereiche elektromagnetische Strahlen abzuschirmen. Durch den sehr hohen Absorptionswert der Metallpulvermischung kann vor allem die gefährliche Gamma- und Röntgenstrahlung damit eingedämmt werden.

Aufgrund des hohen Schmelzpunktes des Triamet von über 1000 °C, der somit wesentlich höher liegt als bei Blei, besteht im Falle eines Brandes kein Schmelzrisiko. Allerdings ist durch diese spezielle Eigenschaft nur eine pulvermetallurgische Verarbeitung möglich: Für die Herstellung von Triamet wird Wolframpulver zusammen mit Eisen- und Nickel- beziehungsweise Kupfer-Nickel-Pulvern vermischt. Die anschließende Formgebung erfolgt entweder hydraulisch mit Bindemitteln und einer Presse oder isostatisch unter großen Drücken von 2000 bis 3000 bar. Ersteres bietet sich bei kleineren Abmessungen, zweiteres bei großvolumigen Teilen an. Die so entstandenen Grünlinge werden im elektrisch beheizten Vakuumofen oder unter einer reduzierenden Wasserstoffatmosphäre zu Halbzeugen gesintert.

Wolfram Industrie verwendet für die Herstellung von Triamet eine Bindephase aus Nickel und Eisen, von der zwischen drei und zehn Prozent zum Wolframpulver gegeben wird. Nickel wirkt dabei wie ein Katalysator, der an der Oberfläche des Wolframpulvers Diffusionsvorgänge beschleunigt und so die Sintertemperatur um etwa 1000 °C senkt. Die Triamet-Grünlinge werden anschließend bei etwa 1500 °C – im Gegensatz zu den bei reinem Wolfram benötigten 2500 °C – gesintert, wodurch sich eine einzigartige Mikrostruktur aus einer kugelförmigen Wolframphase bildet, die von der Bindephase umschlossen wird. „Wolfram Industrie stellt Triamet mit einer sehr hohen Dichte her“, berichtet Dipl.-Ing. Wolfgang Jung, zuständiger Metallexperte für Forschung und Entwicklung. Diese wird mit G19 deklariert und beträgt etwa 18,8 ± 0,2 g/cm3 auf. Mit reinem Wolfram ist maximal eine Dichte von 19,3 zu erreichen – die damit sogar rund 8 g/cm3 über der von Blei liegt. Je geringer der Anteil der Bindephase ist, desto höher wird die Dichte. Bei der G14-Variante des Produkts liegt die minimale Dichte beispielsweise bei 13,9 ± 0,2 g/cm3. „Unsere Materialentwicklungen basieren auf einer guten Mischung aus unseren empirischen Erfahrungen und theoretischen Erkenntnissen“, erörtert Jung. „Oft entsteht die Idee für ein neues Material oder einen neuen Prozess gemeinsam mit unseren Kunden. Hier gibt es in der Regel klare Anforderungen. Bei der Umsetzung ist dann auch die Zusammenarbeit mit Universitäten sehr wertvoll für uns.“

Eine Mischung von Wolframgranulat und Epoxydharzen wird in Ultraschallköpfen (Transducern) als Backing-Material eingesetzt, um störende Schallreflexionen zu minimieren. Hierbei wird die akustische Impedanz des Backing-Materials durch den Zusatz von Wolfram erhöht. Im Bereich Strahlentherapie bietet Triamet die Möglichkeit, harte Gammastrahlung abzuschirmen. „Radioaktive Seeds, die in der HDR Brachytherapie in einen Tumor eingebracht und anschließend wieder entfernt werden, können in Behältern aus Triamet aufbewahrt werden“, erklärt Jung. Auch eine Abschirmung von Radiopharmaka-Ampullen zur Reduzierung der Strahlendosis, der die Mitarbeiter ausgesetzt sind, ist eine Einsatzmöglichkeit. Des Weiteren eignet es sich aufgrund seiner Formstabilität, die eine einfache Reinigung und Sterilisation gewährleistet, für Isotopenbehälter. Entsprechend seiner RoHS-Konformität ist Wolfram atoxisch und nicht umweltgefährdend, sodass keine Beschichtung notwendig ist. Neben Abschirmelementen für die medizinische Diagnostik und Strahlentherapie kann Triamet auch als Werkstoff für Mikrosonden und Elektronenmikroskope eingesetzt werden. Im Vergleich zum Blei, das in der Vergangenheit häufig für diese Anwendungen genutzt wurde, zeichnet sich das platzsparende Triamet, das die Anforderungen nach ASTM B777 erfüllt, darüber hinaus dadurch aus, dass es aufgrund seiner hohen Widerstandskraft keine Stützstruktur benötigt.

Erhältlich ist Triamet als S- sowie G-Material. Die Bindephase des ersteren besteht aus Kupfer und Nickel, ist paramagnetisch und nur schwach magnetisierbar, weshalb es in der Nähe starker magnetischer Felder, wie zum Beispiel in Kernspintomografen, eingesetzt werden kann. Die Bindephase des G-Materials setzt sich aus Eisen-Nickel-Verbindungen zusammen und wirkt im Gegensatz zum S-Material ferromagnetisch.

Neben dem Einsatz in der Medizintechnik kommt Triamet häufig als Ausgleichs- bzw. Wuchtgewicht in der Automobilindustrie sowie aufgrund seiner langen Standzeiten und des sehr geringen Verschleißes im Aluminiumguss zum Einsatz. Auch der Maschinen- und Anlagenbau greift auf das Produkt zurück, da Triamet mit einem hohen Elastizitätsmodul und dem für Sinterstoffe typischen Gefüge ausgezeichnete Dämpfungseigenschaften besitzt und Schwingungen dadurch erheblich reduzieren kann. Im Vergleich zu Stahl haben Werk-stücke aus Triamet mit 340 bis 390 GPa ein fast doppelt so hohes Elastizitätsmodul wie der viel verwendete V2A-Stahl mit 200 GPa, sodass bei gleicher Belastung eine um 40 % geringere Durchbiegung auftritt. I

Gesellschaft für Wolfram Industrie mbH & Bayerische Metallwerke GmbH, Dachau

Wolfgang Jung Forschung und Entwicklung

Tel.: +49 8131 703-0

Weiterführende Informationen im Videot1t1p.de/pjt9