Elemente, Schulbuch

129 5.7 Metalle Vorkommen: Mit einem Massenanteil von 0,0018 % der Erdkruste ist es das 35. häu- figste Element der Erdrinde. Das wichtigste Bleierz ist der Bleiglanz (PbS), aus dem Blei gewonnen wird. Herstellung: Produktionsmenge weltweit: ca. 3,9 Mio Tonnen (2009). Die größten Bleierzlagerstätten befinden sich in Australien, China, USA, Peru, Mexiko etc. Das PbS wird zu PbO geröstet, anschließend wird das Oxid im Schachtofen mit Koks/ CO zu Pb reduziert. Das entstandene Rohblei wird raffiniert (zB elektrolytisch) Verwendung: Blei dient vor allem zur Herstellung von Legierungen, die als Akkumu- latorelektroden (Hartblei), als Achslager (Bleilagermetall), als Dichtungen und früher als Buchdrucklettern (Letternmetall) sowie als Abwasserrohre Verwendung finden. Dicke Bleiplatten eignen sich als Strahlenschutzmaterial, zB beim Röntgen. Hartmetalle Hartstoffe • Hartmetalle • Pulvermetallurgie • Cermets Als Hartstoffe bezeichnet man eine Gruppe von Werkstoffen, die sich durch extrem hohe Härte, ähnlich wie Diamant, auszeichnen. Sie haben außerdem einen sehr ho- hen Schmelzpunkt und behalten die Härte auch bei hoher Temperatur. Hartstoffe sind keine Metalle, sondern Verbindungen von Metallen mit Kohlenstoff ( Carbide ). Da diese Hartstoffe aber spröde und wegen ihres hohen Schmelzpunktes auch schwer zu verarbeiten sind, werden sie mit einigen Prozent eines Metalles zusam- men verarbeitet. Man presst das Pulver des Hartstoffes mit mehreren Tausend bar und erhitzt zum Sintern → Pulvermetallurgie (Abb. 129.3). Dabei verkleben die Hartstoffkörner miteinander zu einer festen, meist etwas porösen Masse. Bei ge- nügend Anteil eines Metalls (meist Cobalt, aber auch Nickel und Eisen werden ver- wendet) kann das Gefüge auch vollkommen dicht werden: Das Metall füllt die Zwi- schenräume zwischen den Hartstoffkörnern aus. Diese neuen Werkstoffe werden Hartmetalle genannt. Die meistverwendeten Hartstoffe sind die Carbide von Wolfram, Titan und Tantal. Das bekannteste Hartmetall ist Widia (von „so hart wi e Dia mant“). Es ist Wolfram- carbid mit etwa 5 % Cobalt und wird für Spitzen von Gesteinsbohrern verwendet. So wie Widia lassen sich die meisten Hartmetalle durch Hartlöten mit Kupferlegie- rungen ausgezeichnet mit Stahl verbinden, sodass nur die dem Verschleiß ausge- setzten Teile des Werkzeugs mit Hartmetall besetzt werden. Hartmetalle verwendet man dort, wo hohe Härte, hohe Temperaturbeständigkeit und Verschleißfestigkeit gefordert sind, wie zB Schneidwerkzeuge für Metallbear- beitung, Ziehringe, Gesteinsbohrer, Sandstrahldüsen, Zahnbohrer, Glasschneider, Zähne von Baggerschaufeln und Spikes. Eine andere Gruppe von harten Werkstoffen, die ähnlich hergestellt werden, sind die Cermets (englisch aus „ceramics“ und „metals“) oder Metallkeramiken . Hier ist der Hartstoff ein keramischer Stoff, wie zB Aluminiumoxid oder Chromoxid, aber auch Nitride und Boride (Verbindungen des Metalls mit Stickstoff oder Bor). Zum Unterschied zu den genannten Carbiden zeigen diese Stoffe keine elektrische Leit- fähigkeit. Auch hier bewirkt der keramische Stoff die Härte und Temperaturbestän- digkeit, der metallische Anteil die Zähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit. Die Verbrennungskammern von Düsentriebwerken werden zB mit Cermets ausge- kleidet. Die zu Pulver zermahlene Metallkeramik wird dabei durch eine Spritzpisto- le mit heißer Flamme auf das zu schützende Metall geschleudert (Flammspritzen). Die Teilchen verbinden sich dabei untereinander und mit dem Untergrund. Einer der weltweit führenden Hartmetallhersteller sind die Tiroler Plansee Werke in Reutte. Abb. 129.1: Bleiplatten Abb. 129.2: Hartstoffe – Hartmetalle – Cermets Abb. 129.3: Pulvermetallurgie – Sintern HARTMETALL CERMETS METALL- KERAMIK Hartstoffe Metall + TiC WC TaC Al 2 O 3 Cr 2 O 3 BN meist Co meist Co Fertige Werkstücke Heizung Heizung Heizung Sinterofen Sintern der Rohlinge Pressen des Rohlings Füllen der Form Metallpulver Ni Cr Ni Cr Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv