Vetolujuuden ollessa 1510 megapascalia, tiedämme nyt, että volframi on vahvin luonnossa esiintyvä metalli maapallolla.
Tämänpäiväinen infograafi on volframintuottaja Almonty Industriesin laatima, ja se paljastaa volframin historian.
Infograafista käy mielenkiintoisesti ilmi, että volframin vahvuudesta huolimatta suurin osa sivilisaatiosta on elänyt ilman, että metallille on ollut mitään käytännön käyttöä. Tämä johtuu siitä, että volframi löydettiin virallisesti vasta 1700-luvulla – tosin, kuten näet, se oli metallurgien kiusana jo monta vuosisataa ennen sitä.
Taivaalta
Kuten kaikkia alkuaineita, joiden järjestysluku on suurempi kuin raudan, volframia ei voi syntyä ydinfuusiolla auringon kaltaisissa tähdissä.
Sen sijaan volframia uskotaan syntyvän massiivisten tähtien räjähdyksissä. Jokaisessa supernovan räjähdyksessä on niin paljon energiaa, että nämä äskettäin luodut alkuaineet sinkoutuvat uskomattomalla nopeudella, joka on 30 000 km/s eli 10 % valonnopeudesta – ja näin ne leviävät ympäri maailmankaikkeutta.
Supernova-räjähdyksiä ei tapahdu usein – tämän seurauksena jokaista 1 000 000 grammaa kohti maankuoressa on vain 1,25 grammaa volframia.
Epätavallinen historia
Jaksollisuustaulukossa volframi on merkitty kirjaimella ”W”. Tämä johtuu siitä, että samalle metallille syntyi itse asiassa kaksi nimeä samanaikaisesti.
”Wolfram”
WOLFRAM: johdettu saksankielisistä sanoista WOLF (suom. susi) ja keski-korkeasaksankielisestä sanasta RAM (suom. lika).
Keskiajalla Saksan tinakaivostyöläiset valittivat mineraalista (wolframiitti), joka kulki tinamalmin mukana ja vähensi tinan saantoa sulatettaessa.
Pitkäpiirteisen, karvamaisen näköisen wolframiitin ajateltiin olevan ”susi”, joka söi tinan. Wolframiitti oli piinannut metallurgeja vuosisatojen ajan, kunnes volframi löydettiin ja kehitettiin asianmukaiset menetelmät raskasmetallin käsittelyyn.
”Volframi”
TUNGSTEN: johdettu ruotsinkielisistä sanoista TUNG (englanti: raskas) ja STEN (englanti: kivi) sen tiheyden vuoksi
Skeeliitti, toinen tärkeä volframimalmi, löydettiin rautakaivoksesta Ruotsista vuonna 1750.
Se herätti kiinnostusta uskomattoman tiheytensä vuoksi – siksi sitä kutsuttiin nimellä ”raskas kivi”.
Löytö
Metallin löysi espanjalainen aatelismies Juan José D´Elhuyar, joka lopulta syntetisoi volframia sekä wolframiitista että scheeliitista – osoittaen, että ne olivat molemmat mineraaleja samasta uudesta alkuaineesta.
Volframin käyttöhistoria
Volframin käyttöhistoria voidaan löyhästi yhdistää neljään alaan: kemikaalit, teräs ja superseokset, filamentit ja karbidit.
1847: Volframisuoloja käytetään värillisen puuvillan valmistukseen ja teatteri- ja muihin tarkoituksiin käytettävien vaatteiden paloturvallisuuden parantamiseen.
1855: Bessemer-prosessi keksitään, mikä mahdollistaa teräksen massatuotannon. Samaan aikaan Itävallassa valmistetaan ensimmäiset volframiteräkset.
1895: Thomas Edison tutki materiaalien kykyä fluoresoida, kun ne altistetaan röntgensäteilylle, ja havaitsi, että kalsiumvolframaatti oli tehokkain aine.
1900: Nopeakäyntinen teräs, erityinen teräksen ja volframin sekoitus, esitellään Pariisin maailmannäyttelyssä. Se säilyttää kovuutensa korkeissa lämpötiloissa, mikä sopii erinomaisesti työkaluihin ja koneistukseen.
1903: Lampuissa ja hehkulampuissa käytettävät hehkulangat olivat ensimmäinen volframin käyttökohde, jossa hyödynnettiin sen erittäin korkeaa sulamispistettä ja sähkönjohtavuutta. Ainoa ongelma? Varhaisissa yrityksissä volframi osoittautui liian hauraaksi laajamittaiseen käyttöön.
1909: William Coolidge ja hänen työryhmänsä yhdysvaltalaisessa General Electric -yhtiössä onnistuvat löytämään prosessin, jossa sopivalla lämpökäsittelyllä ja mekaanisella työstöllä saadaan aikaan sitkeää volframikuitua.
1911: Coolidgen prosessi kaupallistetaan, ja lyhyessä ajassa volframihehkulamput leviävät ympäri maailmaa varustettuna sitkeillä volframilangoilla.
1913: Teollisuustimanttien puute Saksassa toisen maailmansodan aikana saa tutkijat etsimään vaihtoehtoa timanttimuotille, jota käytetään langan vetämiseen.
1914: ”Jotkut liittoutuneiden sotilasasiantuntijat uskoivat, että Saksasta loppuisivat ammukset kuudessa kuukaudessa. Liittoutuneet huomasivat pian, että Saksa lisäsi ammusten valmistusta ja oli jonkin aikaa ylittänyt liittoutuneiden tuotannon. Muutos johtui osittain siitä, että Saksa käytti volframia sisältävää pikaterästä ja volframia sisältäviä leikkuutyökaluja. Brittien katkeraksi hämmästykseksi huomattiin myöhemmin, että näin käytetty volframi oli suurelta osin peräisin heidän Cornwallin kaivoksistaan Cornwallissa.” – K.C. Li:n 1947 ilmestyneestä kirjasta ”TUNGSTEN”
1923: Saksalainen sähkölamppuyritys jättää patentin volframikarbidille eli kovametallille. Se valmistetaan ”sementoimalla” erittäin kovia volframimonokarbidin (WC) jyviä sitkeästä kobolttimetallista koostuvaan sideainematriisiin nestemäisen faasin sintrauksella.
Tulos muutti volframin historiaa: materiaali, jossa yhdistyvät suuri lujuus, sitkeys ja suuri kovuus. Itse asiassa volframikarbidi on niin kovaa, että ainoa luonnollinen materiaali, joka voi naarmuttaa sitä, on timantti. (Karbidi on nykyään volframin tärkein käyttökohde.)
1930-luku: Wolframiyhdisteille syntyi uusia käyttökohteita öljyteollisuudessa raakaöljyjen vetykäsittelyssä.
1940: Rauta-, nikkeli- ja kobolttipohjaisten superseosten kehittäminen alkaa, jotta voitaisiin täyttää tarve materiaalille, joka kestää suihkumoottoreiden uskomattomia lämpötiloja.
1942: Toisen maailmansodan aikana saksalaiset käyttivät ensimmäisenä volframikarbidiydintä suuren nopeuden panssaria läpäisevissä ammuksissa. Brittiläiset panssarivaunut käytännössä ”sulivat” näiden volframikarbidiammusten osuessa niihin.
1945:
1950-luku: Tähän aikaan volframia lisätään superseoksiin niiden suorituskyvyn parantamiseksi.
1960-luku: Syntyy uusia volframiyhdisteitä sisältäviä katalyyttejä öljyteollisuuden pakokaasujen käsittelyyn.
1964: Hehkulamppujen tehokkuuden ja tuotannon parannukset alentavat tietyn valomäärän tuottamisen kustannuksia kolmekymmenkertaisesti verrattuna kustannuksiin Edisonin valaistusjärjestelmän käyttöönoton aikaan.
2000: Tässä vaiheessa vuosittain vedetään noin 20 miljardia metriä lamppujohtoa, mikä vastaa noin 50 kertaa maapallon ja kuun välistä etäisyyttä. Valaistus kuluttaa 4 % ja 5 % volframin kokonaistuotannosta.
Volframi nykyään
Tänä päivänä volframikarbidi on erittäin laajalle levinnyt, ja sen käyttökohteita ovat mm. metallin leikkaus, puun, muovien, komposiittien ja pehmeiden keraamisten materiaalien työstö, lastuton muokkaus (kuuma- ja kylmämuokkaus), kaivostoiminta, rakennustoiminta, kallion poraaminen, rakenteiden osat, kulumisosat ja sotilaalliset osat.
Volframiterässeoksia käytetään myös rakettimoottorien suuttimien valmistuksessa, joilla on oltava hyvät lämmönkesto-ominaisuudet. Volframia sisältäviä superseoksia käytetään turbiinien lapoihin sekä kulutusta kestäviin osiin ja pinnoitteisiin.
Mutta samaan aikaan hehkulamppujen valtakausi on päättynyt 132 vuoden jälkeen, kun niitä aletaan poistaa käytöstä Yhdysvalloissa ja Kanadassa.
