1510 megapaszkál szakítószilárdságával ma már tudjuk, hogy a volfrám a legerősebb természetes fém a Földön.
A mai infografika az Almonty Industries, egy volfrámgyártó cégtől származik, és a volfrám történetét mutatja be.
Az infografika érdekessége, hogy a volfrám erőssége ellenére a civilizáció nagy része a fém gyakorlati felhasználása nélkül élt. Ennek az az oka, hogy a volfrámot hivatalosan csak a 18. században fedezték fel – bár, mint látni fogjuk, már előtte is sok évszázadon keresztül szálka volt a fém a kohászok szemében.
A mennyekből
A vasnál magasabb atomszámú elemekhez hasonlóan a volfrám sem keletkezhet magfúzióval a Napunkhoz hasonló csillagokban.
Ehelyett a volfrám feltehetően hatalmas csillagok robbanásaiból keletkezik. Minden egyes szupernóva-robbanás olyan nagy energiával rendelkezik, hogy ezek az újonnan keletkezett elemek hihetetlen sebességgel, 30 000 km/s, azaz a fénysebesség 10%-ával lökődnek ki – és így szóródnak szét a világegyetemben.
A szupernóva-robbanások nem történnek gyakran – ennek eredményeként a földkéreg minden 1 000 000 grammjában mindössze 1,25 gramm volfrám található.
Egy szokatlan történet
A periódusos rendszerben a volfrám a “W” betű alatt szerepel. Ez azért van, mert ugyanannak a fémnek valójában két neve is keletkezett egyszerre.
“Wolfram”
WOLFRAM: a német WOLF (angol: farkas) és a középfelnémet RAM (angol: dirt) szavakból származik.
A középkorban a németországi ónbányászok egy ásványra (wolframit) panaszkodtak, amely az ónércet kísérte, és olvasztáskor csökkentette az ónhozamot.
A wolframitot hosszúkás, szőrszerű megjelenésével “farkasnak” gondolták, amely felfalja az ónt. A wolframit évszázadokon át gyötörte a kohászokat, amíg a volfrámot fel nem fedezték, és megfelelő módszereket nem fejlesztettek ki a nehézfém kezelésére.
“Tungsten”
TUNGSTEN: a svéd TUNG (angolul: nehéz) és STEN (angolul: kő) szavakból származik a sűrűsége miatt
A másik fontos volfrámércet, a szelitet 1750-ben fedezték fel egy svédországi vasbányában.
A hihetetlen sűrűsége miatt keltett érdeklődést – ezért kapta a “nehéz kő” nevet.
A felfedezés
A fémet Juan José D´Elhuyar spanyol nemes fedezte fel, aki végül mind a wolframitból, mind a scheelitből szintetizálta a volfrámot – megmutatva, hogy mindkettő ugyanannak az új elemnek az ásványa.
A volfrám felhasználásának története
A volfrám felhasználásának felfedezései lazán négy területhez köthetők: vegyszerek, acél és szuperötvözetek, szálak és karbidok.
1847: A volfrámsókat színezett pamut előállítására, valamint színházi és egyéb célokra használt ruhák tűzállóvá tételére használják.
1855: Feltalálják a Bessemer-eljárást, amely lehetővé teszi az acél tömeggyártását. Ezzel egy időben Ausztriában készülnek az első volfrámacélok.
1895: Thomas Edison vizsgálta az anyagok röntgensugárzás hatására fluoreszkáló képességét, és megállapította, hogy a kalcium-volframát a leghatékonyabb anyag.
1900: A párizsi világkiállításon kiállítják a nagy sebességű acélt, acél és volfrám különleges keverékét. Magas hőmérsékleten is megőrzi keménységét, tökéletesen alkalmas szerszámokhoz és megmunkáláshoz.
1903: A lámpák és izzók izzószálai voltak a volfrám első olyan felhasználása, amely kihasználta a volfrám rendkívül magas olvadáspontját és elektromos vezetőképességét. Az egyetlen probléma? A korai kísérletek szerint a volfrám túl törékenynek bizonyult a széles körű használathoz.
1909: William Coolidge és csapata az amerikai General Electricnél sikeresen felfedez egy olyan eljárást, amely megfelelő hőkezeléssel és mechanikai megmunkálással képlékeny volfrámszálakat hoz létre.
1911: A Coolidge-folyamatot kereskedelmi forgalomba hozzák, és rövid időn belül világszerte elterjednek a duktilis volfrámszálakkal felszerelt volfrámizzók.
1913: A második világháború alatti németországi ipari gyémánthiány arra készteti a kutatókat, hogy alternatívát keressenek a drótok húzására használt gyémántszerszámok helyett.
1914: “Néhány szövetséges katonai szakértő úgy vélte, hogy Németország hat hónapon belül kifogy a lőszerből. A szövetségesek hamarosan felfedezték, hogy Németország fokozta lőszergyártását, és egy időre meghaladta a szövetségesek termelését. A változást részben annak köszönhette, hogy volfrám gyorsacélt és volfrám vágószerszámokat használt. A britek keserű meglepetésére később kiderült, hogy az így használt volfrám nagyrészt az ő cornwalli bányáikból származott.” – K.C. Li 1947-ben megjelent “TUNGSTEN”
1923 című könyvéből: Egy német elektromos izzógyár szabadalmat nyújt be a volfrámkarbidra, vagy keményfémre. Ezt úgy állítják elő, hogy folyékony fázisú szinterezéssel nagyon kemény volfrám-monokarbid (WC) szemcséket “cementálnak” egy szívós kobaltfémből álló kötőanyagmátrixba.
Az eredmény megváltoztatta a volfrám történetét: egy olyan anyag, amely nagy szilárdságot, szívósságot és nagy keménységet ötvöz. A volfrámkarbid valójában olyan kemény, hogy az egyetlen természetes anyag, amely képes megkarcolni, a gyémánt. (A karbid ma a volfrám legfontosabb felhasználási területe.)
1930-as évek: Új alkalmazások jelentek meg a volfrámvegyületek számára az olajiparban a nyersolajok hidrogénezéséhez.
1940: Megkezdődik a vas-, nikkel- és kobaltalapú szuperötvözetek fejlesztése, hogy kielégítsék a sugárhajtóművek hihetetlen hőmérsékletének ellenálló anyag iránti igényt.
1942: A második világháború alatt a németek elsőként használtak volfrámkarbid magot nagy sebességű páncéltörő lövedékekben. A brit tankok gyakorlatilag “megolvadtak”, amikor ezek a volfrámkarbid lövedékek eltalálták őket.
1945:
1950-es évek:
1960-as évek: Ekkorra már volfrámot adnak a szuperötvözetekhez, hogy javítsák azok teljesítményét.
1960-as évek: Új, volfrámvegyületeket tartalmazó katalizátorok születnek a kipufogógázok kezelésére az olajiparban.
1964: Az izzólámpák hatékonyságának és gyártásának javulása harmincszorosára csökkenti egy adott mennyiségű fény biztosításának költségét az Edison-féle világítási rendszer bevezetésekor mért költségekhez képest.
2000: Ekkor évente mintegy 20 milliárd méternyi lámpavezetéket húznak ki, ami a Föld-Hold távolság mintegy 50-szeresének felel meg. A világítás a teljes volfrámtermelés 4%-át és 5%-át fogyasztja el.
A volfrám ma
A volfrámkarbid napjainkban rendkívül elterjedt, és alkalmazásai közé tartozik a fémforgácsolás, a fa, a műanyagok, a kompozitok és a lágy kerámiák megmunkálása, a forgács nélküli alakítás (meleg és hideg), a bányászat, az építőipar, a kőzetfúrás, a szerkezeti alkatrészek, a kopó alkatrészek és a katonai alkatrészek.
A volfrámacél ötvözeteket a rakétahajtóművek fúvókáinak gyártásánál is használják, amelyeknek jó hőálló tulajdonságokkal kell rendelkezniük. A volfrámtartalmú szuperötvözeteket turbinalapátokban, valamint kopásálló alkatrészekben és bevonatokban használják.
Mivel egyidejűleg azonban az izzólámpák uralma 132 év után véget ért, mivel az Egyesült Államokban és Kanadában kezdik kivonni őket a forgalomból.
Mivel egyidejűleg az izzólámpák uralma is véget ért.