Met een treksterkte van 1.510 megapascal kennen we nu wolfraam als het sterkste in de natuur voorkomende metaal op aarde.
De infographic van vandaag is van Almonty Industries, een wolfraam producent, en het onthult de geschiedenis van wolfraam.
Interessant is dat de infographic laat zien dat ondanks de kracht van wolfraam, het grootste deel van de beschaving heeft geleefd zonder enig praktisch gebruik van het metaal. Dat komt omdat wolfraam pas in de 18e eeuw officieel werd ontdekt – hoewel het, zoals u zult zien, al vele eeuwen daarvoor een doorn in het oog van metaalbewerkers was.
Van de Hemel
Zoals alle elementen met een atoomnummer hoger dan ijzer, kan wolfraam niet worden gemaakt door kernfusie in sterren zoals onze zon.
In plaats daarvan wordt wolfraam geacht te worden gevormd uit de explosies van zware sterren. Elke supernova-explosie heeft zoveel energie, dat deze nieuw gecreëerde elementen worden weggeslingerd met ongelooflijke snelheden van 30.000 km/s, of 10% van de lichtsnelheid – en dat is hoe ze door het heelal worden verspreid.
Supernova-explosies komen niet vaak voor – met als gevolg dat er in elke 1.000.000 gram aardkorst slechts 1,25 gram wolfraam zit.
Een ongebruikelijke geschiedenis
In het periodiek systeem staat wolfraam vermeld onder de letter “W”. Dat komt omdat er eigenlijk twee namen voor hetzelfde metaal tegelijk zijn ontstaan.
“Wolfram”
WOLFRAM: afgeleid van de Duitse woorden WOLF (Engels: wolf) en het Middelhoogduitse woord RAM (Engels: dirt).
In de Middeleeuwen klaagden tinmijnwerkers in Duitsland over een mineraal (wolframiet) dat zich bij het tinerts bevond en bij het smelten de tinopbrengst verminderde.
Met zijn langwerpige, haarachtige uiterlijk werd wolframiet beschouwd als een “wolf” die het tin opat. Wolframiet had metallurgen vele eeuwen geplaagd, totdat wolfraam werd ontdekt en goede methoden werden ontwikkeld om met het zware metaal om te gaan.
“Tungsten”
TUNGSTEN: afgeleid van de Zweedse woorden TUNG (Engels: zwaar) en STEN (Engels: steen) vanwege de dichtheid
Scheeliet, het andere belangrijke wolfraamerts, werd ontdekt in een ijzermijn in Zweden in 1750.
Het wekte belangstelling vanwege de ongelooflijke dichtheid – daarom werd het “zware steen” genoemd.
De ontdekking
Het metaal werd ontdekt door de Spaanse edelman Juan José D´Elhuyar, die uiteindelijk wolframiet en scheeliet tot wolfraam synthetiseerde – waaruit bleek dat zij beide mineralen van hetzelfde nieuwe element waren.
Geschiedenis van het gebruik van wolfraam
Ontdekkingen in het gebruik van wolfraam kunnen losjes worden gekoppeld aan vier gebieden: chemicaliën, staal en superlegeringen, filamenten, en carbiden.
1847: Wolframzouten worden gebruikt om gekleurd katoen te maken en om kleding voor theater- en andere doeleinden brandvrij te maken.
1855: Het Bessemer-proces wordt uitgevonden, waardoor de massaproductie van staal mogelijk wordt. Tegelijkertijd worden in Oostenrijk de eerste wolfraamstalen gemaakt.
1895: Thomas Edison onderzocht het vermogen van materialen om te fluoresceren bij blootstelling aan röntgenstralen, en ontdekte dat calciumtungstaat de meest effectieve stof was.
1900: High Speed Steel, een speciaal mengsel van staal en wolfraam, wordt tentoongesteld op de Wereldtentoonstelling in Parijs. Het behoudt zijn hardheid bij hoge temperaturen, perfect voor gebruik in gereedschappen en machinale bewerking.
1903: Filamenten in lampen en gloeilampen waren het eerste gebruik van wolfraam dat gebruik maakte van zijn extreem hoge smeltpunt en zijn elektrische geleidbaarheid. Het enige probleem? Vroege pogingen vonden wolfraam te broos voor wijdverbreid gebruik.
1909: William Coolidge en zijn team bij General Electric de V.S. zijn succesvol in het ontdekken van een proces dat taaie wolfraam filamenten creëert door middel van geschikte warmtebehandeling en mechanische bewerking.
1911: Het Coolidge-proces wordt gecommercialiseerd, en in korte tijd verspreiden wolfraamlampen zich over de hele wereld, uitgerust met kneedbare wolfraamdraden.
1913: Een tekort aan industriële diamanten in Duitsland tijdens WO II leidt onderzoekers om te zoeken naar een alternatief voor diamantmatrijzen, die worden gebruikt om draad te trekken.
1914: “Het was de overtuiging van sommige geallieerde militaire experts dat Duitsland binnen zes maanden uitgeput zou zijn van munitie. De Geallieerden ontdekten spoedig dat Duitsland haar munitieproductie opvoerde en een tijd lang de productie van de Geallieerden overtrof. De verandering was gedeeltelijk te danken aan haar gebruik van wolfraam snelstaal en wolfraam snijgereedschap. Tot de bittere verbazing van de Britten kwam het gebruikte wolfraam, zo werd later ontdekt, grotendeels uit hun mijnen in Cornwall.” – Uit K.C. Li’s 1947 boek “TUNGSTEN”
1923: Een Duits bedrijf in elektrische lampen dient een patent in voor wolfraamcarbide, of hardmetaal. Het wordt gemaakt door zeer harde wolfraam monocarbide (WC) korrels te “cementeren” in een bindmiddelmatrix van taai kobaltmetaal door vloeibare fase sintering.
Het resultaat veranderde de geschiedenis van wolfraam: een materiaal dat hoge sterkte, taaiheid en hoge hardheid combineert. In feite is wolfraamcarbide zo hard, dat het enige natuurlijke materiaal dat het kan bekrassen een diamant is. (Carbide is het belangrijkste gebruik voor wolfraam vandaag.)
1930s: Nieuwe toepassingen ontstonden voor wolfraamverbindingen in de olie-industrie voor de hydrotreating van ruwe oliën.
1940: De ontwikkeling van ijzer-, nikkel- en kobalthoudende superlegeringen begint, om de behoefte aan een materiaal dat de ongelooflijke temperaturen van straalmotoren kan weerstaan, te vervullen.
1942: Tijdens de Tweede Wereldoorlog, waren de Duitsers de eersten om wolfraamcarbide kern te gebruiken in hoge snelheid pantser doorborende projectielen. Britse tanks “smolten” vrijwel als ze door deze wolfraamcarbideprojectielen worden geraakt.
1945: Jaarlijkse verkoop van gloeilampen is 795 miljoen per jaar in de V.S.
1950s: Tegen die tijd wordt wolfraam toegevoegd in superlegeringen om hun prestaties te verbeteren.
1960s: Er ontstaan nieuwe katalysatoren met wolfraamverbindingen voor de behandeling van uitlaatgassen in de olie-industrie.
1964: Verbeteringen in efficiëntie en productie van gloeilampen verlagen de kosten van het leveren van een gegeven hoeveelheid licht met een factor dertig, vergeleken met de kosten bij de introductie van Edisons verlichtingssysteem.
2000: Op dat moment wordt jaarlijks ongeveer 20 miljard meter lampdraad getrokken, een lengte die overeenkomt met ongeveer 50 maal de afstand aarde-maan. Verlichting verbruikt 4% en 5% van de totale wolfraamproductie.
Tungsten Today
Heden ten dage, wolfraamcarbide is zeer wijdverbreid, en de toepassingen omvatten metaal snijden, bewerking van hout, kunststoffen, composieten, en zachte keramiek, chipless vormen (warm en koud), mijnbouw, bouw, rots boren, structurele onderdelen, slijtdelen en militaire componenten.
Wolfraamstaallegeringen worden ook gebruikt bij de productie van straalpijpen voor raketmotoren, die goede hittebestendige eigenschappen moeten hebben. Superlegeringen die wolfraam bevatten, worden gebruikt in turbineschoepen en slijtvaste onderdelen en coatings.
Tegelijkertijd is er echter na 132 jaar een einde gekomen aan de heerschappij van de gloeilamp, nu deze in de VS en Canada geleidelijk begint te verdwijnen.
