Was sind Metallmatrix-Verbundwerkstoffe?

Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (oder Kompositwerkstoffe) sind Werkstoffe aus zwei (oder mehreren) verbundenen Metallen. Ziel ist es, die besonderen Eigenschaften verschiedener Werkstoffe gezielt miteinander zu kombinieren.

Für was werden wolframbasierte Verbundwerkstoffe eingesetzt?

Wolframbasierte Verbundwerkstoffe werden vielseitig eingesetzt: in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Medizintechnik, der Bauindustrie sowie der Verteidigungsindustrie. Produkte hierfür sind beispielsweise Ausgleichsgewichte, Abschirmungen, elektrische Kontakte oder Schweißelektroden.

Wolframbasierte Verbundwerkstoffe

Metallmatrix-Verbundwerkstoffe auf Wolframbasis (W-MMC) kombinieren gezielt die besonderen Eigenschaften von Wolfram mit den Eigenschaften weiterer Metalle. Wolfram hat den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle und somit auch die höchsten Anwendungstemperaturen. Auch sein sehr geringer thermischer Ausdehnungskoeffizient und seine hohe Formbeständigkeit sind einzigartig. Diese Eigenschaften beeinflussen und ergänzen wir durch die Kombination mit anderen Metallen ganz gezielt. Das Ergebnis sind Metallmatrix-Verbundwerkstoffe auf Wolframbasis mit speziellen Eigenschaften, darunter Wolfram-Schwermetalle (WHA) und Wolfram-Kupfer-Verbunde: DENSIMET®, INERMET®, DENAL®, WCu und SPARKAL®.

Überblick unserer wolframbasierten Verbundwerkstoffe:

Metallmatrix-Verbundwerkstoffe auf Wolframbasis bieten eine perfekte Kombination aus hoher Dichte und mechanischen Eigenschaften. Ein großer Vorteil ist ihre gute Bearbeitbarkeit.

Materialfestigkeit W-MMC Werkstoffe — Materialien im Vergleich: Festigkeit versus Dichte

Forschungs- und Entwicklungsleistungen für maßgeschneiderte Lösungen

Unsere Metallmatrix-Verbundwerkstoffe auf Wolframbasis stellen wir durch pulvermetallurgische Verfahren her. Diese Technologie gibt uns die Flexibilität, die Mikrostruktur der Werkstoffe während des Herstellungsprozesses gezielt anzupassen. Damit ist es uns möglich, Werkstoffe in ihren Eigenschaften für die spezifischen Anwendungen unserer Kunden zu optimieren. Auch bieten wir ein breites Spektrum an Materialzusammensetzungen, wie zum Beispiel die Herstellung des Kontaktwerkstoffs Wolframkarbid-Kupfer (WCCu).

Ein erfahrenes Team von Forschungs- und Entwicklungsexperten arbeitet an mehreren Standorten gemeinsam mit unseren Kunden an maßgeschneiderten Lösungen. Wir simulieren das Verhalten von Werkstoffen in Herstellungs- und Anwendungsprozessen, erforschen die chemischen und physikalischen Prozesse und testen unsere Erkenntnisse in konkreten Versuchen in enger Abstimmung mit unseren Kunden. Unser Forschungs- und Entwicklungsteam ist vollständig in unsere Produktion integriert und garantiert maximale Flexibilität und Effizienz. So sind wir in der Lage, auf die individuellen Bedürfnisse unserer Kunden einzugehen. Dabei ist es unser Anspruch, die Grenzen des technologisch Machbaren kontinuierlich zu verschieben und unseren Kunden somit neue Hightech-Anwendungen zu ermöglichen.

Materialspektrum

Übersicht unserer W-MMC Werkstoffe für Standardprodukte:


Werkstoff	Bezeichnung	Chemische Zusammensetzung [%]		Nominale Dichte	ASTM-B-777/07 Klasse
Werkstoff	Bezeichnung	W	Rest	Nominale Dichte	ASTM-B-777/07 Klasse
Schwach ferromagnetisch
DENSIMET^® 170	D170	90	Ni, Fe	17,0	1
DENSIMET^® 176	D176	92,5	Ni, Fe	17,6	2
DENSIMET^® 180	D180	95	Ni, Fe	18,0	3
DENSIMET^® 185	D185	97	Ni, Fe	18,5	4
DENSIMET^® 188	D188	98,5	Ni, Fe	18,8
DENSIMET^® D2M	D2M	90	Ni, Mo, Fe	17,3
Paramagnetisch
INERMET^® 170	IT170	90	Ni,Cu	17,0	1
INERMET^® 176	IT176	92,5	Ni,Cu	17,6	2
INERMET^® 180	IT180	95	Ni,Cu	18,0	3

DENAL^®	Materialeigenschaften geschmiedet	92	Ni, Fe, Co	17,6
DENAL^®	Materialeigenschaften geschmiedet, kobaltfrei	91,7	Ni, Fe	17,55
DENAL^®	Materialeigenschaften	91	Ni, Co	17,5

WCu	WCu10	90	Cu, (Ni)	17,1
WCu	WCu15	85	Cu, (Ni)	16,4
WCu	WCu20	80	Cu, (Ni)	15,5

SPARKAL^®	SPARKAL^® X	75	Cu	14,8
SPARKAL^®	SPARKAL^® X FIN	80	Cu, Ni	15,6

Neben den oben aufgeführten Standards bieten wir Ihnen eine breite Palette von Sonderwerkstoffen an. Unsere Werkstoffexperten unterstützen Sie gerne und entwickeln die optimale Materialkombination für Ihre speziellen Anforderungen.

Die richtige Materialauswahl erfordert Kenntnisse über die Anwendung. Wichtige Kriterien können sein:

Physikalische Eigenschaften
(z. B. Dichte, Abschirmverhalten gegen Strahlung, Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnungskoeffizient, Schmelzpunkt, elektrische Leitfähigkeit, Abbrandfestigkeit, Magnetisierung)
Mechanische Eigenschaften
(z. B. Festigkeit, Bruchverhalten, Kriechverhalten und Duktilität)
Chemische Eigenschaften
(Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit)
Bearbeitbarkeit
(spanabhebende Bearbeitung, Umformbarkeit, Schweißbarkeit)

Mit geeigneten Werkstoffzusammensetzungen und Herstellprozessen lassen sich auf der Basis von Wolfram eine Vielzahl von Eigenschaften erzielen. Das Ergebnis: Metallmatrix-Verbundwerkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen, die genau auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sind.

Eigenschaften

Einzigartige Eigenschaften

Plansee hat verschiedene Verbundwerkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen entwickelt. Jeder Werkstoff zeichnet sich durch eine spezielle Eigenschaftskombination aus, ist daher einzigartig und mit keinem anderen Werkstoff vergleichbar. Die Vorteile unserer am häufigsten verwendeten Werkstoffe sind:

Welche Eigenschaften haben DENSIMET® und INERMET®?
Plansee DENSIMET®- und INERMET®-Verbundwerkstoffe sind Wolfram-Schwermetalle mit einem hohen Wolframanteil (> 90 %) und einer NiFe- oder NiCu-Bindephase. Sie zeichnen sich durch ihre besonders hohe Dichte aus. Kombiniert mit ihrer Fähigkeit, Strahlung zu absorbieren, sowie ihren hervorragenden mechanischen Eigenschaften und ihrer Bearbeitbarkeit sind sie die idealen Werkstoffe für eine Vielzahl von Anwendungen, z. B. in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie, in der Medizintechnik und in der Bauindustrie.

Vorteile von DENSIMET® und INERMET®:

Hohe Dichte von 17,0 bis 18,8 g/cm3 (ähnlich wie bei reinem Wolfram)

Bessere Bearbeitbarkeit im Vergleich zu reinem Wolfram

Kostengünstige Herstellung von komplexen Produkten und Komponenten

Hoher Elastizitätsmodul und hervorragende mechanische Eigenschaften

Hohes Absorptionsvermögen für Röntgen- und Gammastrahlen

Gesundheits- und Umweltverträglichkeit

DENSIMET® bietet außerdem eine ausgezeichnete Festigkeit und Duktilität, während ein weiterer klarer Vorteil von INERMET® in seinen nichtmagnetischen Eigenschaften liegt.
Mechanische Eigenschaften – typische Werte:

D170 IT170 D176/W IT176 D180 IT180 D185
Elastizitätsmodul E [GPa] 340 330 360 350 380 360 385
Schubmodul G [GPa] 140 125 145 135 150 140 160

Mechanische Eigenschaften – typische Werte:
	D170	IT170	D176/W	IT176	D180	IT180	D185
Elastizitätsmodul E [GPa]	340	330	360	350	380	360	385
Schubmodul G [GPa]	140	125	145	135	150	140	160

Welche Eigenschaften hat DENAL®?

Bei DENAL® handelt es sich um maßgeschneiderte Werkstoffe mit einem sehr guten Kompromiss zwischen hoher Festigkeit und Duktilität für verschiedene Anwendungen. DENAL® wird insbesondere für Produkte der Verteidigungsindustrie verwendet, unter anderem für Penetratoren.

Übersicht unserer DENAL®-Werkstoffe:

Werkstoff	Dichte [g/cm³]	Streckgrenze [MPa] ø / min.	Zugfestigkeit [MPa] ø / min.	Bruchdehnung [%] ø / min.	K (5x5) Kerbschlagversuch [J/cm²] ø / min.
Denal ® Materialeigenschaften, geschmiedet
Denal ^® 920 60 20	17,6	1250 / 1180	1250 / 1180	14 / 9	100 / 60
Denal ^® 920 159 20	17,6	1460 / 1400	1460 / 1400	11 / 8	150 / 100
Denal ^® 910 179 20	17,5	1640 / 1600	1640 / 1600	10 / 7	100 / 60
Denal ® 910 XXX 20	17,5	1800 / 1720	1800 / 1720	4	-
Denal ® Materialeigenschaften, geschmiedet, kobaltfrei
Denal ^®917 108 XXX (1)	17,55	1280 / 1220	1315 / 1255	12 / 8,5	170 / 105
Denal ^® 917 108 XXX (2)	17,55	1410 / 1350	1435 / 1375	9 / 6	90 / 50
Denal ^® 917 108 XXX (3)	17,55	1510 / 1450	1525 / 1465	7 / 4	60 / 30
Denal ® Materialeigenschaften
Denal ^® 900-120-25	17,2	700	1000	35	300
Denal ^® 920-120-25	17,6	720	1030	29	150

Zugfestigkeit (Standardwerte)

Welche Eigenschaften hat Wolfram-Kupfer?
Wolfram-Kupfer kombiniert eine hohe Temperaturbeständigkeit, einen der wichtigsten Vorteile von Wolfram, mit der hervorragenden elektrischen und thermischen Leitfähigkeit von Kupfer.

Vorteile von WCu-Werkstoffen:

Exzellente Abbrandfestigkeit

Hervorragende elektrische Leitfähigkeit

Hohe Festigkeit

Gute Bearbeitbarkeit

Sehr gute Wärmeleitfähigkeit

Geringe Wärmeausdehnung

Durch die spezielle Zusammensetzung des chemischen Verhältnisses können die Eigenschaften hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnungskoeffizient und Abbrandrate je nach Anforderung optimiert werden.

Typische Eigenschaften unserer WCu-Werkstoffe bei 20 °Celsius:
Werkstoff
[wt%] Dichte
[g/cm³] CTE
[ppm/K] TC
[W/mK]
WCu10 17,1 6,4 195
WCu15 16,4 7,3 215

WCu20 15,5 8,3 235

Welche Eigenschaften hat SPARKAL®?

Eine spezielle Zusammensetzungen von Wolfram-Kupfer ist der Werkstoff SPARKAL®. Er wurde entwickelt, um den Anforderungen der Funkenerosion (EDM) gerecht zu werden. SPARKAL®-Elektroden bieten somit mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Elektrodenwerkstoffen.

Sehen Sie hier typische Werte physikalischer und mechanischer Eigenschaften in Abhängigkeit von Geometrie und Dimension:

	SPARKAL^® X	SPARKAL^® X FIN
Chemische Zusammensetzung (%)	W 75 Cu 25	W 80 CuNi 20
Dichte (g/cm³)	14,8	15,6
Härte (HV 5)	240	270
Elektrische Leitfähigkeit (% IACS)	40	20
Elektrischer Widerstand (µΩ cm²/cm)	4,3	8,4
Elastizitätsmodul (MPa)	250.000	280.000

Produktionsprozess

Wie wir das alles machen? Mit Pulvermetallurgie!

Unsere Produkte aus wolframbasierte Metallmatrix-Verbundwerkstoffen stellen wir in einem pulvermetallurgischen Verfahren her. Alle Produktionsschritte, vom Pulver bis zum fertigen Produkt, entsprechen den Plansee-Qualitätsstandards und übertreffen die Anforderungen der Norm ISO 9001.

Produktionsprozess von Wolfram-Schwermetallen

Für die Herstellung von DENSIMET® und INERMET® werden Metallpulvermischungen gepresst und in der Flüssigphase gesintert, um einen dichten und festen Werkstoff zu erhalten. Das gesinterte Produkt kann als Halbzeug wie Platten und Stäbe, als endkonturnahes Produkt oder als Fertigprodukt nach Kundenzeichnung geliefert werden. Auf Wunsch können unsere DENSIMET®- und INERMET®-Bauteile anwendungsspezifisch umgeformt und wärmebehandelt werden.

Plansee DENSIMET®- und INERMET®-Werkstoffe entsprechen den Spezifikationen AMS-T-21014, AMS 7725 rev E und ASTM-B-777-99 (MIL-T-21014).

Schematische Darstellung des Produktionsprozesses von DENSIMET®- und INERMET® Produkten:

DENAL® ist ein weiterentwickeltes Wolfram-Schwermetall, welches für Penetratoren von Munition mit kinetischer Energie geeignet ist. DENAL® ist in Form von Rundstäben in verschiedenen Längen und Durchmessern erhältlich, was sich direkt auf die Durchschlagseigenschaften gegen Ziele auswirkt. DENAL® eignet sich für Munitionsspezifikationen mittlerer und großer Kaliber und ist auch in einer kobaltfreien Version erhältlich, welche die Umweltbedingungen unserer Kunden erfüllt. Die mechanischen Eigenschaften von DENAL® können an die Kundenspezifikationen angepasst werden. So gelingt es, den optimalen Kompromiss zwischen industrieller Effizienz und Beständigkeit gegen extreme Bedingungen in einem Werkstoff zu vereinen.

Produktionsprozess von Wolfram-Kupfer Werkstoffen

Unsere WCu-Werkstoffe stellen wir ebenfalls aus Metallpulver her. Alle Produktionsschritte, vom Pulver bis zum fertigen Produkt, erfolgen im eigenen Haus und erfüllen die Plansee-Qualitätsstandards, die über die Bestimmungen von ISO 9001:2000 und AS/EN/JISQ 9100 hinausgehen.

Der wesentliche Schritt bei der Herstellung von WCu-Produkten wie SPARKAL®-Erodierelektroden ist die Infiltration:

In einem zweistufigen Herstellungsprozess wird zunächst ein poröser Sinterling aus Wolfram hergestellt und anschließend werden die offenen Poren mit dem verflüssigten Kupfer infiltriert. Nach dem Sintern kann das Produkt nach individuellen Kundenwünschen bearbeitet werden.

Bei diesem Verfahren bleiben die Eigenschaften der einzelnen Komponenten unverändert. Eine Inspektion unter dem Mikroskop verifiziert, dass die Eigenschaften der einzelnen Komponenten intakt bleiben. Auf der makroskopischen Ebene werden die Eigenschaften der einzelnen Komponenten jedoch kombiniert. So weist das neue Material beispielsweise eine veränderte Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnung auf.

Schematische Darstellung des Produktionsprozesses von WCu- und SPARKAL®-Produkten:

Ein weiterer Produktionsansatz ist das Hintergießen:

Hintergossene Werkstoffe nutzen die Materialeigenschaften von zwei verschiedenen Werkstoffkomponenten gleichzeitig. Dabei bleiben die Werkstoffe selbst in ihrem ursprünglichen Zustand erhalten und sind nur an einer dünnen Stelle miteinander verbunden. Die Metalle werden in einer Form verschmolzen, wobei ein Verbund im Mikrometerbereich entsteht. Im Gegensatz zu Schweiß- und Löttechniken garantiert diese Methode eine 100-prozentige Verbindung und gewährleistet eine optimale Wärmeleitung.

Nachhaltigkeit

Die Zukunft verantwortungsvoll gestalten - seit 1921

Bereits 1921 hat sich Plansee auf die pulvermetallurgische Herstellung von Refraktärmetallen spezialisiert - eine anerkannt grüne Technologie.

Bei der Herstellung und Verarbeitung unserer Werkstoffe sind wir bestrebt, die Auswirkungen auf die Umwelt so gering wie möglich zu halten. Wir achten stets auf den Materialeinsatz, den Energieverbrauch und die Emissionen. Mit unserem endkonturnahen Fertigungsverfahren erreichen wir eine hohe Ausbringung. Dies führt zu weniger Ausschuss und spart Ressourcen.

Die Standards, an die wir uns halten, sind in unseren Umwelt- und Qualitätsrichtlinien zusammengefasst.

Rohstoffe aus konfliktfreien Quellen

Als einer der weltweit führenden Hersteller von Refraktärmetallen tragen wir eine große Verantwortung. Es ist uns ein besonderes Anliegen, dass die Rohstoffe, die wir beschaffen, verantwortungsvoll und ausschließlich aus konfliktfreien Quellen bezogen werden. Deshalb stellen wir mit zahlreichen Maßnahmen sicher, dass wir keine Rohstoffe aus sozial, ethisch und ökologisch bedenklichen Quellen beziehen oder verwenden.

Nachhaltigkeit ist ein fester Bestandteil unserer Einkaufspolitik und in unserem Code-Of-Conduct definiert.

Unsere Lieferanten wählen wir nach strengen Beschaffungsrichtlinien und unserer Supplier Policy aus. Rohstoffanbieter haben nicht nur unsere strengen Qualitätsrichtlinien zu erfüllen. Sie müssen sich uneingeschränkt an das Menschenrecht, das Arbeitsrecht und das internationale Handelsrecht halten, strenge Umweltstandards erfüllen und uns die unbedenkliche Herkunft ihrer Rohstoffe nachweisen. Wir nahmen an einer Pilotstudie der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) teil und haben die Leitlinien gemäß der "Due Diligence Guidance for Responsible Supply Chains of Minerals from Conflict-Affected and High-Risk Areas" umgesetzt.

Die Auditierung im Rahmen des Responsible Minerals Aussurance Process (RMAP) Downstream Audit Programs, das von der Responsible Business Alliance (RBA), früher EICC, und Global e-Sustainability Initiative (GeSI) getragen wird, ist eine freiwillige Selbstverpflichtung von Plansee. Sie ist für uns, unsere Kunden und Zulieferer ein unabhängiger Beweis, dass wir dem Responsible Minerals Assurance Process (RMAP) entsprechen.

Nach einem Re-Audit 2018 hat der Prüfungsausschuss der Responsible Business Alliance (RBA) und der Global e-Sustainability Initiative (GeSI) bestätigt, dass Global Tungsten & Powders (GTP) in Towanda - ein Teil der Plansee Group - Wolfram RMAP konform beschafft. Auch für Plansee-Kunden ist das Zertifikat ein unabhängiger Beweis, dass die Plansee Group Wolfram aus unbedenklichen Quellen bezieht.

Konsequentes Recycling über den gesamten Prozess

Plansee legt großen Wert auf einen möglichst sparsamen Umgang mit Ressourcen im gesamten Produktionsprozess. Die endkonturnahe Produktion spielt daher eine entscheidende Rolle. Dennoch lassen sich Produktionsabfälle und Rücklaufmaterialien nicht vollständig vermeiden. Diese werden für die Wiederverwendung in eigenen Recyclinganlagen chemisch und thermomechanisch aufbereitet.

Dabei geht es nicht nur um die Umwelt. Es gibt auch gute wirtschaftliche Gründe für die Wiederverwendung dieser sogenannten "Sekundärrohstoffe":

Sicherheit der Versorgung
schonender Umgang mit den natürlichen Ressourcen

Unser hauseigenes Team von Wissenschaftlern feilt kontinuierlich an den angewandten Methoden und Verfahren und sorgt dafür, dass nur Pulver von höchster Qualität gewonnen werden. Vor allem bei Wolfram wird ein großer Teil des Materialbedarfs durch Recycling gedeckt. Das Eingangsmaterial für den Rückgewinnungsprozess besteht aus gesintertem Hartwolframkarbidschrott, aber auch aus Pulvern und Schleifschlämmen sowie anderen Sekundärrohstoffen mit einem Wolframanteil von 60 % und mehr. Damit wir möglichst viele Abfälle aufbereiten können, haben wir mit vielen unserer Kunden langfristige Rücknahmevereinbarungen getroffen.

Produktspektrum

Folgende Standardprodukte und -dimensionen bieten wir Ihnen online ab Lager:

DENSIMET^® D176
Stäbe	Ø 6 – 62 mm	Länge: 320 – 700 mm
SPARKAL^® X
Stäbe	Ø 8 – 90 mm	Länge: 230 – 350 mm
Quadratstäbe	Ø 8 x 8 – 50 × 50 mm	Länge: 350 mm
Flachstäbe	3 x 75 – 25 × 75 mm (Stärke x Breite)	Länge: 350 mm
SPARKAL^® X FIN
Rohre	Ø 0,5 – 6 mm	Länge: 175 mm
Stäbe	Ø 0,5 – 6 mm	Länge: 175 mm

Bei Interesse an individuellen Abmessungen oder an Halbzeugen aus weiteren W-MMC Werkstoffen kontaktieren Sie uns bitte.

Online Shop

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Downloads

Sie wollen mehr über unsere wolframbasierten Metallmatrix-Verbundwerkstoffe erfahren? Wünschen nähere Informationen zur Bearbeitung, Fügetechnik und Oberflächenbehandlung? Dann lesen Sie unsere Werkstoffbroschüre oder sehen unsere Produktdatenblätter ein.

Broschüre: Tungsten-based metal matrix composites

Produktdatenblatt: DENSIMET® / INERMET®

Produktdatenblatt: DENAL®

Produktdatenblatt: WCu-Werkstoffe

FAQ

Häufig gestellte Fragen rund um Verbundwerkstoffe

Was sind Metallmatrix-Verbundwerkstoffe?
Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (oder Kompositwerkstoffe) sind Werkstoffe aus zwei (oder mehreren) verbundenen Metallen. Ziel ist es, die besonderen Eigenschaften verschiedener Werkstoffe gezielt miteinander zu kombinieren.
Was sind Vorteile wolframbasierter Verbundwerkstoffe?
Metallmatrix-Verbundwerkstoffe auf Wolframbasis bieten eine perfekte Kombination aus hoher Dichte und mechanischen Eigenschaften. Ein großer Vorteil ist ihre gute Bearbeitbarkeit. Mit geeigneten Werkstoffzusammensetzungen und Herstellprozessen lassen sich auf der Basis von Wolfram Werkstoffe mit unterschiedllichen Eigenschaftsprofilen herstellen, die genau auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sind.
Für was werden wolframbasierte Verbundwerkstoffe eingesetzt?
Wolframbasierte Verbundwerkstoffe werden vielseitig eingesetzt: in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Medizintechnik, der Bauindustrie sowie der Verteidigungsindustrie. Produkte hierfür sind beispielsweise Ausgleichsgewichte, Abschirmungen, elektrische Kontakte oder Schweißelektroden.