投稿者: Shinagawamotkyni

Was ist ein supraleitendes Kabel?

Supraleitende Kabel sind Kabel zur Übertragung von elektrischer Energie mit einem Leiter ohne elektrischen Widerstand.

Derzeit ist die Technologie technisch praktikabel, aber es sind noch einige Fragen zu klären, wie z. B. die Entwicklung von Kühlsystemen und die Verbindungstechnik von Kabel zu Kabel, bevor sie kommerziell genutzt und der breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden kann.

Theoretisch haben supraleitende Kabel keinen elektrischen Widerstand, so dass es keine Verluste bei der Stromübertragung gibt. Dies ermöglicht den Bau von Stromübertragungssystemen über große Entfernungen. In der Praxis treten jedoch bei der Übertragung von Wechselstrom mit hohen Strömen Kabelverluste auf, wenn auch nicht in demselben Ausmaß wie bei herkömmlichen Kabeln.

Anwendungen für supraleitende Kabel

Der Verwendungszweck supraleitender Kabel, die mit Hilfe der Supraleitertechnologie hergestellt werden, ist die Übertragung von elektrischer Energie.

Theoretisch entsteht auch bei der Übertragung hoher Leistungen mit supraleitenden Kabeln keine Wärme und es kommt zu keinem Spannungsabfall, da es keinen elektrischen Widerstand im Kabel gibt. Das bedeutet, dass unabhängig von der Übertragungsdistanz große Mengen an Strom übertragen werden können. Allerdings gibt es einen leichten Verlust, der als AC-Verlust bezeichnet wird.

Bei der Verwendung supraleitender Kabel für die Wechselstromübertragung treten zwar geringe Verluste auf, aber im Vergleich zu herkömmlichen Kupferkabeln können die Übertragungsverluste um etwa 95 % reduziert werden.

Funktionsweise der Supraleitenden Kabel

Theoretisch ist der Widerstand supraleitender Kabel gleich Null, und die Querschnittsfläche des Übertragungskabels kann sehr klein gehalten werden. Dies ermöglicht eine Verkleinerung der riesigen Übertragungsanlagen, Sendetürme und Übertragungskabel, die Teil der Stromübertragungsinfrastruktur sind, was von großem Vorteil ist.

Da es bei der Stromübertragung über große Entfernungen keinen Spannungsabfall gibt, ist es möglich, große Strommengen mit niedrigen Spannungen zu übertragen, anstatt mit den derzeit verwendeten hohen Spannungen. Derzeit erfolgt die Stromübertragung mit Wechselstrom, aber mit supraleitenden Kabeln ist es möglich, Gleichstrom zu übertragen.

Die Gleichstromübertragung mit supraleitenden Kabeln befindet sich noch im Versuchsstadium, aber die technologische Entwicklung ist weltweit im Gange.

Arten von supraleitenden Kabeln

Supraleitende Kabel auf Yttriumbasis sind Materialien, die mit flüssigem Stickstoff supraleitend werden. Aufgrund ihres hohen kritischen Stroms und ihrer guten Magnetfeldeigenschaften können sie als Draht für supraleitende Energieanlagen wie Stromkabel und Transformatoren eingesetzt werden. Als hocheffiziente Stromübertragungstechnologie können die Übertragungsverluste im Vergleich zu herkömmlichen Kabeln um etwa ein Viertel reduziert werden. Es sind sowohl kompakte und leichte Kabel als auch supraleitende Kabel mit hoher Kapazität erhältlich.

Auswahl eines supraleitendes Kabels

Obwohl supraleitende Kabel große Energiemengen mit sehr geringen Verlusten übertragen können, gibt es Probleme, die bei supraleitenden Kabeln gelöst werden müssen.

Wenn supraleitende Kabel für die Wechselstromübertragung verwendet werden, treten Kabelverluste auf. Diese Kabelverluste hängen auch von der zu übertragenden Leistung ab, so dass bei der Übertragung großer Leistungen entsprechende Maßnahmen getroffen werden müssen. Darüber hinaus ist die kritische Temperatur der Supraleitung inzwischen auf -196 °C gestiegen, aber es ist wichtig, eine Technologie für Kühlsysteme mit flüssigem Stickstoff oder ähnlichem zu entwickeln.

Die meisten Stromerzeugungsanlagen für natürliche Energie, wie z. B. die Photovoltaik, arbeiten mit Gleichstrom, und der erzeugte Strom wird in Wechselstrom umgewandelt, übertragen und dann wieder in Gleichstrom umgewandelt, um ihn nach der Übertragung an die Haushalte zu nutzen. Die Gleichstromübertragung mit supraleitenden Kabeln reduziert die Übertragungsverluste im Vergleich zur Wechselstromübertragung um die Hälfte.

Aufbau der Supraleitenden Kabel

Supraleitende Kabel haben eine supraleitende Leiterschicht, die aus mehreren Lagen von supraleitenden Drahtbändern besteht, die spiralförmig um einen Spulenkörper in der Mitte des Kabels gewickelt sind. Der Former ist eine Kupferlitze, die für die mechanische Festigkeit des Kabels verantwortlich ist und als Bypass für Ströme dient, die bei Unfällen im Stromnetz entstehen.

Um die Außenseite der supraleitenden Leiterschicht ist ein elektrisches Isoliermaterial gewickelt, um eine elektrische Isolierschicht zu bilden. Das supraleitende Kabel ist spiralförmig um die darüber liegende supraleitende Abschirmschicht gewickelt.

Die supraleitende Abschirmschicht ist in der Lage, das durch den Strom, der durch die supraleitende Leiterschicht fließt, verursachte Magnetfeld abzuschirmen, ohne dass das Magnetfeld aufgrund des Induktionsstroms in der entgegengesetzten Richtung nach außen entweicht. Auf der Außenseite befindet sich eine Schutzschicht aus Kupferdraht, die eine Kabelseele für eine Phase bildet, die in einem Isolierrohr untergebracht ist. Das Isolierrohr hat eine Doppelrohrkonstruktion mit gewellten Edelstahlrohren, die ein Vakuum aufrechterhält und das Eindringen von Wärme von außen verhindert.

Was ist A7075?

A7075 (Englisch: 7075 aluminium alloy) ist eine Art von Aluminiumlegierung.

Der Hauptbestandteil ist Aluminium, dem 1,2-2,0 % Kupfer, 2,1-2,9 % Magnesium und 5,1-6,1 % Zink zugesetzt werden. Es ist genauso fest wie Stahl, aber leichter.

Es ist etwa 1,5 Mal stärker als Duraluminium. Der hohe Kupferanteil macht es jedoch weniger korrosionsbeständig, was ein Nachteil ist. Vorsicht ist geboten, da seine Festigkeit nach längerer Zeit nachlässt.

Anwendungen von A7075

A7075 ist im Vergleich zu seiner Festigkeit leicht und um ein Drittel leichter als Edelstahl, ein gängiges Stahlmaterial. Diese Eigenschaft wird nicht nur bei verschiedenen Flugzeugmaterialien, sondern auch bei Baseballschlägern genutzt. Abgesehen von Schienenfahrzeugen kann es auch für eine Vielzahl von Sportartikeln wie Metallschläger, Skibretter und Stöcke verwendet werden.

A7075 hat jedoch eine geringe Korrosionsbeständigkeit. Daher wird es dort, wo Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, zwischen korrosionsbeständigen Werkstoffen wie rostfreiem Stahl eingesetzt. Nietbolzen werden auch zum Schweißen verwendet, um den Grad der Befestigung zu erhöhen.

Arten von A7075

A7075 ist eine Art von Duralumin, das in Aluminiumlegierungen enthalten ist. Es gibt drei Arten von Duralumin: Duralumin, Superduralumin (Aluminiumlegierung 2024) und A7075.

Duralumin und A7075 sind hauptsächlich Legierungen aus Aluminium und Kupfer. A7075 hingegen ist eine Legierung auf Aluminiumbasis, die aus Kupfer, Zink und Magnesium besteht.

Die Härte von Duralumin kann mit HB (Brinell-Härte) verglichen werden. 65 HB für Aluminium, 105 HB für Duralumin, 120 HB für A7075, 160 HB für Ultra-Superduralumin und 187 HB für rostfreien Stahl.

Funktionsweise von A7075

Im Jahr 1906 wurde eine Aluminiumlegierung mit Kupferzusatz hergestellt. Sie weist insbesondere nach einem Tag Lagerung einen deutlichen Härteanstieg gegenüber dem Zustand unmittelbar nach dem Abschrecken auf. Diese Aluminiumlegierung kam als Duralumin auf den Markt.

Duralumin mit hoher Zugfestigkeit wurde im Jahr 1928 entwickelt. Das in dieser Zeit hergestellte Superduralumin enthielt viel Silizium, daher die Bezeichnung siliziumhaltiges Superduralumin; 1931 wurde auch eine Legierung ohne Silizium und mit einem erhöhten Magnesiumgehalt von 1,5 % erfunden.

Bei vielen hochfesten Metallen war jedoch die Spannungsrisskorrosion ein Problem. Die Spannungsrisskorrosion wurde durch den Zusatz von Chrom bekämpft. Im Jahr 1936 wurde dann A7075 entwickelt, das zu dieser Zeit das stärkste Aluminium war.

Auswahl von A7075

1. A7075

A7075 ist eine der stärksten Aluminium-Legierungen. Der Anteil an Magnesium wird erhöht und Zink wird zur Erhöhung der Festigkeit hinzugefügt. Das Super in Duralumin führt zu einer höheren Festigkeit, aber das Gewicht, die Schweißbarkeit und die Korrosionsbeständigkeit der Legierung selbst bleiben fast gleich.

2. Duralumin

Gewöhnliches Duralumin ist die preisgünstigste der drei Duraluminiumsorten. Es wird für gängige Produkte verwendet, wie z. B. für Duraluminiumgehäuse. Es ist leicht, stabil und für den Transport von Lasten geeignet.

3. Superduraluminium

Superduralumin liegt in seiner Festigkeit zwischen Duralumin und Superduralumin. Wie Superduralumin wird es häufig für Flugzeugteile verwendet.

Aufbau von A7075

Um die Festigkeit zu gewährleisten, werden dem Aluminium in A7075 Magnesium, Kupfer und Zink zugesetzt. Der Zusatz von Zink erhöht die Festigkeit, birgt aber ein geringes Risiko der Spannungsrisskorrosion.

Duralumin ist ein Werkstoff, dessen Festigkeit durch Aushärtung erhöht wird. Die Aushärtung ist ein Phänomen, bei dem das Material nach dem Härten etwa einen Tag lang ruht und seine Festigkeit im Vergleich zu derjenigen unmittelbar nach dem Härten verbessert wird. Obwohl Duralumin durch Aushärtung verfestigt wird, verliert es im Laufe einer langen Nutzungsdauer allmählich seine Festigkeit.

Was ist Ferrofluid?

Ferrofluide sind Flüssigkeiten, die mit einem 2-3 nm großen Tensid beschichtet sind und stabil in einem Medium wie Öl oder Wasser dispergiert sind.

Es handelt sich um magnetische Partikel, wie Magnetit. Sie vereinen zwei Elemente: Ferromagnetismus, eine Eigenschaft magnetischer Materialien, und Fließfähigkeit, eine Eigenschaft von Flüssigkeiten.

Wird ein Ferrofluid durch einen Dauermagneten oder auf andere Weise mit einem Magnetfeld beaufschlagt, können Position, Richtung und Form der magnetorheologischen Flüssigkeiten entsprechend der Richtung und Größe des Magnetfelds verändert werden. Sie haben auch die Eigenschaft zu fließen, wenn sie einem wechselnden Magnetfeld ausgesetzt sind. Außerdem ändern sich die scheinbare Viskosität und das spezifische Gewicht eines Ferrofluids, wenn sie sich in einem Magnetfeld befindet, je nach der Stärke des Magnetfelds.

Anwendungen von Ferrofluiden

Die am weitesten verbreitete Anwendung von Ferrofluiden sind magnetische Flüssigkeitsdichtungen. Ferrofluide sind weit verbreitet in Anwendungen wie Staubdichtungen zur Vermeidung statischer Elektrizität in Festplatten und Vakuumdichtungen in Anlagen zur Herstellung von Halbleitern.

Ferrofluide sind auch in Form von Lautsprechern und Dämpfern erhältlich. Ferrofluide werden in jüngster Zeit insbesondere in Kraftfahrzeugen eingesetzt, z. B. in Stoßdämpfern, die mit Ferrofluiden gefüllte Dämpfer enthalten.

Darüber hinaus werden Ferrofluide in der Medizin eingesetzt, z. B. in Kontrastmitteln für die Krebsdiagnose.

Funktionsweise von Ferrofluiden

Das in Ferrofluiden enthaltene Magnetit verhält sich nur dann wie ein Magnet, wenn es sich in einem Magnetfeld befindet. Ferrofluide verhalten sich daher in Abwesenheit eines Magnetfeldes wie normale Flüssigkeiten, können sich aber in Gegenwart eines Magnetfeldes wie ein Magnet bewegen.

Magnetische Partikel in Ferrofluiden werden von einem Magneten angezogen, wenn dieser in die Nähe kommt. Dabei können sie sich entlang der magnetischen Kraftlinien orientieren, die von den N- und S-Polen des Magneten gebildet werden. Diese Ausrichtungskraft ist der Grenzflächenspannung der Ferrofluide entgegengesetzt, was zu einer scharfkantigen Oberfläche der Ferrofluide führt, ein Phänomen, das als Spiking bezeichnet wird.

Magnetit, die metallischen Partikel der Ferrofluide, ist kein reines Metall. Magnetit ist ein ultrafeines Teilchen, das bereits oxidiert ist und an der Luft weiter zu Hämatit oxidiert wird. Hämatit ist nicht magnetisch und wirkt nicht mehr als Ferrofluid. Damit es weiterhin als Ferrofluid wirken kann, ist eine Beschichtung, z. B. mit einem Tensid, erforderlich, bevor das Magnetit der Luft ausgesetzt wird.

Arten von Ferrofluiden

Ferrofluide lassen sich im Allgemeinen nach der Art des Lösungsmittels einteilen. Beispiele sind Ferrofluide auf Kohlenwasserstoffölbasis, Ferrofluide auf Wasserbasis und fluorierte Ferrofluide auf Ölbasis.

Beispiele für Basisflüssigkeiten sind Wasser, Isoparaffin, Alkylnaphthalin und perfluorierte Polyether. Allerdings kann nicht jede Flüssigkeit zu einer magnetischen Flüssigkeit gemacht werden. Es wird ein Tensid benötigt, das mit der Basisflüssigkeit kompatibel ist, und es ist wichtig, die richtige Wahl für den Zweck und die Anwendung zu treffen.

Ferrofluide können durch Koagulation (Reduktion), Pyrolyse, physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), Laserverdampfung, chemische Gasphasenabscheidung und kontinuierliche Vakuumabscheidung auf einer aktiven Flüssigkeitsoberfläche hergestellt werden. Bei der kontinuierlichen Abscheidung im Vakuum auf einer aktiven Flüssigkeitsoberfläche werden beispielsweise Tenside und Öl in eine rotierende Vakuumtrommel gegeben und eine Verdampfungsquelle in der Mitte der Trommel positioniert, um das Metall auf etwa 2000 °C zu erhitzen und feine Partikel zu erzeugen.

Struktur der Ferrofluide

Ferrofluide sind magnetische kolloidale Lösungen. Sie bestehen aus drei Komponenten: ferromagnetische Partikel wie Manganzinkferrit oder Magnetit, ein oberflächenaktives Mittel, das die Oberfläche bedeckt, und eine Basisflüssigkeit wie Wasser oder Öl. Die ferromagnetischen Teilchen in der Ferrofluide aggregieren aufgrund der Affinität zwischen der Basisflüssigkeit und dem Tensid oder setzen sich aufgrund der Abstoßungskraft zwischen den Tensiden in der Basisflüssigkeit ab, wodurch ein stabiler Dispersionszustand aufrechterhalten wird.

Der Durchmesser der ferromagnetischen Partikel ist sehr klein, etwa 10 nm, das ist ein Zehntel des Durchmessers eines Grippevirus. Ein Partikeldurchmesser von 9 nm und eine Moleküllänge des Tensids von 1,5 nm werden als angemessen angesehen. Ist das Tensid kurz, neigt es zur Agglomeration, ist es lang, verringert sich der Füllgrad des metallischen magnetischen Materials im Öl, so dass kein ausreichender Magnetismus erreicht wird.

Was ist eine Magnetwand?

Gewöhnliche Magnete bestehen aus Materialien, die als ferromagnetische Materialien bezeichnet werden, und dieser Ferromagnetismus bezieht sich auf die Eigenschaft der Anziehung eines Objekts durch einen Magneten.

Ein ferromagnetisches Material ist auf der Ebene der Atomschichten mit Magneten gepackt, die eine Vektorgröße haben, die die Größe der magnetischen Kraft darstellt, das so genannte magnetische Moment.

Diese ausgerichteten Bereiche mit magnetischem Moment werden als magnetische Domänen bezeichnet, und die Grenzschicht zwischen den magnetischen Domänen in verschiedenen Richtungen wird als Magnetwand bezeichnet.

Anwendungen von Magnetwänden

Magnetische Domänen und Magnetwände sind sehr wichtige Konzepte für die Analyse und Nutzung des Verhaltens von ferromagnetischen und ferrimagnetischen Materialien.

Beispiele für bekannte Anwendungen sind die Streifen auf der Rückseite von Kreditkarten, PC-Festplatten und die Rückseiten von Bahn- und Busfahrkarten sowie Pendlerausweisen. Diese Bereiche sind mit ferromagnetischem Material beschichtet, das die Informationen auf der Magnetwände (magnetische Domäne) als künstliche digitale Informationen von 0 und 1 aufzeichnet und zum Austausch eindeutiger Daten zwischen diesen Aufzeichnungsmedien und den Systemen, die die Informationen integrieren und verarbeiten, verwendet wird.

Funktionsweise der Magnetwände

Um die Funktionsweise der Magnetwände zu verstehen, kann man sich das physikalische Phänomen mit den Metallnadeln und -klammern als einfaches Beispiel vorstellen.

Frisch gekaufte Metallnadeln und -klammern haben selbst keine besonderen magnetischen Eigenschaften, aber wenn sie mit einem Magneten gerieben werden, ziehen sich die Klammern und Metallnadeln gegenseitig an und verhalten sich so, als ob sie selbst magnetische Eigenschaften hätten.

Die Verteilung der magnetischen Domänen und Magnetwände im Inneren der Klammern und Nadeln hat sich tatsächlich zwischen den gekauften und den mit einem Magneten geriebenen Klammern und Nadeln verändert. Erstere haben normalerweise symmetrische magnetische Domänen von links nach rechts (oben und unten), aber das Reiben mit einem Magneten verändert die Verteilung dieser Magnetwände. Dies liegt daran, dass das aus S- und N-Polen bestehende Magnetfeld, das bei Kontakt mit dem Magneten auftritt, die Verteilung der magnetischen Domänen und Magnetwände im Inneren des Clips oder der Nadel verändert, so dass die magnetischen Wände, selbst wenn sie vom Magneten entfernt werden, aufgrund von Gitterfehlern oder Verunreinigungen in der Mitte gefangen sind und nicht in den symmetrischen Zustand der magnetischen Domänen zurückkehren, in dem sie sich ursprünglich befanden.

Daher verbleibt ein Magnetpol auf der Oberfläche des Clips oder der Nadel, der sich vom symmetrischen Zustand der magnetischen Domäne gelöst hat. Das bedeutet, dass magnetische Feldlinien nach außen abgestrahlt werden und andere Klammern und Nadeln anziehen, die sich so verhalten, als ob sie selbst zu Magneten geworden wären.

Aus diesem Grund wird häufig davor gewarnt, Kreditkarten und Fahrkarten mit Streifen auf der Rückseite von Magneten fernzuhalten, um zu verhindern, dass sich die Magnetwände (magnetische Domäne) verändern und unumkehrbar werden.

Das Konzept der Magnetwände wird auch bei der Analyse der magnetischen Eigenschaften neuer ferromagnetischer Materialien und Produkte wie Ferriten verwendet.

Was ist OF-Kupfer?

OF-Kupfer ist ein Kupfer, das im Allgemeinen frei von Oxiden ist und einen Reinheitsgrad von 99,96 % oder mehr aufweist.

Es wird in der Regel in den Bereichen Elektrotechnik, Telekommunikation, Baumaterialien und Verarbeitungsmaterialien verwendet. OF-Kupfer hat eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit.

Anwendungen für OF-Kupfer

1. Elektronische und elektrische Geräte

Drähte, Kabel, Klemmen, Platinen und Steckverbinder sind Beispiele.

2. Stromschienen

Beispiele hierfür sind Stromversorgungsgeräte, Transformatoren, Wechselrichter und USV.

Eine Stromschiene ist eine Art von Leiter, der zur Stromübertragung zwischen elektrischen Geräten verwendet wird. Ein Power Conditioner ist ein Leistungswandler, der Wechselstrom aufnimmt, ihn in die gewünschte Form umwandelt und stabilen Strom liefert. Ein Wechselrichter ist ein Gerät, das Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt; eine USV ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), die den Strom vor Problemen wie Stromausfällen, Spannungsschwankungen, Rauschen und Überspannungen schützt und einen stabilen Strom liefert.

3. Wärmetauscher

Kühler, Wärmetauscher, Wärmesenken und Kühlrippen sind Beispiele dafür. Ein Kühlkörper ist eine Art von Kühlvorrichtung, die zur Ableitung der von elektronischen Bauteilen und Halbleitern erzeugten Wärme verwendet wird. In der Regel handelt es sich um lamellenförmige Metallteile, die an elektronischen Bauteilen befestigt werden.

4. Musikgeräte

Beispiele sind Audiokabel, Verstärker und Lautsprecher.

5. Kraftfahrzeuge

Beispiele hierfür sind Elektro-, Hybrid- und Brennstoffzellenfahrzeuge sowie Bremsen.

Eigenschaften von OF-Kupfer

1. Elektrische Leitfähigkeit

OF-Kupfer ist ein hoch elektrisch leitfähiges Material. Kupfer ist ein guter elektrischer Leiter, und je höher der Reinheitsgrad, desto besser ist die elektrische Leitfähigkeit. Sauerstoff hingegen ist ein Hemmstoff für Elektrizität, so dass das Vorhandensein von Sauerstoff in Kupfer seine elektrische Leitfähigkeit verringert.

OF-Kupfer ist ein hochreines, sauerstofffreies Material mit einer einheitlichen Kupferkristallstruktur und einer sehr hohen elektrischen Leitfähigkeit. OF-Kupfer kann auch wärmebehandelt werden, um feinere Kristallkörner zu erzeugen, was seine elektrische Leitfähigkeit weiter verbessert.

2. Thermische Leitfähigkeit

OF-Kupfer ist ein Werkstoff mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit. Die hervorragende Wärmeleitfähigkeit von OF-Kupfer ist weitgehend auf die Gleichmäßigkeit seiner Kristallstruktur zurückzuführen. OF-Kupfer ist hochrein und sauerstofffrei, was bedeutet, dass die kristalline Struktur des Kupfers einheitlich ist und die Bindungen zwischen den Atomen stark sind.

Wärme, die durch ein Material übertragen wird, existiert in Form von Schwingungsenergie, die durch die Bewegung von Atomen und Molekülen erzeugt wird. Wenn also Wärme durch OF-Kupfer übertragen wird, sorgt die starke Bindung zwischen den Atomen dafür, dass die Wärme effizient übertragen wird.

OF-Kupfer lässt sich außerdem sehr gut wärmebehandeln und seine Kristallstruktur kann durch Erhitzen oder Abkühlen gesteuert werden. Die Wärmebehandlung führt zu feineren Kristallkörnern in sauerstofffreiem Elektronikkupfer, was die Diffusion der Atome fördert und somit die Wärmeleitfähigkeit verbessert.

3. Verarbeitbarkeit

OF-Kupfer wird in einem sehr hohen Reinheitsgrad hergestellt und hat aufgrund seiner gleichmäßigen Kristallstruktur ein sehr flexibles metallurgisches Gefüge, was es zu einem weniger spröden Werkstoff macht. Außerdem führt die Wärmebehandlung zu feineren Kristallkörnern und einem homogeneren metallurgischen Gefüge, wodurch es sich leichter bearbeiten lässt. Aufgrund seines hohen Schmelzpunkts und seiner Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit wird die Kupferoberfläche bei der Wärmebehandlung und Verarbeitung weniger leicht beschädigt, und die Oberflächenbeschaffenheit bleibt erhalten, was zu einer guten Verarbeitbarkeit führt.

4. Korrosionsbeständigkeit

OF-Kupfer ist ein sehr korrosionsbeständiger Werkstoff. Der Hauptgrund dafür ist die Bildung eines Oxidfilms, der die Metalloberfläche schützt. Die Oxidschicht wird durch eine Reaktion zwischen Kupfer und Sauerstoff gebildet und ist sehr dünn und stark haftend. Sie bedeckt die Kupferoberfläche und schützt sie vor Oxidation und Korrosion. OF-Kupfer wird mit einem hohen Reinheitsgrad hergestellt und enthält keinen Sauerstoff, so dass die erzeugte Oxidschicht gleichmäßiger ist und besser haftet.

Außerdem regeneriert sich die Oxidschicht schneller und hat selbstheilende Eigenschaften, so dass sich die Kupferoberfläche auch bei Beschädigung regeneriert. Die Metalloberfläche bleibt daher über einen langen Zeitraum hinweg erhalten und ist sehr korrosionsbeständig.

5. Schweißbarkeit

OF-Kupfer hat eine gute Schweiß- und Lötbarkeit aufgrund der extrem hohen Reinheit des Kupfers, des geringen Gehalts an Verunreinigungen und der gleichmäßigen kristallinen Partikel. Darüber hinaus erleichtern die hohe Wärmeleitfähigkeit und die gleichmäßige Temperatur in der Verbindung die Verarbeitung ohne Verformung der Verbindung.

6. Magnetismus

Der Grund, warum OF-Kupfer weniger magnetisch und magnetisch inert ist, liegt in seiner Kristallstruktur. Es ist reines Kupfer und enthält keinen Sauerstoff, was es zu einem äußerst reinen Material macht. Die Kristallstruktur von OF-Kupfer weist eine kubisch-flächenzentrierte Gitterstruktur auf. In der kubisch-flächenzentrierten Gitterstruktur sind die Atome dicht gepackt, was die Bewegung der freien Elektronen einschränkt und das OF-Kupfer magnetisch inert macht.

7. Plastizität

OF-Kupfer ist ein Werkstoff mit guter Plastizität und behält seine Festigkeit gegen Biegen und Falten. Der Grund dafür liegt in seiner feinen Kristallstruktur und seinen Korngrenzeneigenschaften.

OF-Kupfer hat einheitliche Kristallpartikel und sehr fein ausgebildete Korngrenzen, die es den Kristallpartikeln ermöglichen, sich bei der Verformung reibungslos untereinander zu bewegen, wodurch die Spannungen an der Verformungsstelle verringert werden und die Festigkeit gegen Biegung und Faltung erhalten bleibt. OF-Kupfer ist außerdem sehr rein und frei von Defekten, so dass es eine hohe Festigkeit beibehält.

8. Härte und Festigkeit

Die Wärmebehandlung von OF-Kupfer verändert die Größe und Ausrichtung der kristallinen Partikel, beseitigt Defekte und fördert die Diffusion von Verunreinigungen, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Materials verbessert werden. Die Ausrichtung der kristallinen Teilchen kann auch durch Warmschmieden oder Warmwalzen gesteuert werden, wodurch sich die Härte und Festigkeit des Werkstoffs ändern kann.

Weitere Informationen über OF-Kupfer

Reinheit des Kupfers

OF-Kupfer hat aufgrund der hohen Reinheit des Kupfers und der sehr geringen Konzentration von Verunreinigungen und Sauerstoff einen sehr geringen Magnetowiderstand. Der Magnetowiderstand ist der Widerstand, der entsteht, wenn elektromagnetische Wellen das Material durchdringen. Je höher der Magnetowiderstand eines Materials ist, desto hinderlicher ist es für den Durchgang elektromagnetischer Wellen.

In Hochfrequenzschaltungen sind elektromagnetische Interferenzen, die die Kommunikation und die Übertragung von Funkwellen beeinträchtigen, ein Problem. Da elektromagnetische Wellen bei höheren Frequenzen stärker mit Materialien mit höherem magnetischen Widerstand interferieren, müssen in Hochfrequenzschaltungen Materialien mit geringerem magnetischen Widerstand verwendet werden.

Was ist ausscheidungshärtender Edelstahl?

Ausscheidungshärtender Edelstahl ist eine Art von rostfreiem Stahl, der häufig in Umgebungen verwendet wird, in denen hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind.

Legierungselemente wie Chrom, Nickel und Mangan in ausscheidungshärtendem Edelstahl verbessern die Korrosions-, Festigkeits- und Verschleißbeständigkeit des rostfreien Stahls. Eine sehr hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit kann durch eine Härtungsbehandlung bei hohen Temperaturen erreicht werden. Die kristalline Struktur des nichtrostenden Stahls wird verändert, und es werden spezielle Verstärkungsphasen ausgeschieden, was zu einer erhöhten Festigkeit führt.

Anwendungen für ausscheidungshärtendem Edelstahl

1. Kernkraftwerke

Komponenten wie Steuerstäbe, Kernbrennstäbe und Kühlmittelrohre sind Beispiele dafür.

Steuerstäbe sind Bauteile, die zur Steuerung der Spaltreaktion in Kernreaktoren verwendet werden und die in Form von Stäben mehrere Meter lang sind. Kernbrennstäbe sind die Komponenten, die die Spaltreaktion im Reaktor auslösen und thermische Energie erzeugen, und haben in der Regel eine zylindrische Form. Kühlrohre sind rohrförmige Bauteile zur Kühlung der im Reaktor erzeugten Wärme.

2. Medizinische Geräte

Dazu gehören Bauteile für künstliche Gelenke, chirurgische Instrumente, Herzschrittmacher und Zahnimplantate.

3. Öl- und Gasindustrie

Dazu gehören Ausrüstungskomponenten für Bohrinseln unter dem Meeresspiegel, Pipelines und Ölraffinerieanlagen (z. B. Ventile und Rohre).

4. Automobilindustrie

Hochleistungsmotorteile, Aufhängungen und Karosserieteile (z. B. Kurbelwellen, Nockenwellen usw.). Die Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugs ist eines der Bauteile, die in einem Verbrennungsmotor die vertikale Bewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung umwandeln. Eine Nockenwelle in einem Automobil ist eines der Bauteile, die den Öffnungs- und Schließzeitpunkt der Ventile in einem Verbrennungsmotor steuern.

5. Elektronikindustrie

Dazu gehören hochpräzise Messinstrumente und Komponenten für Halbleiterfertigungsanlagen. (z. B. Sensoren und Gasverteilungsventile).

Gasverteilungsventile werden in Halbleiterfertigungsanlagen verwendet, um hochreine Gase durch Rohrleitungen zu leiten. Sensoren werden in hochpräzisen Messinstrumenten und Halbleiterfertigungsanlagen zur Messung von Parametern wie Temperatur, Druck und Durchflussmenge verwendet.

Eigenschaften von ausscheidungshärtendem Edelstahl

Die wichtigsten Eigenschaften von ausscheidungshärtendem Edelstahl sind:

1. Festigkeit

Ausscheidungshärtender Edelstahl ist ein hochfester Werkstoff. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich bei der Ausscheidungshärtung feine Ausscheidungen bilden, die die Fläche der Korngrenze und damit die Festigkeit erhöhen, da die Kristallkörner feiner werden. Die Verteilung der feinen Ausscheidungen an den Korngrenzen hat auch eine korngrenzenverstärkende Wirkung und verbessert die Ermüdungslebensdauer.

Korngrenzen haben in der Regel eine geringere Festigkeit, da sie Defekte und amorphe Bereiche im Inneren des Materials enthalten. Die Verteilung feiner Ausscheidungen an den Korngrenzen, wie bei der Ausscheidungshärtung von rostfreiem Stahl, erhöht jedoch die Festigkeit der Korngrenze, indem sie die Korngrenze verfestigt und Schlupf und Migration an der Korngrenze verhindert.

2. Korrosionsbeständigkeit

Der ausscheidungshärtende Edelstahl ist korrosionsbeständig. Der Grund dafür ist die Bildung einer Oxidschicht aufgrund des hohen Chromgehalts und die Korrosionsbeständigkeit aufgrund von Legierungselementen. Legierungselemente wie Chrom, Nickel und Mangan schützen die Stahloberfläche und verhindern so die Korrosion. Ausscheidungshärtender Edelstahl zeichnet sich daher durch die gleichen korrosionsbeständigen Eigenschaften aus wie herkömmliche rostfreie Stahle.

3. Härtbarkeit

Ausscheidungshärtender Edelstahl ist im Allgemeinen ein Werkstoff mit ausgezeichneter Härtbarkeit. Der Grund dafür ist, dass das ausscheidungshärtende Edelstahl durch eine Wärmebehandlung zu ausscheidungsgehärteten Produkten führen kann.

Die Ausscheidungshärtung von Edelstahlen erfolgt durch eine Lösungsbehandlung (Austenitisierung) bei hohen Temperaturen, gefolgt von einer schnellen Abkühlung, um ausscheidungsgehärtetes Material zu bilden. Die Lösungsbehandlung verändert das Gefüge des Stahls und erhöht seine Härte und Festigkeit.

4. Hitzebeständigkeit

Der ausscheidungshärtende Edelstahl weist eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit auf. Der Grund dafür ist, dass der hohe Chromgehalt und die Legierungselemente eine Oxidschicht bilden, die die Stahloberfläche schützt, während die feinen Ausscheidungen, die sich bei der Ausscheidungshärtung bilden, die Festigkeit des Stahls bei hohen Temperaturen erhalten. Die auf den Korngrenzen verteilten Ausscheidungen erhöhen auch die Festigkeit der Korngrenzen, wodurch die Festigkeit des Stahls bei hohen Temperaturen erhalten bleibt.

5. Ermüdungsbeständigkeit

Ausscheidungshärtender Edelstahl ist ein Stahl mit hoher Festigkeit und ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit. Die Gründe dafür sind ihre hohe Festigkeit, ihre ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, ihr dichtes kristallines Gefüge und ihre hervorragende Wärmebehandlungsleistung, wie folgt:

Die hohe Festigkeit führt zu einer geringeren Verformung aufgrund von Ermüdung und damit zu einer längeren Ermüdungslebensdauer. Nichtrostende Stahle weisen im Allgemeinen eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf, was die Ermüdungsrissbildung verringert. Langsamere Abkühlungsraten führen zu einem dichten kristallinen Gefüge, das Ermüdungsrisse unterdrückt und die Ermüdungsfestigkeit erhöht. Durch die Wärmebehandlung bilden sich außerdem feine Ausscheidungen, die die Dauerfestigkeit erhöhen.

Weitere Informationen zu ausscheidungshärtendem Edelstahl

1. Schweißbarkeit

Ausscheidungshärtender Edelstahl ist im Allgemeinen schweißbar, aber es ist zu beachten, dass Brandflecken und Schweißfehler auftreten können. Daher sind eine Härtebehandlung und Vorwärmung sowie geeignete Schweißbedingungen erforderlich. Es ist auch zu beachten, dass das Schweißen aufgrund des Vorhandenseins feiner Ausscheidungen in der Nähe der Korngrenzen zu interkristalliner Versprödung führen kann.

2. Magnetismus

Bei der Ausscheidungshärtung bilden sich Ausscheidungen im Material, und der Magnetismus wird durch das Vorhandensein kleiner magnetischer Bereiche in den Ausscheidungen verursacht. Diese Bereiche sind ein Teil des Materials, und obwohl die einzelnen Bereiche winzig sind, wird das Material als Ganzes magnetisch, wenn die Anzahl der Bereiche zunimmt.

3. Schwierigkeiten bei der Bearbeitung

Ausscheidungshärtende Edelstahle können aufgrund ihrer hohen Härte und Festigkeit schwieriger zu bearbeiten sein als allgemeine nichtrostende Stahle. Die Bearbeitbarkeit kann jedoch durch die Wahl geeigneter Bearbeitungsverfahren und -bedingungen verbessert werden.

Was ist ein Streckmetall?

Streckmetalle sind Werkstoffe, die durch Walzen, Schmieden, Ziehen oder Strangpressen von Metall in eine Form gebracht werden.

Zu den Formen gehören Platten, Bänder, Stangen, Drähte, Rohre und Profile, die durch die physikalischen Eigenschaften des Metalls gekennzeichnet sind. Im Allgemeinen ist Streckmetall hart, fest und haltbar.

Streckmetalle finden breite Anwendung im Bauwesen, bei Automobilteilen, Möbeln und Inneneinrichtungen. Im Bauwesen werden sie für Stahlkonstruktionen verwendet, im Automobilsektor für Motorteile, Aufhängungen und Räder. Streckmetalle werden manchmal auch in der Möbel- und Innenausstattungsbranche verwendet.

Anwendungen von Streckmetallen

Streckmetalle werden wie folgt verwendet:

1. Bauwesen

Stahlkonstruktionen von Gebäuden und Hochhäusern, Stahlüberdachungen von Einkaufszentren, Stahlkonstruktionen von großen Sportanlagen, usw.

2. Kraftfahrzeuge

Motorblöcke von Kraftfahrzeugen, Aufhängungsfedern, Felgen, usw.

3. Möbel und Innenausstattung

Stuhlbeine aus Stahl, Wanduhren aus Metall, usw.

4. Mechanische Teile

Zahnräder, Lager, Federn, Federn, Räder, usw.

5. Elektronische Geräte

Dazu gehören Computergehäuse, Gehäuse für Netzteile und Rahmen für Audiogeräte.

Funktionsweise von Streckmetallen

Zur Herstellung von Streckmetallen werden folgende Prinzipien (Herstellungsverfahren) angewandt:

1. Das Walzen

Bei diesem Verfahren wird das Rohblech oder die Rohstange unter Druck gestreckt und in die gewünschte Form gebracht. Es gibt zwei Verfahren: das Kaltwalzen und das Warmwalzen. Beim Warmwalzen wird das Metall erhitzt und gestreckt, wodurch es sehr flexibel wird und die Verarbeitung komplexer Formen ermöglicht. 

2. Schmieden

Bei diesem Verfahren wird das Metall erhitzt und unter Druck in Form gebracht. Es hat eine gleichmäßige Struktur, die die Festigkeit und Haltbarkeit erhöht.

3. Ziehen

Bei diesem Verfahren wird metallisches Material durch eine Matrize in die gewünschte Form gezogen. Es ermöglicht eine präzise Verarbeitung und eignet sich für die Herstellung von dünnen Teilen wie Stahldraht und Rohren.

4. Strangpressen

Bei diesem Verfahren wird metallisches Material durch eine Düse geführt und in die gewünschte Form gepresst. Es können rohrförmige, quadratische oder stabförmige Produkte hergestellt werden.

5. Ziehen (Streckverfahren)

Dies ist ein Verfahren, bei dem ein Metallblech durch eine Matrize gezogen wird. Es eignet sich für dünne Bleche wie Baustahl und Aluminium.

6. Warmziehen

Bei diesem Verfahren wird das Metallmaterial erhitzt und durch eine Matrize in die gewünschte Form gezogen. Es eignet sich für die Herstellung dünner Teile wie Stahldraht und Baustahl.

Arten von Streckmetallen

1. Werkstoff

Stahl, Aluminium, Kupfer, rostfreier Stahl, Titan, Nickellegierungen und andere Legierungen.

2. Form

Bleche (dünne, breite Werkstoffe), Stäbe (Werkstoffe mit konstantem Querschnitt und konstanter Länge, z. B. kreisförmig oder quadratisch), Drähte (dünne Stäbe), Rohre (hohle, rohrförmige Werkstoffe) und Profile (Werkstoffe, die nach ihrer Querschnittsform klassifiziert sind, z. B. Vierkant, H-Träger, I-Träger).

3. Anwendungen

Streckmetalle für Baumaterialien, Streckmetalle für Automobilteile, usw. 

4. Herstellungsverfahren

Es sind gewalzte, geschmiedete, gezogene und stranggepresste Produkte erhältlich.

Weitere Informationen zu Streckmetallen

Oberflächenbehandlung von Streckmetallen

Je nach Verwendungszweck werden Streckmetalle verschiedenen Oberflächenbehandlungen unterzogen. Zu den Oberflächenbehandlungen gehören Rostschutz, Lackieren, Beschichten, Plattieren und Abschrecken, die dazu dienen, die Eigenschaften des Materials hervorzuheben, sein Aussehen zu verbessern und seine Haltbarkeit zu erhöhen. In einigen Fällen wird bei Streckmetallen eine Ermüdungsbeständigkeit gefordert, wofür manchmal eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, um das innere Gefüge des Metalls zu kontrollieren.

1. Beizbehandlung
Bei dieser Behandlung werden Öl, Fett und Oxide von der Oberfläche des Streckmetalls entfernt, um die Oberfläche zu reinigen. Im Allgemeinen wird für diese Behandlung Säure verwendet.

2. Galvanische Behandlung
Beim Galvanisieren wird ein Metall auf die Oberfläche des Streckmetalls aufgebracht, um sein Aussehen und seine Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Zum Galvanisieren gehören Verzinken, Verchromen, Vernickeln, Verchromen, Versilbern, Vergolden und Verzinnen.

3. Beschichtungsbehandlung
Beschichtungen werden auf die Oberfläche von Streckmetallen aufgebracht, um deren Farbe und Aussehen zu verbessern, die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen und sie vor Rost und Korrosion zu schützen. Zu den Beschichtungen gehören Epoxidharze, Urethanharze, Acrylharze und Fluorpolymere.

4. Eloxieren
Eloxieren ist eine Art der Oberflächenbehandlung, bei der die Oberfläche von Aluminium und anderen Leichtmetallen mit einer Oxidschicht überzogen wird. Die beim Eloxieren entstehende Oxidschicht härtet die Oberfläche und verbessert die Korrosions- und Verschleißfestigkeit sowie die elektrische Isolierung.

Eloxieren wird üblicherweise für Leichtmetalle wie Aluminium und seine Legierungen, Magnesiumlegierungen und Titanlegierungen verwendet.

5. Passivierungsbehandlung
Die Passivierung ist eine Art der Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von metallischen Werkstoffen, vor allem bei metallischen Werkstoffen wie Edelstahl und Titan. Bei dieser Behandlung wird der metallische Werkstoff in eine Oxidationsmittellösung getaucht, um eine Oxidschicht auf der Oberfläche zu bilden. Die Oxidschicht ist sehr dünn und transparent, schützt die Metalloberfläche und verbessert die Korrosionsbeständigkeit. Die Oxidschicht ist sehr zäh, verhindert Kratzer und Beschädigungen der Metalloberfläche und verbessert die Haltbarkeit.

6. Wärmebehandlung
Die Wärmebehandlung ist ein Verfahren, bei dem Streckmetalle bei hohen Temperaturen gehalten werden, um ihre Struktur zu verbessern, sie zu härten, ihre Festigkeit und Wärmebeständigkeit zu erhöhen und ihre Sprödigkeit zu verringern. Zu den Wärmebehandlungen gehören das Abschrecken und Anlassen.

Was ist ein leitfähiges Material?

Leitfähige Materialien sind Materialien, die Elektrizität mit freien Elektronen leiten können.

Zu den gängigen leitfähigen Materialien gehören Metalle, Halbleiter und leitfähige Polymere. Metalle haben aufgrund des Vorhandenseins freier Elektronen hohe Leitfähigkeitseigenschaften. Halbleiter hingegen haben eine niedrige Leitfähigkeit, aber ihre Leitfähigkeit kann durch Dotierung und andere Techniken gesteuert werden. Leitfähige polymere Werkstoffe sind flexibel, leicht und haben eine einstellbare Leitfähigkeit, die auf das Vorhandensein von geladenen Teilen im Molekül zurückzuführen ist.

Leitfähige Materialien finden breite Anwendung in elektronischen Geräten, Schaltkreisen, Sensoren, Beleuchtung, Elektrofahrzeugen und Solarzellen.

Anwendungen von leitfähigen Materialien

Die wichtigsten Anwendungen für leitfähige Materialien sind:

1. Elektronische Geräte

Transistoren, Dioden und integrierte Schaltungen (IC) sind Beispiele dafür. Transistoren sind eine Art von elektronischen Geräten, die zur Verstärkung und zum Schalten von elektrischen Signalen verwendet werden. Transistoren werden aus Halbleitermaterialien (hauptsächlich Silizium) hergestellt. Dioden sind eine Art von elektronischen Bauteilen aus Halbleitermaterialien (hauptsächlich Silizium), die einen Stromfluss in eine Richtung ermöglichen.

2. Elektrische und elektronische Schaltungen

Beispiele sind Verdrahtungen und Leiterplatten. Eine gedruckte Schaltung (PCB) ist eine Platte, auf der elektronische Schaltkreise montiert sind und auf der Leiterbahnen gebildet werden, so dass Komponenten verbunden werden können, um einen Schaltkreis zu bilden. Eine Leiterbahn ist ein Leiter aus Kupferfolie oder leitender Tinte, der die Bauteile auf einer Leiterplatte verbindet.

3. Sensoren

Beschleunigungssensoren, Drucksensoren und Temperatursensoren sind Beispiele dafür.

4. Beleuchtung

LEDs, Leuchtstofflampen usw. LEDs (englisch: Light Emitting Diode) sind eine Art Halbleiterbauelement, das Licht aussendet, wenn Strom durch es fließt.

5. Elektronische Geräte

Computer, Smartphones, Tablets und Haushaltsgeräte

6. Transportmittel

Züge, Elektrofahrzeuge, Aufzüge, automatische Türen, usw.

Arten von leitfähigen Materialien

Die folgenden Arten von leitfähigen Materialien werden verwendet:

1. Metalle

Metalle wie Kupfer, Aluminium, Eisen, Silber und Gold sind als leitfähige Materialien sehr bekannt. Metalle haben eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit, da sich die Elektronen frei bewegen können.

2. Halbleiter

Halbleiter wie Silizium, Galliumarsenid und Galliumnitrid werden als leitfähige Materialien verwendet. Halbleiter sind Materialien mit geringer elektrischer Leitfähigkeit im reinen Zustand, aber ihre elektrische Leitfähigkeit kann durch Hinzufügen von Verunreinigungen gesteuert werden.

3. Elektrolyte

Ionische Verbindungen und Flüssigkeiten (ionische Verbindungen, die sich in einen flüssigen Zustand aufgelöst haben) werden als leitfähige Materialien verwendet. Elektrolyte sind aufgrund der Bewegung von Ionen elektrisch leitfähig. Elektrolyte werden in Energieumwandlungsgeräten wie Batterien, Brennstoffzellen und elektrochemischen Sensoren verwendet.

Ionische Verbindungen sind Verbindungen, die aus Kationen und Anionen bestehen. Ionische Verbindungen können Strom leiten, wenn sie in Wasser gelöst sind, da sie ionisieren und in Kationen und Anionen zerfallen.

4. Leitfähige Polymere

Polymere wie Polyacetylen, Polypyrrol und Polyanilin werden als leitfähige Materialien verwendet. Leitfähige Polymere werden als organische elektronische Materialien verwendet, z. B. in organischen EL-Displays.

5. Andere

Die Entwicklung neuer Materialien wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Graphen und Metalloxide hat zur Entwicklung verschiedener Arten leitfähiger Materialien geführt.

Kohlenstoff-Nanoröhren sind röhrenförmige Materialien im Nanomaßstab, die aus Kohlenstoffatomen bestehen, die in einem hexagonalen Netzwerk miteinander verbunden sind. Graphen ist ein zweidimensionales Material, das aus einer Schicht von Kohlenstoffatomen besteht und sich durch eine sehr hohe Festigkeit, Leitfähigkeit und Transparenz auszeichnet. Graphen ist eine einzelne Schicht aus exfoliertem Graphit, in der die Kohlenstoffatome in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind.

Eigenschaften von leitfähigen Materialien

1. Leitet Elektrizität

Der Grund, warum leitfähige Materialien Elektrizität leiten können, ist das Vorhandensein von freien Elektronen in ihrem Inneren. Freie Elektronen können sich innerhalb des Materials frei bewegen, unabhängig von den Atom- oder Molekülbindungen. Leitfähige Materialien sind in der Lage, Ladung aufgrund der Bewegung freier Elektronen zu leiten, die durch ein von außen angelegtes elektrisches Feld verursacht wird.

2. Geringer elektrischer Widerstand

Im Inneren eines leitfähigen Materials bewegen sich freie Elektronen und leiten aufgrund eines von außen angelegten elektrischen Feldes Strom. Widerstand entsteht, wenn freie Elektronen mit Atomen und Molekülen im Inneren des Materials zusammenstoßen.

Der Grund für den geringen elektrischen Widerstand leitfähiger Materialien ist die geordnete kristalline Struktur im Inneren des Materials. Eine geordnete Kristallstruktur verringert die Anzahl der Atome und Moleküle, mit denen freie Elektronen zusammenstoßen, wenn sie sich im Material bewegen, was zu einem geringen Widerstand führt. Je weniger Verunreinigungen und Defekte im Inneren eines leitfähigen Materials vorhanden sind, desto geringer ist der Widerstand.

3. Hohe Wärmeleitfähigkeit

Im Inneren eines leitfähigen Materials nehmen freie Elektronen Energie aus von außen zugeführter Wärme auf und leiten Wärmeenergie. Die Wärme wird übertragen, wenn die freien Elektronen mit Atomen und Molekülen im Inneren des Materials zusammenstoßen.

Der Grund für die hohe Wärmeleitfähigkeit leitfähiger Materialien ist die geordnete kristalline Struktur im Inneren des Materials. Eine geordnete kristalline Struktur verringert die Anzahl der Atome und Moleküle, die mit den freien Elektronen kollidieren, wenn sie sich innerhalb des Materials bewegen, was eine gleichmäßige Wärmeübertragung ermöglicht. Je weniger Verunreinigungen und Defekte im Inneren des leitfähigen Materials vorhanden sind, desto höher ist auch die Wärmeleitfähigkeit.

4. Elektrizität erzeugt ein Magnetfeld

Ein Magnetfeld ist ein Phänomen, das um einen stromdurchflossenen Leiter auftritt. Im Inneren eines leitfähigen Materials führt ein von außen angelegtes elektrisches Feld dazu, dass sich freie Elektronen bewegen und ein elektrischer Strom fließt, der ein magnetisches Moment im Inneren des leitfähigen Materials erzeugt und ein Magnetfeld erzeugt.

Damit ein leitfähiges Material magnetisch ist, müssen genügend freie Elektronen im Inneren des Materials vorhanden sein. Das Vorhandensein freier Elektronen erleichtert den Stromfluss und den Ladungstransfer, der für die Erzeugung eines Magnetfelds notwendig ist. Die magnetischen Eigenschaften leitfähiger Materialien neigen auch dazu, ein Magnetfeld in einer Richtung zu erzeugen, die senkrecht zur Richtung des Stromflusses steht.

Weitere Informationen zu leitfähige Materialien

1. Hinzufügen von Verunreinigungen zu Halbleitermaterialien

Die Leitfähigkeit und bestimmte physikalische Eigenschaften lassen sich durch gezielte Zugabe von Verunreinigungen zu leitfähigen Materialien steuern. Beispielsweise erhöht die Zugabe von Oxiden zu Kupfer dessen elektrischen Widerstand. Durch Hinzufügen von Verunreinigungen wie Bor zu Silizium können p- und n-Typ-Halbleiter erzeugt werden.

P- und n-Typ-Halbleiter sind Halbleiter, deren elektrische Eigenschaften durch Hinzufügen bestimmter Verunreinigungen zum Halbleitermaterial gesteuert werden. P- und n-Typ-Halbleiter können zu p-n-Übergängen kombiniert werden, die Elemente und Schaltungen mit einzigartigen elektrischen Eigenschaften bilden können.

2. Flexible leitende Materialien

Einige leitfähige Materialien sind biegsam. Leitfähige Polymere und Kohlenstoff-Nanoröhren sind sehr flexibel und leicht, behalten aber ihre Leitfähigkeit. Diese Materialien werden in elektronischen Geräten und Sensoren verwendet, die sich biegen und strecken lassen.

3. Leitfähige Materialien mit hoher Temperaturbeständigkeit

Einige leitfähige Materialien können hohen Temperaturen standhalten. Kohlenstoff-Nanoröhrchen beispielsweise sind dafür bekannt, dass sie bei hohen Temperaturen eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Dies liegt daran, dass Kohlenstoff-Nanoröhren sehr zäh sind und sich ihre Struktur bei hohen Temperaturen nicht verändert.

4. Korrosionsbeständigkeit von metallischen leitfähigen Materialien

Leitfähige Materialien aus Metall weisen in der Regel eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Kupfer zum Beispiel oxidiert an der Luft, wodurch sich seine Oberfläche verfärbt, aber Kupferoxide bedecken die Oberfläche und verhindern eine weitere Oxidation.

Was ist legierter Werkzeugstahl?

Legierte Werkzeugstahle sind Stahlwerkstoffe, die im Allgemeinen Eigenschaften wie hohe Härte, Verschleißfestigkeit, Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit aufweisen.

Sie werden bei der Herstellung von Werkzeugen und Maschinenteilen verwendet, und ihre Eigenschaften werden im Allgemeinen durch den Zusatz verschiedener metallischer Elemente (Chrom, Vanadium, Molybdän, Wolfram, usw.) zu Kohlenstoff-Werkzeugstahlen verbessert. Die Härte und Festigkeit von legierten Werkzeugstahlen kann durch Wärmebehandlung eingestellt werden. In der Regel werden sie auf hohe Temperaturen erhitzt und in einem als Abschrecken bezeichneten Prozess schnell abgekühlt, was die Härte erhöht und sie gleichzeitig spröde macht, so dass ein kontrolliertes Schmieden, Bearbeiten und eine Wärmebehandlung in angemessenem Umfang erforderlich sind.

Anwendungen von legierten Werkzeugstahlen

1. Schneidewerkzeuge

Es werden legierte Werkzeugstahle wie Schnellarbeitsstahl (HSS), Bermudostahl und Molybdänstahl verwendet. Dazu gehören Bohrer, Fräser, Gewindebohrer, Matrizen, Handgewindebohrer usw. HSS ist die Abkürzung für High-Speed Steel (Hochgeschwindigkeitsstahl).

2. Formen

Werkzeugstahl und Wolframstahl werden für Formen verwendet. Beispiele sind Formen für die Kunststoffverarbeitung und Formen für den Guss.

3. Werkzeugmaschinen

Legierte Werkzeugstahle wie Schnellarbeitsstahl und Molybdänstahl werden für Werkzeugmaschinen verwendet. Dazu gehören Klingen für Werkzeugmaschinen, Antriebsteile für Werkzeugmaschinen und Lager.

4. Automobilteile

Legierte Werkzeugstahle wie Schnellarbeitsstahl und Chrom-Vanadium-Stahl werden für Kfz-Teile verwendet. Beispiele sind Motorventile, Fahrgestelle und Zahnräder.

5. Teile für Flugzeuge

Legierte Werkzeugstahle wie Schnellarbeitsstahl, Wolframstahl und Molybdänstahl werden für Flugzeugteile verwendet. Beispiele sind Teile von Düsentriebwerken, Rohre für Kraftstoffsysteme und Komponenten von Steuersystemen.

6. Sonstige

Legierte Werkzeugstahle wie Schnellarbeitsstahle und Chrom-Vanadium-Stahle werden in einer Vielzahl von Branchen verwendet. Beispiele sind Baumaterialien, Präzisionsmaschinen, Elektronik und Sportgeräte.

Arten von legierten Werkzeugstahlen

1. Für Schneidwerkzeugstahle

Legierte Werkzeugstahle für Schneidwerkzeuge zeichnen sich durch ihre hohe Härte und Wärmehärtbarkeit sowie ihre Fähigkeit aus, mit hohen Geschwindigkeiten zu schneiden. Legierte Werkzeugstahle für Zerspanungswerkzeuge sind sehr widerstandsfähig und können einem langen Einsatz standhalten.

2. Für schlagfeste Werkzeugstahle

Legierte Werkzeugstahle für schlagzähe Werkzeugstahle haben eine höhere Schlagzähigkeit als Kohlenstoffstahle und neigen weniger zu Verformung und Bruch, selbst wenn sie Schlägen und Vibrationen ausgesetzt sind.

3. Für Kaltformen

Legierte Werkzeugstahle für kalte Formen haben Eigenschaften, die für Formen geeignet sind, die bei Umgebungstemperaturen verwendet werden.

4. Für Warmformen

Legierte Werkzeugstahle für Warmformen haben Eigenschaften, die für Formen geeignet sind, die bei hohen Temperaturen verwendet werden.

Auswahl eines geeigneten legierten Werkzeugstahls

Die wichtigsten Überlegungen bei der Auswahl eines legierten Werkzeugstahls sind folgende:

1. Schnittbedingungen

Die erforderliche Härte und Verschleißfestigkeit hängen von den Bearbeitungsbedingungen ab, wie z. B. Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit, Bearbeitungstiefe, Kühlverfahren usw. Daher müssen die Schnittbedingungen geprüft und der geeignete legierte Werkzeugstahl ausgewählt werden.

2. Erforderliche Leistung

Für legierte Werkzeugstahle gibt es eine Reihe von Leistungsanforderungen, darunter Härte, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Bearbeitbarkeit und Wärmebehandlungsleistung. Je nach geforderter Leistung sollte der geeignete legierte Werkzeugstahl ausgewählt werden.

3. Form und Größe des Werkstoffs

Form und Größe des legierten Werkzeugstahls wirken sich auf seine Bearbeitungs- und Wärmebehandlungseigenschaften aus. So eignen sich zum Beispiel feinkörnige legierte Werkzeugstahle für kleine Klingen und Werkzeuge.

4. Kosten

Bei der Auswahl eines geeigneten legierten Werkzeugstahls sollten auch die Beschaffungskosten berücksichtigt werden. Hochwertige legierte Werkzeugstahle können teuer sein.

Eigenschaften von legierten Werkzeugstahlen

Legierte Werkzeugstahle haben im Einzelnen folgende Eigenschaften:

• Hohe Härte
  Sie sind härter als Kohlenstoffstahl und eignen sich daher für Anwendungen wie Zerspanung und Imitationsbearbeitung.
• Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß
  Widerstandsfähig gegen Abrieb und Reibung und behält seine Leistung über lange Zeiträume bei.
• Hitzebeständigkeit
  Verformt sich bei hohen Temperaturen nicht und wird nicht weich, so dass er sich für die Hochtemperaturbearbeitung eignet.
• Korrosionsbeständigkeit
  Hohe Beständigkeit gegen Korrosion und korrosionsbedingte Schäden.
• Ermüdungsbeständigkeit
  Aufgrund seiner hohen Festigkeit bei wiederholter Beanspruchung kommt es auch nach längerem Gebrauch nicht zu Ermüdungsbrüchen, was ihn sehr langlebig macht.

Weitere Informationen zu legierten Werkzeugstahlen

Allgemeine Legierungselemente

Im Folgenden werden die üblichen Legierungselemente und ihre Auswirkungen beschrieben. Die nachstehend aufgeführten Legierungselemente beeinflussen die Eigenschaften des Stahls je nach dem Anteil, der dem Stahl zugesetzt wird, und je nach den sonstigen Zugabebedingungen. Die Menge der hinzugefügten Legierungselemente hat einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Stahls, weshalb die optimale Menge festgelegt werden sollte.

1. Chrom (Cr)
Chrom wird zugesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Durch die Bildung von Oxiden und den Schutz der Oberfläche verbessert es auch die Korrosionsbeständigkeit sowie die Härte und Festigkeit des Stahls. 

2. Vanadium (V)
Vanadium wird zugesetzt, um die Festigkeit zu erhöhen. Es zeichnet sich durch die Bildung feiner Partikel aus, die das kristalline Gefüge des Stahls verstärken und so seine Festigkeit erhöhen. Es wird auch verwendet, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern.

3. Molybdän (Mo)
Molybdän wird den Stahlen zugesetzt, um sie für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet zu machen. Es verbessert die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und erhöht außerdem die Festigkeit und Härte des Stahls.

4. Mangan (Mn)
Mangan ist ein Legierungselement, das zur Erhöhung von Härte und Festigkeit zugesetzt wird. Es oxidiert auch die Stahloberfläche während der Wärmebehandlung und fördert die Oberflächenhärtung des Stahls.

5. Nickel (Ni)
Nickel wird zugesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Wie Chrom verbessert es die Korrosionsbeständigkeit, indem es Oxide bildet und die Oberfläche schützt. Außerdem trägt es zur Verfestigung des Stahls durch Wärmebehandlung bei.

6. Kobalt (Co)
Kobalt wird den Stahlen zugesetzt, um sie für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet zu machen. Es verbessert die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und erhöht außerdem die Härte und Festigkeit des Stahls.

Darüber hinaus werden verschiedene andere Legierungselemente verwendet, z. B. Wolfram (W), das die Härte und Festigkeit erhöht und die Bearbeitbarkeit verbessert. Silizium (Si) wird verwendet, um die Festigkeit zu erhöhen und die Verformung während der Wärmebehandlung zu kontrollieren. Kombinationen von Legierungselementen führen zu legierten Werkzeugstahlen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Legierte Werkzeugstahle mit einer Kombination aus Chrom und Vanadium können zum Beispiel sowohl die Korrosionsbeständigkeit als auch die Festigkeit verbessern. Legierte Werkzeugstahle mit einer Kombination aus Chrom und Nickel sind auch für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet.

Was ist ein Kristallzwilling?

Eine Kristallzwillinge ist eine Kristallstruktur, bei der Kristalle mit ähnlicher Struktur durch Ebenen oder Linien symmetrisch sind.

Die symmetrischen Ebenen werden als Zwillingsebenen und die Linien als Kristallzwillinge bezeichnet. Auf atomarer Ebene kann die Anordnung auch als regelmäßig variierend auf den Kristallzwillingebenen oder -achsen beschrieben werden und erfordert zur Bestätigung die Kreuznicholometrie (Ablenkungsmikroskopie).

Plagioklas ist ein bekanntes Mineral, in dem die Kristallzwillinge besonders ausgeprägt sind, aber auch in Mineralen wie Alkalifeldspat und Hornblende werden sie beobachtet.

Anwendungen von Kristallzwillingen

Plagioklas ist ein bekanntes Mineral, das in der Natur eine ausgeprägte Kristallzwillinge-Struktur aufweist, ebenso wie Alkalifeldspat, Hornblende und Pyroxen.

Plagioklas ist wegen der blauen, gelben und orangefarbenen Blitze, die er aufgrund von Dünnschichtinterferenzen aussendet, als Labradorit bekannt, während Alkalifeldspat eine feste Lösung von Kalium- und Natriumfeldspat ist, wobei Kaliumfeldspat als Edelstein Mondstein bekannt ist.

Andererseits kann man auch sagen, dass schwingungsdämpfende Legierungen, die bei Einwirkung äußerer Kräfte eine Kristallzwillingsstruktur aufweisen und Schwingungen absorbieren, in gewissem Sinne Kristallzwillinge nutzen, da die Zwillinge verschwinden, wenn die Legierung entfernt wird.

Weitere Informationen zu Kristallzwillingen

Merkmale von Kristallzwillingen

Kristallzwillinge kommen nicht nur in Autokristallen vor, die eine klare Kristallform haben, sondern auch in Mineralen ohne jegliche Kristallform, die als Allokristalle bezeichnet werden. Die Kristallform bezieht sich auf das äußere Erscheinungsbild der atomaren Anordnung des Minerals.

Bei Mineralien wie den autokristallinen Formen ist der Winkel zwischen benachbarten Kristallflächen für jedes Mineral festgelegt, bekannt als das „Gesetz der konstanten Flächenwinkel“, das bei Quarz 120° beträgt. Neben den japanischen Kristallzwillingen, die auf eine Veränderung der atomaren Anordnung während des Kristallwachstums zurückzuführen sind, gibt es bei Quarz auch brasilianische Kristallzwillinge (rechts und links zusammengewachsene Quarzkristalle) und dauphinische Kristallzwillinge (rechts und links zusammengewachsene Quarzkristalle). Im Gegensatz zu japanischen Kristallzwillingen können andere autotrope Kristallzwillinge nur durch Korrosionstests erkannt werden.

Darüber hinaus ist bekannt, dass Kristallzwillinge häufig auch in anderen Mineralien vorkommen, doch sind diese Zwillingskristalle mit bloßem Auge oft nicht sichtbar und erfordern eine Polarisationsmikroskopie.

Zu diesen Typen gehören die Kristallzwillinge des Albit-Typs (Zwillinge, bei denen sich die Anordnung der Atome in der Gitterebene ändert), die aufgrund ihres Streifenmusters auch als repetitive Zwillinge bezeichnet werden und bekanntermaßen mit bloßem Auge besonders gut sichtbar sind. Auch andere Formen von Kristallzwillingen, die mit bloßem Auge zu erkennen sind, wurden in Alkalifeldspat identifiziert, die so genannten kallusartigen Zwillinge.