Was sind „Refraktärmetall“-Thermoelemente?

Refraktärmetalle sind eine Klasse von Metallen, die außerordentlich hitze- und verschleißbeständig sind. Zu den häufigsten Refraktärmetallen gehören Wolfram, Molybdän, Tantal, Niob und Rhenium. Diese Metalle zeichnen sich durch ihren extrem hohen Schmelzpunkt aus, der deutlich über dem der meisten anderen Metalle liegt

Thermoelemente aus hochschmelzendem Metall sind für den Einsatz in Umgebungen mit extrem hohen Temperaturen konzipiert, in denen andere Arten von Thermoelementen versagen würden. Die gebräuchlichsten Arten von Refraktärmetall-Thermoelementen werden aus Kombinationen von Wolfram und Rhenium hergestellt. Diese Thermoelemente können bei extremen Temperaturen eingesetzt werden und sind daher ideal für Anwendungen in Hochtemperaturöfen, Kernreaktoren und in der Luft- und Raumfahrtindustrie.

Auf dieser Seite erklären wir zunächst mehr über hochschmelzende Metalle und dann über Thermoelemente aus hochschmelzenden Metallen.

Was sind hochschmelzende Metalle?

Zu den bekanntesten hochschmelzenden Metallen gehören:

• Wolfram (W): hat mit 3.422°C (6.192°F) den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle und ist damit ideal für Hochtemperaturanwendungen wie Beleuchtung, elektrische und Heizelemente.
• Molybdän (Mo): Molybdän ist für seine Festigkeit und Stabilität bei hohen Temperaturen sowie seinen hohen Schmelzpunkt von 2.623°C (4.753°F) bekannt und wird in der Luft- und Raumfahrt, der Elektronik und in industriellen Anwendungen eingesetzt.
• Tantal (Ta): mit einem Schmelzpunkt von 3.017°C (5.463°F) ist Tantal sehr korrosionsbeständig und wird in der Elektronik, der chemischen Verarbeitung und in Hochtemperaturumgebungen eingesetzt.
• Niob (Nb): hat einen Schmelzpunkt von 2.468°C (4.474°F) und wird in Superlegierungen für Düsentriebwerke und Raketen sowie bei der Herstellung von supraleitenden Materialien verwendet.
• Rhenium (Re): eines der seltensten Elemente in der Erdkruste mit einem Schmelzpunkt von 3.180°C (5.756°F). Rhenium wird in Hochtemperatur-Turbinenmotoren und als Zusatzstoff zur Verbesserung der Eigenschaften anderer Refraktärmetalle verwendet.

Warum hochschmelzende Metalle in Thermoelementen verwenden?

• Hohe Temperaturbeständigkeit: Die Haupteigenschaft von hochschmelzenden Metallen ist ihre Fähigkeit, ihre Festigkeit und Stabilität bei Temperaturen zu bewahren, bei denen die meisten anderen Metalle schmelzen oder sich deutlich abbauen würden.
• Korrosionsbeständigkeit: Viele hochschmelzende Metalle weisen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf und eignen sich daher für chemische Verarbeitungsprozesse.
• Hohe Dichte: Die meisten hochschmelzenden Metalle haben eine hohe Dichte, was zu ihrer Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit beiträgt.
• Hoher Schmelzpunkt: Das Hauptmerkmal von Refraktärmetallen ist ihr außergewöhnlich hoher Schmelzpunkt, der sie in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Verteidigung und der Kernenergie unverzichtbar macht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass hochschmelzende Metalle für Anwendungen, die Materialien erfordern, die extremen Bedingungen standhalten, unverzichtbar sind. Ihre einzigartigen Eigenschaften ermöglichen Fortschritte in Technologie und Industrie, insbesondere in Bereichen, die den höchsten Temperaturen und schwierigsten Umgebungen ausgesetzt sind.

Typen von Refraktärmetall-Thermoelementen

• Typ C: besteht aus einer Kombination von Wolfram 5% Rhenium (W-5% Re) und Wolfram 26% Rhenium (W-26% Re). Dieser Typ ist dafür bekannt, dass er bei hohen Temperaturen von bis zu 2.300°C (4.172°F) in einer inerten oder Vakuumumgebung gut funktioniert.
• Typ D: eine weitere Kombination aus Wolfram und Rhenium, mit anderen Anteilen als bei Typ C, und mit etwas anderen Temperaturbereichen und Stabilitätseigenschaften.

Eigenschaften von Refraktärmetall-Thermoelementen

• Hochtemperaturfähigkeit: Thermoelemente aus hochschmelzenden Metallen können Temperaturen messen, die viel höher sind als die, die mit Thermoelementen aus Edelmetall (z.B. Typ S auf Platinbasis) möglich sind.
• Inerte oder Vakuumverwendung: Sie werden am besten in inerten Atmosphären oder unter Vakuumbedingungen verwendet, da hochschmelzende Metalle bei hohen Temperaturen oxidieren oder mit bestimmten Atmosphären reagieren können, was zu einer Zersetzung führt.
• Langlebigkeit: Diese Thermoelemente behalten ihre strukturelle Integrität und Messgenauigkeit auch bei hohen Temperaturen bei und sind daher für raue Bedingungen geeignet.
• Stabilität: Sie bieten stabile Temperaturmessungen unter extremen Bedingungen, was sie für kritische Anwendungen in rauen Umgebungen zuverlässig macht.

Anwendungen

Sie werden häufig in Industrien eingesetzt, die mit hohen Temperaturen arbeiten, wie z.B.:

• Luft- und Raumfahrt: zur Überwachung der Temperatur von Raketentriebwerken und anderen Antriebskomponenten während der Tests und des Betriebs.
• Nuklearindustrie: in Reaktorkontroll- und Sicherheitssystemen, wo hohe Temperaturen auftreten.
• Materialwissenschaft: für die Untersuchung von Materialien bei hohen Temperaturen, einschließlich Sinterprozessen, Schmelzen und Wärmebehandlung.
• Industrielle Prozesse: in Öfen, Brennöfen und anderen industriellen Hochtemperaturprozessen, bei denen eine genaue Temperaturkontrolle unerlässlich ist.

Einschränkungen Refraktärmetall-Thermoelemente

Trotz ihrer Hochtemperaturfähigkeit haben Thermoelemente aus hochschmelzenden Metallen einige Einschränkungen, darunter:

• Empfindlichkeit gegenüber Oxidation: Ohne geeignete Schutzatmosphäre können sie sich in oxidierenden Umgebungen schnell zersetzen.
• Ziemlich schwieriger Herstellungsprozess: Die präzise Sorgfalt, die bei der Verbindung erforderlich ist, um Beschädigungen zu vermeiden, der Bedarf an speziellen Schneidwerkzeugen für die Genauigkeit und die strengen Sauberkeitsstandards machen den Herstellungsprozess für Thermodrähte vom Typ C zu einer Herausforderung. Mehr zu diesem Thema finden Sie auf dieser Seite.
• Sprödigkeit: Bei niedrigeren Temperaturen können hochschmelzende Metalle spröde und schwer zu handhaben sein und erfordern eine sorgfältige Installation und Wartung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Thermoelemente aus hochschmelzenden Metallen für die Temperaturmessung unter extremen Bedingungen von entscheidender Bedeutung sind. Sie werden aufgrund ihrer unvergleichlichen Fähigkeit ausgewählt, hohen Temperaturen standzuhalten und gleichzeitig Genauigkeit und Stabilität zu gewährleisten. Ihr Einsatz in bestimmten Industriezweigen unterstreicht die Bedeutung dieser Geräte für die Weiterentwicklung der technologischen Fähigkeiten und das Verständnis von Materialien unter extremen Bedingungen.

Was ist mit Platin?

Obwohl Platin ein Metall mit einem hohen Schmelzpunkt (1.768°C oder 3.214°F) und einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit ist, wird es in der Regel getrennt von der traditionellen Gruppe der refraktären Metalle klassifiziert. Platin wird aufgrund seiner Seltenheit, seiner chemischen Inertheit und seiner umfangreichen Verwendung in der Schmuckindustrie, der Katalyse und bei elektrischen Anwendungen häufig als „edles“ oder „kostbares“ Metall eingestuft.

Die Unterscheidung ergibt sich aus den spezifischen Kriterien, die zur Definition von Refraktärmetallen verwendet werden, vor allem aus ihrem Schmelzpunkt, der im Allgemeinen über 2.000°C liegt. Platin hat zwar bemerkenswerte Eigenschaften, die es für Hochtemperaturanwendungen geeignet machen, aber sein Schmelzpunkt liegt unterhalb der Schwelle, die üblicherweise für die Einstufung von Metallen als refraktär verwendet wird.

Nichtsdestotrotz sind Platin und seine Legierungen in vielen industriellen Anwendungen, in denen hohe Temperaturbeständigkeit und chemische Stabilität erforderlich sind, von entscheidender Bedeutung. Das macht es zu einem guten Metall und einer guten Legierung für die Verwendung in Hochtemperatur-Thermoelementen.

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