Medizintechnik

Ökologischere Alternative zu toxischem Blei

| Redakteur: Luca Meister

Im Vergleich zum Blei, das in der Vergangenheit häufig für medizintechnische Anwendungen genutzt wurde, zeichnet sich das platzsparende Triamet dadurch aus, dass es aufgrund seiner hohen Widerstandskraft keine Stützstruktur benötigt.
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Im Vergleich zum Blei, das in der Vergangenheit häufig für medizintechnische Anwendungen genutzt wurde, zeichnet sich das platzsparende Triamet dadurch aus, dass es aufgrund seiner hohen Widerstandskraft keine Stützstruktur benötigt. (Bild: Wolfram Industrie)

«Triamet», eine auf Wolfram basierende Legierung, bietet aufgrund der spezifisch hohen Dichte und des damit einhergehenden hohen Strahlenabsorptionsvermögens eine ökologischere Alternative zum toxischen Blei. Die Schwermetalllegierung wird in der Medizintechnik und Autoindustrie eingesetzt.

In der EU-Richtlinie 2011/65/EU (RoHS 2) wird die Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten reglementiert. An erster Stelle steht dabei – noch vor Quecksilber und Cadmium – Blei. Das Schwermetall, das wegen seiner hohen Atommasse gerne zur Strahlenabschirmung oder für Streustrahlenraster eingesetzt wird, wirkt stark toxisch und kann nur schlecht abgebaut werden, weshalb lediglich ein Gewichtsanteil von 0,1 Prozent in neuen Elektro- und Elektronikgeräten zulässig ist. Zudem liegt der Schmelzpunkt bereits bei 327 °C, was bei einem Brand eine zusätzliche Gefahr darstellt. Das bayerische Unternehmen Wolfram Industrie bietet mit «Triamet», einer Schwermetalllegierung auf Wolframbasis, eine innovative, ökologischere Alternative: Dank seiner spezifisch hohen Dichte und dem damit einhergehenden hohen Strahlenabsorptionsvermögen schirmt das formstabile Produkt, das sowohl in einer Eisen-Nickel- als auch einer Kupfer-Nickel-Bindephase erhältlich ist, sogar Gammastrahlen ab. Das normalerweise schwer zu verarbeitende Wolfram lässt sich in dieser Form pulvermetallurgisch zu Rohlingen formen, die anschliessend mit geringerem Aufwand weiterverarbeitet werden können.

Kein Schmelzrisiko

Da Wolfram ein sehr dichtes und schweres Material ist und somit eine beinahe so hohe Dichte wie Gold aufweist, ist es besonders gut geeignet, um Strahleneingänge in Kollimatoren einzugrenzen oder energiereiche elektromagnetische Strahlen abzuschirmen. Durch den sehr hohen Absorptionswert der Metallpulvermischung kann vor allem die gefährliche Gamma- und Röntgenstrahlung damit eingedämmt werden.

Aufgrund des hohen Schmelzpunktes von Triamet von über 1000 °C, der somit wesentlich höher liegt als bei Blei, besteht im Falle eines Brandes kein Schmelzrisiko. Allerdings ist durch diese spezielle Eigenschaft nur eine pulvermetallurgische Verarbeitung möglich: Für die Herstellung von Triamet wird Wolframpulver zusammen mit Eisen- und Nickel- beziehungsweise Kupfer-Nickel-Pulvern vermischt. Die anschliessende Formgebung erfolgt entweder hydraulisch mit Bindemitteln und einer Presse oder isostatisch unter grossen Drücken von 2000 bis 3000 bar. Ersteres bietet sich bei kleineren Abmessungen, Zweiteres bei grossvolumigen Teilen an. Die so entstandenen Grünlinge werden im elektrisch beheizten Vakuumofen oder unter einer reduzierenden Wasserstoffatmosphäre zu fertigen Halbzeugen gesintert.

Sinterprozess bei 1500 °C dank Bindephase aus Nickel und Eisen

Wolfram Industrie verwendet für die Herstellung von Triamet eine Bindephase aus Nickel und Eisen, von der zwischen drei und zehn Prozent zum Wolframpulver gegeben wird. Nickel wirkt dabei wie ein Katalysator, der an der Oberfläche des Wolframpulvers Diffusionsvorgänge beschleunigt und so die Sintertemperatur um etwa 1000 °C senkt. Die Triamet-Grünlinge werden anschliessend bei etwa 1500 °C – im Gegensatz zu den bei reinem Wolfram benötigten 2500 °C – gesintert, wodurch sich eine einzigartige Mikrostruktur aus einer kugelförmigen Wolframphase bildet, die von der Bindephase umschlossen wird.

«Wolfram Industrie stellt Triamet mit einer sehr hohen Dichte her», berichtet Dipl.-Ing. Wolfgang Jung, zuständiger Metallexperte für Forschung und Entwicklung. Diese wird mit G19 deklariert und beträgt etwa 18,8 ± 0,2 g/cm3. Mit reinem Wolfram ist maximal eine Dichte von 19,3 zu erreichen – die damit sogar rund 8 g/cm3 über der von Blei liegt. Je geringer der Anteil der Bindephase ist, desto höher wird die Dichte. Bei der G14-Variante des Produkts liegt die minimale Dichte beispielsweise bei 13,9 ± 0,2 g/cm3. «Unsere Materialentwicklungen basieren auf einer guten Mischung aus unseren empirischen Erfahrungen und theoretischen Erkenntnissen», erörtert Jung. «Oft entsteht die Idee für ein neues Material oder einen neuen Prozess gemeinsam mit unseren Kunden. Hier gibt es in der Regel klare Anforderungen. Bei der Umsetzung ist dann auch die Zusammenarbeit mit Universitäten sehr wertvoll für uns.»

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