Tungsteno

LAVORAZIONI TUNGSTENO

Mentre un singolo cristallo di tungsteno ben sviluppato è duttile un policristallo è molto fragile se non subisce speciali trattamenti. Questo complica notevolmente la tecnologia necessari per la produzione di fili.  Per eliminare questo inconveniente il filo di tungsteno viene fatto passare in apposite macchine dove, in atmosfera di idrogeno al per evitare l'ossidazione del metallo, il filo viene sottoposto a un prolungato martellamento. La temperatura a cui avviene tale operazione varia da 800° a 1200 °C  a seconda delle dimensioni del filo. Durante questi trattamenti i granuli originari si allungano secondo la direzione di trafilatura, comportandosi come delle quasi fibre. Il filo perde la sua fragilità e diventa omogeneo acquistando elevata tenacità e duttilità. In questo modo è possibile successivamente trafilare, attraverso delle filiere di diamante, anche fino a diametri estremamente piccoli (0,001 mm). L'elevato costo del tungsteno in fili è dovuto non al prezzo della materia prima ma al costoso lavoro di preparazione.
Oltre alla trafilatura il tungsteno si può lavorate meccanicamente a temperatura ambiente solo ricorrendo ad opportuni accorgimenti. I manufatti vengono ottenuti solo per sinterizzazione, a causa dell'altissima temperatura di fusione del metallo, e la loro lavorazione è difficoltosa.  Non è possibile infatti ottenere delle superfici lisce, perché i vari granuli non vengono tagliati ma asportati. Inoltre, durante il successivo processo di sinterizzazione, si verifica una forte ed irregolare contrazione del materiale per cui è impossibile ottenere i pezzi delle dimensioni volute.
Un procedimento di lavorazione studiato nei laboratori della Philips che ha dato buoni risultati consiste nell'impregnare il tungsteno poroso con un metallo allo stato fuso. Scegliendo opportunamente il metallo si può facilmente lavorare a temperatura ambiente il tungsteno con normali utensili in acciaio rapido. Infine il metallo impregnante si può eliminare facilmente mediante evaporazione, ottenendo un pezzo di tungsteno puro lavorato con alta precisione, la cui porosità è rigorosamente uguale a quella che risulta dalla sinterizzazione. II metallo da usare deve penetrare, per capillarità, nei pori del tungsteno, riempiendoli completamente.  E’ necessario che il tungsteno e il metallo impregnante siano completamente insolubili l'uno nell'altro, sia allo stato liquido sia allo stato solido. Inoltre il metallo impregnante deve funzionare da lubrificante durante la lavorazione. L'oro e il rame sono i due metalli più convenienti per tale funzione.

PRODUZIONE DI FILI DI TUNGSTENO
Il tungsteno sotto forma di fili di diverso spessore è una delle applicazioni principali del metallo puro. Si pensi infatti ai .Si possono identificare 5 fasi fondamentali nella produzione di un filo di  tungsteno.
1. Pressatura
Le polveri di tungsteno, a seguito di un attento controllo della granulometria, sono mischiate con un legante di origine polimerica. Mediante l’uso di opportune presse si ottiene una barra  di tungsteno (verde) estremamente fragile, tenuta insieme dal legante e dalle deboli forze di interazione elettrostatica che si instaurano tra le particelle.
2. Presinterizzazione
La barra è posta in un contenitore di metallo refrattario e caricata in un forno al cui interno l’atmosfera è controllata ed in particolare composta da solo idrogeno. Si ha quindi un trattamento termico tale da conferire una maggiore resistenza meccanica alla barra. La densità alla fine del processo si attesta tra  il 60 e il 70% della densità del tungsteno. La crescita del grano è molto piccola o addirittura assente.
3. Sinterizzazione
La barra è caricata in un apposito contenitore metallico dotato di sistema di raffreddamento ad acqua. Una corrente elettrica viene fatta passare attraverso la barra. Per effetto Joule si genera calore. In questo modo si raggiungono velocemente temperature molto alte. Il calore è tale da attivare i processi di diffusione  di superficie e volume tali da far crescere la densità del pezzo fino al 90 – 95% della densità del tungsteno. Si osserva una notevole crescita dei grani cristallini.

4. Swaging
A seguito della sinterizzazione,  la barra di tungsteno ha una buona rigidezza, ma è molto fragile a temperatura ambiente. Può essere resa più malleabile se portata a temperatura di 1200° - 1500°C. A questa temperatura la barra viene fatta passare attraverso uno svager. Quest’ultimo è un sistema che permette di martellare la barra, posta in un’opportuna sede, a circa 10000 colpi al minuto, quindi con frequenze molto alte. In questo modo riduco la sezione di circa il 12% per passata nello svager. Generalmente si passa sempre più di una volta. Questa procedura permette di allungare i cristalli, creando una struttura “fibrosa” e interconnessa. In questo modo conferisco duttilità e resistenza meccanica al metallo finale. Segue quindi una ricottura per rilassare le tensioni accumulate.   
5. Trafilatura
Il filo (i ricorsi passaggi nello svager hanno reso la barra ormai  più simile ad un filo di grosso diametro) viene ora trafilato. Viene quindi forzato a passare attraverso fenditure circolari a diametro sempre minore. Le trafile sono in carburo di tungsteno o in diamante. La riduzione di diametro di pende dalla struttura cristallina di partenza e dall’applicazione specifica a cui servirà il filo. Il processo di trafilatura allunga ulteriormente i grani cristallini e conferisce buana resistenza meccanica. Se la riduzione in sezione è molto spinta, sono necessarie delle ricotture per non avere un materiale eccessivamente fragile.