Hervorragende Hochtemperaturleistung: Die Ta10W-Legierung hat einen Schmelzpunkt von ca. 3000 °C (reines Tantal: Schmelzpunkt 2996 °C, Wolfram: 3410 °C) und bietet auch bei hohen Temperaturen eine ausgezeichnete Kriechfestigkeit und Strukturstabilität. Ihr Draht kann langfristig in oxidierenden oder inerten Umgebungen oberhalb von 1600 °C eingesetzt werden und eignet sich für Anwendungen wie Triebwerksdüsen für die Luft- und Raumfahrt sowie Hochtemperatursensoren.
Hervorragende Korrosionsbeständigkeit: Tantalbasierte Legierungen weisen eine extrem hohe Beständigkeit gegenüber Säuren, Laugen und geschmolzenen Metallen auf. Ta10W-Draht ist in konzentrierter Salzsäure, Salpetersäure und Königswasser stabil und weist eine deutlich höhere Korrosionsbeständigkeit in Hochtemperatur-Salzschmelzen (wie z. B. Kühlmedien in Kernreaktoren) auf als Edelstahl oder Nickelbasislegierungen.
Hervorragende mechanische Eigenschaften: Festigkeit: Die Zugabe von Wolfram erhöht die Festigkeit von Tantal signifikant. Dadurch wird eine Zugfestigkeit von 800–1000 MPa bei Raumtemperatur erreicht und bei hohen Temperaturen (z. B. 1200 °C) bleiben ca. 200–300 MPa erhalten. Die Plastizität von Tantal ermöglicht eine Kornfeinung durch Umformung (z. B. Ziehen), was zu einer Drahtdehnung von 15–25 % führt und somit hohe Festigkeit mit guter Bearbeitbarkeit vereint. Seine hohe Dichte (ca. 16,6 g/cm³) bietet hervorragende Abschirmungseigenschaften gegenüber Röntgen- und Gammastrahlung. Zusammen mit seiner Bioinertheit eignet es sich daher für implantierbare medizinische Geräte (z. B. Gerüste für radioaktive Partikel).
Das pulvermetallurgische Verfahren umfasst das Mischen von Tantal- und Wolframpulver in einem bestimmten Verhältnis → Kaltisostatisches Pressen → Vakuumsintern (2000–2200 °C) → Formung eines dichten Blocks. Dieses Verfahren ermöglicht eine präzise Zusammensetzungskontrolle, ist jedoch kostenintensiv. Die Kunststoffverarbeitung beinhaltet mehrere Warmwalzstiche (1200–1500 °C) zur Herstellung eines Rohlings → Ziehen zu Draht (ein Zwischenglühen ist erforderlich, um Kaltverfestigung zu vermeiden). Der endgültige Drahtdurchmesser kann 0,1–5 mm erreichen, und die Oberfläche muss elektrolytisch poliert oder beschichtet werden, um die Oxidationsbeständigkeit zu verbessern. Verunreinigungen wie Sauerstoff und Kohlenstoff reduzieren die Plastizität erheblich und erfordern eine Reinigung durch Elektronenstrahl- oder Lichtbogenschmelzen, um einen Verunreinigungsgehalt unter 50 ppm zu gewährleisten. Wolfram besitzt hervorragende Eigenschaften wie einen hohen Schmelzpunkt, hohe Festigkeit und gute Oxidationsbeständigkeit und findet breite Anwendung in Bereichen wie Biologie, Elektronik und Kernfusion. Aufgrund seiner ausgezeichneten Strahlungsschutzeigenschaften gegenüber Hitze und Plasmafluss gilt es zudem als strategisch wichtiger Werkstoff für plasmaorientierte Komponenten (PFCs) in zukünftigen Kernfusionsanlagen. Mit den steigenden Anforderungen an die Materialumformung in der zukünftigen Fertigungsindustrie benötigen verschiedene Bereiche zunehmend Wolfram und seine Legierungen mit komplexen Strukturen. Derzeit werden Wolframbauteile im industriellen Maßstab typischerweise mittels Pulvermetallurgie hergestellt. Die inhärente Härte und Sprödigkeit von Wolfram erschweren jedoch die Bearbeitung von Strukturbauteilen mit kleinen Abmessungen und komplexen Formen mittels Pulvermetallurgie und schränken somit deren Anwendungsmöglichkeiten ein. Das Laser-Pulverbettschmelzen (LPBF), auch bekannt als selektives Laserschmelzen (SLM), ist eine wichtige additive Fertigungstechnologie für Metalle. Es handelt sich um eine Bottom-up-Rapid-Prototyping-Technologie für Metallpulver auf Basis eines dreidimensionalen Modells. Mithilfe eines Lasers wird das Metallpulver vollständig aufgeschmolzen und verfestigt, wodurch ein nahezu vollständig verdichtetes Metallteil gemäß einer vordefinierten Struktur entsteht. Es ist ein kontinuierlicher Nichtgleichgewichts-Erstarrungsprozess mit Mikroschmelzbädern.
Um den Einfluss von Tantalcarbid auf die Rissbildung weiter zu analysieren, vergleicht diese Arbeit eine Wolfram-Tantalcarbid-Probe mit besserer Umformbarkeit und weniger Porendefekten mit einer reinen Wolframprobe (400 W, 300 mm/s). Der Vergleich der mesoskopischen Rissmorphologie beider Proben ist in Abbildung 4 dargestellt. Anhand der Ober- und Seitenflächen ist erkennbar, dass die Rissdichte der Probe mit Tantalcarbidzusatz im Vergleich zu reinem Wolfram reduziert ist. Es zeigt sich, dass die Korngröße nach dem Tantalcarbidzusatz deutlich verfeinert wird und sich zahlreiche Kleinwinkelkorngrenzen bilden. Weder Wolfram noch Wolfram-Tantalcarbid weisen eine ausgeprägte Textur in der Mikrostruktur auf. Um die Rissmorphologie im Mikrobereich präzise zu charakterisieren, wurden die Mikrorisscharakteristika von reinem Wolfram und Wolfram-Tantalcarbid im Submikrometerbereich unter einem hochauflösenden Elektronenmikroskop verglichen. Wie ersichtlich, breiteten sich die Risse in reinem Wolfram hauptsächlich entlang der Korngrenzen aus. Im Submikrometerbereich wurden zahlreiche Nanoporen beobachtet; diese Nanoporen breiteten sich ebenfalls entlang der Korngrenzen aus und entwickelten sich zu Mikrorissen.
