Energetic Materials

Spezialmetalle finden in verschiedenen industriellen Bereichen Anwendung, darunter Pyrotechnik, Metallurgie, Vakuumtechnik/Getter, Wasserstofferzeugung, als Trocknungsmittel, für die Batterieindustrie und in der organischen Synthese.

Pyrotechnik

In Pulverform sind Titan und Zirkon zu einem bemerkenswerten Grad korrosionsbeständig, und im Gegensatz zu anderen industriellen Metallpulvern sind sie bei Aufbewahrung unter Standardbedingungen auch für lange Zeit stabil. Verbunden mit dieser Stabilität ist eine hohe chemische Reaktivität bei leicht erhöhter Temperatur. Die Verbrennung an Luft ist schnell und begleitet von einer hohen Wärme- und Lichtentwicklung. Zusammen mit einem Oxidationsmittel (z. B. KClO4, Ba(ClO4)2) bilden Titanmetallpulver und Zirkonmetallpulver eine zuverlässige Zündmischung, die in elektrischen Anzündelementen zum Einsatz kommt. Nach dem Zünden werden neben hohem Druck auch viele heiße Partikel freigesetzt. Daher sind Titan- und Zirkonmetallpulver hervorragend zur Herstellung von Anzündmitteln für Brückenzünder (Elektrozünder) und anderen pyrotechnischen Sätzen geeignet. Aufgrund der hohen Energiedichte und Verbrennungswärme pro Volumeneinheit sind Titanmetallpulver und Zirkonmetallpulver mit Partikelgrößen von < 6 µm nicht nur als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Anzündelementen geeignet, sondern werden auch für eine Vielzahl anderer pyrotechnischer Anwendungen verwendet. Titan- und Zirkonhydride werden zusammen mit Oxidationsmitteln als Bestandteil stabiler Leucht-, Zünd- und Brennsätzen in der Pyrotechnik eingesetzt. Wegen der relativ langsamen Brenngeschwindigkeit und Abbrand ohne Freisetzung von Gasen, werden Zirkon/Nickel-Legierungen in der Pyrotechnik, zusammen mit Oxidationsmitteln, zur Herstellung von Verzögerungszündern verwendet.

Metallurgie

Metallprodukte von Albemarle sind hervorragend zur Herstellung von Sonderlegierungen geeignet. Hafnium-, Titan- und Zirkonhydride kommen als Legierungsbestandteile in der Pulvermetallurgie zum Einsatz. Geringe Zusätze dieser Stoffe erhöhen die Temperaturstabilität von Molybdän-Legierungen. Ti- und Zr-Hydride werden zur Produktion von Schneidwerkzeugen genutzt. Zum einen sorgt die reduzierende Wirkung der Hydride für eine sauerstofffreie Atmosphäre, zum anderen wird durch Titan oder Zirkon eine feste Verbindung zwischen Keramik und Metall hergestellt. Als Ausgangsstoff zur Produktion von Werkstücken aus Titan durch das Metallpulverspritzguss-Verfahren (Metal Injection Molding), kommt als Rohmaterial Titanmetallpulver zum Einsatz. In der Metallurgie werden HfH2-, TiH2 und ZrH2-Pulver zur Herstellung von Legierungen und Sinterhalbzeugen verwendet. Als Zusatz zur Herstellung von "Aktivloten" werden Ti, und TiH2- Pulver benötigt. Als Legierungsbestandteil in Bleilegierungen sorgt Barium für eine hohe Festigkeit. Calciumhydrid kommt als Reduktionsmittel zur Herstellung von Metallpulvern durch Reduktion der Oxide zum Einsatz.

Vakuumtechnik / Getter

Getter-Materialien auf der Basis von Zirkon und Barium sind in der Vakuum- und Lampentechnik weit verbreitet. Getter-Materialien haben die Aufgabe, letzte Spuren von unerwünschten Gasen, wie Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Wasserdampf u.a. zu binden. Durch "Gettern" kann man in Vakuumsystemen Drücke bis unter 1 x 10-8 Pa sicher einstellen und halten. Man unterscheidet zwei unterschiedliche Arten von Getter-Materialien:

1. verdampfbare Getter
2. nicht verdampfbare Getter

Bei verdampfbaren Getter wird Barium verdampft und als dünner Film großflächig in der jeweiligen Applikation aufgebracht. Das chemisch aktive Metall (Barium) wirkt hier nur während des Verdampfungsvorgangs. Es reagiert mit den unerwünschten Gasen unter Bildung von Bariumoxid, -nitrid, -hydrid und -hydroxid. Nicht verdampfbare Getter bestehen meist aus Zirkonmetallpulver oder Pulverlegierungen auf der Basis von Zirkon, die vor dem Einsatz in inerter Atmosphäre zu Presslingen verarbeitet und anschließend bei hoher Temperatur aktiviert werden. Genau wie bei verdampfbaren Gettermaterialien binden diese Getter unerwünschte Gase unter der Bildung von Zirkonoxid, -nitrid, -hydrid, -carbid usw. Diese Getter sind so lange aktiv, bis das Basismaterial (Zirkon) verbraucht ist.

Batteriebranche

Der Hauptvorteil bei der Verwendung von Lithiummetall in Batterien liegt in dem hohen elektrochemischen Potential von -3,024 V bei einem gleichzeitig niedrigen Äquivalenzgewicht. Daher weist es eine hohe spezifische Energiedichte von 3,86 Ah/g auf. Die gravimetrische Energiedichte einer Lithium-Ionen-Batterie (LIB) ist bis zu 5-mal höher als die herkömmlicher Mangan-Batterien.

Organische Synthese

Die teilweise Reduktion von Benzolderivaten zu 1,4-Cyclohexadienen als Hauptprodukt im Vorhandensein einer Protonenquelle ist als Birch-Reduktion bekannt. Normalerweise werden Alkohole (EtOH, tert.-BuOH), Amine, H2O oder NH4Cl als Protonenquellen verwendet. Substituenten, die Elektronen abziehen, erhöhen die Reaktion, und im Vergleich zu Substraten mit Substituenten, die Elektronen abgeben, sind Alkohole daher nicht zwingend notwendig. Die Verwendung von Lithium in der partiellen Reduktion von Benzolderivaten wird im Falle von weniger reaktiven Systemen bevorzugt. Stärkere, aber weniger selektive Reduktionen von aromatischen Systemen können mit Lithium in Primäraminen als Lösungsmittel (Benkeser-Reaktion) durchgeführt werden. Aufgrund der höheren Solvatisierung von Lithium sind Ethylamin und Ethylendiamin die am häufigsten verwendeten Amine. Die höhere Reaktivität kann durch die höheren Reaktionstemperaturen im Vergleich zu flüssigem Ammoniak erklärt werden. Ein weiterer Vorteil in Bezug auf Ammoniak ist außerdem die bessere Löslichkeit vieler organischer Verbindungen in Aminen. Reduktionen mit in Natrium gelösten Aminen können wegen der sehr geringen Löslichkeit von Natriumhydroxid in diesem Lösungsmittel nicht durchgeführt werden.

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