Atomare Struktur einer Legierung

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DAVID POGUE (Technologie-Guru): Zinn; Symbol Sn; Ordnungszahl 50-50 Protonen und 50 Elektronen.

Zinn, in kleinen Mengen zu Kupfer hinzugefügt, ergibt Bronze, die erste von Menschen hergestellte Metalllegierung. Bronze förderte den weltweiten Handel und spielte, nachdem es zu Werkzeugen und Waffen geschmiedet worden war, eine entscheidende Rolle für die Reiche der Antike. Bronze war Namensgeber für ein ganzes Zeitalter der menschlichen Zivilisation. Und auch heute noch ist sie in aller Munde.

Das ist die Verdin Company, ein 170 Jahre altes Familienunternehmen in Cincinnati, Ohio.

Ich bin hier, weil sie dabei sind, mehrere Glocken zu gießen. Trotz all der anderen modernen Materialien, die es gibt, haben sie sich für Bronze entschieden. Ich möchte wissen, warum. Gibt es nach all den Jahren nicht etwas Besseres?

Ralph Jung bietet an, für Bronze zu plädieren.

RALPH JUNG (Glockengießer, The Verdin Company): Das ist unser Muster, das wir verwenden werden, um die Form in den Sand zu bringen.

DAVID POGUE: Das sieht also wie eine fertige Glocke aus. Das ist keine Glocke?

RALPH JUNG: Doch, das ist sie. Das ist nur das Muster. Ja. Sie ist aus Aluminium, also ist sie sehr leicht zu handhaben.

DAVID POGUE: Was ist daran falsch? Aluminium ist gut: Aluminium rostet nicht, Aluminium ist leicht.

RALPH JUNG: Du hast recht. Es rostet nicht.

DAVID POGUE: Warum machen Sie die Glocken nicht daraus?

RALPH JUNG: Nun, der Klang. Es hat nicht diesen dauerhaften Klang. Und es ist einfach…

DAVID POGUE: Sie mögen es nicht, wie es klingt?

RALPH JUNG: Nicht wirklich. Es klingt auch ein bisschen blechern.

DAVID POGUE: Hey, vielen Dank, Kumpel.

RALPH JUNG: Na ja, du weißt schon.

DAVID POGUE: Ich habe geübt.

RALPH JUNG: Wir zeigen dir, wie eine echte Glocke klingt.

DAVID POGUE: Die Qualität des Klangs hängt von der atomaren Struktur des Materials ab. In reinen Metallen sind die Atome in geordneten Reihen und Spalten angeordnet. Jedes Atom gibt einige seiner Elektronen ab, so dass eine Art Meer dieser sich zufällig bewegenden geladenen Teilchen entsteht.

Es sind diese frei fließenden Elektronen, die Metalle leitfähig machen. In einem Stromkreis reihen sich die negativ geladenen Teilchen auf und fließen als elektrischer Strom.

Das Elektronenmeer schafft auch flexible, metallische Bindungen zwischen den Atomen. In Kupfer können sie leicht aneinander vorbeigleiten, was es relativ weich und leicht verbeulbar macht – nicht gerade ideal für eine Glocke. Deshalb verwendet Verdin steiferes Material.

RALPH JUNG: Also, wir setzen das hier ein.

DAVID POGUE: Ralph setzt die Form in eine runde Stahlhülse und füllt dann den Raum um sie herum mit einer Mischung aus Sand und Epoxid, um der sengenden Hitze des heißen Metalls standzuhalten.

Als diese Firma anfing, verwendeten sie eine Mischung aus Pferdehaar, Dung und so ziemlich allem, was die Form halten konnte, ohne zu verbrennen, aber das Ziel war dasselbe: eine hohle Form zu schaffen, die dem inneren und äußeren Umfang der Glocke folgt.

Wenn er das Aluminium entfernt und die beiden Hälften zusammenfügt, bleibt auf der Innenseite ein glockenförmiger Raum übrig, der bereit ist, die geschmolzene Bronze aufzunehmen.

RALPH JUNG: Und was wir hier haben, David, sind die Bronzebarren, die wir in den Ofen geben. Wie Sie sehen können, sind sie ein bisschen schwer.

DAVID POGUE: Ja, es ist wie…

RALPH JUNG: Sie wiegen im Durchschnitt etwa 20 Pfund. Das ist eigentlich eine Mischung aus 80 Prozent Kupfer und 20 Prozent Zinn. Und was wir hier haben, ist das Zinn in Rohform. So kommt es aus dem Boden. Das ist aus Malaysia.

DAVID POGUE: Okay.

RALPH JUNG: Und wir haben ein Stück Kupfer, so wie es aus dem Boden kommt. Und das kommt aus Südafrika.

DAVID POGUE: Das ist also das Rezept für Bronze?

RALPH JUNG: Genau.

DAVID POGUE: Man hat also Kupfer plus Zinn gleich Bronze.

RALPH JUNG: Ergibt Bronze, ja.

DAVID POGUE: Warum kann man nicht eines dieser Metalle für sich allein verwenden?

RALPH JUNG: Wenn es nur Kupfer wäre, wäre es erstens zu weich, und wir würden nicht den Klang bekommen, den wir von einer Glocke wollen. Zinn mit Kupfer gibt uns diese Härte.

DAVID POGUE: Wenn man Kupfer während des Schmelzens Zinn hinzufügt, verändert das die Eigenschaften des Metalls. Die größeren Zinnatome schränken die Bewegung der Kupferatome ein und machen das Material härter.

Ein Schlag versetzt die Atome in Schwingung, aber das Zinn verhindert, dass sie sich zu weit aus ihrer Position bewegen. Zinn ist gut für eine Glocke, aber nur im richtigen Verhältnis.

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