Flugzeuge aus Lithium möglich?
Es soll nicht möglich sein, Flugzeuge und Autos aus Lithium zu bauen, aber warum, wenn es sich wegen der geringen dichte so gut anbieten würde?
6 Antworten
Die Eigenschaften von Lithium sind, wie schon erwähnt, völlig ungeeignet. Aber als Legierungsbestandteil wird es durchaus verwendet, auch in der Luft- und Raumfahrttechnik. Grund ist u.a. genau die geringe Dichte.
> Autos aus Lithium zu bauen,
gute Idee - bei Regen sind unsere Verkehrsprobleme mit einem Schlag gelöst. Wird wohl nur deshalb nicht gemacht, weil die Akku-Hersteller das ganze Lithium aufkaufen. so dass keins für die Karosserien übrig bleibt.
Erkundige dich über die Reaktion von Li mit Wasser. Das wäre bei Regen akut, aber auch sonst ist immer Wasser(-Dampf) in der Luft.
Schon mal gesehen, was passiert wenn Lithium mit Wasser (Luftfeuchtigkeit reicht da schon, dass es reagiert) in Kontakt kommt?
Falls nicht, schau mal
Man kann es mit einem Buttermesser zerschneiden und es reagiert sofort mit Wasser. Und daraus willst du Flugzeuge bauen?
Ja gut, aber zu weich für technische Anwendung ist es ja dann trotzdem noch.
Nein, weil sich Lithium chemisch nicht beständig ist und mit Paraffinöl geschützt werden muß.
Aluminium-Lithium-Legierungen haben zu einem gewissen Grad in der Luftfahrt Verwendung gefunden, weil sie ca. 10% leichter sind. Noch viel wertvoller ist die Tatsache, dass die Steifigkeit der Legierung durch Lithium steigt (Elastizitätsmodul)
https://de.wikipedia.org/wiki/Aluminium-Lithium-Legierung
Allerdings sind Metalle als Konstruktionswerkstoff für Flugzeuge deutlich auf dem Rückzug, Airbus A350 und Boeing 787 bestehen bereits zu +/- 50% aus Carbonfaser- verstärkten duroplastischen Kunststoffen. Bei der extrem preissensiblen Kasse der Kurz- und Mittelstreckenjets wie Boeing 737 MAX, Airbus A320 NEO, COMAC C919 halten sich Aluminiumlegierungen zur Zeit noch.
Bei den üblichen Leichtmetall-Legierung auf der Basis von Titan, Aluminium, Magnesium sinkt (gegenüber Stahl) neben dem Gewicht leider auch Steifigkeit. In einfachen Worten ausgedrückt heißt das:
- Ein Stab aus Aluminium wiegt nur ein Drittel eines gleich dicken Stahl-Stabs, -
- wenn eine Kraft auf den Aluminiumstab einwirkt verformt er sich elastisch auch 3x so stark wie der Stahlstab.
Bei Flugzeugfügeln sind elastische Verformungen aber ein komplett unerwünschtes Phänomen, weil hierbei das gefürchtete Flattern auftreten kann:
https://www.youtube.com/watch?v=egDWh7jnNic
Bei Unterschall-Verkehrsflugzeugen kann man dies über die Dimensionierung der aerodynamischen Strukturteile und die strikte Einhaltung der höchstzulässigen Geschwindigkeit einigermassen in den Griff kriegen.
Bei überschallschnellen Militärjets stößt man hier jedoch schnell an Grenzen, weil die Flügel und Steuerflächen wegen der Schockwellen Messer-dünn sein müssen.
Genau hierin liegt die Stärke des Beryllium, was man ohne Wenn und Aber als Wundermetall bezeichnen kann:
WENN man ein Metall für den Flugzeugbau mit märchenhaft guten Eigenschaften sucht (abgesehen von der Giftigkeit der Stäube), wird man mit Beryllium fündig. Beryllium ist unglaublicherweise
- steifer als Stahl (höheres Elastizitätsmodul) und
- wiegt dabei niur etwa ein Viertel!!!
- viel besser verformbar als die viel schwereren Titanlegierungen
- korrosionsbeständiger als die etwas leichteren Magnesiumlegierungen
- hat einen hohen Schmelzpunkt
https://de.wikipedia.org/wiki/Beryllium
Beryllium besitzt für ein Leichtmetall einen bemerkenswert hohen Schmelzpunkt. Neben der sehr hohen spezifischen Wärmekapazität von 1,825 kJ/(kg·K)[52][53] besitzt es einen um ein Drittel höheren Elastizitätsmodul als Stahl (Elastizitätsmodul 303 GPa, Schubmodul 135 GPa, Kompressionsmodul 110 GPa).[27]
Beryllium an trockener Luft beständig und bleibt blank, da sich eine passivierende Oxidschicht bildet. Die Oxidschicht widersteht auch dem Angriff kalter oxidierende Säuren.
Die Frage ist: warum wird Beryllium dann in der Technik nicht häufiger verwendet? Dafür gibt es zwei Haupthindernisse:
- da wäre der Preis: Beryllium zählt zu den selteneren Metallen. Ein Fahrrad-Rahmen aus Beryllium des Herstellers American der 1997 als Prototyp auf der IFMA Fahrradmesse in Köln vorgestellt wurde sollte 28.000 Euro kosten. Er ging nicht in Serie.
- Ende der 90er Jahren wurde Beryllium von einigen Rennställen verwendet, wurde Beryllium anschließend aus Kostengründen aus der Formel 1 verbannt, um eine weitere Kostenexplosion zu verhindern
- die Giftigkeit. Das Metall überzieht sich zwar mit einer passiven Oxidschicht, wodurch kein Übergang in den Körper stattfindet. Dennoch sind durch feine Partikel wie sie beim Bohren, Drehen, Fräsen entstehen, Vergiftungen möglich:
https://faszinationchemie.de/wissen-und-fakten/news/beryllium-das-supergift/
"Seit Jahrzehnten ist das Beryllium als „giftigstes, nicht-radioaktives Element“ bekannt und wird so oft in einem Atemzug mit Plutonium genannt.[5] Zurückzuführen ist dies auf die chronische Berylliumerkrankung (chronic beryllium disease, CBD), bei der es sich um eine chronische Lungenerkrankung ähnlich der Sarkoidose handelt. Die CBD trat und tritt hauptsächlich bei Arbeitern im Be-metallverarbeitenden Gewerbe sowie bei Zahntechnikern auf, die nur geringe Mengen Be-haltigen Staubs einatmeten.
Aufgrund seiner geringen Dichte wird Beryllium als Konstruktionsmaterial im Leichtbau für die Luft- und Raumfahrt geschätzt, selbst in Golfschlägern und in der Zahntechnik war und ist es sehr beliebt."
Eine Sonderform der Anwendung vn Beryllium sind Spezialwerkzeuge, wie sie in stark explosionsgefährdeten Bereichen von Raffinerien oder Chemiewerken verwendet werden. Diese Werkzeuge dürfen nicht aus Werkzeugstahl sein, damit z.B. beim Herunterfallen keinerlei Funke entsteht Ein geringer Zusatz von 0.4-2% gibt funkenfreien Kupferwerkstoffen die nötige Härte und Festigkeit, damit hieraus Schraubendreher, Zangen und Hämmer hergestellt werden können:
Aus langjähriger Laborerfahrung kann ich Dir sagen, daß Lithium so hart ist, daß man es nicht mit einem Buttermesser schneiden kann. Man muß schon mit dem Hammer auf die Schneide hauen, bei Natrium geht es einigermaßen und durch Kalium geht das Messer tatsächlich durch wie durch Butter.