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Hafnium, Hf, 72
Übergangsmetall
2506 K (2233 °C)
4876 K (4603 °C)
Hexagonal dichteste Packung (α-Hf)
13,31 g/cm³ (bei 20 °C)
5,5
33,1 µΩ·cm (bei 20 °C)
Physikalische Eigenschaften
Hafnium ist ein silberglänzendes, gut verformbares Schwermetall. Es ist sehr dicht, chemisch beständig und widerstandsfähig gegen Korrosion.
Es nimmt Neutronen besonders stark auf und gehört damit zu den wirksamsten Neutronenfängern überhaupt. Gleichzeitig weist Hafnium einen sehr hohen Schmelzpunkt von 2233 °C auf und bleibt auch bei extremer Hitze stabil. Wie viele andere Metalle bildet Hafnium an seiner Oberfläche eine schützende Oxidschicht, die es vor weiterer Korrosion schützt.
Diese Eigenschaften – starke Neutronenaufnahme, Hitzebeständigkeit und Korrosionsstabilität – machen Hafnium zu einem wertvollen Werkstoff überall dort, wo extreme Bedingungen herrschen.
Charakteristische Eigenschaften
Hafnium und Zirconium sind chemisch nahezu identisch und kommen in der Natur stets gemeinsam vor. Hafnium kann im Gegensatz zu seinem Zwilling nicht primär gewonnen werden, denn es steckt ausschließlich in Zirconiumerzen, im Verhältnis von etwa 1 zu 50 zu seinem Zwillingsmetall. Allerdings wird es dort nicht immer herausgelöst: Da die Trennung technisch aufwändig und teuer ist, fällt Hafnium nur dann als Rohstoff an, wenn der Bedarf es rechtfertigt.
Der Grund für diese Schwierigkeit ist die chemische Nähe beider Metalle: Sie reagieren auf dieselben Chemikalien und verhalten sich bei Hitze nahezu gleich, sodass gewöhnliche Trennverfahren sie nicht als unterschiedliche Stoffe erkennen. Um sie zu trennen, sind viele technisch aufwändige und teure Schritte notwendig – weshalb reines Hafnium trotz seiner weiten Verbreitung ein kostspieliger Rohstoff ist.
Bedeutung und Anwendungen
Das 1923 in Kopenhagen von Dirk Coster und Georg von Hevesy entdeckte Metall spielt eine wichtige Rolle in der Kerntechnik, der Mikroelektronik sowie in Hochleistungslegierungen für den Einsatz in Turbinen und anderen Hochtemperaturbereichen. Aufgrund seiner starken Neutronenaufnahme wird Hafnium in Steuerstäben von Kernreaktoren eingesetzt, wo es die Kettenreaktion sicher regelt.
Schon kleine Mengen Hafnium erhöhen die Hitzebeständigkeit und Festigkeit von Legierungen erheblich, was den Einsatz bei Temperaturen über 1.000 °C ermöglicht. Solche Hochleistungslegierungen sind unverzichtbar für moderne Triebwerke in der Luft- und Raumfahrt.
In der Halbleiterindustrie ist Hafnium ebenfalls nicht mehr wegzudenken: Hafniumoxid (HfO₂) wird in Transistoren eingesetzt und ermöglicht die weitere Verkleinerung von Computerchips bei gleichzeitig geringerem Stromverbrauch. Intel nutzte dieses Material erstmals 2007 in der Serienproduktion.
Laut Analysen der Europäischen Kommission gilt Hafnium als kritischer Rohstoff. Die Nachfrage dürfte durch den weltweiten Ausbau der Kernenergie, den wachsenden Bedarf an