El tungsteno, el 74º elemento de la tabla periódica, recibe su nombre de la palabra sueca que significa piedra pesada. Sin embargo, el símbolo químico del wolframio (W) corresponde a su nombre en alemán wolfram. El origen de este nombre se remonta a los fundidores alemanes medievales que encontraron por primera vez que los minerales de estaño que contienen tungsteno muestran un rendimiento mucho menor (Historia del tungsteno 2011).
Históricamente, el metal de tungsteno puro fue producido por primera vez en 1781-82 por dos químicos metalúrgicos españoles, los hermanos de D’Elhuyar, y luego publicado en 1783. El principal mineral de wolframio (scheelita) lleva el nombre de Carl Wilhelm Scheele por su contribución al descubrimiento del wolframio. De hecho, publicó por primera vez (en 1781) los resultados de sus experimentos sobre los minerales de tungsteno que condujeron a la formación de un ácido desconocido; la principal contribución de los hermanos de D’Elhuyar fue reducir este ácido bajo una atmósfera oxidante hecha con carbón vegetal (Historia del tungsteno 2011).
Volviendo a la ciencia del siglo XX, el tungsteno puede describirse con su estructura electrónica conocida como 4f145d46s2 dando a este elemento la posibilidad de formar varios compuestos con número de oxidación de +4, por ejemplo WC (carburo de tungsteno) o +6, por ejemplo WO3 (óxido de tungsteno) y H2WO4 (ácido túngstico). Al poseer el punto de fusión más alto (3422 ± 15 °C) junto con el coeficiente de expansión térmica más bajo (4,32 a 4,68×10-6 K-1 a 25 °C) entre los materiales metálicos, y también una presión de vapor muy baja (8,15×10-8 a 2000 °C), el tungsteno se encuentra en la lista de candidatos principales de los materiales de ingeniería para aplicaciones de alta temperatura (Tungsten Properties 2011).
El tungsteno y sus productos son una colección de diferentes propiedades físicas y mecánicas superiores; una o más de las siguientes estrategias son determinantes en cualquier procedimiento de selección de materiales:
- La fatiga térmica causada por la expansión térmica no uniforme se considera uno de los principales mecanismos de fallo para los sistemas de múltiples componentes; al poseer un coeficiente de expansión térmica muy bajo, el tungsteno ofrece una excelente estabilidad dimensional.
- Componentes destinados a ser utilizados en aplicaciones de alta temperatura son siempre susceptibles a la pérdida de material debido a la tasa de evaporación exponencialmente mayor; debido muy baja presión de vapor, el tungsteno es un material candidato prometedor para muchas aplicaciones de alta temperatura.
- Junto con la baja presión de vapor, poseer resistividad eléctrica excepcionalmente baja (5.28 μΩ.Cm a 25 °ÂÂÂC) hace que el tungsteno sea un excelente material conductor de corriente a temperaturas elevadas (Propiedades del tungsteno 2011).
- Conectado con las propiedades físicas intrínsecas del tungsteno, y principalmente relacionado con la alta conductividad eléctrica del tungsteno, el tungsteno ofrece una excelente conductividad térmica (175 W.m-1K-1 a 25 °C). Debido a esta alta conductividad junto con su estabilidad dimensional (debido a la baja expansión térmica), el tungsteno es un material prometedor para la disipación de calor en los sistemas integrados (Propiedades del tungsteno 2011).
- Junto con las propiedades mecánicas superiores, se requiere una densidad muy alta para los materiales candidatos para su uso en aplicaciones que esperan transferir el momento máximo (o disipar la energía cinética), como los misiles antitanque. El tungsteno posee la mayor densidad (19,25 gr.cm-3 a 25 °C) entre los materiales de ingeniería. (Se sabe que el iridio y el osmio tienen densidades aún más altas -alrededor de 22,50 gr.cm-3 a 25 °C- pero no se utilizan tan comúnmente como el tungsteno debido a su alto precio). Básicamente, el tungsteno es el elemento clave para las llamadas aleaciones pesadas (Propiedades del tungsteno 2011) (Ho 2007).
En general, en cualquier estrategia de selección de materiales en la que se selecciona el tungsteno (pero sobre todo sus compuestos o aleaciones), una combinación de una o más propiedades físicas del tungsteno junto con sus propiedades mecánicas superiores a alta temperatura llevaron a este elemento al primer puesto de la lista. Debido a su precio relativamente elevado, el tungsteno no es la mejor opción para aplicaciones de baja temperatura. Teniendo en cuenta que los compuestos de tungsteno pueden ofrecer una amplia gama de propiedades mecánicas, se discutirán por separado para aplicaciones particulares.
Además de todas las aplicaciones convencionales del tungsteno (especialmente sus compuestos), las nuevas aplicaciones emergentes de alta tecnología basadas principalmente en las propiedades físicas intrínsecas del tungsteno, y en particular su estructura electrónica, se han desarrollado fuertemente; en este contexto, pueden destacarse especialmente los catalizadores críticos para varios procesos importantes en refinerías y células completas. Estas aplicaciones se discutirán en detalle en los próximos capítulos.