Beim exothermen Schweißen reduziert Aluminiumstaub das Oxid eines anderenMetall, am häufigstenEisenoxid, da Aluminium sehr reaktiv ist. Eisen(III)-oxid wird häufig verwendet:
{\displaystyle \mathrm {Fe_{2}O_{3}+2\ Al\longrightarrow 2\ Fe+Al_{2}O_{3}}} }
Die Produkte sindAluminiumoxid, freies ElementarEisenund eine große Menge anHitzeDie Reaktanten sind üblicherweisegepulvertund mit einem Bindemittel vermischt, um das Material fest zu halten und eine Trennung zu verhindern.
Normalerweise besteht die Reaktionszusammensetzung aus fünf TeilenEisenoxidrotes (Rost-)Pulver und drei TeileAluminiumPulver nach Gewicht, bei hohen Temperaturen entzündet. Ein starkexotherm(Wärme erzeugende) Reaktion auftritt, die überReduktion und Oxidationerzeugt eine weißglühende Masse aus geschmolzenemEisenund einSchlackevonfeuerfestAluminiumoxid. Das geschmolzene Eisen ist das eigentliche Schweißmaterial; das Aluminiumoxid hat eine viel geringere Dichte als das flüssige Eisen und schwimmt daher bei der Reaktion nach oben. Daher muss bei der Schweißvorbereitung berücksichtigt werden, dass sich das eigentliche geschmolzene Metall am Boden desTiegelund von schwimmender Schlacke bedeckt.
Um das jeweilige Metall in seiner elementaren Form zu erzeugen, können auch andere Metalloxide, wie etwa Chromoxid, verwendet werden.KupferThermit wird auf der Basis von Kupferoxid zur Herstellung elektrischer Verbindungen verwendet:
{\displaystyle \mathrm {3\ Cu_{2}O+2Al\longrightarrow 6\ Cu+Al_{2}O_{3}} }
Thermitschweißen wird häufig zum Schweißen von Eisenbahnschienen verwendet. Eine der ersten Eisenbahnen, die den Einsatz des Thermitschweißens erprobten, war dieDelaware- und Hudson-Eisenbahnin den Vereinigten Staaten im Jahr 1935[3]Die Schweißqualität von chemisch reinem Thermit ist gering aufgrund der geringen Wärmeeindringung in die zu verbindenden Metalle und der sehr geringenKohlenstoffund Legierungsgehalt im nahezu reinen geschmolzenen Eisen. Um einwandfreie Eisenbahnschweißnähte zu erhalten, werden die Enden der Schienen, die mit Thermit geschweißt werden, mit einem Brenner auf orange Hitze vorgewärmt, um sicherzustellen, dass der geschmolzene Stahl während des Gießens nicht abkühlt. Da die Thermitreaktion relativ reines Eisen ergibt, nicht den viel festeren Stahl, werden der Thermitmischung einige kleine Pellets oder Stäbe aus kohlenstoffreichem Legierungsmetall beigefügt; diese Legierungsmaterialien schmelzen durch die Hitze der Thermitreaktion und vermischen sich mit dem Schweißmetall. Die Zusammensetzung der Legierungsperlen variiert je nach der zu schweißenden Schienenlegierung.
Die Reaktion erreicht sehr hohe Temperaturen, abhängig vom verwendeten Metalloxid. Die Reaktanten werden üblicherweise in Pulverform geliefert, wobei die Reaktion durch einen Funken eines Feuerzeugs ausgelöst wird. Die Aktivierungsenergie für diese Reaktion ist jedoch sehr hoch, und die Initiierung erfordert entweder die Verwendung eines „Booster“-Materials wie pulverförmigesMagnesiumMetall oder eine sehr heiße Flammenquelle.AluminiumoxidSchlackedass es produziert wird, wird verworfen.
Beim Schweißen von Kupferleitern wird eine semipermanenteGraphitTiegelSchimmel, bei dem das durch die Reaktion erzeugte geschmolzene Kupfer durch die Form und über und um die zu schweißenden Leiter fließt und eine elektrisch leitfähige Schweißnaht zwischen ihnen bildet. Wenn das Kupfer abkühlt, wird die Form entweder abgebrochen oder an Ort und Stelle belassen. Alternativ können handgehaltene Graphittiegel verwendet werden. Zu den Vorteilen dieser Tiegel gehören Tragbarkeit, geringere Kosten (da sie wiederverwendet werden können) und Flexibilität, insbesondere bei Feldanwendungen.
