Das in der thermischen Verdampfung häufig verwendete Schiffchen ist in der Regel ein Zweikomponenten-Keramikschiffchen, das aus Titandiborid und Bornitrid besteht. Diese Kombination wird gewählt, weil sie hohen Temperaturen standhält, die elektrische Leitfähigkeit beibehält und gegenüber geschmolzenen Metallen, insbesondere Aluminium, inert bleibt.
Ausführliche Erläuterung:
Materialzusammensetzung: Das Verdampferschiffchen wird aus einer Mischung aus Titandiborid (TiB2) und Bornitrid (BN) hergestellt. Titandiborid wird wegen seiner hervorragenden Wärmebeständigkeit und seiner Inertheit gegenüber Nichteisenmetallschmelzen ausgewählt. Außerdem verbessert es die Benetzbarkeit des Bootes mit flüssigem Aluminium, was für Verfahren mit Aluminiumbedampfung von entscheidender Bedeutung ist. Bornitrid wird hinzugefügt, um den elektrischen Widerstand des Schiffchens zu regulieren, da es ein nichtleitendes Material ist.
Funktionsweise: Die Hauptfunktion des Verdampferschiffchens ist die Aufnahme des zu verdampfenden Materials, in der Regel Metalle wie Aluminium. Es dient als elektrischer Widerstandsheizer, bei dem das Boot und ein kontinuierlich zugeführter Metalldraht unter Hochvakuumbedingungen durch den Stromfluss erhitzt werden. Durch diesen Heizvorgang wird der Draht geschmolzen und anschließend verdampft, was die Abscheidung von Dünnschichten ermöglicht.
Betriebliche Anforderungen: Das Boot muss bei Temperaturen betrieben werden, die deutlich über der Verdampfungstemperatur des darin enthaltenen Materials liegen. Diese Anforderung gewährleistet eine effiziente und gleichmäßige Verdampfung des Materials. Das Design und die Materialzusammensetzung des Schiffchens sind entscheidend für die Aufrechterhaltung dieser hohen Temperaturen ohne Zersetzung oder Reaktion mit dem geschmolzenen Metall.
Vielseitigkeit und individuelle Anpassung: Verdampferschiffchen sind aufgrund ihrer einfachen Handhabung und ihres breiten Leistungsspektrums in verschiedenen Dünnschicht-Beschichtungsprozessen sehr beliebt. Sie können nach Maß gefertigt werden, um spezifischen Anforderungen gerecht zu werden und die Kompatibilität mit verschiedenen Materialien und Verdampfungsraten zu gewährleisten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Verdampferschiffchen in der thermischen Verdampfung eine wichtige Komponente ist, die aus einer speziellen Keramikmischung hergestellt wird, die eine hohe thermische Beständigkeit, elektrische Leitfähigkeit und chemische Inertheit kombiniert und somit ideal für die Handhabung und Verdampfung von Materialien unter Hochvakuumbedingungen ist.
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Die Wärmebehandlung von Molybdän umfasst mehrere Verfahren zur Verbesserung seiner Eigenschaften, insbesondere seiner Festigkeit, Duktilität und Kriechbeständigkeit. Molybdän reagiert empfindlich auf Sauerstoff und Feuchtigkeit, wodurch es spröde und rissanfällig werden kann. Daher wird es häufig mit Materialien wie Titan, Kupfer, Zirkonium und anderen legiert, um seine Leistungsfähigkeit zu verbessern. Der Wärmebehandlungsprozess umfasst in der Regel Sintern, Schmieden und Bearbeiten, um die gewünschte Oberflächenrauheit und strukturelle Integrität zu erreichen.
Sintern: Molybdän wird zunächst durch einen Sinterprozess verarbeitet, bei dem das Molybdänpulver in einer kontrollierten Umgebung erhitzt wird, um die Partikel miteinander zu verbinden, ohne das gesamte Material zu schmelzen. Dies geschieht in der Regel in einem wassergekühlten Sinterofen mit zirkulierender Mittelfrequenz, der dazu beiträgt, die Integrität des Materials zu erhalten. Der Sinterprozess dauert etwa 9-10 Stunden.
Schmieden: Nach dem Sintern wird der Molybdänstab mit einem Lufthammer mit einer Schlagkraft von 1000 kg geschmiedet. Dieser Vorgang wird 30-40 Mal wiederholt, um das Molybdän zu formen und zu verfestigen. Durch das Schmieden werden die Duktilität des Materials und seine Widerstandsfähigkeit gegen Verformung unter Belastung verbessert.
Spanende Bearbeitung: Der letzte Schritt der Wärmebehandlung von Molybdän besteht in der maschinellen Bearbeitung, um Rillen zu formen und die Stirnfläche zu bearbeiten. Dadurch wird sichergestellt, dass der Molybdän-Tiegel die gewünschte Oberflächenrauheit erhält, die für seine Leistung bei Hochtemperaturanwendungen entscheidend ist. Die Oberflächenrauhigkeit muss in der Regel zwischen Ra1,6 und Ra3,2μm liegen.
Diese Schritte sind entscheidend für die Vorbereitung von Molybdän für den Einsatz in Hochtemperaturanwendungen wie Öfen, wo es extremen Bedingungen standhalten muss, ohne zu versagen. Die Wärmebehandlungsverfahren verbessern nicht nur die mechanischen Eigenschaften von Molybdän, sondern schützen es auch vor Umwelteinflüssen wie Sauerstoff und Feuchtigkeit, die sonst seine Leistung beeinträchtigen könnten.
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Molybdän ist ein vielseitiges Metall, das aufgrund seiner hohen Festigkeit, hohen Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt wird. Seine Einsatzmöglichkeiten reichen von metallurgischen Prozessen bis hin zu fortschrittlichen technologischen Anwendungen.
Metallurgische und materialverarbeitende Industrie:
Molybdäntiegel werden häufig in der metallurgischen Industrie, in der Industrie für seltene Erden und bei der Verarbeitung von monokristallinem Silizium und künstlichen Kristallen eingesetzt. Die hohe Festigkeit und Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und Korrosion machen Molybdän-Tiegel ideal für diese Anwendungen. Allerdings wird Molybdän bei Betriebstemperaturen spröde und kann nach dem ersten Erhitzen nicht mehr zerlegt werden, so dass eine sorgfältige Handhabung erforderlich ist, um Brüche zu vermeiden.Chemische Beständigkeit:
Molybdän weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber zahlreichen Säuren, flüssigen Metallen und geschmolzenem Glas auf, insbesondere in Umgebungen ohne Oxidationsmittel. Diese Eigenschaft erweitert seine Verwendung in der chemischen Verarbeitung und der Glasherstellung.
Hochtemperatur-Öfen:
Molybdändrahtöfen werden in verschiedenen Formen wie Vakuum-, Wasserstoff- und Hochtemperaturöfen eingesetzt. In diesen Öfen wird Molybdändraht als Heizelement verwendet, wobei seine Fähigkeit, extremen Temperaturen standzuhalten, genutzt wird. Die Öfen werden unter sorgfältiger Berücksichtigung der Materialien konstruiert, um thermische Gleichmäßigkeit und Effizienz zu gewährleisten.Elektronik- und Beschichtungsindustrie:
In der CRT-Industrie ist Molybdändraht von entscheidender Bedeutung für elektronische Kanonen, die in der Bildröhrenproduktion eingesetzt werden und hohe Reinheit und spezifische mechanische Eigenschaften erfordern. Molybdänbeschichtungen werden auch in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Temperatur-, Korrosions- und Stoßbeständigkeit erfordern, wobei strenge Anforderungen an Reinheit und Oberflächenqualität gestellt werden.
Sputtering-Targets:
Molybdänstahl oder Molybdänlegierungen finden in verschiedenen Branchen Anwendung. Einige dieser Anwendungen sind:
1. Luft- und Raumfahrt: Molybdänlegierungen werden bei der Herstellung von Superlegierungen für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt verwendet. Sie werden auch zum Schmelzen reaktiver Metalle wie Titan, Zirkonium, Tantal und deren Legierungen verwendet, die in der Luft- und Raumfahrt, der chemischen, der Öl- und Gas-, der Nuklear- und der Elektronikindustrie eingesetzt werden.
2. Elektrische und elektronische Geräte: Molybdänlegierungen werden bei der Herstellung von Kupfer und Kupferlegierungen für Hochspannungsschutzschalter verwendet. Sie finden auch Anwendung bei der Herstellung von hochleistungsfähigen Molybdän-Sputter-Targets, die bei Dünnfilmbeschichtungen, CD-ROMs, Dekoration, Flachbildschirmen und optischer Informationsspeicherung zum Einsatz kommen.
3. Stahlherstellung: Molybdänstahl wird bei der Herstellung von hochfesten Stählen für Anwendungen wie Raketenstartringe, Fahrwerke und Hochdruckrohre verwendet. Er wird auch bei der Herstellung von Kugellagerstählen, Werkzeugstählen (Kalt- und Warmarbeitsstählen) für Fräser, Bohrer usw. und Gesenkstählen verwendet.
4. Hochtemperaturöfen und Verarbeitungsanlagen: Molybdänlegierungen werden für die Herstellung von Molybdänschiffchen verwendet, die als Sinterschiffchen in Hochtemperaturöfen eingesetzt werden. Diese Schiffchen werden für Vakuumverdampfungsmaterialien, Trägerschiffchen in Ofenmaschinen und in der Industrie für seltene Erden, zum Sintern von Kernbrennstoffen und zum Sintern von Kondensatoren verwendet.
Insgesamt finden Molybdänstahl und seine Legierungen in einer Vielzahl von Industriezweigen Anwendung, darunter in der Luft- und Raumfahrt, in elektrischen und elektronischen Geräten, in der Stahlproduktion und in Hochtemperaturverarbeitungsanlagen. Sie werden wegen ihrer Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, thermischen Stabilität und ihrer Fähigkeit, niedrigen und hohen Temperaturen standzuhalten, geschätzt.
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Molybdän ist ein hocheffizienter Wärmeleiter, was einer der Gründe dafür ist, dass es in verschiedenen industriellen Anwendungen, insbesondere in Hochtemperaturumgebungen, weit verbreitet ist. Seine Wärmeleitfähigkeit ist besonders hoch, so dass es sich für den Einsatz in Heizelementen und anderen Anwendungen eignet, bei denen eine effiziente Wärmeübertragung entscheidend ist.
Wärmeleitfähigkeit: Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Molybdän ist ein Schlüsselfaktor für seinen Nutzen als Heizelementmaterial. Dank dieser Eigenschaft kann es Wärme effizient übertragen, was für Prozesse wie Härten und Löten unerlässlich ist. Die Fähigkeit, Wärme effektiv zu leiten, trägt auch zu seiner Verwendung in Vakuumöfen bei, wo die Aufrechterhaltung präziser Temperaturen entscheidend ist.
Anwendung in Hochtemperaturumgebungen: Die Wärmeleitfähigkeit von Molybdän macht es ideal für den Einsatz in Hochtemperaturumgebungen, wie z. B. in der Keramik-, Glas- und Metallurgieindustrie. Molybdänbänder werden beispielsweise bei Temperaturen von 1350°C bis 1600°C eingesetzt, wobei neben der Wärmeleitfähigkeit auch der hohe Schmelzpunkt und die hohe Festigkeit genutzt werden. Dadurch eignet es sich für Anwendungen in Vakuumabschrecköfen und Vakuumlötöfen.
Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation: Molybdän hat zwar eine hohe Leitfähigkeit, ist aber auch empfindlich gegenüber Oxidation in Gegenwart von Sauerstoff und Feuchtigkeit. Diese Empfindlichkeit kann zu Veränderungen des Emissionsvermögens und schließlich zum Versagen des Materials führen, wenn es nicht richtig behandelt wird. Daher wird Molybdän häufig mit anderen Materialien legiert, um seine Betriebseigenschaften und seine Widerstandsfähigkeit gegen Umweltschäden zu verbessern.
Betriebliche Erwägungen: Trotz seiner hervorragenden thermischen Eigenschaften wird Molybdän bei sehr hohen Temperaturen (über 1700 °C) spröde und ist anfällig für physikalische Schäden. Diese Sprödigkeit kann die Handhabung und Wartung erschweren, insbesondere nach dem ersten Aufheizen. Darüber hinaus kann jeder Vakuumverlust in Systemen, die Molybdän verwenden, zu Oxidation führen, was die Verwendung weiter erschwert und strenge Betriebsverfahren zur Gewährleistung der Systemintegrität erfordert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Molybdän ein ausgezeichneter Wärmeleiter ist, was es zu einem wertvollen Material für industrielle Hochtemperaturanwendungen macht. Seine Verwendung muss jedoch sorgfältig gehandhabt werden, um Probleme im Zusammenhang mit Sprödigkeit und Oxidation zu minimieren.
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Molybdän erhöht die Korrosionsbeständigkeit aufgrund seiner inhärenten chemischen Eigenschaften und seines Verhaltens in verschiedenen Umgebungen. Es weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber zahlreichen Säuren, flüssigen Metallen und geschmolzenem Glas auf, insbesondere in Abwesenheit von Oxidationsmitteln. Diese Beständigkeit wird bei bestimmten Anwendungen noch weiter verbessert, wie z. B. bei Molybdänbooten, die im Verdampfungsprozess verwendet werden, wo seine hohe Reinheit zu seiner Festigkeit und thermischen Stabilität beiträgt.
Chemische Beständigkeit: Die chemischen Eigenschaften von Molybdän machen es sehr korrosionsbeständig. Es ist in Umgebungen mit Wasserstoff, Ammoniak und Stickstoff bis zu einer Temperatur von etwa 1100 °C relativ inert, was auf seine Stabilität in reduzierenden Atmosphären hinweist. Diese Inertheit ist entscheidend für industrielle Anwendungen, bei denen die Materialien aggressiven Chemikalien oder hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
Anwendung in Molybdänbooten: Im Rahmen von Verdampfungsprozessen werden Molybdänboote aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bevorzugt. Diese Boote werden aus hochreinem Molybdän hergestellt, das nicht nur korrosionsbeständig ist, sondern auch seine strukturelle Integrität unter hohen Temperaturen beibehält. Die Schiffchen werden zum Erhitzen und Verdampfen von Materialien verwendet, und ihre Fähigkeit, diesen Bedingungen standzuhalten, ohne zu korrodieren, ist entscheidend für die Effizienz des Prozesses und die Langlebigkeit der Ausrüstung.
Thermische Eigenschaften: Der hohe Schmelzpunkt und der niedrige Dampfdruck von Molybdän machen es für Hochtemperaturanwendungen geeignet. Da es Wärme siebenmal besser reflektiert als Stahl, ist es in Umgebungen, in denen das Wärmemanagement von entscheidender Bedeutung ist, noch nützlicher. Diese Eigenschaft trägt nicht nur dazu bei, die Integrität des Materials bei großer Hitze aufrechtzuerhalten, sondern trägt auch indirekt zu seiner Korrosionsbeständigkeit bei, indem sie die Wahrscheinlichkeit chemischer Reaktionen verringert, die zu Korrosion führen könnten.
Herausforderungen und Vorsichtsmaßnahmen: Trotz seiner Vorteile kann Molybdän bei Betriebstemperaturen spröde werden und neigt dazu, in Gegenwart von Sauerstoff Oxide zu bilden, was sein Emissionsvermögen und seine Gesamtleistung beeinträchtigen kann. Diese Herausforderungen erfordern eine sorgfältige Handhabung und Wartung, um Schäden zu vermeiden und eine dauerhafte Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Korrosionsbeständigkeit von Molybdän das Ergebnis seiner chemischen Inertheit, seiner Hochtemperaturstabilität und seiner effektiven Wärmereflexionseigenschaften ist. Diese Eigenschaften sind besonders vorteilhaft bei industriellen Anwendungen wie Verdampfungsprozessen, bei denen die Materialien rauen Bedingungen standhalten müssen, ohne sich zu zersetzen. Allerdings ist eine sorgfältige Handhabung und Wartung erforderlich, um mögliche Probleme im Zusammenhang mit Sprödigkeit und Oxidation zu vermeiden.
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Molybdän ist ein vielseitiges Metall mit hoher Festigkeit, Hochtemperatur- und Korrosionsbeständigkeit, das sich für verschiedene industrielle Anwendungen eignet. Hier sind fünf gängige Verwendungszwecke für Molybdän:
Metallurgie und Seltene-Erden-Industrie: Molybdän-Tiegel werden in diesen Industrien aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und Korrosion häufig verwendet. Sie sind unverzichtbar bei Prozessen, die das Schmelzen und die Verarbeitung von Metallen und Seltenen Erden beinhalten.
Anwendungen von Vakuumöfen: In der Vergangenheit wurden Molybdänelemente in großem Umfang in Vakuumöfen zur Wärmebehandlung und zum Löten eingesetzt. Obwohl Heizelemente aus Graphit aufgrund von Fortschritten bei ihrer Konstruktion und Herstellung immer beliebter werden, spielt Molybdän in Hochtemperatur-Vakuumumgebungen, in denen seine Eigenschaften von Vorteil sind, immer noch eine entscheidende Rolle.
Verdampferkessel in der Vakuumverdampfung: Molybdänboote werden für den Transport von Materialien in Vakuumverdampfungsprozessen verwendet. Ihre Fähigkeit, sowohl niedrigen als auch hohen Temperaturen standzuhalten, ohne sich zu zersetzen, macht sie ideal für diese Anwendung. Sie werden auch in der Industrie für seltene Erden, beim Sintern von Kernbrennstoffen und beim Sintern von Kondensatoren eingesetzt.
Hochtemperaturofen-Elemente: Molybdändraht wird als Heizelement in Hochtemperaturöfen verwendet. Diese Öfen werden in verschiedenen Arten von Hochtemperaturprozessen eingesetzt, einschließlich Sintern und Wärmebehandlung, bei denen die Stabilität und Haltbarkeit von Molybdän entscheidend sind.
Elektronik- und Beschichtungsindustrie: Molybdändraht wird in der CRT-Industrie für elektronische Kanonen in der Bildröhrenproduktion verwendet, wo seine hohe Reinheit und seine spezifischen mechanischen Eigenschaften von entscheidender Bedeutung sind. Darüber hinaus werden Molybdänbeschichtungen in Industrien eingesetzt, die eine hohe Temperatur-, Korrosions- und Schlagfestigkeit erfordern, wie z. B. bei der Herstellung von CD-ROMs, Flachbildschirmen und funktionellen Beschichtungen.
Diese Anwendungen unterstreichen die einzigartigen Eigenschaften von Molybdän, die es in zahlreichen Hightech- und Industriesektoren unverzichtbar machen.
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Blech als Werkstoff und Verfahren bietet mehrere Vor- und Nachteile und wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Im Folgenden finden Sie eine Zusammenfassung der wichtigsten Aspekte:
Vorteile:
Benachteiligungen:
Verwendungen:
Erläuterung:
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Blech aufgrund seiner Festigkeit, Kosteneffizienz und Wiederverwertbarkeit ein vielseitiges und weit verbreitetes Material ist. Es ist jedoch wichtig, seine Anfälligkeit für Korrosion und Wärmeausdehnung bei bestimmten Anwendungen zu berücksichtigen.
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Bei der Verdampfungsmethode der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) wird ein Material in einer Hochvakuumumgebung erhitzt, bis es seinen Verdampfungspunkt erreicht und in einen Dampf umgewandelt wird, der dann auf einem Substrat kondensiert und eine dünne Beschichtung bildet. Dieses Verfahren ist besonders einfach und effizient, weshalb es sich für die Beschichtung einer Vielzahl von Materialien eignet, darunter Metalle, Halbleiter und Verbundwerkstoffe.
Zusammenfassung der Verdampfungsmethode:
Die verdampften Moleküle wandern durch die Vakuumkammer und lagern sich auf dem Substrat ab, wo sie Keime bilden und eine dünne Schicht aufbringen. Dieser Prozess wird durch die thermische Energie des Dampfes begünstigt, die es ihm ermöglicht, die Kammer zu durchqueren und auf dem Substrat zu haften.
Sobald das verdampfte Material das Substrat erreicht, kondensiert es und bildet einen dünnen Film. Dieser Film kann aufgrund der geringen Energie der auf die Substratoberfläche auftreffenden Ionen eine andere Mikrostruktur als das Massenmaterial aufweisen. Um dies abzumildern, kann das Substrat auf Temperaturen zwischen 250 °C und 350 °C erhitzt werden, was zu einer gleichmäßigeren und besser haftenden Beschichtung führt.Vergleich mit anderen PVD-Verfahren:
Im Vergleich zu anderen PVD-Verfahren wie dem Sputtern bietet das Aufdampfverfahren höhere Abscheideraten und ist einfacher zu handhaben, insbesondere bei Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt. Es kann jedoch eine zusätzliche Erwärmung des Substrats erforderlich sein, um die Qualität der abgeschiedenen Schicht zu gewährleisten, was bei der Wahl dieses Verfahrens gegenüber anderen zu berücksichtigen ist.
Der Hauptunterschied zwischen Walzen und Biegen liegt in der Methode und dem Zweck der Metallverformung. Beim Walzen wird das Metall durch einen Satz rotierender Walzen geführt, um seine Dicke zu verringern und seine Länge zu vergrößern, was häufig zu einer einheitlichen Querschnittsfläche führt. Dieses Verfahren wird in der Regel zur Herstellung von Blechen oder Platten verwendet. Im Gegensatz dazu ist das Biegen ein Verfahren, bei dem Metall durch Anwendung von Kraft verformt wird, um eine Krümmung entlang einer bestimmten Achse zu erzeugen, wobei die Form verändert wird, ohne die Dicke wesentlich zu verändern.
Walzen:
Das Walzen ist ein Metallumformungsverfahren, bei dem das Metallmaterial durch ein Walzenpaar geführt wird. Walzwerke dienen dazu, die Dicke des Metalls zu verringern oder es gleichmäßiger zu machen. Das Verfahren kann entweder heiß (oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Metalls) oder kalt (unterhalb der Rekristallisationstemperatur) durchgeführt werden. Das Warmwalzen wird in der Regel für größere Werkstücke und für Werkstoffe verwendet, die sich nur schwer kalt walzen lassen, während das Kaltwalzen die Festigkeit und Härte des Metalls durch Kaltverfestigung erhöht. Beim Walzen durchlaufen die Walzen mehrere Durchgänge, wobei der Spalt zwischen den Walzen jedes Mal kleiner wird, um die Dicke des Metalls allmählich zu verringern.Biegen:
Das Biegen hingegen ist ein Verfahren, bei dem Metall entlang einer bestimmten Achse verformt wird, um eine gewünschte Form oder Krümmung zu erzeugen. Dies wird in der Regel erreicht, indem mit Werkzeugen wie Abkantpressen, Walzen oder anderen Biegemaschinen Kraft auf das Metall ausgeübt wird. Das Metall wird lokal verformt, und die Dicke bleibt relativ unverändert. Das Biegen kann mit verschiedenen Methoden erfolgen, z. B. mit dem Luftbiegeverfahren, dem Bodenbiegeverfahren und dem Prägeverfahren, je nach der erforderlichen Präzision und den Eigenschaften des Materials. Ziel des Biegens ist es, bestimmte Formen zu schaffen, z. B. Winkel, Kanäle oder komplexe Kurven, die in verschiedenen Anwendungen wie Strukturbauteilen, Rahmen und Gehäusen verwendet werden.