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Pyrophore Legierung
Pyrophore Legierungen werden seit etwa 60 Jahren industriell hergestellt, dienen in Form von Zündsteinen, als Zündmetall usw. vielfältigen Zwecken und sind relativ gut untersucht. Bisher wurden aller- dings fast nur die Metalle der Seltenen Erden in Verbindung mit den verschiedensten Legierungselementen zur Herstellung pyrophorer Legierungen verwendet. Die bisher bekannten Legierungen stellen jedoch in bezug auf ihre Zündfähigkeit und Ausgiebigkeit keinesfalls das technische und wirtschaftliche Optimum dar und sind für manche, an sich interessante Anwendungszwecke ungeeignet.
Eine pyrophore Legierung ist dann als optimal anzusehen, wenn sie möglichst hohe Zündfähigkeit mit möglichst geringem Verbrauch an Zündmittel verbindet. Ein geeignetes Mass für die Zündfähigkeit ist die molare Verbrennungswärme der in der Legierung enthaltenen pyrophoren Substanz. Grössere molare Verbrennungswärme bedeutet eine höhere Funkentemperatur und damit bessere Zündfähigkeit. Der Verbrauch an Zündmittel hingegen ist unter sonst gleichen Bedingungen von der Härte der pyrophoren Legierung abhängig. Erwünscht ist eine dem jeweiligen Verwendungszweck anpassbare Härte, die die Erzeugung einer zur Zündung gerade ausreichenden, jedoch nicht überflüssig intensiven Funkengarbe gestattet.
Untersucht man nun die bisher bekanntgewordenen pyrophoren Legierungen, so zeigt sich, dass deren Zündfähigkeit für viele Anwendungen ungenügend und ihre Härte und Zündtemperatur kaum zu beeinflussen sind.
Ausgedehnte eigene Untersuchungen haben nun die überraschende Tatsache ergeben, dass pyrophore Legierungen hervorragender Qualität in bezug auf Zündfähigkeit, Ausgiebigkeit und Lagerbeständigkeit mit Uran als pyrophorer Substanz herstellbar sind. Erfindungsgemäss werden daher Uranlegierungen zur Herstellung von Zündmitteln verwendet und lässt sich deren Härte und Zündtemperatur durch die Zusammensetzung, durch die Korngrösse sowie durch das im Zündmittel vorhandene Porenvolumen in weiten Grenzen verändern.
Im Vergleich zu den herkömmlichen Legierungen zeigen pyrophore Legierungen auf Uranbasis wesentliche Vorteile. Die molare Verbrennungswärme von Uran und damit die Zündfähigkeit ist gegenüber Cer und Cer-Mischmetall wesentlich gesteigert (molare Verbrennungswärme von Uran - 294 kcal, von Cer und Cer-Mischmetall :-233 kcal). Die Härte und damit der Verbrauch an Zündmittel kann bei Uranlegie- rungen durch zwei verschiedene Methoden, die einzeln oder gemeinsam angewendet werden können, beeinflusst werden. Einerseits können durch Zugabe der verschiedensten Elemente, wie beispielsweise Mg, Ca, Sr, Ba, Cu, Ag, Zn, Cd, AI, Si, Sn, Pb, As, Sb, Bi sowie den Übergangsmetallen der IV.-VIII.
Gruppe des Periodensystems, Legierungen mit verschiedener Härte, aber nahezu unveränderter Zündfähigkeit hergestellt werden. Anderseits kann durch Schaffung von Poren in der Legierung die Härte des Zündmittels bei gleicher chemischer Zusammensetzung vermindert werden.
Die Zündtemperatur sowie die Funkentemperatur der pyrophoren Uranlegierungen sind schliesslich von der Korngrösse der Legierungsbestandteile, die ihrerseits durch die Herstellungsbedingungen beeinflussbar ist, abhängig, u. zw. wird bei kleiner werdender Korngrösse die Zündtemperatur vermindert sowie die Funkentemperatur erhöht. Bei sonst gleichen Eigenschaften sind somit pyrophore Uranlegierungen verschiedener Zünd- und Funkentemperatur herstellbar.
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Schliesslich sei festgestellt, dass die Eigenschaften der pyrophoren Uranlegierungen unabhängig von der Isotopenzusammensetzung des Urans sind. Mit wirtschaftlichem Vorteil werden daher die bei der Ge- winnung von Uran235 zwangsläufig anfallenden Rückstände an Uran238-Metall zur Herstellung der pyrophoren
Uranlegierungen verwendet, so dass auf Uranbasis pyrophore Legierungen mit besseren Eigenschaften zu i niedrigeren Kosten als auf herkömmliche Weise herstellbar sind.
Als Legierungselemente der pyrophoren Uranlegierungen kommen vor allem Mg, Ca, Sr, Ba, Cu,
Ag, Zn, Cd, AI, Si, Sn, Pb, As, Sb, Bi sowie die Übergangsmetalle der IV.-VIII.Gruppe des Perioden- systems in Frage, deren Anteil nicht mehr als zusammen 40 Gew. -0/0 betragen darf, ohne die Pyrophorität und Zündfähigkeit zubeeinträchtigen. Enthält die pyrophore Uranlegierung Seltene Erdmetalle oder Misch- metall bis zu maximal 50 Gew. -0/0, so wird die Pyrophorität in nicht vorherzusehender Weise weit über das durch Uran oder Seltenes Erdmetall allein gegebene Ausmass gesteigert.
Tabelle I gibt einen kleinen Überblick über erprobte pyrophore Legierungen auf Uranbasis, ohne den
Umfang der Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken.
Tabelle I
EMI2.1
<tb>
<tb> Legierung <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> H <SEP> HI <SEP> IV <SEP> V <SEP> VI <SEP> VE <SEP>
<tb> Uran <SEP> Gew.-% <SEP> 97, <SEP> 0 <SEP> 94, <SEP> 0 <SEP> 80, <SEP> 0 <SEP> 61, <SEP> 0 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 35, <SEP> 0 <SEP> 25, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Seltene <SEP> Erdmetalle, <SEP> Gew.-% <SEP> < 0,01 <SEP> < 0,01 <SEP> 5,0 <SEP> 7,0 <SEP> 45,0 <SEP> 27,0 <SEP> 41,0
<tb> Sonstige <SEP> Legierungselemente
<tb> Gew.
<SEP> -% <SEP> 3,0 <SEP> 6,0 <SEP> 15,0 <SEP> 32,0 <SEP> 5,0 <SEP> 38,0 <SEP> 34,0
<tb> Porenvolumen <SEP> % <SEP> 0-50 <SEP> 10-30 <SEP> 0-20 <SEP> 20-60 <SEP> 40-80 <SEP> 0-30 <SEP> 20-40
<tb>
EMI2.2
EMI2.3
<tb>
<tb> beispielsweise <SEP> Gie-Legierungselemente
<tb> % <SEP> I <SEP> II <SEP> in <SEP> IV <SEP> V <SEP> VI <SEP> VII <SEP>
<tb> U <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 97,0 <SEP> 61,0 <SEP> 50,0 <SEP> 35,0
<tb> Cer-Metalle <SEP> 75, <SEP> 3 <SEP> 70, <SEP> 2 <SEP> 78, <SEP> 0-7, <SEP> 0 <SEP> 45, <SEP> 0 <SEP> 27, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Fe <SEP> 17, <SEP> 3 <SEP> 27, <SEP> 8 <SEP> 19, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP> 8, <SEP> 0 <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> 15, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Zn <SEP> 4, <SEP> 4---2, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Mg <SEP> 2,2 <SEP> 1,8 <SEP> 0,4 <SEP> - <SEP> 1,0 <SEP> 0,5 <SEP> 2,0
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 2,
<SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 6, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Ca <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP>
<tb> AI----12, <SEP> 0-8, <SEP> 0 <SEP>
<tb>
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Tabelle II (Fortsetzung) Vergleich von Härte und Abbrand von bekannten Zündlegierungen auf Cer-Eisen-Basis (I-III) mit pyrophoren Uran-Legierungen (IV-VII)
Legierungsnummer
EMI3.1
<tb>
<tb> Legierungselemente <SEP> % <SEP> I <SEP> II <SEP> III <SEP> IV <SEP> V <SEP> VI <SEP> VII
<tb> Sb----0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Porenvolumen
<tb> % <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0-30 <SEP> 0-15 <SEP> 0-30 <SEP> 10-30
<tb> Vickershärte
<tb> kg/mm <SEP> 125 <SEP> 135 <SEP> 130 <SEP> 140-110 <SEP> 170-120 <SEP> 140-190 <SEP> 110-70
<tb> Abbrand <SEP> mg/100
<tb> Zündvorgängen <SEP> 40,0 <SEP> 45,0 <SEP> 37,
0 <SEP> 17-22 <SEP> 13-19 <SEP> 15-23 <SEP> 18-27
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1. Pyrophore Legierung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 21-99 Gew.-% Uran, bis zu 50 Gew. -% aus Metallen der Seltenen Erden und bis zu 40 Gew.-% aus Übergangsmetallen der IV.-VIII.
Gruppe des Periodensystems der Elemente und/oder Mg, Ca, Sr, Ba, Cu, Ag, Zn, Cd, AI, Si, Sn, Pb, As, Sb, Bi besteht.