DE461960C

DE461960C - Herstellung von Einkristallkoerpern aus schwer schmelzbaren Metallen

Info

Publication number: DE461960C
Application number: DEV20199D
Authority: DE
Original assignee: VER GLUEHLAMPEN und ELEK CITAE
Current assignee: VER GLUEHLAMPEN und ELEK CITAE
Priority date: 1924-12-31
Filing date: 1925-05-05
Publication date: 1928-06-30

Description

Herstellung von Einkristallkörpern aus schwer schmelzbaren Netallen. Bekanntlich werden aus hochschmelzenden Metallen, wie Wolfram, bearbeitbare Stäbe, Blöcke auf die Weise hergestellt, daß das Oxyd des Metalls reduziert und das gewonnene Metallpulver gepreßt wird. Die erhaltenen Formstücke, meist Stäbe, werden dann bei ungefähr i ooo0 »vorgesintert<e, dann mittels Durchleitung von Wechselstrom auf hohe Weißglut erhitzt, »gesintert«. Die mittels dieses bekannten Verfahrens hergestelI-ten gesüiterten Stäbe bestellen aus einem Aggregat verschieden orientierter Kristalle von verschiedener Größe und sind mechanisch bearbeitbar, so daß aus ihnen kalt-duktile Drähte gezogen werden können.
Bei der Bearbeitung solcher Stäbe weisen aber die verschiedenen Stellen eines Stabes wegen der verschiedenen Kristallstruktur betreffend Festigkeit Abweichungen auf, %vas die Gleichmäßigkeit des Materials gefährdet.
Zur Sicherung der Gleichmäßigkeit eines Stabes in seiner ganzen Ausdehnung und hierdurch der Gleichmäßigkeit des aus diesem hergestellten Drahtes wurden schon seit längerer Zeit Verfahren gesucht, mittels welcher bei der Sinterung ein aus wenigen, am besten aus einem einzigen Kristall bestehender Stab hergestellt wird. Bei der Bearbeitung eines solchen Stabes geht zwar die Einkristallstruktur verloren, es verbleibt aber die vollkommene Gleichmäßigkeit des auf einmal zu verarbeitenden Materials.
Es wurden bereits solche aus wenigen oder aus einem einzigen Kristall bestehende Wolframstäbe hergestellt. Dieses Verfahren führte aber bei der Sinterung, auch nach mehrere Stunden lang andauernder Erhitzung in unmittelbarer Nähe des Schmelzpunktes, oft zu keinem Einkristallkörper, sondern nur zu einem aus Makrokristallen bestehenden Stab, der vor der Weiterverarbeitung am besten in die einzelnen Kristalle mechanisch geteilt werden mußte.
Laut vorliegender Erfindung entsteht der Einkristallkörper unfehlbar bereits nach einer kurz andauernden Sinterung- (5 bis io Minuten), deren Temperatur der allgemein üblichen Sinterungstemperatur entspricht, welche am besten mit 85 bis go '/" der Durchschmelzstromstärke zu kennzeichnen ist.
Bei der Ausarbeitung vorliegender Erfindung wurde von der Voraussetzung ausgegangen, daß im wesentlichen das entsprechende Verhältnis der Kristalle verschiedener Korngröße gefunden werden muß, bei welcher die mit größtem Energiegehalt versehenen kleinsten Körner ein so rapides Kristallwachstum zustande bringen, daß dieses zur Bildung des am meisten stabilen Zustandes, den der Einkristallkörperi irorstellt, führt. Die Versuche haben diese Voraussetzung bestätigt.
Das Wesen-des neuen Verfahrens besteht darin, daß die Struktur des mittels Reduktion hergestellten Metallpulvers auf die Weise beeinflußt wird, daß hierdurch die Bildung des Einkristallkörpers bereits bei kurz andauernder Sinterung gesichert wird. Die Beeinflussung erfolgt am besten während der Reduktion und besteht im wesentlichen darin, daß das Metalloxyd im Wasserstoffstrom derart durch mehrere Hitzezonen geführt wird, daß es in jedem Abschnitt gesteigerter Temperatur bis zur endgültigen Ausbildung der dieser Temperatur entsprechenden Korngröße belassen wird. Hierdurch wird ein Metallpulver gewonnen, in welchem die Körner in bezug auf Größe Abweichungen aufweisen, die durch das anzuwendende Verfahren beeinflußt werden können. Der aus dem so hergestellten Pulver gepreßte, bei ungefähr 1 0000 vorgesinterte Wolfrainstab ergibt bei einer Sinterung unter 3 0000 innerhalb weniger Minuten den Einkristallkörper.
Dieses Verfahren führt auch dann zur Bfldung des Einkristallstabes, wenn der Thoriumoxydgehalt des Metalls, deT meist unterhalb i01, zu sein pfle, bedeutend erhöht wird. Solche Stäbe mit einem mehr als i prozentigen Thoroxydgehaft waren mittels der bisher bekannten Verfahren sehr schwer bearbeitbar. DernIgegenüber sind die Stäbe nach vorliegendem Verfahren ohne Hindernisse zu bearbeiten und bis zu den dünnsten Fäden ziehbar und spiralisierbar. Bei der üblichen mechanischen Bearbeitung geht die Einkristallstruktur allmählich verloren. Die so erhaltenen, kalt duktilen Drähte mit hohem Thoriumgehalt werden mit besonderem Vorteil in Entladungsröhren (Verstärkern usw.) verwendet.
Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens sei in folgendem gegeben: Sorgfältig gereinigte Wolfram säure wird mit einer 1, 8 '/, Thoriumoxyd-gehalt des Wolframmetalls entsprechenden Thornitratlösung gleichmäßig vermengt, dann getrocknet und bei 5ool eine halbe Stunde hindurch erhitzt. Nachher wird die Säure im Wasserstoffstrom durch folgende Hitzezonen gefüht: 700', 7500, 810', 88o', 95o'. Die Dauer der ganzen Reduktion beträgt ungefähr 4 Stunden. In jeder dieser Zonen wird das Material ungefähr gleich lange belassen, wobei die entsprechende Korngrößeverteilung erreicht wird.
Es wird hierbei z. B. ein Wolframpulver erhalten, in welchem die Verteilung der Korngröße die folgende ist:

Durchmesser Kornzahl

in Mikron: in Prozenten:

von 4 bis 3 0,5

3 2 1,0

2 1,5 1,5

1,5 1 7

1 015 20

0,5 0,2 20

o,2 und kleiner 50.

Das feinste Pulver mit einem Durchmesser von o,2,u abwärts macht im Gewicht weniger als 0,5 '/" aus.
Das fertig reduzierte Metall wird zwecks Feststellung der richtigen Beschaffenheit am besten mittels Setzprobe geprüft. Es entspricht nämlich einer jeden Korngrößeverteilung ein gewisser Ablauf des Setzprozesses, der für jedes aus einer Wolframsäurepartie hergestellte Metall experimentell bestimmt wird.
Das derart hergestellte Metallpulver wird nach bekanntem Verfahren gepreßt, geglüht und, wie oben angegeben, gesintert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Einkristallkörpern (Stäben, Blöcken usw.) aus hochschmelzenden Metallen, wieWolfram, dadurch gekennzeichnet, daß in dein durch Reduktion gewonnenen Metallpulver, z. B. während des Reduktionsprozesses, bezüglich der Korngröße so große Unterschiede hervorgerufen werden, daß sich der aus dem Metallpulver auf übliche Art hergestellte Stab während des Sinterungsprozesses innerhalb weniger Minuten in einen Emkristallkörper verwandelt.
2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxyd bei der Reduktion systematisch durch mehrere höhere Teinperaturzonen geführt und in jeder einzelnen Zone zwecks Ausgestaltung der dieser Temperatur entsprechenden Korngröße so lange belassen wird, daß nach der Reduktion das Metallpulver eine Korngröße aufweist, die die Überführung in einen Einkristallkörper in wenigen Minuten ermöglicht. 3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch i und 2 zur Herstellung eines gesinterten Wolfram-Einkristallstabes oder -blockes mit mehr aJs i % Tlioriumoxyd, der durch das bekannte Hämmer- und Ziehverfahren ohne Schwierigkeiten zu kalt duktilem Draht verarbeitbar ist.