DE681403C - Verfarhen zur Herstellung von Formkoerpern, insbesondere fuer elektrische Zwecke - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere für elektrische Zwecke Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 'Formkörpern, insbesondere für elektrische Zwecke, die aus mindestens je einem hochschmelzenden und einem niedriger schmelzenden Metall zusammengesetzt werden.
• Solche Werkstoffe wurden bereits in verschiedenster Art vorgeschlagen, so z. B. als .Legierungen verschiedener Metalle, insbesondere von Schwer- und Leichtmetallen, mit dem Ziele, besondere Festigkeit bei verhältnismäßig geringem Gewicht oder leichter Formbarkeit (Gießarbeit) zu liefern oder große elektrische Leitfähigkeit bei ausreichender mechanischer Festigkeit, aber geringem Gewicht zu erreichen. Ebenso wurden solche aus harten und weichen Metallen zusammengesetzte Körper hergestellt, um eine größere mechanische Festigkeit bei leichterer Verarbeitbarkeit und Formbarkeit zu erreichen, wobei auch ihre elektrische Leitfähigkeit ausgenutzt und sogar verbessert werden konnte. Für die Zusammensetzung solcher Werkstoffe ist aber auch oft die erforderliche Beständigkeit gegen den Angriff der Atmosphärilien, insbesondere Feuchtigkeit und Sauerstoff, maßgebend.
• Insbesondere hat man versucht, harte Metalle, wie z. B. Wolfram oder Molybdän, mit weicheren Metallen, wie z. B. Kupfer, Silber usw., zu vereinigen. Man verfuhr hierbei so, daß man aus den harten Metallen ein Pulver herstellte und dieses preßte und niedrig sinterte, also bei Temperaturen behandelte, bei denen die Pulverteilchen an .den aneinanderliegenden Kanten zu verschweißen beginnen, ohne daß aber die Sinterung bis zur Bildung eines möglichst dichten Körpers getrieben wurde. Dien :so gebildeten zusammenhängenden, porösen Körper ließ man dann geschmolzenes Metall durch Einseigern aufnehmen. Je nach der Porosität des niedrig gesinterten Körpers und den Eigenschaften der verwendeten Metalle wird das geschmolzene Metall mehr oder minder tief in den Sinterkörper eindringen und ein mehr oder minder dichtes Enderzeugnis erhalten werden. Ebenso hat man aus höher und niedriger schmelzenden Metallpulvern ein Gemisch hergestellt und die niedriger schmelzenden Metalle zum Schmelzen gebracht.
• Die Erfindung stellt nun fest, daß solcher Art aus harten und weichen Metallen gebildete Werkstoffe nicht Bestwerte an Festigkeit oder Bearbeitbarkeit oder elektrischer Leitfähigkeit aufweisen. Denn es ist klar, daß in dem lediglich niedrig gesinterten Ausgangskörper nur ein loser Zusammenhalt der einzelnen Teilchen geschaffen ist und darum geringere mechanische Festigkeit und infolgedessen Bearbeitbarkeit, ebenso aber auch geringere elektrische Leitfähigkeit je Volumeneinheit des Materials vorliegen muß. Mangelnde Festigkeit und Zusammenhalt können aber nicht dadurch beseitigt werden, daß ein anderes und noch dazu weiches Metall in unbeherrschbarer Weise eingeseigert wird. Das eingeseigerte Metall wird sich beim Albkühlen kaum in gleicher Weise zusammenziehen wie der durch niedrige Sinterung gebildete poröse Aufnahmekörper, so daß Spannungen oder Zwischenräume unvermeidlich sind: Hiermit ist aber auch geringere elektrische Leitfähigkeit ebenso wie beschränkte mechanische Verarbeitbarkeit verbunden.
• Die Erfindung besteht nun -darin, daß man ein oder mehrere der höher schmelzenden und härteren Metalle Molybdän, Wolfram und Tantal in Form von Pulvern, Oxyden oder sonstigen Verbindungen durch Sintern oder Schmelzen verfestigt, gegebenenfalls auch noch mechanisch durcharbeitet und sodann vorzugsweise zu dem herstellbaren feinsten Pulver zerkleinert. Das so erhaltene, infolge Sinterns oder Schmelzens und gegebenenfalls mechanischer Durcharbeitung, z. B. durch Walzen, Hämmern, Ziehen; auf größte Dichte und damit ebensowohl mechanische Festigkeit als auch elektrische Leitfähigkeit gebrachte, regelmäßig fein kristallinische Pulver wird sodann mit einem oder mehreren weichen Metallen vergossen: Als solche weichenMetalle kommen Silber, Gold, Aluminium, Kupfer, Platin, Zinn, Zink in Betracht. Die Auswahl ebensowohl der harten als auch der weichen Metalle hat unter. dem Gesichtspunkt zu erfolgen, welche Eigenschäften man dem erhaltenen Körper erteilen will, ob also seine Härte oder aber seine Formbarkeit überwiegen soll, ob auf geringeres Gewicht, große Leitfähigkeit oder/und große Korrosionsbeständigkeit Wert gelegt wird.
• Zu betonen ist auch, 'daß nicht etwa auf Legierungsbildung ausschlaggebender Wert gelegt wird, daß also nicht etwa darauf Bedacht zu nehmen ist, daß die weichen Metalle in die harten Metalle zumindest in Oberflächenschichten eindringen und eine feste `Lösung ergeben, sondern daß die bloße mechanische Einlagerung :des harten -Metalls in das weiche bzw. die Verbindung 'des harten Metalls durch das weiche nach Art eines Bindemittels für .die Zwecke der Erfindung bereits ausreicht.
• Hiernach hat auch die Wahl der Menge von hartem und weichem Metall zu erfolgen. Es kann genügen, daß die Menge des weichen Metalls nur bis 15'/, der Gesamtmenge des Werkstoffs ausmacht und somit nur als Bindemittel wirkt. In anderen Fällen soll, das weiche Metall aber nicht nur als Bindemittel wirken, sondern es stellt in erster Linie den Baustoff dar, der in seiner Oberflächenbeschaffenheit (Härte) nur durch den Zusatz der harten Metalle verbessert werden soll; dann kann die Menge der weichen Metalle gesteigert werden und gleich oder größer als diejenige der harten Metalle gewählt werden, deren Anwesenheit sogar bis auf 2o, ro und noch weniger Prozent beschränkt wer-,den kann.
• Zur Herstellung des Formkörpers verfährt ,man dann in der Weise, däß man entweder die dichten und fest bleibenden Hartmetallpulver mit dem flüssigen weichen Metall umgießt. Man kann aber auch Teile des weichen Metalls in fester Form, insbesondere von Pulvern, dem Pulver aus hartem Metall beimengen und dann das Ganze mit dem Rest weichen Metalls, das vorher schmelzflüssig gemacht ist, vergießen. Vorteilhaft wird hierbei das Ganze auf solcher Temperatur erhalten, däß auch die beigemengten weichen Metallpulver schmelzen und dem zugegossenen Weichmetall einverleibt werden.
• Schließlich kann man derart verfahren, daß man sowohl harte als auch weiche Metalle zerkleinert, mischt und hierauf das Ganze so weit erhitzt, daß das weiche Metall schmilzt und beim Erkalten das harte Metall einschließt, .das seinerseits wiederum gleichmäßig im erkalteten weichen Metall verteilt sein wird.
• Auf diese Weise kann man zunächst ganze Blöcke oder Barren beliebiger Form und Größe erhalten, .die durchaus homogen sind und aus denen mandann durch Behandlung in der Wärme, wie z. B. Umgießen, oder durch mechanische Bearbeitung in der Wärme oder Kälte, wie z. B. Hämmern, Walzen, Ziehen, Schneiden, den gewünschten Gegenstand schließlich herstellt.
• Es -ist aber auch möglich, unmittelbar den gewünschten Gegenstand zu erhalten, indem man das Metallpulvergemisch in eine entsprechende Form einsetzt und in ihr den Weichmetallteii zum Schmelzen bringt oder so weit abweicht, daß er beim Erkalten den Hartrnetallteil in sich aufnimmt und den gewünschten Körper großer Homogenität und gleichmäßiger Dichte ergibt.
• Mitunter ist aber auch erwünscht, nur bestimmte Teile des zu erhaltenden Körpers, also einen Verbundkörper, herzustellen, wenn es sich z.-B. um einen Kontaktstift handelt, bei dem nur die äußere Kontaktfläche ebensowohl hart als auch leicht bearbeitbar und gegen Oxydation widerstandsfähig sein soll, während der übrige Teil des Kontaktstiftes in einer- Fassung gehalten und hierdurch geschützt sein und jedenfalls nicht gleiche Widerstandsfähigkeit wie die Kontaktfläche aufweisen muß. In solchem Fall wird man erfindungsgemäß z. B. so verfahren, daß man das Metallbad, in welchem die weichen Metalle flüssig und die harten und schweren Metalle fest sind, gewisse Zeit heißflüssig abstehen läßt, wobei sich die schweren, harten Metallpulver langsam nach unten bewegen können und zumindest eine Anreicherung des Bades an harten Metallen bzw. Metallpulvern im unteren Teil entsteht, worauf man das Bad erstarren läßt.
• Hiernach ist man imstande, Körper vorläufiger oder endgültiger Form mit bestimmten Eigenschaften herzustellen, die wegen ihres geeignet gewählten Gehalts an harten Metallen beliebige Festigkeit und ihres geeignet gewählten Gehaltes an weichen Metallen gute Leitfähigkeit besitzen, schwer oxydierbar sind und weit wirtschaftlicher und somit billiger hergestellt werden können, als dies bisher aus Silber, Goldsilber, Platin usw. möglich war; Körper der letzteren Art sind in der Regel zu weich und werden rasch ausgeschlagen oder jedenfalls in ihrer Form verändert, so daß sie häufigen Ersatz erfordern.
• Besonders bemerkenswert ist noch, daß- ein solcher Baustoff auch dann, wenn harte Metalle überwiegend einverleibt sind, leicht formbar und mechanisch zu bearbeiten ist und zuläßt, daß Oberflächenschichten nötigenfalls durch ohne weiteres verfügbare Werkzeuge abgenommen werden können.
• Werden Kontakte hergestellt, die insbesondere große mechanische Festigkeit aufweisen, so können sie vorteilhaft in Apparaten Anwendung finden, die dauernd betriebsbereit sein sollen, aber nur selten in Betrieb kommen, wie z. B. in Feuermelderelais. Kontakte großer Leitfähigkeit werden. wiederum dort wünschenswert sein, wo eine überaus häufige Kontaktgebung stattfindet und somit Wärmestauungen verhindert werden müssen, während etwa in Bildung begriffene Oxydschichten durch das häufige Öffnen und Schließen gleichsam mechanisch abgeklopft werden, wie dies etwa bei Schnellreglern der Fall ist.
• Überwiegt in .dem Kontakt das harte Metall, dann wird er vorteilhaft für Apparate verwendet, die hohe Ströme führen, aber einen gedrungenen Aufbau mit kleinen Kontaktoberflächen und trotzdem höherer Leitfähigkeit erfordern.
• Ein gemäß. der Erfindung hergestellter Körper kann weiterhin mit anderen Baustoffen wegen seines Gehaltes an weicheren Bindemetallen _ ohne Zwischenlot verbunden werden.
• DieVorteile und Herstellungsmöglichkeiten gemäß der Erfindung sind hiermit aber keineswegs erschöpft. Die erhaltenen Formstücke können insbesondere gehämmert, gewalzt, gezogen oder/und abgedreht werden. Diese Bearbeitungsmöglichkeit wird insbesondere durch die größere Homogenität und höhere Duktilität des Werkstoffs, besonders der zugegebenen höher schmelzenden Teile, ermöglicht.
• Man ist darüber hinaus in der Lage, das harte Metall nicht nur in Form von Pulver zuzusetzen, sondern in anderer Form, wie z. B. von gebündelten oder verseilten kurzen oder langen Drähten, .die somit bei ihrer Herstellung durch Hämmern, Ziehen usw. bereits verdichtet und duktil gemacht worden sind. Man kann diese-Körper dann umgeben oder umschmelzen mit den gewünschten weichen Metallen, woraus sich ein Verbundkörper ergibt, aus dem nun die gewünschten Gegenstände hergestellt werden können. So ist es möglich, ein solches Seil o. dgl. aus Wolframoder/und Molybdändraht zylindrisch mit einem weichen Metall (oder Metallgemisch) zu umgießen. Dies kann insbesondere im fortlaufenden Verfahren geschehen, etwa in Umpreßmaschinen für das weiche Metall um das harte, worauf vom zylindrischen Verbundkörper Platten oder längere, etwa zylindrische Teile abgeschnitten werden können, die man dann beispielsweise als Kontaktkörper benutzt. -In diesen sind dann die Drähte aus Wolfram oder Molybdän usw. so, eingebracht, daß der elektrische Strom in Richtung der Faser des Drahtes in vorteilhafter Weise fließt.
• Bei solcher Herstellung in einer Umpreßmaschine wird also das weiche Metall heißflüssig oder zumindest durch Erwärmung plastisch mit dem härteren Metall vereinigt. Es findet also hier eine Herstellung sowohl in der Wärme als auch unter erhöhtem Druck statt, der auf 25 Atmosphären und mehr, so z. B, 5o Atmosphären und darüber; im Einzelfall gesteigert werden kann.
• Das feinkristallene Gefüge des Verbundkörpers stellt sich regelmäßig von selbst ein, indem das durch Hochsintern erhaltene härtere Metall entweder bereits solche Struktur aufweist oder nachträglich .durch mechanische Bearbeitung erhält. Nötigenfalls kann aber ein besonderes fein kristallenes Gefüge durch thermische Behandlungen erhalten werden.
• Durch Versuche ist erwiesen, daß ein gemäß der Erfindung hergestellter Körper erheblich einem solchen überlegen ist, der aus gewöhnlichem, nicht nachbehandeltem Pulver hochschmelzender Metalle hergestellt ist. So weist z. B. ein Kontaktkörper aus Kupfer und normalem Wolfram im Vergleich mit einem solchen aus Kupfer und hochgesintertem Wolfram einen weit höheren Abbrand auf.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus einem oder mehreren der hochschmelzenden Metalle Wolfram, Molybdän oder Tantal und mindestens ,einem der Metalle Kupfer, Silber, Gold, Aluminium, Platin, Zinn öder Zink, dadurch gekennzeichnet, daß die hochschmelzenden Metalle durch Sintern oder Schmelzen verfestigt, gegebenenfalls darauffolgend mechanisch durch Hämmern, Walzen oder Ziehen bearbeitet, sodann zerkleinert und bei einer Temperatur mit den niedriger schmelzenden Metallen vereinigt werden, die dem Schmelzpunkt -des oder der anwesenden niedriger schmelzenden Metalle entspricht oder höher, jedoch unter dem Schmelzpunkt der hochschmelzenden Metalle liegt: z. Verfahren nach .Anspruch x; dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Elemente Titan, Vanadin, Zirkon, Kobalt, Chrom oder Nickel entweder den hochschmelzenden oder niedriger schmelzenden -Metallen öder beiden zugesetzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch z oder a, dadurch gekennzeichnet, daß die hochschmelzenden Metalle in einer Menge von 1o bis 97°1o verwendet werden. q.. Abänderung des Verfahrens nach .Anspruch r oder z, dadurch gekennzeichnet, daß man die hochschmelzenden Metalle nach ihrer Verfestigung mechanisch verarbeitet, beispielsweise zuDrähtenoder Drahtstücken, und sie darauffolgend, ohne sie vorher zu zerkleinern, unmittelbar mit den anderen Metallen vereinigt. 5. Verfahren nach Anspruch r bis q., dadurch gekennzeichnet, daß .die Vereinigung der Metalle bei erhöhtem Druck durchgeführt wird. 6. Verfahren nach Anspruch r bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die fertigen Formkörper einer zusätzlichen Wärmebehandlung unterzogen werden.