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Verfahren zur Herstellung von Wolfram im gezogenen drahtförmigen Zustande.
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Wolfram, das in Form gezogener Drähte als Leuchtkörper oder Fadenhalter in elektrischen Glühlampen Verwendung finden soll. Der Zweck der Erfindung liegt darin, ein Wolframmetall zu schaffen, das in weit höherem Masse, als bisher bekannt, seine ursprünglichen Eigenschaften beibehält, nachdem es hohen Temperaturen oder Beanspruchungen ausgesetzt war. Bei Leuchtkörpern elektrischer Glühlampen kann man infolge der hohen Betriebstemperaturen häufig eine Lage-und Formveränderung beobachten, u. zw. besonders bei schraubenlinienförmig gewundenen Leuchtkörpern, welche bei längerem Gebrauch in der Lampe durchhängen.
Bei gasgefüllten Lampen wird dadurch wegen der entsprechend grösseren Abkühlung des Leuchtkörpers der Wirkungsgrad der Lampe verringert. Durch die Erfindung wird das Durchhängen wesentlich beseitigt und das unter der Bezeichnung"Wechselstromeffekt"bekannte gegenseitige Verschieben von Strukturelementen des Drahtes während einer normalen Betriebsdauer der Lampen verhindert.
Gemäss der Erfindung wird zu diesem Zweck dem Wolframmetall bei seiner Herstellung ein Stoff einverleibt, der das Korngefüge des Metalls entsprechend beeinflusst. Dabei ist es zweckmässig, die Ausgangsverbindung, aus der das Wolfram gewonnen wird, gemeinsam mit der den Zusatz liefernden Verbindung aus einer Lösung auszufällen. Der Zusatzstoff bleibt nach der Fällung und nach der darauf folgenden Reduktion in inniger Verbindung mit dem Metall. Damit während der anschliessenden thermischen Behandlung der Metallblöcke oder Stäbe der Zusatzstoff sich verflüchtigt, wird ein solcher Stoff benutzt, der einen genügend hohen Dampfdruck besitzt. Der Verdampfungspunkt muss jedoch wenig tiefer als der Sinterungspunkt des Metalles liegen.
Mehr vom physikalischen Standpunkt betrachtet, übt die Gegenwart des nichtmetallischen Stoffes einen Einfluss auf die Korngrösse des Metalls aus. Wenn das Metall die Temperatur erreicht, bei welcher ein starkes Kornwachstum gewöhnlich stattfinden würde, so übt die Gegenwart des Zusatzstoffes in inniger Mischung mit den Wolframteilchen eine merkliche Wirkung auf Form und Grösse des Wolframkornes aus. Wahrscheinlich ist- die Wirkung der Zusätze so zu erklären, dass durch sie die Kornver-
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einsetzt, bei der das Kristallwachstum viel schneller fortschreitet, so dass sich erheblich grössere
Kristallkörper ergeben. Der wahrscheinlich Grund dafür, dass nach der Erfindung hergestellte Leucht- körper nicht durchhängen, liegt darin, dass die neuen Leuchtkörper aus relativ grossen Kristallkörnern bestehen.
Zur Ausführung des Verfahrens werden zweckmässig solche Zusatzstoffe benutzt, die eine im Ver- hältnis zu dem herzustellenden Metalloxyd saure Verbindung bilden, jedoch die sonstigen erforderlichen
Eigenschaften hinsichtlich des Verdampfungspunktes besitzen. Diese Zusatzstoffe werden dann in inniger Gemeinschaft mit dem Metall gefällt.
Wie schon erwähnt, muss der dem Metall innig einverleibte Stoff jedoch von solcher Art sein, dass er sich verflüchtigt, kurz bevor das Metall die Temperatur des raschen Kornwachstum erreicht hat. Wolfram zeigt oberhalb 15000 C rasches Kornwachstum. Geeignete Zusatzstoffe sind Kieselsäure und ihre Verbindungen, die bereits verflüchtigt sind, wenn das Wolfram die Sinterungstemperatur erreicht hat.
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Nunmehr sei die praktische Ausführung in einem Beispiel näher beschrieben.
Zunächst wird eine Schmelze aus 1400 g handelsüblicher Wolframsäure, 620 g handelsüblichem Natriumkarbonat, 620 g handelsüblichem Kaliumkarbonat und 300 g handelsüblichem Natriumnitrat hergestellt. Zu diesem Zweck werden diese Stoffe mit Wasser zu einem Brei angerührt, wobei die Hälfte oder noch mehr von dem Kaliumkarbonat durch Natriumkarbonat ohne Beeinträchtigung der Ergebnisse ersetzt werden kann. Der Brei wird nun auf einer heissen Platte getrocknet und mit der Flamme während etwa 15 Minuten geschmolzen, worauf die Schmelze in Wasser gelöst, filtriert und auf etwa 6 l verdünnt wird. Diese Flüssigkeit sei Lösung A genannt.
Dann wird eine Mischung aus 180 g handels- üblicher Kieselsäure, 620 g handelsüblichem Kaliumkarbonat und 150 g handelsüblichem Natriumnitrat hergestellt. Diese Stoffe werden mit Wasser zu einem Brei verrührt, der dann getrocknet und geschmolzen wird. Der Zweck hiefür liegt darin, ein Silikat zu erzeugen, das der Wolfram säure im weiteren Teile des Verfahrens gut einverleibt werden kann. Das so hergestellte Alkalisilikat ist gut löslich und für den erwähnten Zweck besonders wirksam. Die Schmelze wird in Wasser gelöst, filtriert und f'uf 5 verdünnt. Diese Flüssigkeit sei Lösung B genannt.
Ungefähr 250 ct der Lösung B werden zu 3 l der Lösung A zugesetzt. Die gesamte Lösung wird dann mit Dampf gekocht und in eine kochende Lösung gegossen, die ungefähr 1500 cm3 Salzsäure und 1500 c Wasser enthält. Man lässt die dabei entstehende Fällung sich absetzen, die Flüssigkeit wird dekantiert, der Niederschlag abfiltriert und mit heissem Wasser gewaschen, bis das Filtrat milchig wird, dann getrocknet und in einer Quarzschale geglüht. Das Material wird darauf im Wasserstoff in Schiffchen reduziert, deren jedes etwa 100 g enthält. Das so erzeugte Metall sei Metall A genannt.
Das Metall A wird zu Blöcken oder Stäben gepresst und gesintert. Um ein noch gleichförmigeres Erzeugnis zu erhalten, kann wie folgt, weiter verfahren werden :
Ungefähr 1200 g des Metalls A werden mit etwa 1200 g Wolframsäure gemischt, aus welcher das Metall A reduziert wurde. Die Mischung geschieht sehr gründlich, u. zw. vorzugsweise in einer Kugelmühle od. dgl. Die Mischung wird dann in der vorher beschriebenen Art reduziert, wobei aber Beschickungen von 150 g verwendet werden können. Das so hergestellte Metall sei als Metall B bezeichnet. Es wird dann gesiebt, zu Blöcken oder Stäben gepresst und gesintert. Die Stäbe werden darauf in bekannter Weise durch mechanische Bearbeitung zu Draht verarbeitet.
In Abänderung des oben beschriebenen Verfahrens kann die Lösung B unmittelbar der Schmelze zugesetzt werden, aus welcher die Lösung A hergestellt wird. Dies geschieht vorzugsweise, indem man, wie vorher festgestellt, die richtige Menge der Lösung B bei Herstellung des Breies benutzt, der dann getrocknet, geschmolzen und aufgelöst wird, um Lösung A zu bilden.
Das durch das erste Verfahren erhaltene Metall sei der Kürze wegen,, 218" genannt. Ein in Aussehen und physikalischen Eigenschaften von 218" abweichendes Metall kann noch dadurch herstellt werden, dass man eine Borsäurelösung zu chemisch reiner Wolframsäure zusetzt und dann in üb-
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Drittel grösseres Volumen als,, 218", obschon es unter genau den gleichen Bedingungen reduziert ist.
Die gemäss der Erfindung hergestellten Wolframblöcke oder Stäbe sind feinkörnig, sie besitzen beispielsweise zwischen 2500 und 6500 Körner pro l1un2 Für die,, 218"-Blöcke hat die Analyse ergeben, dass der Prozentsatz an nicht metallischen Stoffen unter zwei Zehntel eines Prozentes und in manchen Fällen unter einem Zehntel und sogar unter einem Zwanzigstel eines Prozentes liegt.
Zur Verwendung in elektrischen Glühlampen wird der aus dem Metall hergestellte Leuchtkörper zunächst einer geeigneten thermischen Behandlung unterworfen, durch welche die für das Nicht- durchhängen erforderliche grobkörnige Struktur erzeugt wird. Ein Verfahren, das bei den gewöhnlichen Lampen für 110 bis 115 Volt gute Ergebnisse gezeigtigt hat, besteht z. B. darin, dass man den Leuchtkörper in der fertigen Lampe mit 30 Volt zwei Minuten lang belastet und dann die Spannung in Abständen von je zwei Minuten um je 5 bis 60 Volt steigert. Darauf wird er 15 Minuten lang mit einer die normale Lampenspannung um 15% überschreitenden Spannung belastet.
Bei normaler Anordnung eines schraubenförmigen Leuchtkörpers findet während dieser thermischen Behandlung der gesamte Durchhang des Leuchtkörpers statt, ohne sich während des Gebrauches der Lampe zu vermehren. Er ist jedoch äusserst geringfügig. Die Verlängerung des Schraubenkörpers bewegt sich in Grenzen von 0-5%, was praktisch ohne Belang ist.
Es ist zwar an sich bekannt, der zum Spritzen von Wolframfäden benutzten Masse Oxyde von Silizium, Titan u. dgl. zuzusetzen. Demgegenüber handelt es sich nach der Erfindung um den Zusatz zur Masse für gezogene Drähte. Während ferner bei älteren Verfahren die Zusatzstoffe wie Thoroxyd usw.
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in Verbindung bzw. Legierung mit dem Wolfram im Leuchtkörper verbleiben sollen, wird nach vorliegender Erfindung bis zum Herausdampfen dieser Stoffe gesintert, so dass sie nur als vorübergehende Beimischung zur günstigen Beeinflussung des Gefüges wirken.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Wolfram im gezogenen, drahtförmigen Zustande, wobei ein Zusatzstoff fein verteiltem Wolfram oder einer Verbindung, aus welcher das Metall zu reduzieren ist, innig einverleibt wird, worauf das Metall reduziert, zu einem Körper geformt, gesintert und zu Draht gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzstoff ein Alkalisilikat benutzt wird, das eine solche Verdampfungstemperatur hat, dass es bei oder unterhalb der Sintertemperatur des Wolframs verdampft wird, u. zw. hauptsächlich in dem Temperaturbereich, wo rasches Wachstum der Wolframkörner stattfindet, somit nur vorübergehend als Verfahrensmittel zur günstigen Beeinflussung des Gefüges zur Wirkung kommt.