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Verfahren zur Erhöhung der Zerreissfestigkeit eines Metalles und hienaeh hergestellter Verbund- körper.
In Metallkörpern, die starken thermischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, treten, wenn sie sich nicht frei ausdehnen können, plastische Verformungen und Spannungen auf, die häufig zur Folge haben, dass sich in dem Metall, besonders an den Kristallgrenzen, Risse bilden. Diese Rissbildung, die das Material schwächt und sogar unbrauchbar machen kann, wird z. B. bei Verbundkörpern, die aus
Metallstücken mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten zusammengesetzt sind, beobachtet.
Einen solchen Verbundkörper bildet z. B. die Anode einer Röntgenröhre, die einen Oberflächen- teil, auf den die Kathodenstrahlen auftreffen, und einen Träger, durch den die Wärme abgeleitet wird, aufweist. Der Oberflächenteil besteht meistens aus einem hochschmelzenden Metall, wie Wolfram und der Träger aus einem Metall, das eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, wie Kupfer.
Beim Betriebe der Röntgenröhren wird an dem Oberfläehenteil eine erhebliche Wärmemenge erzeugt, wodurch die Temperatur der Anode steigt. Infolge der grossen Verschiedenheit der Ausdehnung der beiden Metalle werden oft die Kupferkristalle ganz oder teilweise voneinandergerissen. Dies hat hier den Nachteil, dass die Wärmeleitung des Kupferkörpers beeinträchtigt wird.
Man hat bereits versucht, diesen Übelstand dadurch zu beseitigen, dass Drähte oder Stege in
Kreuz-oder Ringform in dem Kupfer angeordnet werden oder eine tbergangssehieht aus einem andern Material zwischen dem Kupfer und dem Wolfram vorgesehen wird. (Vgl. deutsche Patentschrift Nr. 602334. ) Anderseits wurde auch schon vorgeschlagen, ein hartes Metall in Form von duktilem Pulver oder in Form von gebündelten Drähten einem weichen Metall zuzusetzen, in welchem Falle jedoch entweder keine Erhöhung der Festigkeit eintritt oder eine ungleichmässige.
Demgegenüber betrifft die Erfindung ein Verfahren, das eine gleichmässige Vergrösserung der Zerreissfestigkeit nach allen drei Raumrichtungen bzw. eine Erhöhung der Fliessgrenze eines Metalles bewirkt und besser als die bisher bekannten Massnahmen zur Verhütung der Rissbildung geeignet ist.
Es ist dadurch gekennzeichnet, dass dem weniger festen Metall (im folgenden Hauptmetall genannt), ein räumliches feinfaseriges Gebilde in Form von Metallwolle aus einem festeren Material einverleibt wird, wobei es besonders zweckmässig ist, bei ungleich beanspruchten Körpern nur oder vorwiegend die am meisten beanspruchten Teile des Hauptmetalles durch Einbettung zu verstärken. Am besten eignen sich zu dieser Einlagerung Metalle, die einen kleineren Ausdehnungskoeffizienten als das Hauptmetall haben, u. zw. besonders solche, die nicht durch das Hauptmetall aufgelöst werden. Wenn sich nämlich die Fasern in dem Hauptmetall lösen könnten, so hätte dies einen merklichen Einfluss auf die elektrischen und thermischen Eigenschaften. Das Volumen der Metallwolle kann zwischen weiten Grenzen schwanken.
Zweckmässig beträgt es nicht weniger als 3 und nicht mehr als 50% des Körperinhaltes, während seine Fasern einen Querschnitt von 0'1 mm2 oder weniger aufweisen. Als Körperinhalt kommt in dieser Beziehung nur der Inhalt jenes Metallteiles in Frage, in dem sich das Gewebe befindet.
Durch die eingelagerte Hartmetallwolle werden die Kristalle des Hauptmetalles gegeneinander verankert, und werden auch an sich widerstandsfähiger. Dagegen bleibt die Leitfähigkeit des Materiales für Wärme oder Elektrizität praktisch unverändert. Dies ist ein Vorteil gegenüber der Anwendung von Zusätzen, die Legierungen oder Mischungen bilden, da diese zwar die mechanischen Eigenschaften des Metalles verbessern können, in der Regel aber einen Verlust an Leitfähigkeit bewirken.
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Das Verfahren findet nicht nur Verwendung für Körper, die aus einem reinen Metall, wie Kupfer oder Silber, bestehen, es können auch Legierungen, wie Messing, gemäss der Erfindung behandelt werden und die Bezeichnung"Metall"soll sie mitumfassen.
Die Erfindung lässt sieh besonders vorteilhaft bei einem Verbundkörper anwenden, der aus zwei Metallteilen verschiedener Wärmeausdehnung besteht, wobei die Hartmetallwolle dem Metallteil mit dem grösseren Ausdehnungskoeffizienten einverleibt wird.
Handelt es sich um die Anode einer Röntgenröhre mit einem Oberflächenteil aus einem hochschmelzenden Metall, wie Wolfram und einem Träger, der wenigstens an der den Oberflächenteil berührenden Stelle aus einem Hauptmetall besteht, das gut wärmeleitend ist und eine grössere Ausdehnungszahl als das hoehsehmelzende Metall hat, wie z. B. Kupfer, so kann die durch Rissbildung gefährdete Wärmeleitung des Trägers dadurch dauernd aufrechterhalten werden, dass die erfindunggemäss als Armierung dienende Metallwolle aus dem Metall des Oberflächenteiles besteht und zu einem Knäuel gepresst, wenigstens hinter dem Oberflächenteil (der Wolframpastille), gegebenenfalls auch
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Die Zwisehenräume zwischen den einzelnen Drähten sind ganz mit dem Hauptmetall (Kupfer) gefüllt.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kommt auch für die Herstellung von elektrischen Kontakten in Betracht, ferner für Gegenstände, z. B. Drähte oder Stäbe von einer gewünschten Ausdehnung, beispielsweise zu Ein-oder Anschmelzzweeken, da sich das Material bei geeigneter Wahl des für das Netzwerk verwendeten Metalles auch in duktiler Form herstellen lässt.
Unter Umständen bringt das neue Verfahren den Vorteil mit sich, dass Gussstücke z. B. aus Kupfer gemacht werden können, für die man mit Rücksicht auf die erforderliche Festigkeit sonst Messing oder eine andere Legierung wählen, und den Nachteil der schlechteren Wärmeleitung usw. mit in Kauf nehmen musste.
Die Zeichnung zeigt als Beispiel eine Anode für Röntgenröhren, u. zw. eine Spezialbauart, nämlich eine Drehanode. Es können aber auch feststehende Anoden nach demselben Verfahren hergestellt werden.
Fig. 1 stellt eine Gussform zur Herstellung des Anodenkörpers dar und Fig. 2 ist ein Schnitt durch den fertigen Anodenkorper.
Die im Durchschnitt gezeichnete Gussform 1, die z. B. aus Kohlenstoff besteht, hat einen der
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Knäuel 4 aus Wolframdrahtwolle. Dieser kann aus gezogenem Wolframdraht von etwa 0'05 mm Durchmesser bestehen, wie dieser für die Herstellung von Glühkörpern in elektrischen Glühlampen verwendet wird. In der Mitte ist ein zylinderförmiger Raum 5 ausgespart.
Um den in Fig. 2 dargestellten Anodenkörper herzustellen, wird unter Anwendung der in solchen Fällen gebräuchlichen Schmelz-und Gussverfahren der ganze Raum zwischen den Drähten und um den Knäuel herum mit flüssigem Kupfer gefüllt, so dass nach dem Erstarrungsprozess ein lückenloses Gebilde erhalten wird. Da die Wolframdrähte in verschiedenen Richtungen durch den Körper verlaufen, und von dem Kupfer nicht gelöst werden, sind in einem willkürlichen Querschnitt durch diesen Körper Schnitte durch die Drähte unter allen mölgliehen Winkeln in dem Teil 7 sichtbar.
Die Anode kann nach dem Erstarren auf die gebräuchliche Weise abgeschliffen und weiter bearbeitet werden. Drehanoden haben meistens eine axiale Durchbohrung für die Lagerung. Die' zentrale Aussparung 5 im Knäuel 4 dient dazu, die Ausbohrung bequem anbringen zu können, ohne dass durch das harte Wolfram das Bohrwerkzeug abgestumpft wird. In Fig. 2 ist diese zentrale Bohrung 6 sichtbar. Hinter und neben der Wolframpastille beobachtet man die zahlreichen Schnitte des Wolframdrahtes. Oberhalb des mit Wolfram durchsetzten Teiles 7 setzt sich der Anodenkörper in einem Teil 8 aus reinem Kupfer fort. Gegen einen vorstehenden Rand 9 dieses Teiles liegt ein Eisenring 10 an, der die Drehung im magnetischen Felde erleichtert.
Derartige Anoden haben den für hochbelastbare Röntgenröhren sehr wichtigen Vorteil, dass dem Entstehen von Unterbrechungen, welche bei Vollkupferanoden an den Grenzflächen der Kristalle öfters auftreten und die Wärmeübertragung von der Wolframoberfläche. 3 nach dem dahinterliegenden Teil 8 behindern, vorgebeugt wird, ohne dass das Zusatzmaterial die Wärmeleitung des Teiles 7 nennenswert herabsetzt. Das Material als Ganzes hat durch den Wolframpfropfen eine grössere Zerreissfestigkeit bzw. eine höhere Fliessgrenze bekommen und ist den starken Spannungen, die infolge der verschiedenen Ausdehnung des Kupfers und des Wolframs auftreten, besser gewachsen.
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