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Werkstoff für Einrichtungen zum Erhitzen und Verdampfen von Metall
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nisses bei dem erfindungsgemässen Werkstoff veranschaulicht.
In der Beschreibung und den Ansprüchen sind alle Verhältnisse in Gewichtsprozenten angegeben, wenn nicht ausdrücklich anders angeführt.
Heizkörper, die aus dem erfindungsgemässen, aus einer festen Lösung von 93 bis 97% TiB2 und 7-3% crib bestehen und zu einer maximalen Dichte, die sich bereits der theoretischen 100% igen Dichte nähert, zusammengesinterten Werkstoff hergestellt sind, arbeiten auch dann lange Zeit hindurch bei Temperaturen von 1400 bis 1500 C, wenn sie der Einwirkung von- chemisch aktiven Metallen wie Aluminium in geschmolzenem oder verdampftem Zustand ausgesetzt werden.
Solche elektrisch betriebene Heizkörper können daher in evakuierten Räumen von automatischen Aluminiumaufdampfungsanlagen zur kontinuierlichen Verdampfung von Aluminium oder ähnlichen chemisch aktiven Metallen verwendet werden.
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TiBzrasch ab und solche Körper erleiden eine rasche Korrosion, wenn sie bei den Verdampfungstemperaturen von Aluminium, wie z. B. 1400-1500 C, der Einwirkung von flüssigem Aluminium oder Aluminium dämpfen oder andern flüssigen oder verdampften chemisch aktiven Metallen ausgesetzt werden.
Die Dichte eines aus dem erfindungsgemässen Werkstoff bestehenden Heizkörpers nimmt von der maximalen Dichte von etwa 4, 42 g/cm3 bis zu einer niedrigeren Dichte von 4,15 bis 4, 25 g/cm3 ab,
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sintert wird, bei der das Teilchengemisch eine flüssige Phase entwickelt. Innerhalb des angegebenen kritischen Bereiches der Bestandteile kann ein Heizkörper, der aus einer festen Lösung von 95% TiB und 5% CrB2 besteht, zu einer maximalen Dichte von etwa 4, 42 gl cm3 gesintert werden. Um die längste
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im evakuierten Raum einer Anlage zur Aufdampfung von Aluminium auf Bleche in einem Ausmass von 83 g/cm verdampfen.
Im Gegensatz zu Werkstoffen nach der Erfindung, bei denen die Dichte vom Maximalwert, der bei
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teilen gebildeten Körpers nur in einer Richtung zu, u. zw. bei Erniedrigung des Anteiles an TiB von 100go zu geringeren Werten. Der hier verwendete Ausdruck "theoretische Dichte" bedeutet die Dichte oder das spezifische Gewicht in g/cm3 eines zu 100% festen Körpers, der die gleichen Anteile der gleichen Bestandteile enthält.
Die Daten in der folgenden Tabelle'l mit den Änderungen der tatsächlichen Dichte und die Kurve in Fig. 4 zeigen, dass, im Gegensatz zu den erfindungsgemässen Zusammensetzungen des Werkstoffes in den kritischen Verhältnissen, die theoretische Dichte in gleicher Richtung mit der Zunahme der TiB- Komponente von 50 auf 100% abnimmt.
Die Dichte der erfindungsgemässen Werkstoffe kann durch Beimischung von 0, 1 bis 2% Wolframkarbid (WC) erhöht werden. Beispielsweise können mit einem aus dem erfindungsgemässen Werkstoff hergestellten Heizkörper, der aus gepulverten Teilchen aus 94% TiB und 6% CrB2 gebildet wurde, denen 1, 700/0 Wolframkarbid (bezogen auf das Gesamtgewicht) beigemischt wurde, und zu einer maximalen Dichte von 4,74 g/cm3 gesintert wurde, 1209 g Aluminium während einer Verdampfungsperiode von 11 1/2 h verdampft werden, bevor er gegen einen andern Heizkörper ausgetauscht werden muss.
Heizkörper, die aus dem erfindungsgemässen Werkstoff mit einem Zusatz von 0, 1 bis 2% WC bestehen, werden zu der erwünschten höchsten Dichte bei einer niedrigeren Sintertemperatur zusammengesintert, als sie erforderlich ist, um ähnliche Heizkörper ohne den Zusatz von Wolframkarbid zu bilden. Es wird angenommen, dass der geringe Zusatz von Wolframkarbid zum TiB-und CrB-Gehalt die Bestandteile des Presskörpers veranlasst, eine flüssige Phase bei niedrigerer Sintertemperatur zu bilden, als dies bei Fehlen des geringen
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Heizkörper, bei dem I, 72% WC. zu dem gleichen Gehalt an TiB und CrB hinzugefügt wurde, zur höchsten Dichte von etwa 4,74 g/cm3 bei der niedrigeren Sintertemperatur von etwa 19500C gesintert.
Der
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Zusatz von 0, 1 bis 2% Wolframkarbid kann zu den Pulvern von TiB und CrB2 in den oben festgelegten kritischen Verhältnissen hinzugefügt werden, bevor das Pulvergemisch in der Kugelmühle vermahlen wird.
Als Alternative kann auch das Pulvergemisch in den angegebenen kritischen Verhältnissen von TiB2 und CrB in der Kugelmühle mit Kugeln aus Wolframkarbid behandelt werden und der Prozess in der Kugelmühle bewirkt dann den gewünschten Zusatz von 0, 1 bis 2% Wolframkarbidpulver zu dem angegebenen Gehalt an TiB und CrB. Solche Wolframkarbidkugeln werden üblicherweise gebildet, indem Wolframkarbidpulver mit einem zementierenden Zusatz von 6 bis 101o Kobalt oder Nickel gesintert wird. Als Folge hievon kann der Heizkörper aus dem erfindungsgemässen Werkstoff auch eine Verunreinigung von etwa 0, 1% des als Zementierzusatz verwendeten Kobalt- oder Nickelmetalls enthalten. Es ist bisher nicht bekanntgeworden, ob die kleine Menge von 0, 1 bis 2% Wolframkarbid eine feste Lösung mit den TiB2und CrB-Komponenten des abschliessend gesinterten Heizkörpers von hoher Dichte eingeht.
Der Zusatz von 0, 1 bis 2% Wolframkarbid kann durch einen Zusatz von 0, l bis 2% Molybdänkarbid ersetzt werden.
Im Handel erhältliche Pulverteilchen aus TiB und CrB haben gewöhnlich eine Teilchengrösse von - 100 mesh. Die Mengen derbeidenDiboridpulveranteile werden in den entsprechenden stöchiometrischen Verhältnissen ausgewogen und miteinander vermischt oder in der Kugelmühle so lange gemahlen bis sie gründlich gemischt und auf eine durchschnittliche Teilchengrösse von 1 bis 3 u zerkleinert sind. Gute Ergebnisse werden durch Vermahlen des Gemisches der beiden Pulverkomponenten mit rostfreien Stahlkugeln in einer Kugelmühle aus rostfreiem Stahl erzielt. Um die Verdichtung des endgültigen Pulvergemisches zu erleichtern, wird den gemahlenen Diboridpulverkomponenten eine kleine Menge eines Binde- oder Schmiermittels, wie z. B. 2% Kampfer oder Paraffin, beigemischt.
Gute Ergebnisse werden auch erzielt, indem das Gemisch der gepulverten TiB-und CrB-Kompo- nenten in der Kugelmühle mit Kugeln aus Wolframkarbid vermahlen werden.
Die entschiedene Überlegenheit von Körpern aus dem erfindungsgemässen Werkstoff im Vergleich zu gesinterten Körpern, die nur aus Titandiborid bestehen, wird durch den Unterschied zwischen den Zeichnungen in den Fig. 5-A und 6-A bzw. 5-B und 6-B von zwei Elektrodenstangen dargelegt, wobei diejenigen in Fig. 5-A und 6-A aus dem erfindungsgemässen Werkstoff bestehen und diejenigen in den Fig. 5-B und 6-B nur aus Titandiborid gebildet wurden. Die beiden Elektrodenstangen wurden in der gleichen Weise während einer Periode von etwa dreissig Tagen in das Zellenbad einer elektrolytischen Reduktionszelle eingesetzt.
Die Elektrodenstange aus dem erfindungsgemässen Werkstoff, bestehend aus 95% Titandiborid und 5% Chromdiborid und zu einer Dichte von 4,5 g/cm3 gesintert, blieb während dieser Periode voll arbeitsfähig, wobei sie die ganze Zeit hindurch mit dem vollen Arbeitsstrom belastet war. Diese Elektrodenstange hatte eine Querbruchfestigkeit von etwa 43 kg/mm2. Die vergrösserten Darstellungen zeigen, dass die nur aus Titandiborid gebildete Elektrode von Sprüngen durchzogen ist, durch welche die Badkomponenten in ihr Inneres eindringen, wogegen die Elektrode aus dem erfindungsgemässen Werkstoff frei von Sprungen ist und nur eine vernachlässigbare oder gar keine Infiltration durch die Badkomponenten zeigt.
In den vergrösserten Darstellungen der Fig. 7 und 8 zeigen die schwarzen Flächen die relativen Porositätsgrade der beiden verschiedenen Elektrodenkörper. Das Verhältnis der Festigkeit der beiden Körper erklärt weiters zumindest teilweise, warum die nur aus Titandiborid gebildete Elektrode während des Betriebes brach, wogegen der Elektrodenkörper aus dem erfindungsgemässen Werkstoff die Betriebsdauer in betriebsfähigem, ungebrochenem Zustand überdauerte.
Ein Werkstoff mit einer Zusammensetzung im Bereich von 93 bis 97% TiB und 3-7% CrB2 (vgl. den kritischen höckerförmigen Teil der Kurve im Diagramm in Fig. 4) besitzt nach Kaltpressen und Sintern eine Dichte in der Grössenordnung eines Minimums von etwa 4, 15 g/cm3, mit einer Querbruchfestigkeit von etwa 43 kg/mm2 und einem spezifischen elektrischen Widerstand bei Raumtemperatur in der Grössenordnung von etwa 31, 5 cm.
Fig. 3 zeigt schematisch und in allgemeiner Weise eine Aluminiumreduktionszelle, die mit einem Elektrodenkörper aus dem erfindungsgemässen Werkstoff arbeitet. Die Zelle hat eine Aussenhülle 22 aus Stahl, eine Isolierschicht 23 z. B. aus Korundziegeln und eine innere kohlenstoffhältige Schutzschicht 24.
Geschmolzener Elektrolyt 25 befindet sich über dem geschmolzenen Aluminium 26, das sich am Boden in der Umgebung der Kathoden 27 bildet. Eine Anode 29 ragt nach unten in das geschmolzene Bad hinein.
Die kathodischen Elektroden 27 sind so dargestellt, dass sie durch den Boden der Zelle 21 lotrecht nach oben ragen, wobei die oberen Enden der Kathodenelektroden 27 in das geschmolzene Metall 26 hineinragen und darin eingetaucht sind. Die Kathodenelektroden 27 können mit einer üblichen Sammelschiene 28 verbunden sein.
Tabelle 1 gibt die Werte an, die beim Entwurf des Diagramms in Fig. 4 verwendet wurden. Es ist zu ersehen, dass der Prozentsatz der theoretischen Dichte scharf ansteigt und bei der Zusammensetzung von 95% TiB und 5% CrB einen Scheitelpunkt erreicht.
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Die Daten für die folgende Tabelle wurden bei Musterstücken mit den verschiedenen Werkstoffzusammensetzungen festgestellt, die bei etwa 19300C durch etwa 40 min im Vakuum gesintert wurden. Derartig zusammengesetzte Werkstoffe können eine höhere Dichte erhalten, wenn die Presskörper bei 19000C eine kurze Zeit hindurch z. B. 1 - 5 min, in einem evakuierten Raum mit hohem Vakuum entsprechend einem Druck von weniger als 100 11 Quecksilber vorgesintert werden. Beispielsweise kann einem aus 95% TiB und 5% CrB bestehender Werkstoff durch Vorsintern bei einem so hohen Vakuum eine höhere Dichte als 4,50 g/cm3 verliehen werden.
Tabelle 1
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<tb>
<tb> Verhältnis <SEP> Tatsächliche <SEP> Dichte <SEP> Angenäherte <SEP> theoretische <SEP> Dichte <SEP> Tatsächliche <SEP> Dichte <SEP> als
<tb> TiB2 <SEP> zu <SEP> CrB <SEP> Prozentsatz <SEP> der <SEP> theorein <SEP> Gew. <SEP> -0/0 <SEP> Dichte
<tb> 50/50 <SEP> 3, <SEP> 93 <SEP> 5, <SEP> 06 <SEP> 77, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 80/20 <SEP> 4, <SEP> 05 <SEP> 4, <SEP> 73 <SEP> 85, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 90/10 <SEP> 4,17 <SEP> 4,62 <SEP> 90,3
<tb> 92,'8 <SEP> 4, <SEP> 18 <SEP> 4, <SEP> 57 <SEP> 91, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 95/5 <SEP> 4,37 <SEP> 4,55 <SEP> 96,0 <SEP> (Max.)
<tb> 96/4 <SEP> 4, <SEP> 23 <SEP> 4, <SEP> 54 <SEP> 93, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 98/2 <SEP> 4, <SEP> 18 <SEP> 4, <SEP> 52 <SEP> 92, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 100/0 <SEP> 4, <SEP> 15 <SEP> 4, <SEP> 52 <SEP> 91,
<SEP> 8 <SEP>
<tb>
Die erfindungsgemässen Werkstoffe haben eine Härte in der Grössenordnung von 92 bis 93, 5 Rockwell A.
DieHerstellung von z. B. Heizkörpern aus dem erfindungsgemässen Werkstoff erfolgt mit einem Druck von 22 bis 33 t/cmz. Eine Erhöhung des Verdichtungsdruckes über 22 t/cm ergibt nach dem Sintern keine grössere Dichte als mit einem Verdichtungsdruck von 22 t/cm erreicht wird. Presskörper aus den beiden Diboridkomponenten, die mit 22-33 t/cm verdichtet wurden, erleiden eine lineare Schrumpfung von angenähert 13 bis 140/0, wenn sie der anschliessenden Sinterbehandlung unterworfen werden. Die Innenabmessungen der Pressform sind entsprechend gewählt, um einen Presskörper mit Übermassen zu erzielen, der nach dem Schrumpfen bei der folgenden Sinterbehandlung einen länglichen Heizkörper mit den gewünschten Abmessungen und der gewünschten Form ergibt.
Nach Entfernen des Presskörpers aus der Form wird dieser in einem sauerstofffreien Raum, z. B. einem evakuierten Raum der Sinterung bei hohen Temperaturen unterworfen, bei denen zumindest einige Komponenten des Presskörpers eine flüssige Phase aufweisen, welche die Poren des Presskörpers ausfüllt und ihn verdichtet. Gute Ergebnisse wurden bei Sintertemperaturen von 2000 bis 21500C und bis zu 22000C erzielt.
TiB schmilzt bei höherer Temperatur, nämlich zwischen 2850 und 29500C unter Atmosphärendruck. Beispielsweise wird aus einem Presskörper aus 95% TiB und5%CrB ein Heizkörper maximaler Dichte durch Sintern bei Temperaturen von 2100 bis 21300C erhalten. Aus einem Pulverpresskörper aus 93% TiB2 und 7% CrB wird ein Heizkörper maximaler Dichte durch Sintern bei Temperaturen von 2000 bis 20500C erhalten. Aus einem Presskörper aus 97% TiB und 30/0 CrB2 wird ein Heizkörper maximaler Dichte durch Sintern des Presskörpers bei 21500C erhalten. Das Eisen, das beim Mahlen in der Kugelmühle aufgenommen wird, wird bei solchen Sintertemperaturen verdampft.
Heizkörper aus dem erfindungsgemässen Werkstoff mit der erforderlichen hohen Dichte werden erhalten, indem die Sinterbehandlung in der oben be- schriebenen Weise durch etwa 40 min fortgesetzt wird. Eine Ausdehnung der Sinterbehandlung über 40 min hinaus trägt nicht dazu bei, die Dichte zu erhöhen oder in einfacher Weise die Eigenschaften des sich ergebenden Heizkörpers zu verbessern.
Körper aus den erfindungsgemässen Werkstoffen können auch hergestellt werden, indem ein aus seinen Komponenten gebildeter Pulverpresskörper bei erhöhten Temperaturen im Bereich von nur etwa 1925 bis 19500C zusammengesintert wird, statt bei den höheren Sintertemperaturen von 2100 bis 2130 C, wie sie
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bisher als wesentliche Voraussetzung für die Erzeugung solcher Körper mit höchster Dichte angesehen wurden. Durch das Sintern solcher Körper aus dem erfindungsgemässen Werkstoff bei den niedrigeren Temperaturen von 1925 bis 19500C weisen diese Sinterkörper eine viel feinere Kornstruktur und gleichzeitig grössere Festigkeit auf als ein Körper aus dem erfindungsgemässen Werkstoff, der bei 2100-2130"C gesintert wurde.
Beispielsweise kann ein aus einem Gemisch von Pulverteilchen im Verhältnis von 951o TiB
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können in ähnlicher Weise durch Sintern bei Temperaturen von etwa 1925 bis 19500C hergestellt werden.
Die niedrigeren Sintertemperaturen zwischen 1925 und 19500C sind ebenfalls von grosser praktischer Be- deutung, da sie eine viel längere Lebensdauer der erforderlichen Sinteröfen möglich machen. Im Gegen- satz dazu müssen Sinterkörper, die nur aus TiB bestehen, bei höheren Temperaturen von 2100 bis 21500C gesintert werden und die entstehenden Sinterkörper aus TiB zeigen eine niedrigere Grössenordnung der relativen Dichte.
Ein aus dem erfindungsgemässen Werkstoff gebildeter Körper zeichnet sich durch hervorragende Beständigkeit gegen Korrosion durch das geschmolzene Metallbad aus, hat die Fähigkeit, sich zu einer Dichte, die sich lOOo der theoretischen Dichte nähert, bei einer Sintertemperatur zusammensintern zu lassen, die um 150-200WC niedriger als diejenige für Körper aus reinem Titandiborid liegt und hat einen verhältnismässig niedrigen elektrischen Widerstand bei Raumtemperatur in der Höhe von 31, 5 cm und eine praktisch nicht poröse Struktur entsprechend einer ASTM-Porositätsklassifikation von B-5.
Körper aus dem erfindungsgemässen Werkstoff erreichen nicht nur ihre besten physikalischen Eigenschaften bei einer Sintertemperatur, die innerhalb eines Maximums von etwa 19500C liegt, sondern ihre einzigartige hohe Dichte macht es möglich, solche Körper als elektrische Heizkörper oder Elektroden zu verwenden, die der Einwirkung von geschmolzenen Nichteisenmetallen und/oder ihren Dämpfen bei Temperaturen bis zu etwa 16000C durch eine verhältnismässig lange Betriebsdauer hindurch ausgesetzt sind.
Aus dem erfindungsgemässen Werkstoff hergestellte Heizkörper haben eine genügend hohe Dichte, um sicherzustellen, dass geschmolzenes Aluminium, das beim Verdampfen von Aluminium an ihrer oberen Aussenfläche niedergeschlagen wird, nicht in die Poren im Inneren solcher Heizkörper eindringt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine elektrische Heizanlage zur Verdampfung von Aluminium in einem evakuierten Raum einer Aluminiumaufdampfungsanlage, die mit einem elektrischen Heizkörper aus dem erfindungsgemässen Werkstoff arbeitet. In einem vakuumdichten Gehäuse oder einer solchen Hülle (nicht dargestellt), die unter Vakuum gehalten wird und in der ein Stahlblech oder ein ähnliches Substrat mit Aluminium bedampft werden soll, wird ein länglicher elektrisch beheizter Heizkörper 10 so angeordnet, dass seine obere Aussenfläche oder Stirnfläche 11 unter dem sich bewegenden Teil eines Substrats liegt, das der Strahlung des Heizkörpers ausgesetzt ist.
Der dargestellte Heizkörper 10 wird in seiner richtigen Lage durch zwei längliche Stützglieder 15 festgehalten, die von gleicher Gestalt sein können und oben als Stützen oder Halter 16 ausgebildet sind, welche an den gegenüberliegenden Endabschnitten 12 des Heizkörpers 10 angreifen und sie in ihrer Lage halten.
Die längliche obere Aussenfläche 11 des Heizkörpers 10, die sich zwischen dessen unterstützten Endabschnitten 12 erstreckt, hat eine verhältnismässig lange und breite Rinne oder Vertiefung 13, die eine Schicht aus flüssigem Aluminium enthält, die durch Schmelzen einer Aluminiumstange entstanden ist, die in die Vertiefung 13 eingelegt wurde, um zu bewirken, dass das geschmolzene Aluminium der oberen Heizfläche 11 verdampft und sich auf der bestrahlten und zu behandelnden, verhältnismässig grossen, nach unten weisenden Oberfläche des sich vorbeibewegenden Metallsubstrats niederschlägt.
Die beiden Stützglieder 15 bestehen aus elektrisch leitendem Material, z. B. Metall, und dienen gleichzeitig als Zuführungen für die elektrische Energie zu den gegenüberliegenden Enden 12 der Heiz- körperstange und versorgen sie mit Elektrizität von einer elektrischen Kraftquelle 20, welche den Heizkörper 10 auf eine Temperatur von 1400 bis 15000C aufheizt, bei welcher er die auf seiner oberen Heizflache 11 befindliche Schicht aus flüssigem Aluminium verdampft. Bei der dargestellten Ausführung haben die Haltestützen 16 die Form von hohlen Kragen mit einer Öffnung, in welche die entsprechenden Enden 12 des Heizkörpers eingesetzt sind, um eine elektrische Verbindung durch Kontakt mit den Haltestützen 16 herzustellen.
Um eine Dehnung und Zusammenziehung des Heizkörpers 10 in Längsrichtung zu gestatten, wenn er von den normalen niedrigen Temperaturen auf seine hohe Betriebstemperatur von 1400 bis 15000C erhitzt wird, hat jedes Stützglied 15 einen dünnen, biegsamen Mittelstab 18, durch welchen der Heizkörperhalter 16 mit dem breiten Fussteil 17 des Stützgliedes 15 verbunden ist.
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Den Stabteilen 18 wird eine solche Dicke, Länge und Breite gegeben, dass sie sich biegen können, wenn der Heizkörper 10 sich von seiner kürzesten Länge bei normalen niedrigen Temperaturen auf seine maximale Länge bei einer hohen, zur Aluminiumverdampfung notwendigen Temperatur ausdehnt, und sich wieder auf seine normale Länge bei niedrigen Temperaturen zusammenziehen kann, ohne irgendwelche wesentlichen Kräfte auf den Heizkörper 10 auszuüben. Die Fussteile der beiden Heizkörperstützen 15 sind daher bei der dargestellten Anordnung auf einer geeigneten isolierenden Unterlage isolierend verankert, wobei sie so angeordnet sind, dass ihre beiden Heizkörperhalter 16 auf ihren biegsamen Stäben 18 nach innen bis in ihre einander nächstliegende Stellung gebogen sind, entsprechend der kürzesten Länge des Heizkörpers 10 bei niedriger Temperatur im abgeschalteten Zustand.
Die biegsamen Stäbe 18 der beiden Stützen 15 gestatten es, dass sich die beiden Heizkörperhalter 16 nach aussen bewegen, über die neutrale Lage hinaus bis in ihre voneinander am weitesten entfernte Lage, wenn der Heizkörper 10 von seiner niedrigen Temperatur auf seine hohe Betriebstemperatur aufgeheizt wird und sich zu maximaler Länge ausdehnt. Wenn der Heizkörper abgeschaltet wird, gestatten die biegsamen Stäbe eine entgegengesetzt gerichtete Bewegung der Heizkörperhalter 16, ohne irgendwelche unzulässigen Kräfte auf den Heizkörper auszuüben.
Der Sitzöffnung im hohlen Kragen 16 zur Halterung des Heizkörpers kann eine solche Grösse gegeben werden, dass die darin als Kontakt eingesetzten Endabschnitte 12 des Heizkörpers darin gleiten können, wenn sich der Heizkörper 10 bei Erhitzung auf die hohe Temperatur ausdehnt und sich beim Abkühlen zusammenzieht, wobei aber eine gleitende elektrische Kontaktverbindung entlang der aufeinander gleitenden-Flächen aufrecht bleibt. Bei einer solchen Anordnung brauchen die Stützteile 18 der beiden Stützen 15 nicht so bemessen zu sein, dass sie sich bei Dehnung und Zusammenziehung des Heizkörpers 10 biegen können.
Um eine lange Lebensdauer des Heizkörpers sicherzustellen, werden bei Erhitzung desselben auf seine hohe Betriebstemperatur von 1400 bis 15000C alle Teile des Körpers auf praktisch der gleichen Temperatur gehalten. Es werden daher die Endabschnitte 12, mit denen die Heizkörperstützen 16 einen elektrischen Kontakt herstellen, auf der gleichen hohen Temperatur gehalten, wie die andern dazwischenliegenden Abschnitte des Heizkörpers 10.
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mühle aus rostfreiem Stahl gemahlen, bis eine Mischung der Teilchen der beiden Diboride mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von 2 bis 3/l erreicht wird.
Den so gemischten und zerkleinerten Pulvern wird ein Schmiermittelzusatz, bestehend aus 2% Paraffin, gelöst in Kohlenstofftetrachlorid, beigemischt und das das Schmiermittel enthaltende Pulvergemisch wird unter einer Schutzhaube gerührt, bis der Kohlenstofftetrachloridanteil verdampft ist und alle Pulverteilchen praktisch gleichförmig mit dem Paraffin-Schmiermittel überzogen sind. Das so erhaltene feine Pulvergemisch wird mit 22 t/cm in der mit Übermass gefertigten inneren Höhlung einer Pressform verdichtet, wobei die Höhlung die Form des gewünschten Gegenstandes, z. B. eines länglichen Heizkörpers zur Verdampfung von Aluminium aufweist, so dass sich nach dem Sintern eine verdichtete Masse in der gewünschten Grösse und Form, wie z. B. in Fig. 2 gezeigt, ergibt.
Der so erhaltene Presskörper wird sodann 40 min lang in einem Ofen in einer Atmosphäre von reinem, trockenem Wasserstoff bei einer Temperatur von etwa 21300C gesintert. Der so erhaltene gesinterte Heizkörper besteht aus einer festen Lösung von Titandiborid und Chromdiborid und hat eine Dichte von etwa 4,35 g/cm3 und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 48 jsscm. Die theoretische Dichte eines gleichartigen, zu 100% dichten Körpers ist 4,54 g/cm3.
Beispiel 2 : Pulverteilchen aus 95% TiBz und 5% CrB2 mit einer Reinheit von 99% und einer durchschnittlichen Teilchengrösse von-100 mesh werden mit Kugeln aus rostfreiem Stahl in einer Kugelmühle aus rostfreiem Stahl gemahlen, bis ein Gemisch von Teilchen der beiden Diboride mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von 2 bis 3 fi erhalten wird. Dem so gemischten und zerkleinerten Pulvergemisch wird ein Schmiermittelzusatz aus 2% Kampfer, in Äther gelöst, beigemischt und das das Schmiermittel enthaltende Pulvergemisch wird unter einer Schutzhaube gerührt, bis der Ätheranteil verdampft ist und die Pulverteilchen praktisch gleichförmig mit dem Kampfer-Schmiermittel überzogen sind.
Das so erhaltene feine Pulvergemisch wird mit 22 t/cm2 in der mit Übermass gefertigten Höhlung einer Pressform verdichtet, die nach dem Sintern eine verdichtete Masse von der gewünschten Grösse und Form liefert.
Der so erhaltene Presskörper wird hierauf 40 min lang in einem Ofen in einer Atmosphäre aus reinem, trockenem Wasserstoff und bei einer Temperatur von etwa 2100 bis 21300C gesintert. Der entstehende gesinterte Heizkörper besteht aus einer festen Lösung von Titandiborid und Chromdiborid und hat eine Dichte von etwa 4, 42 g/cm sowie einen spezifischen elektrischen Widerstand von 62 sscm. Die theoretische Dichte eines gleichartigen, zu 100% dichten Körpers ist 4, 55 g/cm.
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Beispiel 3 : Pulverteilchen aus 96% TiB2 und 4% CrB2 werden zusammen mit Wolframkarbidpulver- , teilchen, die 1, 72 Grew.-% des gesamten Pulvergewichtes bilden, wobei alle Stoffe eine Reinheit von 99% und eine durchschnittliche Teilchengrösse von-100 mesh aufweisen, in einer Kugelmühle aus rostfreiem Stahl mit Kugeln aus rostfreiem Stahl gemahlen, bis ein Gemisch von Teilchen der beiden Diboride mit ei. ier durchschnittlichen Teilchengrösse von 2 bis 311 erhalten wird. Dem so gemischten und zerkleinerten Pulvergemisch wird ein Schmiermittelzusatz aus 2% Kampfer, in Äther gelöst, beigemischt und das das Schmiermittel enthaltende Pulvergemisch wird unter einer Schutzhaube gerührt, bis der Ätheranteil verdampft ist und die Pulverteilchen praktisch gleichförmig mit dem Kampfer-Schmiermittel überzogen sind.
Das so erhaltene feine Pulvergemisch wird mit 22 t/cm2 in der mit Übermass gefertigten Höhlung einer Pressform verdichtet, die nach dem Sintern eine verdichtete Masse von der gewünschten Grösse und Form liefert. Der so erhaltene Presskörper wird hierauf 40 min lang in einem Ofen in einer Atmosphäre aus reinem, trockenem Wasserstoff und bei einer Temperatur von etwa 21300C gesintert. Der entstehende gesinterte Heizkörper besteht aus einer festen Lösung Titandiborid und Chromdiborid und enthält zusätzlich etwa 1, 7% WC, bezogen auf das Gesamtgewicht, und besitzt eine Dichte von 4,74 g/cm3 und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 37 usscm. Die theoretische Dichte eines gleichartigen, zu 100% dichten Körpers ist 4,54 g/cmr'.
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erhalten wird.
Den so gemischten und zerkleinerten Pulvern wird ein Schmiermittelzusatz, bestehend aus 21o Paraffin, gelost in Kohlenstofftetrachlorid, beigemischt und das das Schmiermittel enthaltende Pulvergemisch wird unter einer Schutzhaube gerührt, bis der Kohlenstofftetrachloridanteil verdampft ist und alle Pulverteilchen praktisch gleichförmig mit dem Paraffin-Schmiermittel überzogen sind. Das feine Pulvergemisch wird bei den Beispielen 1 und 2 mit 22 t/cmz verdichtet und der Presskörper wird hierauf 40 min lang in einem Ofen in einer Atmosphäre aus reinem, trockenem Wasserstoff bei einer Temperatur von etwa 2000 bis 2050 C gesintert.
Der so erhaltene gesinterte Heizkörper besteht aus einer festen Lösung von Titandiborid und Chromdiborid und hat eine Dichte von etwa 4, 15 bis 4, 25 g/cms. Die theoretische Dichte eines gleichartigen, zu 100070 dichten Körpers ist 4, 56 g/cms.
Beispiel 5 : Pulverteilchen aus 97%TiBund3%CrB mit einer Reinheit von 991o und einer durchschnittlichen Teilchengrösse von -100 mesh werden wie in den Beispielen 1 und 2 in einer Kugelmühle gemahlen, bis ein Gemisch aus Diboridteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von 2 bis 3 erhalten wird. Den so gemischten und zerkleinerten Pulvern wird ein Schmiermittelzusatz, bestehend aus 2% Paraffin, gelöst in Kohlenstofftetrachlorid, beigemischt und das das Schmiermittel enthaltende Pulvergemisch wird unter einer Schutzhaube gerührt, bis der Kohlenstofftetrachloridanteil verdampft ist und alle Pulverteilchen praktisch gleichförmig mit dem Paraffin-Schmiermittel überzogen sind.
Das feine Pulvergemisch wird wie bei den Beispielen l und 2 mit 22 t/cm verdichtet und der Presskörper wird hierauf 40 min lang in einem Ofen in einer Atmosphäre aus reinem, trockenem Wasserstoff bei einer Temperatur von etwa 2150 bis 21600C gesintert. Der so erhaltene Heizkörper besteht aus einer festen Lösung von Titandiborid und Chromdiborid und hat eine Dichte von etwa 4, 15 bis 4, 25 g/cm3. Die theoretische
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52 g/cm3.Heizkörper nach Beispiel 3.
Beispiel 7 : Ein Heizkörper wird aus einem Pulvergemisch von 95, 5% TiB und 4, 5% CrB zusammen mit 1, 71o Wolframkarbid (bezogen auf die Gesamtmenge) hergestellt und wie in Beispiel 6 behandelt, wobei bei 1930 - 19500C gesintert wird. Der entstandene Heizkörper bestand aus einer festen Lö-
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im übrigen gleich dem Heizkorper nach Beispiel 3.
Beispiel 8 : Ein Heizkörper wird aus einem Pulvergemisch von 95% TiB und 5% CrB zusammen mit 1, 7% Wolframkarbid (bezogen auf die Gesamtmenge) hergestellt und wie in Beispiel 6 behandelt, wobei bei 1910-1950 C gesintert wird. Der entstandene Heizkörper bestand aus einer festen Lösung seiner Diboridbestandteile und enthält etwa 1,7% WC. Er hatte eine Dichte von etwa 4,75 g/cm3 und war im ubrigen gleich dem Heizkörper nach Beispiel 3.
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Die Überlegenheit von Heizkörpern aus dem erfindungsgemässen Werkstoff gegenüber Heizkörpern, welche die gleichen Bestandteile in Verhältnissen ausserhalb des angegebenen kritischen Bereiches der Bestandteile enthalten, wird durch die folgende Tabelle veranschaulicht :
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<tb>
<tb> Zusammensetzung <SEP> des <SEP> Heizkörpers <SEP> Verhältnis <SEP> von <SEP> TiB/CrB <SEP> Verdampftes <SEP> Aluminium <SEP> in <SEP> g/crn
<tb> TiB/CrB <SEP> 90/10 <SEP> 11,5
<tb> TiB/CrB <SEP> 95/5 <SEP> 87, <SEP> 6
<tb> TiB/CrBz <SEP> 98/2 <SEP> 9, <SEP> 5
<tb>
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peratur verlangen, wird die Lebensdauer eines Sinterofens, der bei höheren Temperaturen in der Grössenordnung von 2100 bis 21500C für einen Körper aus TiB betrieben werden muss, bedeutend verkürzt im Vergleich zu Öfen,
die bei einer Sintertemperatur in der Grössenordnung von 19250C zur Herstellung von Körpern aus dem erfindungsgemässen Werkstoff arbeiten.
Weiters begrenzt der verhältnismässig hohe verbleibende Porositätsgrad eines solchen gesinterten Titandiboridkörpers seine mechanische Festigkeit und macht ihn gegen Infiltration durch Komponenten des geschmolzenen Bades, in das er eintaucht, anfällig.
Aus den beiden Zusammensetzungen hergestellte Elektrodenstangen arbeiteten in aufrechter Stellung in einer Aluminiumreduktionszelle wie in Fig. 3 angedeutet, wobei jede der Elektrodenstangen 27 etwa 8 cm in das geschmolzene Aluminium 26 am Boden der Zelle 21 hineinragte und durch 30 Tage zur Reduktion von Aluminium verwendet wurde. Von jeder der benutzten Elektrodenstangen wurde der Querschnitt 2,5 cm unterhalb des hervorragenden oberen Endes untersucht, um die Korrosion und den allgemeinen Zustand zu prüfen.
Während die Elektrode nach der Erfindung einen guten Betriebszustand erkennen liess, wies die nur aus Titandiborid gebildete Elektrode viele Bruchstellen und einen starken Korrosionsangriff auf. Da die letztere Elektrode eine verhältnismässig hohe Porosität hatte, wurde sie von den Komponenten des geschmolzenen Zellenbades nicht nur durch die Bruchstellen, sondern auch durch ihre Poren hindurch infiltriert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Werkstoff für Einrichtungen zum Erhitzen und Verdampfen von Metall, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens etwa 9eo des Werkstoffes im wesentlichen aus einer festen Lösung von 93 bis 97So, vorzugsweise 94-9 6te, Titandiborid mit 7- eco, vorzugsweise 6-4%, Cnromdiborid bestehen und der Werkstoff eine Dichte von mindestens 4, 15 g/cm3 besitzt.