Gegenstand, der aus einem Glasteil und einem Metallteil, die miteinander verschmolzen sind, besteht. Die Erfindung betrifft einen Gegenstand, der aus einem Glasteil und einem Metallteil aus einer Eisen, Nickel und Kupfer in fester Lösung enthaltenden Legierung besteht, die miteinander verschmolzen, sind.
Es ist bekannt, dass bei Nickel-Eisen-Legie- rungen die Ausdehnungszahl durch Ände rung des Verhältnisses zwischen dem Nickel gehalt und dem Eisengehalt unterhalb der sogenannten Curietemperatur wesentlich ge ändert werden kann.
Im Bereich zwischen 0 und 100 C be trägt die lineare Ausdehnungszahl \?0.10-7 für eine Legierung mit 70 0/0 Nickel (Rest Eisen). Mehrere dieser Legierungen werden zur Herstellung von nachstehend als Ver schmelzungen bezeichneten Gegenständen verwendet, bei denen ein lNTetallteil mit. Glas verschmolzen ist. Es ist, dabei nicht nur er forderlich, dass die Ausdehnungszahlen der aterialien einander angepasst sind, sondern <B>1</B> auch, dass die Ausdehnungskurven, das heisst die Kurven, welche die Beziehung zwischen der relativen linearen Ausdehnung und der c Temperatur der Legierung und des Glases angeben, ein gewisses Verhältnis zeigen.
Es hat. sich nun bisher mit den vorste hend erwähnten Legierungen als nicht gut möglieh erwiesen, eine Ausdehnungskurve > herzustellen, die derjenigen weichen Glases gut angepasst war, und zwar besonders nicht im Erweichungsgebiet weichen Glases. Unter einem weichen Glas soll im vorliegenden Fall eine Glasart verstanden werden, deren lineare Ausdehnungszahl über 80.10-7 hinausgeht. Diese Tatsache machte es notwendig, die Be dingungen, unter denen sich die Abkühlung der Verschmelzungen nach ihrer Herstellung vollzog, besonders sorgfältig zu wählen.
Gemäss der Erfindung ist; der Gegenstand nun so ausgebildet, dass der Glasteil eine lineare Ausdehnungszahl aufweist, die über 8,0.10-7 hinausgeht und die Legierung maxi- mal 54 % Eisen, minimal 1% Kupfer und eine Nickelmenge enthält, die maximal ('56 + 1/3 p) 0lo beträgt, wobei p den Kupfer gehalt darstellt..
Kupfer darf nicht in einer zweiten Phase vorhanden sein, wodurch die Grenzen in Abhängigkeit von dem Verhält nis zwischen den Nickel- und Eisenmengen praktisch zwischen 1 und 7 % gelegt werden. Zweckmässig enthält die Legierung 1 bis 7 % Kupfer,
Nickel zu einem Gesamtgehalt an Nickel und Kupfer von 48 bis 56 % und den Rest Eisen. Nickel-Eisen-Legierungen, in denen Kupfer als besondere Phase enthalten ist, sind bekannt. Das Kupfer hat dann eine ganz andere Wir kung als die, welche im vorliegenden Fall erstrebt wird. Das Kupfer soll zum Beispiel die Legierung rostfrei gestalten oder ihr eine hohe Permeabilität und eine niedrige Hyste- rese geben.
Bevor nun auf die Erfindung und ihre Ausführungsarten näher eingegangen wird, wird zunächst die Art, wie sich infolge des Zusatzes des Kupfers eine Anpassung der Ausdehnungskurven ergibt, an Hand einiger Diagramme näher erläutert. Darauf wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ge geben werden.
Die Fig. 1 bis 4 der beiliegenden Zeich nung stellen die Ausdehnungskurven verschie dener Legierungen und die einer einzigen Art, weichen Glases dar. Diese Figuren sollen nur die Schwierigkeiten klar ina.chen, auf die man bei der Herstellung von Verschmel zungen stossen kann, und deshalb sind Zu sammensetzungen und zahlenmässige Werte fortgelassen.
Fig. 5 gibt einen Überblick über das ter- näre System Eisen-Nickel-Kupfer.
Fig. 6 ist ein Diagramm, das den Unter schied hinsichtlich der Ausdehnung zwischen einem weichen Glas einerseits und zwei ver schiedenen Legierungen anderseits zeigt.
'Wie vorstehend bereits erwähnt wurde., sollte für Verschmelzungen die Form der Ausdehnungskurve binärer Nickel-Eisen-Legie- rungen im Erweichungsgebiet weichen Glases ,der Form der entsprechenden Kurve des Glases möglichst. angepasst werden. Unter dem Erweichungsgebiet soll der Temperaturbereich verstanden werden, in dem das Glas beim Erwärmen zti erweichen anfängt, bzw. beim Abkühlen anfängt, ganz formfest zu werden, das heisst der Temperaturbereich, innerhalb dessen während des Abkühlens nach der Her stellung einer Verschmelzung die Spannun gen eintreten.
Je besser die Ausdehnungs kurven in diesem Bereich einander angepasst sind, um so unwahrscheinlicher ist es, da.ss während des Kühlens erneut. dauernde Span nungen eintreten, vorausgesetzt, dass die Aus dehnungsunterschiede unterhalb dieser Tem peratur die gleichen sind, was sich leicht. er reichen lä.sst.
In Fig. 1 sind zwei solche Ausdehnungs kurven dargestellt, die die Beziehung zwi- sehen der relativen linearen Ausdehnung
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und der Temperatur T angeben. Für das Glas ist. die Kurve gestriehelt und für die Legierung ausgezogen.
Es ist. ersichtlich, da.ss die Ausdehnung des Glases zunächst langsam bis zu der Transformationstempera- tur Tt zunimmt., um darauf schnell bis ztt einem Punkt anzusteigen, in dem das Glas seine Starrheit. ganz verliert, was durch eine fallende Linie bezeichnet. ist. Das vorstehend erwähnte Erweichttn;,sgebiet liegt nun in der Nähe der bei der Transformationstemperatur gebildeten Biegung.
Die Ausdehnung der Legierung nimmt gleichfalls zunächst langsam zu, und zwar bis zum ferroniagnetischen Cur iepunkt T" um darauf auch schneller anzusteigen.
Im allgemeinen wird bei Nickel-Eisen- Legierungen der Curiepunkt. T, auf einer höheren Temperatur liegen als der Trans.
formationsptinkt bei weichem Glas, wenn die Kurven unterhalb des Transforniationspunk- tes nicht stark voneinander abweichen (Fig.l). Es ist. zii bemerken, dass die Bie gung beider Kurven unterhalb dieser Tem peratur in manchen Fällen entgegengesetzt ist, was sich jedoch in der Praxis als nicht besonders bedenklich erweist. Ausdehnungs unterschiede können hier durch nachgiebige Formveränderungen aufgenommen werden.
Es ist nun gefund,eit worden, dass alle nichtferromagnetischen Metalle, wenn sie in einer Niekel-Eisen-Legierung gelöst werden, eine Erniedrigung des Curiepunktes bewir ken. Es zeigt sich dabei jedoch iin allgemei nen auch, dass :die Ausdehnungszahl so stark abnimmt, dass sich die Legierung nicht mehr zur Verselimelzung mit weichen Gläsern ver wenden lässt (Fig. \').
Wird nun das Verhältnis zwischen Nickel und Eisen derart gewählt., dass die Ausdeh nungszahl grösser wird, so liegt der Curie- p unkt wieder zu hoch, wie in Fig.l.
Es soll nun eine Legierung auf Nickel Eisen-Basis gefunden werden, deren Curie punkt so weit. erniedrigt worden ist (ohne dass die lineare Ausdehnung erheblich kleiner geworden ist), dass die Ausdehnungskurve in s dem Erweichungsgebiet derjenigen weichen (x1ases gut angepasst ist. Ein Beispiel einer guten Anpassung ist. in Fig.3 gegeben.
Die Kurven schneiden sieh jetzt nahe dem Trans- forma.tionspunkt dreimal, und zwar in den Punkten I, II und III. Im Erweichangs- gebiet bestehen hier nur kleine Verschieden heiten, dass sogar bei ziemlich schneller Ab- külilung keine ins Gewicht fallenden dauern den Spannungen zu entstehen brauchen.
Es ist: für die Herstellung einer guten Verschmelzung keine Bedingung, dass von bei den Kurvendrei Schnittpunkte gebildet. wer den.
Fig. 4 gibt ein anderes Beispiel zweier ein ander gut. angepasster Kurven.
Eine allgemeine Regel lässt sich hier nicht ;;eben, weil. auch die Form der Verschmel zung Einfluss auf die von den Kurven zu erfüllenden Bedingungen ausübt. Im allge meinen wird auf die weitgehende Vermei dung von Zugspannungen im Glas hoher Wert. gelegt. Zu diesem Zweck sind gering fügige Verschiedenheiten hinsichtlich der Form und der Lage der Kurven manchmal erwünscht.
Es ist nun möglich, solche Kurven, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind, zu verwirklichen, :d;a, auch gefunden wurde, dass nicht alle Metalle, die ein Absinken des Curiepunktes herbeiführen, auch eine starke Erniedrigung der Ausdehnungszahl bewir ken.
Es ist gefunden worden, dass die Metalle Kupfer und Zink eine Ausnahme bilden; diese führen beide eine Erniedrigung dies Curiepunktes herbei. Kupfer übt dabei aber besonders geringen Einfluss auf die Ausdeh nungszahl aus (unter der Voraussetzung eines konstanten Eisengehaltes). Zink bewirkt sogar eine Zunahme dieses Koeffizienten. Zur Anwendung in Legierungen, die der Herstellung von Verschmelzungen dienen sollen, ist Zink jedoch unbrauchbar, da es sieh bei der Erhitzung zu stark verflüehtigt.
Die Erfindung ist deshalb auf Gegen stände beschränkt, in denen der Metallteil aus einer Legierung besteht, die nicht nur Eisen und Nickel, sondern auch Kupfer in Lösung enthält.
Die Grenzen, an welche die Komponen ten der Legierungen, auf welche sich die Erfindung bezieht, gebunden sind, werden nachstehend erläutert. In Fig.5 ist ein Überblick über Legie rungen gegeben, die Eisen, Nickel und Kupfer enthalten. Die Punkte des Diagramms, die eine Zusammensetzung von 100 /o Eisen, Nickel oder Kupfer bezeichnen., sind aufein anderfolgend mit Fe, Ni und Cu bezeichnet.
Es wird beispielsweise durch den Punkt P eine Zusammensetzung mit 30 ofo Fe, 1.5 a/o Ni und; 55 % Cu bezeichnet.
Einige Gebiete, in denen sehr bekannte Legierungen liegen, sind hier umrandet. Das Gebiet 1 betrifft die Legierungen für Dauer magnete, das Gebiet. 2 betrifft dasjenige der Materialien mit grosser Permeabilit.ät, und das Gebiet 3 betrifft die Isoperme , die in Pupinspulen verwendet werden. Ferner sind noch einige Legierungen angegeben, die aus schliesslich aus Nickel und Eisen bestehen.
An der 'Stelle 4 liegen die als Invar be kannten Legierungen mit besonders niedriger Ausdehnungszahl, mit annähernd #6411/o; Eisen und 36 % Nickel. An der Stelle 5 liegen Le- gierungen,
die 40 bis 60 % Nickel und für den übrigen Teil Eisen enthalten, die sogenann ten Texturmaterialien für Pupinspulen. Solche Legierungen mit 50 bis 52 %- Fe, Rest Nickel,
sind die in der Einleitung der Be schreibung erwähnten, die häufig für Ver schmelzungen an weiche Gläser verwendet werden.
Es wurde schon bemerkt, dass die, Legie rungen kein Kupfer als besondere Phase ent halten dürfen. Die Löslichkeitsgrenzen des Kupfers, Nickels und Eisens bei Zimmertem peratur sind deshalb durch d ie Linien 6 und 7 bezeichnet; der Vollständigkeit halber ist die Löslichkeitsgrenze beim Schmelzpunkt durch die Linie 8 angegeben. Links von der Linie<B>6</B> liegen Legierungen mit niedrigem Kupfergehalt, denen die Legierung angehört, auf welche die Erfindung sieh bezieht.. Rechts von der Linie 7 liegen Legierungen, die nahezu ganz aus Nickel und Kupfer bestehen, wie sogenanntes Neusilber .
Das Gebiet, in dem die geeigneten Legie rungen liegen, ist mit 9 bezeichnet. Es wird auf der linken Seite von einer Linie be- grenzt, die einen Gehalt. von wenigstens 1% Kupfer angibt. Um den Curiepunkt so weit zu erniedrigen, dass der verfolgte Zweck er reicht wird, ist mindestens dieser Prozentsatz an Kupfer erforderlich. Diese Grenze geht weit über die in Nickeleisen zu erwarten den Kupferverunreinigungen hinaus.
Das Ge biet 9 ist-, wie bereits bemerkt wurde, an der rechten Seite durch die Linie 6 begrenzt.
Der maximale Gehalt an Eisen ist. durch eine Linie bestimmt, die einen Gehalt von 54 % Eisen angibt, Rest Nickel und Kupfer. Legierungen unterhalb dieser Linie weisen: eine zu niedrige Ausdehnungszahl auf, um bei den vorstehend definierten weichen Glä sern Verwendung finden zu können.
Die obere Grenze für Nickel ist durch eine Linie festgelegt, die Legierungen mit. einem Curiepunkt von annähernd 550 C an gibt. Diese Linie ist empirisch angenähert erreicht worden durch einen Nickelgehalt., der maximal ('56 + 1/3 p) % beträgt, wobei p den Kupfergehalt darstellt.. Bei weichen Glä sern wird man keine Legierungen mit höhe ren Guriepurikten zu verwenden brauchen, wenn die gewünschte Wirkung erreicht wer den soll.
An Hand eines Ausführungsbeispiels wird jetzt. gezeigt werden, welchen Einfluss das Kupfer in Lösung auf die Lage des Curie punktes und die Ausdehnungszahl sowie auf die Spannungsverteilung bei einer Verschmel zung an weiches Glas ausübt.
Als Glas ist. hierbei beispielsweise soge nanntes Röntgenglas mit einer linearen Aus dehnungszahl 2, = 96 .10-1 zwischen 20 und 300 C gewählt. Die Transformationstempera- tur liegt hier bei 515 C.
Die Zusammenset zung in Gewichtsprozenten ist folgende: Si02 70,5% Na20 18,00/0 Ca0 9,00/0 Zn0 0)5,0/9 - A1203 2,0<B>0/0.</B> Die Ausdehnungen zweier Legierungen mit. unterschiedlichem Kupfergehalt. werden mit der Ausdehnung dieses Glases vergli chen.
Die gestrichelte Kurve i1 in Fig. 6 bezieht sieh auf eine Legierung, die aus 46,7 01o Fe, 51,3 % Ni und 2 % Cu besteht, die Ausdeh- nungszahl beträgt 20. bis 300 C = 104. 10-7 und die Curie temperatur T, = 485 C.
Die ausgezogene Kurve B bezieht. sieh auf eine Legierung, die aus 46,5 % Fe, 47,5 0/a Ni und 6 % Cu be- steht; die Legierung hat eine Ausdehnungs zahl d 20 bis 300 C = 102i. 10-7 und eine Te = 450 C.
Die Ausdehnungszahlen beider Legierun gen sind' somit praktisch gleieh, nur die Curietemperaturen sind verschieden.
In Fig. 6 ist nun die Differenz der Aus dehnungskoeffizienten
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als Ordinate als Funktion der 'Temperatur in C aufge tragen. Mit, -11, und J <B>11</B> sollen hier die Verlän gerungen des Glases bnv. des 1Tetalles be zeichnet werden. Der Deutlichkeit halber sind die Ordina ten in weit, übertriebenem 1Iassstabe darge stellt.
In Abweichung von den Fig. 1 bis 4 zeigt die Fig.6 somit. nur die Verschiedenheiten in der Ausdehnung und nicht die absoluten Werte, weil die Verschiedenheiten bestimmen, welche SpannLingen. auftreten werden.
Die Figur zeigt, dass die Verschiedenhei ten in der Ausdehnung bei Anwendung der Legierung 1 bedeutend grösser sind als bei Anwendung der Legierung B. In beiden Fäl len schneiden sieh die Ausdehnungskurven offenbar in oder nahe dem Transformations- punkt, der bei 515 C lag. Die Kurve B weist jedoch kurz unter dieser Temperatur zwei Biegepunkte auf. Dabei liegt kurz unter dem Transformationspunkt ein Bereich von 50 C, in dem nur besonders kleine relative Län genveränderungen zwischen Glas und Legie rung auftreten.
In diesem Gebiet brauchen somit. keine besonderen Vorkehrungen beim Kühlen nach der Herstellung der Verschmel zung getroffen zu werden. Beim Absinken der Temperatur unter 4'50 C nehmen die Abweichungen zunächst bis etwa 2'50 C zu, um darauf wieder abzunehmen. Diese Ver schiedenheiten sind jedoch ungefährlich, weil das Glas in diesem Gebiet. nur zeitweiligen, nachgiebigen Formveränderungen unterwor fen ist.
Es ist zu bemerken, dass die Tatsache, dass die Kurve A keine Biegepunkte im Er- weiehungsgebiet aufweist, selbstverständlich nicht gegen die Brauchbarkeit. dieser Legie rung in einer Verschmelzung mit. einem an dern weichen Glas spricht, das eine höhere Transformationstemperatur aufweist. Ein sol ches Glas ist als Platinglas bekannt und hat eine Tt = 530 C und eine Ausdehnungs zahl 2 = 89 bis 93.1,()-7.
Legierungen, die sich als recht gut. brauch- bar erwiesen haben, enthalten 3 bis 7 % Kup- fer, Nickel zu einem Gesamtgehalt an Nickel + Kupfer von 48 bis 56 % und den Rest. Eisen..
Solche Legierungen sind bei manchen üblichen weichen Gläsern verwendbar, wie zum Beispiel bei Glas nachfolgender Zusam mensetzung Si02 58,5 0/0 A1203 0,5% Na20 6,5% K20 4,51/o Pb0 30,0 0/0.
Der Gehalt des Pb0 kann bei diesen Glä- sern zwischen annähernd 20 und 35 % wech- seln, der Alkaligehalt soll dabei zwischen 10 und 15 % bleiben.
Das Gebiet, in dem die zuletzterwähnten Legierungen liegen, ist in Fig.5 mit. einer gestrichelten Linie umgeben und mit. der Ziffer 10 bezeichnet..
Die Erfindung findet hauptsächlich bei Entladungsröhren und ähnlichen elektrischen Vorrichtungen Verwendung.