CH513244A - Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur   H;erstellung    von Werkstoffen
Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem gleichzeitig mehrere zunächst getrennte Metalle durch Elektronen-, Plasma- oder Laserstrahlen verdampft und gemeinsam niedergeschlagen werden. Dieses Verfahren ist in der österreichischen Patentschrift Nr.   236 185    beschrieben, die allerdings die in diesem Zusammenhang mit Elektronenstrahlen äquivalenten Plasma- und Laserstrahlen nicht ausdrücklich nennt.



   Bei dem bekannten Verfahren geht es darum, Verbundkörper aus einem unedlen   Grundmetall    mit einer mikroskopisch dünnen, aus einer Legierung edler Metalle bestehenden Deckschicht zu versehen. Zwischen Grundmetall und Deckschicht entsteht dabei eine unlösbare Verbindung, was ganz im Sinne der Verwendung des Verbundkörpers als Elektrokontakt liegt.



   Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen und dieses Verfahren ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mehrere zunächst getrennte Metalle durch Elektronen-Plasma- oder Laserstrahlen verdampft und gemeinsam auf einer gekühlten Unterlage niedergeschlagen werden, wobei der aus den verdampften Metallen entstehende Werkstoff von der Unterlage getrennt und ablösbar ist.



   Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben.



   Fig. 1 zeigt eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens,
Fig. 2 bis 5 zeigen verschiedene Unterlagen.



   Je nach der Anzahl der zu vereinigenden Metalle sind mehrere Elektronenstrahlquellen 7 in einer Kammer 8 untergebracht, in die auch die Metalle 5 eingebracht werden. Die Elektronen treffen auf die Metalle 5 auf und die aus der Umwandlung der kinetischen Energie der Elektronen entstehende Wärme bringt hierbei die Metalle 5 zum Verdampfen. Infolge der starken Bündelung und Energiezufuhr können die Orte der Wärmeentstehung scharf begrenzt werden. Die Anwendung des Verfahrens setzt in den meisten Fällen Vakuum voraus.



   Um zu verhindern, dass um die Auftreffstelle herum eine grössere Werkstoffmenge zum Schmelzen gebracht wird, lässt man den Elektronenstrahl in kurzen, energiereichen Impulsen einwirken. Während der Impulsdauer von wenigen Mikrosekunden wird eine zwar kleine Werkstoffmenge verdampft, aber nur sehr wenig Werkstoff abgeschmolzen. Das verdampfte Material setzt sich an einer gekühlten Unterlage 2 ab, die keineswegs aus Metall zu bestehen braucht. Zur Herbeiführung oder Beschleunigung chemischer Reaktionen kann ein Katalysator oder eine Heizung 10 in der Kammer 8 eingebaut sein. Zweckmässigerweise werden sowohl die Unterlage 2 mit einer Temperaturregelung, als auch die Ausgangsstoffträger mit Vorschub- und Vorheizeinrichtungen versehen.



   Durch das beschriebene Verfahren lassen sich Metallgemische hoher Hitzefestigkeit, Oberflächenhärte und Abriebfestigkeit herstellen. Zum Beispiel ergibt das Kondensat eines Dampfgemisches von Chrom und Wolfram einen rostfreien Werkstoff mit hoher Abriebfestigkeit, der im Falle der Beimischung von Molybdän auch hochwarmfest ist. Eine bevorzugte Anwendung für diesen neuartigen Werkstoff wäre die Herstellung von Turbinenschaufeln. Höchste Anforderungen an die Warmfestigkeit werden an die Hitzeschilde von Weltraumflugkörpern gestellt, die insbesondere beim Wiedereintritt in die Atmosphäre ganz ungewöhnlichen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Gemische von Niob und Tantal, Niob und Titan oder auch Zirkon und Titan bieten sich für diese Verwendung an.



   Es lassen sich sogar lediglich aus Natrium und Chrom bestehende Legierungen schaffen.



   Es können auch kompliziert geformte Werkstücke ohne die Notwendigkeit einer aufwendigen Oberflächenbehandlung hergestellt werden, indem eine Unterlage verwendet wird, deren Oberfläche die endgültige Form aufweist, die das aus dem hergestellten Werkstoff aufgebaute Werkstück haben soll. Die Ablösung der Unterlage vom fertigen Werkstück kann mechanisch, chemisch  oder wärmetechnisch erfolgen. Besonders einfach gestaltet sie sich, wenn die bedampfte Oberfläche der Unterlage durch einen ablösbaren Teil gebildet wird. Beispielsweise kann eine Folie, z.B. eine Kunststoffolie, über den feststehenden Teil der Unterlage gespannt werden, die mit dem Werkstück abgenommen und dann abgeschabt oder chemisch aufgelöst wird. Eine Beschädigung des Werkstückes ist dabei nicht zu befürchten.

  Die bedampfte Oberfläche der Unterlage kann einer äusseren oder inneren Oberfläche des herzustellenden Werkstückes entsprechen. Im ersten Fall müssen die Quellen der Metalldämpfe im Inneren der Unterlage angeordnet sein.



  Um grössere Werkstücke oder Körper mit stark gekrümmter Oberfläche herzustellen ist es günstig, die Quellen der   Metalldämpfe    oder die Unterlage beweglich anzuordnen. Fig. 2 zeigt schematisch eine von Kühlflüssigkeit 1 durchflossene Unterlage 2, auf die eine Folie 4 aufgespannt ist. Auf dieser Folie 4 schlagen sich Metalldämpfe nieder aus denen ein Werkstück 3 entsteht. Erzeugt werden diese Dämpfe durch Elektronen-, Laseroder Plasmastrahlen die auf Metallstücke gerichtet werden, die sich mit der Unterlage 2 im selben evakuierten Behälter befinden.

 

   In Fig. 3 wird die Entstehung eines rohrförmigen Werkstückes durch die Rohrform der Unterlage 2 bestimmt. Da hier jeweils nur ein Teil der Unterlage sich im Bereich der schematisch angedeuteten Quelle 7 der   Metalldämpfe    befindet, ist die Unterlage 2 drehbar angeordnet. Das Kühlmittel 1 liegt aussen. Das auf der Innenseite der rohrförmigen Unterlage aufkondensierte Werkstück ist mit 3 bezeichnet.



   Fig. 4 zeigt die Anwendung des Verfahrens auf die Herstellung einer Raketenspitze. Die Unterlage 2 hat ein Kühlmittel 1 enthaltende Kanäle. Das Werkstück ist mit 3 bezeichnet.



   Fig. 5 zeigt ein drehbares, ein Kühlmittel 1 enthaltendes Kunststoffrohr als Unterlage 2 mit dem aufkondensierten rohrförmigen Werkstück 3. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   I. Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mehrere zunächst getrennte Metalle (5) durch Elektronen-, Plasma- oder Laserstrahlen verdampft und gemeinsam auf einer gekühlten Unterlage (2) niedergeschlagen werden, worauf der Niederschlag von der Unterlage (2) abgelöst wird.

   II. Anwendung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I zur Herstellung von Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterlage (2) verwendet wird, deren Oberfläche die Form aufweist, die ein aus dem hergestellten Werkstoff aufgebautes Werkstück haben soll.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass Natrium und Chrom verdampft werden.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Unterlage (2) ein von einem Kühlmittel (1) durchflossener Hohlkörper verwendet wird, auf dessen Aussenseite die verdampften Metalle niedergeschlagen werden.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Unterlage (2) ein drehbar gelagerter Hohlkörper verwendet wird, auf dessen Innenseite die verdampften Metalle niedergeschlagen werden.

   4. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Unterlage (2) eine mit einer ablösbaren Folie (4), z.B.

   einer Kunststoffolie, belegte Unterlage verwendet wird.