Verfahren zur Herstellung gezogener Wolframdrähte. Gezogener Wolframdraht besitzt bekannt lich unmittelbar nach der mechanischen Be handlung, durch die er gewonnen wurde, eine langfaserige Struktur, die bei starkem Er hitzen in eine kristallinische Struktur im landläufigen Sinne übergeht. Diese Umwand lung geht mit verschiedener Schnelligkeit und in verschiedener Art vor sich.
Die Dauer struktur des stark geglühten Drahtes, wenn man als solche diejenige Struktur bezeichnet, welche entweder ganz beständig ist oder sich nur noch sehr langsam ändert, ist ausser ordentlich verschieden und zeigt bald feine oder grobe gleichachsige oder in die Länge gestreckte Kristalle, bald radial ausgebildete Kristalle, ferner auch Kristalle, die den ganzen Querschnitt des Drahtes mehr oder weniger vollständig ausfüllen und sich auf eine Länge erstrecken, die den Durchmesser des Drahtes um ein Vielfaches übersteigt; bisweilen ist die Struktur in der Mitte der Drähte verschieden von der in den äussern Schichten. Oft wechseln im Draht auch die verschiedenen Strukturen unregelmässig oder mehr oder weniger regelmässig miteinander ab.
Die Struktur wird durch mannigfache Um stände, wie zum Beispiel Beschaffenheit des .Ausgangsstoffes und mechanische, chemische und thermische Einwirkungen während der Bearbeitung und dergleichen, in unregelmässiger Weise beeinflusst. Von der Struktur sind die physikalischen Eigenschaften und damit die Verwendbarkeit des Drahtes in hohem Masse abhängig. .
Die vorliegende Erfindung bezweckt, ge zogenen Wolframdraht herzustellen, der als Dauerstruktur solche Strukturen aufweist, die bei Anwendung bekannter Verfahren nur un regelmässig auftreten. Sie stützt sich in erster Linie auf folgende aus der metallographischen Literatur bekannte Erscheinungen und An nahmen.
In metallischen Gebilden, die aus nicht mechanisch deformierten Kristallen bestehen, beginnen bei bestimmten, im allgemeinen mit fallender Grösse der Kristalle sinkenden Tem peraturen die Kristalle zu wachsen, wobei in der Regel die grösseren die kleineren auf- saugen und Ungleichmässigkeiten im Metall, besonders in der Grösse der Teilchen, aber auch andere physikalischer und chemischer Natur, Ursache sehr starker örtlicher oder allgemeiner Kornvergrösserung sein können, dabei kann durch Zusammentreffen von Be dingungen bei gewissen Temperaturen ausser gewöhnliches Kornwachstum eintreten, wäh rend bei einer höheren oder niederen Tem peratur kleinere Kristalle sich bilden. Be sonders an Grenzschichten treten bisweilen ungewöhnliche Kristallbildungen auf.
Im wesentlichen hängt aber die Umbildung der Kristalle mehr von der Temperatur, als von andern Ursachen ab.
In mechanisch bearbeiteten Aletallen ist der Beginn und die Geschwindigkeit der Kristallumbildung in erheblichem Masse ab hängig von dem Grad der Bearbeitung, und zwar so, dass die Temperatur bei der Um bildung an einer Stelle eintritt, um so nie driger ist, je stärker diese Stelle mechanisch deformiert worden war. In jedem aus Kristall gruppen bestehenden formveränderten Stück befinden sich in nicht übersiehtlicher Ver teilung Stellen, die stärkere und schwächere Formänderungen erlitten haben. Dement sprechend setzt die Kristallumbildung bei verschiedenen Temperaturen und mit ver schiedenen Geschwindigkeiten ein.
Zur Er klärung kann man die langgestreckten Fasern eines gezogenen Drahtes in bezug auf ihre Neigung zur Kristallumbildung als Ketten aneinander gelagerter kleiner Kristalle be trachten, deren Durchmesser etwa der Dicke der Faser an der betreffenden Stelle ent spricht, und die je nach ihrer Grösse bei ver schiedenen Temperaturen sich umbilden wer den. Oder man kann nach andern Anschau ungen annehmen, dass die kleinsten Teilchen je nach ihrer Formänderung verschieden ver lagert, also im Raumgitter in verschiedenem Grade verzerrt sind, und sie demnach ver schieden stark dahin streben, durch Kristall umbildung wieder zu einem geraden Raum gitter zu gelangen.
Diese bekannten Erschei nungen bilden die Grundlage der im folgen den auseinandergesetzten Anschauungen über die Gründe, weshalb es bisher nicht gelungen ist, im gezogenen Wolframdraht planmässig eine gewollte Struktur zu erhalten. Es soll jedoch nicht gesagt sein, dass dies die einzige und richtige Art ist, die Wirkung der Erfin dung zu erklären.
Beim Ausglühen von Wolframdrähten, zum Beispiel solcher für die Leuchtkörper elektrischer Glühlampen, werden die Drähte entweder in ihrer ganzen Länge regelmässig erhitzt oder nach bekanntem Verfahren all mählich durch eine heisse Zone hindurchge führt.
Beim Ausglühen der ganzen Drähte ge langen grosse Teile der letzteren zu gleicher Zeit auf dieselbe Temperatur. Es werden hier und da Kristalle zu wachsen beginnen; je nach der Dicke der Fasern und ihrer Ver lagerung an der betreffenden Stelle und der Beschaffenheit der Nachbarfasern, der eine Kristall schneller als der andere; es wird von Zufällen abhangen, ob in einem bestimmten Raume zahlreiche Kristalle eine ungefähr gleiche Grösse erreichen, oder ob einzelne die Überhand gewinnen, die andern aufsaugen und so stellenweise ausserordentlich grosse Kristalle entstehen.
Beim Hindurchführen des Drahtes durch eine heisse Zone wird eine Fläche gleicher Temperatur entstehen, die, - je nach Art der Erhitzung - in der Regel ähnlich ist, einem Umdr ehungsparaboloid, welches sich nach der Seite der Bewegungs richtung oder nach der entgegengesetzten Seite öffnet. In den verschiedenen Temperatur zonen des durch die Glühzone geführten Drahtes kann die Fläche gleicher Temperatur ver schiedene Gestalt haben; sie kann sogar in ver schiedenen Temperaturzonen desselben Drahtes ihren Scheitelpunkt einmal in der Fortführungs richtung des Drahtes, ein anderes Mal in der entgegengesetzten Richtung haben.
Soll zum Beispiel ein aus einem den ganzen Querschnitt erfüllenden langen Kristall bestehendes Gebilde erzeugt werden, dann ist beim gespritzten Faden, der aus annähernd gleich grossen und jedenfalls gleich wenig verlagerten Teilchen besteht, entweder der in der Linie der Mittelachse des Drahtes wachsende Kristallkeim bevorzugt oder ein am Rande oder in der Nähe des Randes vorwachsender, je nach der Art der Erhitzung, da er neben sich in der gleichen Querschnitts ebene nur ziemlich gleichartige Teilchen findet, die, auf niedrigerer Temperatur befindlich, noch nicht kristallisiert, bezw. rekristallisiert, also kleiner sind und die er demnach alle auf saugen kann.
Beim gezogenen Draht dagegen wird es häufig vorkommen, dass der wachsende Kristall bald hier; bald da auf einen andern trifft, der infolge seiner Vorgeschichte schon bei niedrigerer Temperatur gewachsen und beständiger geworden .ist, sich vergrössert hat und nun selbst weiter wächst, mit dem an kommenden Kristall eine Trennungsfläche bil dend. So entstehen beim gezogenen Draht in der Regel nur sehr unregelmässig lange Kri stalle.
Beim vorliegenden Verfahren wird zweck mässig ein Ausgangskörper verwendet, der Längsgebilde enthält, deren Kristallisations- vermögen oder sonstige Beschaffenheit im Verhältnis zu jenen des übrigen Bestandteiles so ist, dass entweder die Kristallbildung an ihnen fortschreitet, oder dass sie die Vereini gung von Kristallen, die in der Drahtrichtung nebeneinander liegen, verhindern, wodurch die Bildung bestimmter Strukturen im Draht erzielt wird.
Es werden nach dem neuen Verfahren zur Herstellung des Drahtes gepresste Längskörper (Stäbe), die im Querschnitt Zonen enthalten, die untereinander verschieden sind, durch mechanische Bearbeitung zu Drähten geformt, woran sich eine geeignete Wärmebehandlung fügt. Hierbei können die Zonen in bezug auf chemische Eigenschaften, in bezug auf physi kalische Eigenschaften oder in bezug auf Zusammensetzung aus Bestandteilen verschie den sein. Sämtliche Querschnitte sind im all gemeinen auf die ganze Länge des Stückes hin einander gleich. Das Ausgangsstück be steht, zum Beispiel aus einer einheitlichen Grundmasse, in die Längsgebilde von kreis förmiger, rechteckiger oder irgendwelcher Querschnittsgestalt oder Grösse eingebracht sind, die die genannte Beschaffenheit haben.
Auch können die Ausgangskörper von der Achse nach dem Umfang hin eine verschie dene Zusammensetzung haben, oder die Zu sammensetzung kann sich von einer Seite, des Umfanges bis zur diametral gegenüberliegen den Seite ändern oder der Draht kann ver schiedene Sektoren enthalten. Die Schichten oder sonstigen Gebilde verschiedener Zu sammensetzung können stetig oder scharf oder auch stufenweise ineinander übergehen.
Es hat sich gezeigt, dass trotz der grossen Schwierigkeiten, die die mechanische Bearbei tung des Wolframdrahtes immer bereitet, solche Körper sich in vielen Fällen selbst mit solchen eingebrachten Längsgebilden ver arbeiten lassen, die für sich allein unverar- beitbar sind, und dass die Diffusion im hoch erhitzten Wolfram im allgemeinen so gering ist, dass die eingebrachten Körper ihre Quer- schn-ittsform im wesentlichen bis zu den fein sten Durchmessern hin behalten, ähnlich, wie dies bei der Herstellung von feinstem Platin draht nach dem Wellaston -Verfahren der Fall ist.
Als Grundmasse, sowie als "Ein lagen" können zum Beispiel verwendet wer den: Reines Wolfram in verschiedener Korn grösse, Wolfram mit verschiedenen Zusätzen, wie zum Beispiel Thoriumdioxyd, in verschie denen .Prozentsätzen und mit verschiedener Feinheit und Verteilung der Zusätze, ferner Wolfram, das andere Metalle oder Metalloide, wie zum Beispiel Molybdän, Uran, Thorium, Tantal, Vanadin, Chrom, Kohlenstoff, Phos phor und dergleichen, oder Mischungen oder Verbindungen dieser Elemente untereinander oder mit andern Elementen gelöst oder bei gemengt, enthält.
Die Unterschiede zwischen den Schichten usw. können unter Umständen sehr gering sein, zum Beispiel wenn in einer Schicht durch Zusatz eines Metalles oder durch Zusatz gewisser Oxyde eine Erniedri gung oder Erhöhung der Kristallisationsge- schwindigkeit herbeigeführt werden soll.
Die aus den beschriebenen Ausgangs körpern hergestellten Drähte werden schliess lich einer obiger Ausführung entsprechenden, an sich bekannten Wärmebehandlung unter worfen. Bei derDurchführungdes beschriebenen Verfahrens kann zum Beispiel wie folgt vor gegangen werden. Die Hauptmasse aus Wol fram wird mit bestimmtem Gehalt, zum Bei spiel an Thoriumdioxyd, hergestellt, die Seele dagegen mit einem geringeren Gehalt an Thoriumdioxy d oder aus reinem Wolfram, oder die Hauptmasse besteht aus reinem Wolfram, die Seele aus Wolfram, dessen Kristallisations- temperatur durch Zusätze oder durch den Grad seiner Verteilung herabgesetzt ist.
Die mit einer leichter als ihre Umgebung kristal lisierenden Seele versehenen Drähte werden einer bekannten Wärmebehandlung unter worfen, wobei, wenn die Seele des Drahtes heisser oder wenigstens nicht kälter ist, als die Hauptmasse, die Kristallbildung regel mässig an der Seele entlang fortschreitet.
Oder für die Bildung von langgestreckten groben Kristallen, die dem Draht im geglühten Zu stande eine faserige Beschaffenheit geben, werden gezogene Drähte aus thorfreiem oder thorarmem Metall mit Längssäulen oder Schich ten von Wolfram verwendet, das an Thoriüm- dioxyd oder einem ähnlich wirkenden Zusatz reicher ist. Die Drähte werden entweder fort laufend durch eine Heizquelle hindurchgeführt. wobei ein Draht, ähnlich einem Drahtbündel, entsteht, oder auf einmal bei entsprechender Temperatur geglüht.
Die Zusätze können schon in die Press- körper auf mannigfache Art eingebracht wer den, zum Beispiel durch Übereinander- oder Ineinanderbetten verschiedener Pulverschich ten, durch Einlegen, von bereits mehr oder weniger verfestigten, oder gesinterten, oder mechanisch bearbeiteten Körpern oder Dräh ten, durch Einbringung von pulverförmigen oder mehr oder weniger verfestigten Körpern in Bohrungen des Ausgangskörpers, durch Tränken der gepressten, gegebenenfalls mehr oder weniger verfestigten Körper mit be schränkten Mengen von Lösungen, die nur in die äussern Schichten eindringen;
durch mehrmaliges Tränken mit verschieden weit eindringenden Lösungen und sich anschliessende mehr oder weniger vollständige chemische Umwandlung der eingedrungenen Stoffe durch Flüssigkeiten oder Gase, erforderlichenfalls verbunden mit Herauslösen oder Herausdestil lieren der nicht umgewandelten Teile, und auf viele andere Arten.
In an sich bekannter Weise kann die Wärmebehandlung bestehen in einem Aus glühen bei bestimmten festen oder steigenden Temperaturen. Oder sie kann bestehen in der Durchführung des Drahtes durch eine heisse Zone, die dadurch gebildet wird, dass durch ein kurzes Stück des Drahtes ein genügend starker elektrischer Strom hindurchgeleitet wird, oder dass dieses Stück von einem äussern Heizkörper, beispielsweise in Form eines Zy linders oder Ringes, umgeben ist. Diese Mittel können vereinigt werden, und je nach den Einzelheiten der Ausführung kann die Tecn- peratur im Innern des Fadens höher als an der Oberfläche oder umgekehrt sein.
Auch kann ein kurzes Stück des Fadens sehr stark und der vorangehende oder folgende Teil etwa gleichfalls durch hindurchgeleiteten Strom schwächer geglüht werden.
Ausser den aufgeführten bieten nach den beschriebenen Verfahren hergestellte Drähte noch andere Vorteile. So werden, zum Bei spiel in Drähten, bei denen die Einlagen das Fortschreiten der Kristallisation bestimmen, diese Einlagen durch die Hülle gegen schäd liche Einwirkungen bei der mechanischen Be arbeitung geschützt, durch welche die Kri- stallisationsfähigkeit verändert werden würde. Man kann ferner, zum Beispiel die Zusammen setzung des Zonendrahtes so gestalten, dass Spannungen, die im einfachen Draht beim Glühen entstehen und unter Umständen zu Verzerrungen der daraus hergestellten Körper wie zum Beispiel Glühkörper, führen, infolge innern Ausgleiches zwischen den passend ge wählten Schichten nicht auftreten oder aus geglichen werden.
Man kann ferner Stoffe hineinbringen, die mechanische Eigenschaften des Drahtes, zum Beispiel seine Steifheit in der Hitze, beim Gebrauch günstig beeinflussen, und man kann im Innern des Drahtes in konzentrierter Form Stoffe anhäufen, die dazu bestimmt sind, solche Zusätze im Drahte, wie Thoriumdioxy d, die beim Gebrauch herausdampfen, aus den innern Schichten des Drahtes heraus zu ersetzen.