DE1019469B - Verfahren zum Herstellen von Metallkoerpern aus Wolframmetallpulver - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Metallkoerpern aus Wolframmetallpulver

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DE1019469B
DE1019469B DEE9388A DEE0009388A DE1019469B DE 1019469 B DE1019469 B DE 1019469B DE E9388 A DEE9388 A DE E9388A DE E0009388 A DEE0009388 A DE E0009388A DE 1019469 B DE1019469 B DE 1019469B
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Dr Tivadar Millner
Dr Jenoe Neugebauer
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    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Description

  • Verfahren zum Herstellen von Metallkörpern aus Wolframmetallpulver Die endgültige Kristallstruktur, die chemischen und physikalischen Eigenschaften sowie die mit diesen zusammenhängenden technologischen Eigenschaften der aus Woiframmetallpulver durch Pressen und Sintern hergestellten Metallkörper, z. B. Metallstäbe, ferner der aus diesen durch Hämmern und Ziehen hergestellten Wolframdrähte werden entscheidend beeinflußt durch die zurückbleibenden geringen Spuren der in ihrer Hauptmasse beim Sintern verdampfenden chemischen Zusätze oder Verunreinigungen. Es ist z. B. bekannt, daß neben Alkali- und Siliziumspuren insbesondere Aluminiumspuren in den Wolframstäben und Wolf ramdrähten eine großkristalline Struktur und vorteilhafte technologische Eigenschaften erzeugen.
  • Bei der Fabrikation von Wolframglühkörpern werden die oben angeführten Erscheinungen in hohem Maße ausgewertet. Es ist jedoch oft nicht zu vermeiden, daß jene außerordentlich kleine Mengen nützlicher »Verunreinigungen«, welche z. B. 0,00,1 % oder noch weniger betragen und die berufen sind, die gewünschten technologischen Eigenschaften zu sichern, sich wegen der technischen Gegebenheiten der Anfertigung und der Bearbeitung des Wolframstabes nicht mit der gewünschten Gleichmäßigkeit verteilen, z. B. in den einzelnen Wolframkörnchen oder in dem gesamten Ouerschnitt des gesinterten Wolframstabes oder endlich in der Masse des Wolframdrahtes, z. B. entlang dieses Drahtes. Dies hat dann zur Folge, d,aß die Struktur solcher Wolframstäbe in der Nähe der Oberfläche zwar aus großen Kristallen besteht, innen jedoch kleinkristallin, d. h. nicht homogen ist. Dies kommt andererseits auch dadurch zum Ausdruck, daß der gezogene Wolframdraht an einzelnen Stellen eine größere Brüchigkeit aufweist als an anderen.
  • Aus den in großem Umfang durchgeführten chemisch-analytischen und wolframtechnologischen Untersuchungen wurde erkannt, daß die besagten Erscheinungen und im allgemeinen die meisten Ursachen der Inhomogenität darin bestehen, daß die notwendigen kleinen Spuren der nützlichen Zusätze oder Verunreinigungen oder deren größere Mengen im Wolframmetall sich nicht immer mit der notwendigen. Gleichmäßigkeit verteilen, sondern oft an einzelnen bevorzugten Stellen, z. B. an der Grenze der Kristallite oder Fasern, sich anhäufen.
  • Im Laufe der Untersuchungen wurde festgestellt, daß im heute üblichen Herstellungsverfahren des metallischen Wolframpulvers die Wasserstoffreduktion des mit großer, z. B. einige Zehntel Prozente, betragender Menge der nützlichen Zusatzstoffe präpar fierten WO.-Pulvers im allgemeinen über W40,1-und WO.,-Oxyde bis zum Metallpulver derart abläuft, daß hierbei WO.-Körnchen entstehen, deren Masse einen kleinen, z. B. den hundertsten Teil der WO.-Körnchen beträgt. Im Laufe der weiteren Reduktion erzeugen diese Oxydkörnchen Metallkörnchen, die größer sind als die ursprünglichen Oxydkörnchen, sogar wesentlich größer als die beim Ausgang vorhandenen WO.-Körnchen. Werden im Laufe der Reduktion die aus den WO.-Pulver entstandenen Produkte mechanisch, z. B. durch Durchmischen nicht beeinflußt, so behalten die ursprünglich auf die Oberfläche der WO,-Körnchen angesetzten Zusatzstoffe ihre relative Lage an der Oberfläche der WO..-Körnchen, behalten also ihre große örtliche Konzentration auch in dem feinen W02-Pulver und bauen sich in die entstehenden und ihrer Masse nach zune menden Metallkörnchen ebenfalls mit großer örtlicher Konzentration, also uneinheitlich ein.
  • Werden aus einem solchen Metallpulver in der in der Wolframfabrikation üblichen Weise poröse Stäbe z. B. mit 55 % Porenvolumen gepreßt und beginnt man diese Stäbe mittels durchgeführten Stromes mit fortlaufend zunehmender Stromstärke zu sintern., so verdampft stufenweise der überwiegende Teil der Zusatzstoffe und der Verunreinigungen, noch bevor die Poren der Stäbe sich in ansehnlichem Maße geschlossen hätten, d. h. bevor noch das Porenvolumen wesentlich, z. B. auf 30, o/o sich verringert hätte. Wird die Stromstärke und mit dieser zusammen die Stabtemperatur über diese Grenze weiter erhöht, so schließen sich die Poren des Stabes bereits sehr schnell, so daß die eventuell noch nicht v erdamtnften Zusatzstoffpartikeln in dem sinternden Stab zurückgehalten werden. Ist die auf diese Weise im Stab okkludierte Menge des Zusatzstoffes wesentlich, so wird der Stab bei einer in der Nähe des Schmelzpunktes des Wolframs liegenden Temperatur durch den Dampfdruck aufgeblasen und dadurch für die Bearbeitung ungeeignet gemacht. Ist die okkludierte Menge des Fremdstoffes geringer, so kann es leicht vorkommen, daß der Dampfdruck der Fremdstoffe den Stab zwar nicht sichtbar expandiert, jedoch wird das Gefüge der Kristallite des Stabes aufgelockert, so daß der Stab nicht gleichmäßig bearbeitbar ist und demzufolge Ungleichheiten im Draht verursacht werden. Es ist also mit Rücksicht auf die gute Bearbeitbarkeit und die Gleichmäßigkeit des Drahtes zweckmäßig, wenn man danach trachtet, daß die Zusatzstoffe noch vor dem sich Schließen der Poren aus dem Stab weitgehend sich entfernen. Sie dürfen jedoch trotzdem nicht vollständig ausgedampft werden. Es hat sich nämlich gelegentlich der Untersuchungen gezeigt, daß die vorteilhaften technologischen Eigenschaften der aus dem Stab hergestellten Wolf ramdrähte nicht durch die vollständige chemische Reinheit, sondern im Gegenteil durch die sehr geringen Spuren einzelner bestimmter Fremdstoffe bestimmt werden.
  • Gemäß den Ergebnissen der analytischen und technologischen Untersuchungen genügt zur Sicherung der gewünschten technologischen Eigenschaften eine Menge dieser günstig wirkenden Zusatzstoffe, die kleiner ist als 0,0010/0. Zum Erreichen einer hohen Gleichmäßigkeit des Drahtes ist es natürlich notwendig, daß selbst diese geringen Spuren im Wolf rainmetall möglichst gleichmäßig verteilt seien. Demgegenüber wurde festgestellt, daß bei dein heute üblichen Verfahren zum Sintern von W olframstäben in dem Temperaturgebiet, wo rasches Sintern stattfindet, wesentlich mehr Zusatzstoffe in den Stab eingeschlossen werden (im allgemeinen einige Hundertstel Prozente) als notwendig wäre. Diese Zusatzstoffe sind hierbei im Stab im allgemeinen sehr uneinheitlich verteilt.
  • Gemäß den Feststellungen sind diese Spuren der Zusatzstoffe nicht nur in überflüssiger Menge und ungleichmäßig verteilt, sondern sie sind geradezu schädlich selbst dann, wenn ihre Verteilung zufällig gleichmäßig wäre, denn wenn auch keine Expansion des Stabes stattfindet, so wird doch die Bearbeitung erschwert. Die besagten Spuren der Zusatzstoffe waren zur Zeit ihres Einschließens gerade am Wege, den ; Stab zu verlassen: sie waren eben bestrebt, aus den Metallkörnchen die Grenzen der Körnchen zu erreichen und trachteten von da durch die Poren aus dem Stab auszudampfen. Sie wurden jedoch hierbei in den Poren. also an den Grenzen der Körnchen des ; Stabes festgehalten. Werden Stäbe mit derart verteilten Verunreinigungen weitergesintert, so geht zwar der Sinterprozeß bis zu einem bestimmten Maße noch vor sich, und die Stäbe machen den Eindruck wohlgelungener Stäbe, doch wird ihre Bearbeitbarkeit, z. B. ihre Hämmerbarkeit, schädlich beeinflußt durch den Umstand, daß die Kristallitgrenzen und die Oberfläche der Fasern mit Fremdstoffen verunreinigt sind. Deshalb ist die Bearbeitbarkeit derartiger Stäbe nicht ausreichend. Hierbei sind natürlich auch die mechanischen Eigenschaften der Stäbe ungleichmäßig.
  • Diese Feststellungen werden durch die folgenden Beobachtungen unterstützt.
  • Es wurde mit Hilfe von Zusatzstoffen, die eine großkristalline Stab- und Drahtstruktur sichern, nach bekannten `"erfahren ein Wolframmetallpulver hergestellt und aus diesem Pulver poröse Stäbe gepreßt,, sodann die Stäbe in an sich bekannter Weise während einer Zeitdauer von höchstens 10 bis 15 Minuten stufenweise bis 90 bis 95 % der zum Durchschmelzen notwendigen Stromstärke erhitzt, sodann der Stab für etwa 5 Minuten mit dieser Stromstärke belastet bzw. auf der entsprechenden Temperatur erhalten und endlich das Sintern beendet. Auf diese Weise wurden Wolframstäbe erhalten, bei welchen a) im allgemeinen nur die äußere Oberfläche von großen Kristallen bedeckt war, das innere jedoch aus kleinen Kristallen bestand; b) die Stäbe waren in der Massenfabrikation zufolge ihrer Inhoinogenität nicht leicht und gut bearbeitbar; c) in größeren Drahtabmessungen rekristallisiert waren die Drähte zwar entsprechend großkristallin und genügend fest; d) es war jedoch die Festigkeit der dünnen Drähte gering, und die Gleichmäßigkeit der technologischen Eigenschaften war nicht zufriedenstellend.
  • Sodann wurden aus dem besagten Metallpulver, abweichend von den bekannten Verfahren, im Sinne der Erfindung derart Wolframstäbe hergestellt, daß man die Stäbe bei mittleren Temperaturen,, d. h. solchen, welche z. B. mit Hilfe einer Stromstärke erreicht wurden, die 40 bis 50% der zum Schmelzen des Stabes notwendigen Stromstärke betrug, in der üblichen Weise in 5 bis 10 Minuten stufenweise erhitzt, sodann mit Hilfe dieser Stromstärke -- das ist im Sinne der Erfindung bei einer mittleren Temperatur - die Stäbe für eine längere Zeit, z. B. 1/4 bis 1 Stunde lang, erhitzt, sodann das Sintern in an sich bekannter Weise beendet. Mit diesem Verfahren wurden Wolframstäbe erhalten, die wesentlich gleichmäßiger und besser bearbeitbar waren als die mit dem bekannten Verfahren hergestellten Wolframdrähte und bei welchen außerdem a) der volle Querschnitt in der gesamten Länge des Stabes durch Großkristalle gefüllt war; b) die Stäbe waren leicht und gut bearbeitbar; c) die aus den Stäben hergestellten Drähte größerer Durchmesser zeigten im rekristallisierten Zustand eine großkristalline Struktur und eine gleichmäßige Festigkeit; d) die aus den Stäben hergestellten dünnen Drähte (z. B. mit einem Durchmesser von weniger als 10, Mikron) übertrafen hinsichtlich Bearbeitbarkeit, Festigkeit, Dehnung und Homogenität weitgehend die technologischen Eigenschaften der aus nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, sondern in an sich bekannter Weise gesinterten Stäben hergestellten dünnen Drähte.
  • Es kann hiernach angenommen werden, daß diese wesentliche Verbesserung der technologischen Eigenschaften und unter diesen der Homogenität mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung dadurch erreicht werden, daß bei mittleren Temperaturen, bei welchen das Schließen der Poren noch langsam vor sich geht, das Verdampfen der Zusatzstoffe hingegen bereits energisch ist, mit einer lang andauernden Erhitzung die letzten Teile der Zusatzstoffe in wesentlich höherem Maße ausgedampft werden als bei den bekannten Verfahren. Diese Ansicht wird noch durch die Beobachtung unterstützt, wonach Stäbe, die nach den bisher bekannten Verfahren hergestellt wurden, bis zum Erreichen der mittleren Temperatur, ungefähr nach 10- Minuten, eine lineare Maßabnahme von 5 bis 7 % erreichten. Bis zum üblichen Beenden des Sinterns während ungefähr weiterer 10 Minuten erhöhte sich der Schwund auf 18 bis 20 %. Demgegenüber betrug die lineare Maßabnahme der aus dem gleichen Metallpulver nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stäbe bis zum Erreichen der mittleren Temperatur etwa während 10 Minuten ebenfalls 5 bis 7%, auf der mittleren Temperatur während weiterer 30 Minuten etwa 12 % und endlich nach dem Beenden des Sinterprozesses auf hoher Temperatur, also nach etwa weiterer 10 Minuten, etwa 18 bis 20%. In den nach den bekannten Verfahren hergestellten Stäben betrug die mit Hilfe analytischer Methoden fe::tstellbare rückständige Menge der Zusatzstoffe etwa 0,03 bis 0,0'1 %, während die rückständige Menge in den Stäben nach der Erfindung wesentlich geringer, gewöhnlich überhaupt nicht meßbar, also weniger als 0,001 % war.
  • Unter einem mittleren Temperaturgebiet wird in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen jener Stromstärke zugeordnetes Temperaturgebiet verstanden, das 30 bis 50% der zum Durchschmelzen des Stabes notwendigen Stromstärke beträgt.
  • Jene nicht notwendigen, sogar schädlichen Spuren von Zusatzstoffen, welche durch ein lang anhaltendes Erhitzen auf den mittleren Temperaturen durch die noch offenen Poren aus dem porösen Stab verdampft werden können, verdampfen während einer um so kürzeren Zeit aus dem Stab, je höher die angewandte Temperatur ist. Deshalb ist aus praktischen Gründen zweckmäßig, beim Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung auf einer möglichst hohen mittleren Temperatur zu arbeiten. Diesem Streben wird eine Grenze gesetzt durch den Umstand, daß sich die Poren auf hohen Temperaturen rascher schließen. Die Umstände während der Sinterung an mittleren Temperaturen führen gemäß unteren Erfahrungen zur Fest-Stellung, daß das erwünschte und erreichbare Maß des Ausdampfens der nicht notwendigen Zusatzstoffspuren nicht übermäßig davon abhängt, ob man das andauernde Erhitzen auf einer mittleren Temperatur bei einer etwas geringeren Temperatur, jedoch während einer längeren Zeit, oder auf einer etwas höheren Temperatur, jedoch mit Rücksicht auf das sich Schließen der Poren während einer kürzeren Zeit durchführt.
  • Dementsprechend kann das Verfahren nach der Erfindung mit sehr verschiedenen Wertpaaren der Zeit und der mittleren Temperatur erfolgreich durchgeführt werden. Wir haben jedoch gefunden, daß im Falle der heute üblichen Zusatzstoffe jene Temperatur, bei welcher das Ausdampfen der Spuren der nicht notwendigen Zusatzstoffe praktisch schon genügend rasch, also binnen einigen Stunden, vor sich geht, ferner jene Temperatur, bei welcher sich die Poren noch nicht zu ; rasch, also zum Beispiel während 5 bis 10 Minuten, praktisch noch nicht vollständig schließen, unter Berücksichtigung der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung mit gutem Erfolg zwischen Grenzen liegen, welche einerseits durch 40% der zum Schmelzen des Stabes notwendigen Stromstärke, anderseits durch 50, % dieser Stromstärke bestimmt werden. Diesen Temperaturwerten sind Erhitzungszeiten von einerseits mehreren Stunden, vorteilhaft etwa 10 Stunden, anderseits von mehreren Minuten, vorteilhaft etwa 10 Minuten, als Wertpaare zugeordnet.
  • Es wurde gefunden, daß zwecks Sicherung der Gleichmäßigkeit und der technologischen Eigenschaften sehr dünner Wolframfäden es vorteilhafter ist, das Erhitzen für längere Zeit auf einer niedrigeren Temperatur als für eine kürzere Zeit auf einer höheren Temperatur durchzuführen.
  • Jenes Gebiet der mittleren Temperaturen, innerhalb welchen das Ausdampfen und die Geschwindigkeit des Schließens der Poren zueinander noch in einem vorteilhaften Verhältnis stehen, kann sich während der praktischen Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung in gewissem Maße in Abhängigkeit von der Qualität und Menge der Zusatzstoffe, ferner in Abhängigkeit von der Korngröße des Wolfranimetallpulvers verschieben. Deshalb ist es zweckmäßig, dieses Temperaturgebiet für jedes Wolfrainpulver mit verschiedenen charakteristischen Eigenschaften besonders zu bestimmen. Dies kann praktisch dadurch erfolgen, daß man einerseits den erreichbaren maximalen Wert des Schwundes (der linearen Maßabnahme) jener Stäbe feststellt, welche aus einem gegebenen Wolframmetallpulver unter den üblichen Betriebsverhältnissen hergestellt wurden, ferner die zu deren Schmelzen notwendige Stromstärke feststellt. Sodann bestimmt man jene Stromstärke, bei deren Anwendung der Schwund während einer Stunde von einem Drittel, z. B. 6 % des maximal erreichbaren Schwundes, der z. B. 18 % beträgt, im Laufe einer Stunde auf die Hälfte bis zwei Drittel (z. B. 9, bis 12 %) des maximalen Wertes sich erhöht. Beträgt diese Stromstärke n % der zum Schmelzen der Stäbe notwendigen Stromstärke, dann erstreckt sich das nützliche Stromstärkegebiet des Verfahrens nach der Erfindung von (n - 5) '% bis (n -I- 5) % der zum Schmelzen notwendigen Stromstärke.
  • Das Verfahren nach der Erfindung kann vorteilhaft auch derart durchgeführt werden, daß man das Erhitzen im mittleren Temperaturgebiet nicht auf einer, sondern auf zwei oder mehreren Temperaturen durchführt, z. B. so, daß man den Wolframstab innerhalb des Gebietes der günstigen Stromstärken zunächst mit einer geringeren Stromstärke, sodann mit einer höheren Stromstärke für längere Zeit erhitzt. Ein gutes Ergebnis kann auch dadurch erreicht werden, daß man die Stromstärke innerhalb des günstigen Gebietes kontinuierlich derart erhöht, daß das Erhitzen einer lang andauernden Erhitzung entspricht.
  • Aus dem Vorangehenden ist es ersichtlich, daß das Verfahren nach der Erfindung auf verschiedene Weisen verwirklicht werden kann. Das gemeinsame Kennzeichen aller Ausführungsformen des Verfahrens besteht darin, daß das andauernde Erhitzen in einem Temperaturgebiet angewendet wird, in welchem das Verdampfen der nicht notwendigen Spuren der Zusatzstoffe und Verunreinigungen bereits rasch vor sich geht, das Schließen der Poren jedoch noch derart langsam erfolgt, daß das Ausdampfen der Fremdstoffe in hohem Maße nicht verhindert wird. Das andauernde Erhitzen wird also gemäß der Erfindung in einem Temperaturgebiet angewendet, dessen Temperaturen bei den üblichen bekannten Verfahren nicht länger als höchstens 1 bis 2 Minuten wirksam waren.
  • Im nachstehenden erläutert ein Ausführungsbeispiel die Erfindung, das jedoch in keiner Beziehung einschränkend ausgelegt werden kann.
  • Mit 0,2% NaCl, 0"3% K Cl, 0,40/a Si O", 0,05% A1203 und 0,031/o Fez 03 präparierte Wolframsäure oder Wolframtrioxyd, deren Körnchen überwiegend eine Abmessung von 1/z bis 11/z Milcron aufweisen, wird in strömendem Wasserstoffgas bei einer bis 820° C sich erhöhenden Temperatur zu Metallpulver reduziert, dessen Körnchen überwiegend 1/2 bis 2 Mikron Abmessung aufweisen. Das so hergestellte Metallpulver wird zu Stäbe mit 10, # 9 # 280 mm Abmessungen und 20'0 g Gewicht, also mit einem Porenvolumen von 55% durch Pressen aufgearbeitet. Die Stäbe werden in der bisher üblichen Weise in einer Zeit von 5 bis 6 Minuten mit einer Stromstärke, die 45% der zum Schmelzen notwendigen Stromstärke beträgt, erhitzt und die um etwa 6% geschrumpften Stäbe mit einer Stromstärke, die 46% der zum Schmelzen notwendigen Stromstärke beträgt, 1 Stunde lang erhitzt. Die Stäbe erreichen einen Schwund von etwa 12% und werden dann in der üblichen Weise auf eine Stromstärke, die etwa 92% der zum Schmelzen notwendigen Stromstärke beträgt, während 5 Minuten erhitzt und mit dieser Stromstärke noch weitere ;5 Minuten lang gesintert. Die fertigen Stäbe, deren Schwund 18 bis 19% erreicht, werden in der üblichen Weise gehämmert und zu gezogenem Draht verarbeitet.
  • Im Laufe der Verarbeitung konnte festgestellt werden, daß a) die ganze Oberfläche und der gesamte Querschnitt der fertigen Stäbe eine großkristalline @trulwtur zeigt; b) die Stäbe konnten mit einer auffallend guten Materialausnutzung und Gleichmäßigkeit gehämmert und gezogen werden; c) der aus den Stäben bei 0,6 mm Durchmesser rekristallisierte Draht bestand aus langen Kristallen; d) der aus diesen Stäben hergestellte dünne Draht von z. B. 12 Mikron Durchmesser zeigte eine Zugfestigkeit, die um mehr als 100/0: über der Zugfestigkeit der in an sich bekannter Weise hergestellten Drähte lag.
  • Die Dehnung betrug 2%, und dieser Wert wurde stets konsequent mit hoher Gleichmäß=igkeit erreicht. Der spezifische Widerstand war wesentlich gleichmäßiger als derjenige der auf die übliche Weise hergestellten Drähte. Die Bearbeitbarkeit war ausgezeichnet, und eben dieser Umstand sichert einen Teil der guten technologischen Eigenschaften und der hohen Homogenität der Drähte. Es ist kennzeichnend für die Drähte, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, daß, wenn unter gleichen Umständen in bezug auf die Homogenitätsvorschriften nur 60% der auf die übliche Weise hergestellten Drähte den Forderungen der Massenfabrikation entspricht, 951/o der nach der Erfindung hergestellten Drähte diese Forderungen erfüllte.
  • Das oben gesteckte Ziel, nämlich das möglichst vollständige Entfernen der Spuren der nicht notwendigen Zusätze, kann nicht nur durch die andauernde Erhitzung auf mittleren Temperaturen, sondern auch auf eine andere Weise erreicht werden. Im Laufe der Untersuchungen wurde festgestellt, daß, wenn die bis zur unteren Grenze der mittleren Temperaturen erhitzten Wolframdrähte in Lösungen eingetaucht werden, welche fähig sind, die Spuren der Zusatzstoffe und der Verunreinigungen zu lösen, kann man auch durch ein solches Auslösen die Menge der Spuren der nicht notwendigen Zusatzstoffe und der Verunreinigungen in den Stäben in hohem Maße verringern. Dieses Verfahren weist im Vergleich mit dem Ausdampfen dann einen Vorteil auf, wenn man die oben gesteckten Ziele im Falle eines solchen :Metallpulvers zu erreichen trachtet, aus welchem Pulver hergestellte Stäbe Poren aufweisen, die sich schon bei niedrigen Temperaturen schnell schließen. In einem solchen Fall ist es vorteilhafter, an Stelle des Ausdampfens ein Auswaschen anzuwenden. Das Auswaschen kann aber auch in vielen anderen Fällen mit einem guten Ergebnis angewendet werden. Es wurde im Laufe der Versuche die Feststellung gemacht, daß das Verfahren nach der Erfindung mit einem guten Ergebnis in den meisten Fällen dadurch ausgeführt werden kann, daß man das übliche Erhitzen der porösen Wolframstäbe dann unterbricht, wenn der durch den Stab fließende Strom 36 bis 40% der zum Schmelzen notwendigen Stromstärke (eine Temperatur um 2000° C) erreicht hat, worauf man den Stab in eine Lösung, z. B. in eine HF-Lösung mittlerer Konzentration eintaucht, die geeignet ist, die Zusatzstoffe und die Verunreinigungen zu lösen und dann den Stab in dieser Lösung für eine lange Zeit, z. B. 24 Stunden lang, tränkt. Hierauf wird der Stab in einer schwachen Säure oder in destilliertem Wasser unter wiederholtem Flüssigkeitswechsel für eine lange Zeit, z. B. für 3 - 1 Tag, getränkt und dadurch ausgewaschen, sodann gut getrocknet und in einem mit Wasserstoff gespülten Ofen bei einer Temperatur von etwa 1000'° C nachreduziert und endlich das Sintern in der üblichen Weise beendet.
  • Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung entfernt das Lösungsmittel von der Oberfläche der Poren des bereits auf eine hohe Temperatur (z. B. ungefähr 20'00° C) erhitzten Wolfram-Stabes die Spuren der Zusatzstoffe, welche entweder auf der Oberfläche der Körnchen zurückgeblieben sind oder aus dem Inneren der Körnchen auf die Oberfläche diffundierten.
  • Dieses Verfahren unterscheidet sich grundlegend von jenem bekannten Verfahren, nach welchem ein mit Zusatzstoffen hergestelltes Wolfratntnetallpulver mit einer HF-Lösung und destilliertem Wasser ausgewaschen und sodann aus dem ausgewaschenen Metallpulver Stäbe bzw. Drähte hergestellt werden. Im Falle des Waschens des Metallpulvers kann man nämlich nur Fremdstoffe entfernen, die sich an der Oberfläche der Metallkörnchen befinden, nachdem das Lösungsmittel praktisch nicht zu den Zusatzstoffteilchen und Verunreinigungen gelangen kann, welche im Laufe der Reduktion in die wachsenden Metallkörnchen eingeschlossen worden sind. Dies ist der Grund, weshalb Stäbe, die aus einem gewaschenen Metallpulver hergestellt sind, im Laufe der üblichen Sinterung ebenso unnötig große Spuren der Zusatz-Stoffe sogar in schädlichen Mengen okkludieren können und tatsächlich okkludieren wie die aus einem nicht gewaschenen Metallpulver hergestellten Stäbe. Um dies zu vermeiden, muß nicht das Wolframpulver, sondern der bereits vorgesinterte Wolframstab im Sinne der Erfindung mit der Flußsäure oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel ausgewaschen werden. Während des Vorsinterns gelangt nämlich der größte Teil der in die Körnchen eingelagerten Fremd-Stoffe durch Diffusion auf die Oberfläche der Poren und kann von dort entfernt werden. Dies wird durch analytische Untersuchungen bewiesen. Nach den Feststellungen können betriebsmäßig großkristalline Wolframdrähte mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, in welchen die Menge der Fremdstoffe bereits nicht mehr nachweisbar, also kleiner als 0,0010/0 ist, nur durch das andauernde Erhitzen auf mittleren Temperaturen oder durch das Auswaschen der vorgesinterten Stäbe, z. B. mit HF, hergestellt werden. Deshalb sind die besagten Produkte in bezug auf ihre technologischen Eigenschaften außerordentlich gleichmäßig.
  • Die Ausführungsform nach der Erfindung, bei welcher das Auswaschen bzw. Auslösen verwendet wird, benötigt im Falle der Bearbeitung eines einziger Stabes eine wesentlich längere Zeit als die Ausführungsform mit dem Ausdampfen. Nachdem aber in der Massenproduktion gleichzeitig eine große Anzahl von Stäben der Behandlung mit den besagten Flüssigkeiten unterworfen werden kann, kann der Zeitbedarf des Auslöseverfahrens auf ein praktisch zulässiges Maß verringert werden. Aus dem oben Vorgetragenen ist es klar, daß auch die Ausführungsform mit dem Auslösen der Verunreinigungen und der unerwünschten Zusätze auf verschiedene Arten verwirklicht werden kann. Im nachstehenden wird ein Beispiel angeführt zum Durchführen des Verfahrens zwecks Herstellung sehr gleichmäßiger Wolframstäbe mit großen Abmessungen, wobei jedoch das Beispiel nicht einschränkend ausgelegt werden kann.
  • Mit 0,2 % Na Cl, 0,3 % K Cl, 0,4 %, Si O., 01 ,05 % Al, 03 und 0,03 Fee 03 präparierte Wolframsäure oder Wolframtrioxyd, dessen Körnchen überwiegend 1/s bis 11/2 Mikron Abmessung aufweisen, wird in einem Wasserstoffgasstrom mit einer bis 820° C sich erhöhenden Temperatur zu einem Metallpulver reduziert, dessen Körnchen 1/z bis 2 Mikron Abmessungen aufweisen. Aus diesem Wolfrarnpulver werden Stäbe mit den Abmessungen von 15 - 15 - 450, mm und 800 g Gewicht gepreßt. Das Porenvolumen der Stäbe beträgt etwa 55 0/0. Die Stäbe werden mit einer Stromstärke, die 35 % der zum Schmelzen notwendigen Stromstärke beträgt, etwa 20 Minuten lang erhitzt, sodann das Erhitzen unterbrochen. Die Stäbe, die dann einen Schwund von etwa 7 % aufweisen, werden in eine 40%ige HF-Lösung getaucht und in dieser etwa 2-1 Stunden lang stehengelassen. Sodann werden die St iibe für einen Tag in mit Salzsäure schwach angesäuerte; Wasser und dann für 2 Tage in destilliertes Wasser getaucht. Das Waschwasser wird häufig gewechselt. Die ausgewaschenen Stäbe werden bei 100° C , g getrocknet, sodann in einem mit Wasserstoff gespülten Ofen bei 1000° C nachreduziert. Sodann wird die Stromstärke, die beim Ausgang 35 % der zum Schmelzen notwendigen Stromstärke beträgt, während 1.0Mintiten kontinuierlich bis 92% des besagten Vt'ertes erhöht und dadurch die Stäbe weitergesintert, sodann das Sintern bei dieser 92 % betragenden Stromstärke mit einer Erhitzung für 5 Minuten beendet. Die fertigen Stäbe, deren Schwund auf diese Weise 18 bis 19' % beträgt, werden nach der üblichen . Art gehämmert und zu gezogenem Draht verarbeitet. Im Laufe des Aufarbeitens wurde festgestellt, daß a) die ganze Oberfläche und der gesamte Querschnitt der fertigen Stäbe im allgemeinen großkristallin war; b) die Stäbe waren mit auffallend guter Materialausnutzung und Gleichmäßigkeit häinmerbar und ziehbar; c) der aus den Stäben hergestellte Draht von 0,6 min Durchmesser zeigte nach der Rekristallisierting lange Kristalle; d) der aus diesen Stäben z. B. mit 0,2 mm Durchinesser hergestellte Wolframdraht eignete sich mit einem wesentlich kleineren Bruchprozent zur Herstellung von Spiralen kleinen Kernverhältnisses in der vIassenfabrikation als die auf die bekannte Weise hergestellten Drähte. Die Brüchigkeit dieser Spirale ist im rekristallisierten Zustand wesentlich geringer als der Spirale, die aus auf die übliche Weise hergestellten Drähten fabriziert wurde.
  • Nach den in der Massenfabrikation gemachten Beobachtungen sind die Bearbeitbarkeit und die technologischen Eigenschaften der mit dem beschriebenen Auslöseverfahren hergestellten Drähte wesentlich gleichmäßiger als jene der auf üblicher Weise hergestellten Drähte.
  • In dem Obigen wurden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, auf die jedoch der Schutz nicht eingeschränkt werden soll, da die Erfindung auch nach anderen Beispielen ausgeführt werden kann, die ebenfalls in den Schutzumfang des Patents fallen.

Claims (10)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Metallkörpern, z. B. von Wolf ramglühkörpern u. dgl., aus einem Wolframmetallpulver durch Pressen, Vor- und Hauptsintern, Hämmern und Ziehen, dadurch gekennzeichnet, daß man die gepreßten Stäbe nach dem üblichen Vorsintern und vor dem Hauptsintern einem Reinigungsprozeß unterwirft, während welchem die nicht notwendigen Spuren der üblichen Zusatzstoffe und Verunreinigungen auf thermischem Wege mittels Verdampfung und/oder auf chemischem Wege mittels Auslösens aus dem noch porösen Stab in hohem Maße entfernt werden, worauf der Stab in an sich bekannter Weise fertiggesintert und zu Drähten weiterverarbeitet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwecks Reinigens vor dem Hauptsintern eine dauernde Erhitzung im mittleren Temperaturgebiet anwendet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Erhitzen im mittleren Temperaturgebiet mit einer Stromstärke durchführt, die 40 bis 50% der zum Schmelzen des Stabes notwendigen Stromstärke beträgt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des Erhitzens im Gebiet der mittleren Temperaturen zwischen 10 Stunden und 101 Minuten liegt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den vorgesinterten Wolf rainstab, der höchstens bis zur oberen Grenze des Gebietes der mittleren Temperaturen erhitzt wurde, in eine die Spuren der Zusätze und die Verunreinigungen auslösende Lösung einbringt, sodann den Stab auswäscht und austrocknet.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Vorsintern des Stabes mit einer Stromstärke durchführt, die höher als 35 0/0 und niedriger als 51 % der zum Schmelzen des Stabes notwendigen Stromstärke beträgt.
  7. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel zum Entfernen der Spuren der Fremdstoffe eine HF-Lösung mittlerer Konzentration verwendet. B.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel eine HF-Lösung von ungefähr 400/0 Konzentration verwendet.
  9. 9'. Ausführungsform des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ausdampfverfahren gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 mit dem Auslöseverfahren gemäß den Ansprüchen 5 bis 8 zusammen in beliebiger Kombination verwendet.
  10. 10. Wolframdraht, hergestellt nach einem der Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Zusatzstoffe und der Verunreinigungen bei einer großkristallinen Rek.ristallisationsfähigkeit des Drahtes unter 0,001% liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 207 395, 218 887; Skaupy, Metallkeramik, 1950, S. 163.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE207395C (de) * 1907-03-25
DE218887C (de) *

Patent Citations (2)

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