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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Metalldraht und ein Metallnetz.
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[Stand der Technik]
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Herkömmlich ist ein Wolframdraht mit einem kleinen Durchmesser und einer hohen Zugfestigkeit bekannt (vgl. z.B. das Patentdokument (PTL) 1).
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[Dokumentenliste]
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[Patentdokumente]
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[PTL 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
2020-105548 -
[Zusammenfassung der Erfindung]
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[Technisches Problem]
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Bei dem vorstehend genannten herkömmlichen Wolframdraht besteht jedoch ein Problem dahingehend, dass die Geradheit abnimmt, wenn der Durchmesser vermindert wird, während eine hohe Zugfestigkeit aufrechterhalten wird.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Metalldraht mit einem kleinen Durchmesser und einer hervorragenden Zugfestigkeit und Geradheit sowie ein Metallnetz, das den Metalldraht umfasst, bereitzustellen.
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[Lösung des Problems]
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Ein Metalldraht gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst Wolfram oder eine Wolframlegierung. Der Metalldraht weist einen Durchmesser von höchstens 13 µm, eine Zugfestigkeit von mindestens 4,8 GPa und eine natürliche Hängelänge pro 1000 mm von mindestens 800 mm auf.
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Ein Metallnetz gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst den Metalldraht gemäß dem einen Aspekt als Kette oder Schuss.
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[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
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Die vorliegende Erfindung kann einen Metalldraht mit einem kleinen Durchmesser und einer hervorragenden Zugfestigkeit und Geradheit bereitstellen.
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[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
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- [1] 1 ist ein schematisches Diagramm eines Metallnetzes, das einen Metalldraht gemäß einer Ausführungsform umfasst.
- [2A] 2A ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des Metalldrahts gemäß der Ausführungsform zeigt.
- [2B] 2B ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des Metalldrahts gemäß der Ausführungsform zeigt.
- [3] 3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Geradheit und der Zugfestigkeit des Metalldrahts gemäß der Ausführungsform zeigt.
- [4] 4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Durchmesservariation und der Zugfestigkeit des Metalldrahts gemäß der Ausführungsform zeigt.
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[Beschreibung von Ausführungsformen]
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Nachstehend werden ein Metalldraht und ein Metallnetz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass jede der nachstehenden beschriebenen Ausführungsformen ein spezifisches Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Daher sind die Zahlenwerte, Formen, Materialien, Strukturkomponenten, die Anordnung und die Verbindung der Strukturkomponenten, Schritte, die Verarbeitungsreihenfolge der Schritte, usw., die in den folgenden Ausführungsformen gezeigt sind, lediglich Beispiele und beschränken daher die vorliegende Erfindung nicht. Von den Strukturkomponenten in den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen werden diejenigen, die nicht in den unabhängigen Ansprüchen angegeben sind, als optionale Strukturkomponenten beschrieben.
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Zusätzlich sind Figuren schematische Darstellungen und sind nicht notwendigerweise genaue Abbildungen. Demgemäß sind beispielsweise die Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht. Darüber hinaus weisen in den Figuren Strukturkomponenten, die im Wesentlichen identisch sind, dieselben Bezugszeichen auf. Demgemäß wird eine doppelte Beschreibung weggelassen oder vereinfacht.
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Darüber hinaus umfassen in der vorliegenden Beschreibung Begriffe, die Formen von Strukturkomponenten darstellen, wie z.B. kreisförmig, und Zahlenbereiche nicht nur die genauen Bedeutungen, sondern auch im Wesentlichen identische Bereiche, wie z.B. eine Differenz von etwa mehreren Prozent.
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[Ausführungsform]
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[Aufbau]
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Zuerst werden ein Metalldraht gemäß einer Ausführungsform und ein Metallnetz, das den Metalldraht umfasst, unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben.
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Die 1 ist ein schematisches Diagramm eines Metallnetzes 20, das einen Metalldraht 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst. Die 1 zeigt schematisch ein Netz nur eines Abschnitts des Metallnetzes 20, jedoch weist das gesamte Metallnetz 20 eine Netzstruktur auf. Das Metallnetz 20 umfasst eine Mehrzahl von Metalldrähten 10 als Kette und Schuss. Mit anderen Worten, das Metallnetz 20 wird durch Weben von jedem der Mehrzahl von Metalldrähten 10 als Kette oder Schuss hergestellt.
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Das Metallnetz 20 ist beispielsweise ein Siebnetz, das zum Siebdrucken verwendet wird. Das Metallnetz 20 umfasst eine Mehrzahl von Öffnungen 22. Jede Öffnung 22 ist ein Teil, durch den beim Siebdrucken eine Druckfarbe hindurchtritt. Durch Abdichten eines Abschnitts von Öffnungen 22 mit einer Emulsion oder einem Harz (beispielsweise einem Polyimid) wird ein Nicht-Durchtrittsteil, der ein Teil ist, bei dem eine Druckfarbe nicht hindurchtreten kann, ausgebildet. Durch Strukturieren der Form des Nicht-Durchtrittsteils zu einer beliebigen Form kann ein Siebdrucken mit einer gewünschten Form durchgeführt werden.
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Wenn das Metallnetz 20 zum Siebdrucken verwendet wird, wird der Durchmesser des Metalldrahts 10 allmählich vermindert, so dass die Genauigkeit des Siebdruckens verbessert wird. Mit abnehmendem Durchmesser nimmt die absolute Festigkeit signifikant ab, da die Querschnittsfläche des Metalldrahts 10 abnimmt. Beispielsweise weist ein typischer Wolframdraht mit einem Durchmesser von 13 µm eine Zugfestigkeit von 3,4 GPa und eine absolute Festigkeit von 0,45 N auf. Im Gegensatz dazu wird bezüglich eines Wolframdrahts mit einem verminderten Durchmesser von 11 µm die absolute Festigkeit auf 0,32 N vermindert. Zum Kompensieren der Abnahme der absoluten Festigkeit ist eine Zunahme der Festigkeit pro Querschnittsfläche, d.h., eine Zunahme der Zugfestigkeit, erforderlich. Beispielsweise ist eine Zugfestigkeit von mindestens 4,8 GPa für den Metalldraht 10 mit einem Durchmesser von 11 µm erforderlich.
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Der Metalldraht 10 ist ein Wolframdraht, der Wolfram (W) umfasst, oder ein Wolframlegierungsdraht, der eine Wolframlegierung umfasst. Der Wolframgehalt beträgt beispielsweise mindestens 75 Gew.-%. Der Wolframgehalt kann mindestens 80 Gew.-%, mindestens 85 Gew.-%, mindestens 90 Gew.-%, mindestens 95 Gew.-%, mindestens 99 Gew.-%, mindestens 99,9 Gew.-% oder mindestens 99,99 Gew.-% betragen.
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Es sollte beachtet werden, dass der Wolframgehalt der Anteil von Wolfram bezogen auf das Gewicht des Metalldrahts 10 ist. Das Gleiche gilt für den Gehalt von anderen Elementen, wie z.B. Rhenium (Re) und Kalium (K), die später beschrieben werden. Darüber hinaus kann der Metalldraht 10 unvermeidbare Elemente umfassen, die bei der Herstellung nicht vermieden werden können.
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Die Wolframlegierung ist z.B. eine Legierung aus Rhenium und Wolfram (ReW-Legierung). Der Rheniumgehalt beträgt beispielsweise mindestens 0,1 Gew.-% und höchstens 10 Gew.-%. Der Rheniumgehalt kann mindestens 0,5 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-% betragen. Ferner kann der Rutheniumgehalt mindestens 5 Gew.-% betragen.
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Wenn der Rheniumgehalt hoch ist, kann die Zugfestigkeit des Metalldrahts 10 erhöht werden. Wenn andererseits der Rheniumgehalt zu hoch ist, ist es schwierig, den Durchmesser zu vermindern, während eine hohe Zugfestigkeit des Metalldrahts 10 aufrechterhalten wird. Insbesondere ist es wahrscheinlicher, dass ein Drahtbruch auftritt, was es schwierig macht, einen Draht derart zu ziehen, dass der Draht eine große Länge aufweist. Durch Vermindern des Rheniumgehalts und Erhöhen des Wolframgehalts auf mindestens 90 Gew.-% kann die Bearbeitbarkeit des Metalldrahts 10 verbessert werden. Darüber hinaus kann durch Vermindern des Gehalts von Rhenium, das selten und teuer ist, ein billiger Metalldraht 10 mit einer großen Länge in einer Massenproduktion hergestellt werden.
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Der Durchmesser des Metalldrahts 10 beträgt höchstens 13 µm. Mit abnehmendem Durchmesser kann ein Metallnetz 20 mit einem höheren Öffnungsverhältnis hergestellt werden. Beispielsweise kann die Druckgenauigkeit verbessert werden. Der Durchmesser des Metalldrahts 10 kann höchstens 12 µm, höchstens 10 µm, höchstens 8 µm oder höchstens 7 µm betragen. Der Durchmesser des Metalldrahts 10 beträgt beispielsweise mindestens 5 µm, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Die Durchmesservariation des Metalldrahts 10 beträgt höchstens 1,0 µm. Die Durchmesservariation entspricht einer absoluten Differenz zwischen einem maximalen Wert und einem minimalen Wert des Durchmessers des Metalldrahts 10. Daher beträgt die Differenz des Durchmessers zwischen jedweden zwei Punkten des Metalldrahts 10 höchstens 1,0 µm. Die Durchmesservariation kann beispielsweise auf der Basis eines Laser-Durchmessermessgeräts, eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) oder eines Lasermikroskops gemessen werden. Die Durchmesservariation kann höchstens 0,6 µm, höchstens 0,5 µm, höchstens 0,4 µm oder höchstens 0,3 µm betragen.
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Es sollte beachtet werden, dass die Querschnittsform des Metalldrahts 10 senkrecht zur Achse des Metalldrahts 10 beispielsweise rund ist, jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Die Querschnittsform des Metalldrahts 10 kann z.B. oval, quadratisch oder rechteckig sein.
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Die Zugfestigkeit des Metalldrahts 10 beträgt mindestens 4,8 GPa (= 4800 MPa). Die Zugfestigkeit kann mindestens 4,9 GPa, mindestens 5,0 GPa, mindestens 5,1 GPa oder mindestens 5,2 GPa betragen. Die Zugfestigkeit kann beispielsweise gemäß der Zugprüfung des „Japanese Industrial Standard“ (JIS H 4460 8) gemessen werden.
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Die Geradheit des Metalldrahts 10 wird als natürliche Hängelänge pro 1000 mm ausgedrückt. Insbesondere beträgt die natürliche Hängelänge (d.h., die Geradheit) pro 1000 mm des Metalldrahts 10 mindestens 800 mm. Die Geradheit des Metalldrahts 10 kann mindestens 900 mm, mindestens 950 mm oder mindestens 970 mm betragen. Die natürliche Hängelänge kann beispielsweise gemäß der Geradheitsprüfung des „Japanese Industrial Standard“ (JIS H 4460 15) gemessen werden.
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Wie es vorstehend beschrieben ist, weist der Metalldraht 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen kleinen Durchmesser, eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Geradheit auf. Darüber hinaus weist der Metalldraht 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen hohen Wolframgehalt und eine hervorragende Bearbeitbarkeit auf.
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[Herstellungsverfahren]
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Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Metalldrahts 10 unter Bezugnahme auf die 2A und die 2B beschrieben. Die 2A ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren zur Herstellung des Metalldrahts 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die 2B ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel für das Verfahren zur Herstellung eines Metalldrahts 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
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Wie es in der 2A gezeigt ist, wird zuerst ein Wolframblock hergestellt (S10). Insbesondere wird ein Wolframblock durch Herstellen einer Wolframpulveransammlung und Pressen und Sintern der hergestellten Wolframpulveransammlung hergestellt.
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Es sollte beachtet werden, dass dann, wenn der Metalldraht 10, der eine Wolframlegierung enthält, hergestellt wird, ein Gemisch aus einem Wolframpulver und einem Metallpulver (beispielsweise einem Rheniumpulver), die in einem vorgegebenen Verhältnis gemischt werden, anstelle der Wolframpulveransammlung hergestellt wird. Die durchschnittliche Teilchengröße des Wolframpulvers und des Rheniumpulvers liegt in einem Bereich von beispielsweise mindestens 3 µm und höchstens 4 µm, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Als nächstes wird eine Gesenkschmiedeverarbeitung mit dem hergestellten Wolframblock (S12) durchgeführt. Insbesondere wird der Wolframblock von dessen Rand aus pressgeschmiedet und gestreckt, so dass ein Wolframdraht mit einer Drahtform erhalten wird. Der Block kann einer Walzverarbeitung anstatt der Gesenkschmiedeverarbeitung unterzogen werden.
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Beispielsweise wird der Wolframblock mit einem Durchmesser von etwa mindestens 15 mm und höchstens 25 mm durch Wiederholen der Gesenkschmiedeverarbeitung zu einem Wolframdraht mit einem Durchmesser von etwa 3 mm ausgebildet. Durch Durchführen eines Glühens während eines Zwischenvorgangs der Gesenkschmiedeverarbeitung kann die Bearbeitbarkeit in der nachfolgenden Verarbeitung sichergestellt werden. Beispielsweise wird ein Glühen bei 2400 °C in einem Bereich durchgeführt, bei dem der Durchmesser mindestens 8 mm und höchstens 10 mm beträgt. Es sollte beachtet werden, dass zum Erreichen der Zugfestigkeit durch eine Kristallkornfeinung ein Glühen in der Gesenkschmiedeverarbeitung nicht durchgeführt wird, wenn der Durchmesser weniger als 8 mm beträgt.
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Als nächstes wird der Wolframdraht vor dem Warmziehen bei 900 °C erwärmt (S14). Insbesondere wird der Wolframdraht z.B. direkt durch einen Brenner erwärmt. Durch Erwärmen des Wolframdrahts wird eine Oxidschicht auf der Oberfläche des Wolframdrahts gebildet, so dass ein Bruch des Wolframdrahts während der Verarbeitung in dem anschließenden Warmziehen verhindert wird.
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Als nächstes wird ein Warmziehen durchgeführt (S16). Insbesondere wird ein Ziehen des Wolframdrahts, nämlich ein Drahtziehverfahren (Dünnermachen) des Wolframdrahts, unter Verwendung von einer oder mehreren Drahtziehmatrize(n) durchgeführt, während der Metalldraht erwärmt wird. Die Erwärmungstemperatur beträgt beispielsweise 1000 °C. Da die Bearbeitbarkeit des Wolframdrahts mit zunehmender Erwärmungstemperatur verbessert wird, kann das Ziehen einfach durchgeführt werden. Das Warmziehen wird wiederholt durchgeführt, während die eine oder die mehreren Drahtziehmatrize(n) gewechselt wird bzw. werden. Die Verminderung der Fläche des Wolframdrahts durch einen Drahtziehvorgang unter Verwendung einer einzelnen Drahtziehmatrize beträgt beispielsweise mindestens 10 % und höchstens 40 %. Beim Warmziehen kann ein Schmiermittel verwendet werden, das in Wasser dispergierten Graphit umfasst.
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Das Warmziehen (S16) wird wiederholt, bis ein gewünschter Wolframdraht erhalten wird (Nein im S18). Der gewünschte Durchmesser ist hier ein Durchmesser, der erhalten wird, wenn die verbleibende Anzahl der Ziehvorgänge zwei ist. Der gewünschte Durchmesser beträgt beispielsweise etwa 80 µm.
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Es sollte beachtet werden, dass bei der Wiederholung des Warmziehens eine Drahtziehmatrize mit einem kleineren Lochdurchmesser als ein Lochdurchmesser einer Drahtziehmatrize verwendet wird, die in dem Warmziehen unmittelbar vorher verwendet wird. Darüber hinaus wird der Wolframdraht bei der Wiederholung des Warmziehens bei einer Erwärmungstemperatur erwärmt, die niedriger ist als die Erwärmungstemperatur beim Warmziehen unmittelbar vorher. Mit anderen Worten, die Erwärmungstemperatur wird allmählich vermindert. Die letzte Erwärmungstemperatur beträgt beispielsweise 400 °C, was zu einer Feinung von Kristallkörnern beiträgt.
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Wenn ein Wolframdraht mit dem gewünschten Durchmesser erhalten wird und die verbleibende Anzahl der Ziehvorgänge zwei ist (Ja im S18), wird ein Ziehen bei Raumtemperatur durchgeführt (S20). Es sollte beachtet werden, dass, wie es in der 2B gezeigt ist, vor dem Ziehen bei Raumtemperatur (S20) ein elektrolytisches Polieren durchgeführt werden kann (S19). Beim Ziehen bei Raumtemperatur wird der Wolframdraht ohne Erwärmen gezogen, so dass eine weitere Feinung von Kristallkörnern erreicht wird. Darüber weist das Ziehen bei Raumtemperatur auch einen Effekt des Ausrichtens der Kristallorientierung in der Verarbeitungsachsenrichtung (insbesondere einer Richtung parallel zur Achse des Metalldrahts 10) auf.
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Die Raumtemperatur ist beispielsweise eine Temperatur im Bereich von mindestens 0 °C und höchstens 50 °C. Ein Beispiel für die Raumtemperatur ist 30 °C. Insbesondere wird der Wolframdraht unter Verwendung einer Mehrzahl von Drahtziehmatrizen mit verschiedenen Lochdurchmessern gezogen. Beim Ziehen bei Raumtemperatur wird ein flüssiges Schmiermittel, wie z.B. ein wasserlösliches Schmiermittel, verwendet. Da beim Ziehen bei Raumtemperatur kein Erwärmen durchgeführt wird, wird ein wasserlösliches Schmiermittel verwendet. Da beim Ziehen bei Raumtemperatur kein Erwärmen durchgeführt wird, wird ein Verdampfen von Flüssigkeit verhindert. Demgemäß kann eine ausreichende Funktion als Schmiermittel ausgeübt werden. Im Gegensatz zu dem Warmziehen bei 600 °C oder höher, wobei es sich um das traditionelle Wolframdraht-Verarbeitungsverfahren handelt, das herkömmlich durchgeführt wird, wird der Wolframdraht nicht erwärmt und wird verarbeitet, während er mit dem flüssigen Schmiermittel gekühlt wird. Als Ergebnis kann eine dynamische Rückstellung und eine dynamische Rekristallisation verhindert werden, wodurch zu einer Feinung von Kristallkörnern ohne Drahtbruch und zum Erreichen einer hohen Zugfestigkeit beigetragen wird.
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Die Verarbeitungsrate beim Ziehen bei Raumtemperatur beträgt beispielsweise mindestens 70 %. Die Verarbeitungsrate wird durch den folgenden Ausdruck (1) mittels des Durchmessers Db unmittelbar vor dem Ziehen bei Raumtemperatur und des Durchmessers Da unmittelbar nach dem Ziehen bei Raumtemperatur dargestellt.
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Wie es aus dem Ausdruck (1) ersichtlich ist, nimmt der Wert der Verarbeitungsrate zu, wenn der Durchmesser aufgrund des Ziehens bei Raumtemperatur stark abnimmt. Beispielsweise selbst wenn der Durchmesser Db unmittelbar vor dem Ziehen bei Raumtemperatur derselbe ist, nimmt der Durchmesser Da unmittelbar nach dem Ziehen bei Raumtemperatur ab, wenn die Verarbeitungsrate zunimmt. Durch Erhöhen der Verarbeitungsrate nimmt der Grad des Dünnermachens des Wolframdrahts aufgrund des Ziehens bei Raumtemperatur zu, d.h., es wird ein dünnerer Wolframdraht erhalten. Die Verarbeitungsrate des Ziehens bei Raumtemperatur beträgt mindestens 70 %, kann jedoch mindestens 80 %, mindestens 90 % oder mindestens 95 % betragen. Der Durchmesser unmittelbar nach dem Ziehen bei Raumtemperatur liegt etwa in einem Bereich von mindestens 20 µm und höchstens 40 µm.
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Als nächstes wird ein Niedertemperatur-Warmziehen (S22) nach dem Ziehen bei Raumtemperatur durchgeführt. Mit anderen Worten, das letzte Ziehen des Wolframdrahts wird durchgeführt, während der Wolframdraht bei einer niedrigen Temperatur erwärmt wird. Die Temperatur ist zu diesem Zeitpunkt höher als die Temperatur (Raumtemperatur) für das Ziehen bei Raumtemperatur (S20) und niedriger als die Temperatur für das Warmziehen (S16). Insbesondere liegt die Temperatur für das Niedertemperatur-Warmziehen in einem Bereich von mindestens 100 °C und höchstens 300 °C. Ein Beispiel der Temperatur für das Niedertemperatur-Warmziehen beträgt 200 °C oder 300 °C. Der Durchmesser nach dem Niedertemperatur-Warmziehen liegt etwa in einem Bereich von mindestens 10 µm und höchstens 16 µm.
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Das Niedertemperatur-Warmziehen ist ein neues Verarbeitungsverfahren, bei dem die Erwärmungstemperatur für die Verarbeitung verglichen mit der Erwärmungstemperatur von 500 °C bis 600 °C bei einem normalen Ziehen um etwa 300 °C vermindert ist. Dies ermöglicht die Erhöhung der Zugfestigkeit und die Verbesserung der Geradheit oder der Durchmesservariation. Wenn andererseits die Verarbeitung nach dem Ziehen bei Raumtemperatur bei 500 °C bis 600 °C durchgeführt wird, nimmt die Zugfestigkeit ab und erreicht nicht 4,8 GPa (Vergleichsbeispiel 27 in der Tabelle 2, das nachstehend beschrieben wird).
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Schließlich wird ein elektrolytisches Polieren mit dem Wolframdraht durchgeführt, der aus dem Niedertemperatur-Warmziehen resultiert, um den Durchmesser einer Feineinstellung zu unterziehen (S24). Beispielsweise wird das elektrolytische Polieren durch Eintauchen des Wolframdrahts und einer Gegenelektrode in eine Elektrolytlösung, wie z.B. einer Natriumhydroxid-Lösung, und Bewirken einer Potenzialdifferenz zwischen dem Wolframdraht und der Gegenelektrode durchgeführt. Der Durchmesser nach dem elektrolytischen Polieren beträgt höchstens 13 µm.
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Durch die vorstehend beschriebenen Vorgänge wird ein Metalldraht 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt. Durch die vorstehend beschriebenen Vorgänge beträgt die Länge des Metalldrahts 10 unmittelbar nach der Herstellung beispielsweise mindestens 50 km und ist folglich industriell bzw. gewerblich verfügbar. Der Metalldraht 10 wird gemäß dem Aspekt, in dem der Metalldraht 10 verwendet werden soll, zu einer geeigneten Länge geschnitten und kann z.B. auch in der Form einer Nadel oder eines Stabs verwendet werden.
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Es sollte beachtet werden, dass jeder der in dem Verfahren zur Herstellung des Metalldrahts 10 beschriebenen Vorgänge beispielsweise als In-line-Verfahren durchgeführt wird. Insbesondere ist die Mehrzahl von Drahtziehmatrizen, die in dem Schritt S16 verwendet werden, entlang der Herstellungsanlage in der Reihenfolge eines abnehmenden Lochdurchmessers angeordnet. Darüber hinaus sind Erwärmungsvorrichtungen, wie z.B. Brenner, zwischen den Drahtziehmatrizen angeordnet. Darüber hinaus kann eine elektrolytische Poliervorrichtung zwischen den Drahtziehmatrizen angeordnet sein. Darüber hinaus sind auf der stromabwärtigen Seite (Seite nach der Verarbeitung) der Drahtziehmatrizen, die im Schritt S16 verwendet werden, eine oder mehr Drahtziehmatrize(n), die in dem Schritt S20 verwendet wird oder werden, und eine oder mehr Drahtziehmatrize(n), die in dem Schritt S22 verwendet wird oder werden, in der Reihenfolge eines abnehmenden Lochdurchmessers angeordnet, und die elektrolytische Poliervorrichtung ist auf der stromabwärtigen Seite der Drahtziehmatrize mit dem kleinsten Lochdurchmesser angeordnet. Es sollte beachtet werden, dass jeder der Vorgänge einzeln durchgeführt werden kann.
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Darüber hinaus ist das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung des Metalldrahts 10 nur ein Beispiel und die Temperatur und der Durchmesser in jedem Vorgang können in einer geeigneten Weise eingestellt werden.
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Wie es vorstehend beschrieben ist, wird in dem Verfahren zur Herstellung des Metalldrahts 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Warmziehen bei einer ersten Temperatur, die eine hohe Temperatur ist, durchgeführt; ein Ziehen bei Raumtemperatur wird bei einer zweiten Temperatur, die Raumtemperatur ist, durchgeführt; und anschließend wird ein Niedertemperatur-Warmziehen bei einer dritten Temperatur, die eine niedrige Temperatur ist, durchgeführt. Die dritte Temperatur ist höher als die zweite Temperatur (Raumtemperatur) und niedriger als die erste Temperatur (hohe Temperatur).
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Wie es vorstehend beschrieben ist, wird ein Metalldraht 10 durch Implementieren eines neuen Verfahrens, das als Niedertemperatur-Warmziehen (auch als Niedertemperatur-Warmbearbeitung bezeichnet) bezeichnet wird, hergestellt. Durch Durchführen des Niedertemperatur-Warmziehens kann ein Metalldraht 10 mit einem kleinen Durchmesser und einer Durchmesserabweichung von höchstens 1,0 µm und auch sowohl mit einer hohen Zugfestigkeit als auch einer hohen Geradheit erreicht werden.
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[Arbeitsbeispiele]
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Nachstehend werden Arbeitsbeispiele des Metalldrahts 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Tabelle 1 und die 3 und 4 beschrieben, und zwar im Vergleich mit Metalldrähten gemäß Vergleichsbeispielen, die ohne das Niedertemperatur-Warmziehen hergestellt werden.
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Die Tabelle 1 zeigt das Material, das Verarbeitungsverfahren (Ziehverfahren), den Durchmesser, die Zugfestigkeit, die Geradheit (natürliche Hängelänge pro 1000 mm) und die Durchmesservariation von jedem der Arbeitsbeispiele und der Vergleichsbeispiele von Metalldrähten, die Wolfram oder eine Wolframlegierung umfassen. [Tabelle 1]
| Arbeitsbeispiel Nr. | Material | Verarbeitungsverfahren | Durchmesser [µm] | Zugfestigkeit [GPa] | Geradheit [mm] | Durchmesservariation [µm] |
| Ziehen bei Raumtemperatur (Verarbeitungsrate) | Niedertemperatur-Warmziehen (Temperatur) |
| 1 | ReW (Re: 1 Gew.- %) | Durchgeführt: 70 % | Durchgeführt: 300 °C | 13 | 5,0 | 930 | 0,4 |
| 2 | 11 | 5,1 | 970 | 0,4 |
| 3 | 9 | 5,0 | 970 | 0,4 |
| 4 | Durchgeführt: 70 % | Durchgeführt: 200 °C | 9 | 5,2 | 920 | 0,5 |
| 5 | Durchgeführt: 80 % | Durchgeführt: 300 °C | 9 | 5,2 | 960 | 0,4 |
| 6 | 7 | 5,2 | 960 | 0,4 |
| 7 | w | Durchgeführt: 70 % | Durchgeführt: 300 °C | 13 | 4,9 | 820 | 0,5 |
| 8 | 11 | 4,9 | 950 | 0,3 |
| 9 | 9 | 4,9 | 950 | 0,4 |
| 10 | 7 | 4,9 | 970 | 0,6 |
| 11 | Durchgeführt: 80 % | Durchgeführt: 300 °C | 9 | 5,1 | 940 | 0,5 |
| 12 | 7 | 5,1 | 960 | 0,5 |
| 13 | Durchgeführt: 80 % | Durchgeführt: 200 °C | 9 | 5,2 | 840 | 0,6 |
| 14 | 7 | 5,2 | 910 | 0,7 |
[Tabelle 2]
| Vergleichsbeispiel Nr. | Material | Verarbeitungsverfahren | Durchmesser [µm] | Zugfestigkeit [GPa] | Geradheit [mm] | Durchmesservariation [µm] |
| Ziehen bei Raumtemperatur (Verarbeitungsrate) | Niedertemperatur-Warmziehen (Temperatur) |
| 21 | w | Durchgeführt: 70 % | Nicht durchgeführt | 13 | 4,9 | 760 | 1,9 |
| 22 | 11 | 4,8 | 530 | 1,6 |
| 23 | Nicht durchgeführt | Nicht durchgeführt | 13 | 3,4 | 950 | 0,5 |
| 24 | 11 | 3,7 | 940 | 0,5 |
| 25 | 13 | 4,4 | 940 | 0,5 |
| 26 | 8 | 4,5 | 900 | 0,4 |
| 27 | Durchgeführt: 70 % | Normales Warmziehen | 9 | 4,6 | 950 | 0,6 |
| 28 | Geradglühen | 13 | 4,5 | 920 | 1,9 |
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Die 3 zeigt eine Beziehung zwischen der Geradheit und der Zugfestigkeit in jedem der Arbeitsbeispiele, die in der Tabelle 1 gezeigt sind, und jedem der Vergleichsbeispiele, die in der Tabelle 2 gezeigt sind. Die 3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Geradheit und der Zugfestigkeit des Metalldrahts 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In der 3 ist die Geradheit (natürliche Hängelänge pro 1000 mm) des Metalldrahts 10 auf der horizontalen Achse dargestellt und die Zugfestigkeit des Metalldrahts 10 ist auf der vertikalen Achse dargestellt.
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Die 4 zeigt eine Beziehung zwischen der Durchmesservariation und der Zugfestigkeit in jedem der Arbeitsbeispiele, die in der Tabelle 1 gezeigt sind, und jedem der Vergleichsbeispiele, die in der Tabelle 2 gezeigt sind. Die 4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Durchmesservariation und der Zugfestigkeit des Metalldrahts 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In der 4 ist die Durchmesservariation des Metalldrahts 10 auf der horizontalen Achse dargestellt und die Zugfestigkeit des Metalldrahts 10 ist auf der vertikalen Achse dargestellt. Es sollte beachtet werden, dass in den 3 und 4 die Zahl angrenzend an einen aufgetragenen Punkt jede der Zahlen darstellt, die den Arbeitsbeispielen und den Vergleichsbeispielen zugeordnet sind, nämlich den Arbeitsbeispielen 1 bis 14 in der Tabelle 1 und den Vergleichsbeispielen 21 bis 28 in der Tabelle 2.
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Der Metalldraht in jedem der Arbeitsbeispiele 1 bis 14 ist ein Metalldraht, der gemäß dem Flussdiagramm hergestellt ist, das in der 2A gezeigt ist. Der Metalldraht in jedem der Arbeitsbeispiele 1 bis 14 ist ein Metalldraht, der durch Durchführen sowohl eines Ziehens bei Raumtemperatur (S20) als auch eines Niedertemperatur-Warmziehens (S22) erhalten worden ist, während Verarbeitungsbedingungen, wie z.B. das Material, der Zielwert des Durchmessers, die Verarbeitungsrate des Ziehens bei Raumtemperatur und die Temperatur des Niedertemperatur-Warmziehens, in einer geeigneten Weise eingestellt worden sind.
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Der Metalldraht in jedem der Vergleichsbeispiele 21 und 22 ist ein Metalldraht, der ohne Durchführen des Niedertemperatur-Warmziehens (S22) nach dem Ziehen bei Raumtemperatur (S20) erhalten worden ist. Wie es in der Tabelle 2 und der 3 gezeigt ist, ist die Geradheit niedrig, obwohl durch das Ziehen bei Raumtemperatur eine hohe Zugfestigkeit erhalten wird. Darüber hinaus ist, wie es in der 4 gezeigt ist, die Durchmesservariation groß und die Geradheit ist niedrig.
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Der Metalldraht in jedem der Vergleichsbeispiele 23 bis 26 ist ein Metalldraht, der ohne entweder ein Raumtemperatur-Ziehen (S20) oder ein Niedertemperatur-Warmziehen (S22) hergestellt worden ist. Wie es in der Tabelle 2 und den 3 und 4 gezeigt ist, kann eine hohe Zugfestigkeit nicht erhalten werden, wenn das Ziehen bei Raumtemperatur nicht durchgeführt wird. Zum Erhöhen der Zugfestigkeit ist das Ziehen bei Raumtemperatur erforderlich, jedoch nimmt in diesem Fall die Geradheit wie in den Vergleichsbeispielen 21 und 22 ab.
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Es sollte beachtet werden, dass der Metalldraht im Vergleichsbeispiel 27 ein Metalldraht ist, der durch Durchführen des Ziehens bei Raumtemperatur (S20) und des normalen Warmziehens bei einer Temperatur von 500 °C bis 600 °C anstatt des Niedertemperatur-Warmziehens (S22) erhalten wird. Wie es in der Tabelle 2 und der 3 gezeigt ist, erreicht die Zugfestigkeit nicht 4,8 GPa, obwohl eine hohe Geradheit erreicht wird.
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Demgemäß können eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Geradheit nicht beide erreicht werden, wenn das Niedertemperatur-Warmziehen nicht durchgeführt wird. Es besteht eine Zielkonfliktbeziehung zwischen der Zugfestigkeit und der Geradheit eines dünnen Metalldrahts mit einem Durchmesser von höchstens 13 µm, wie z.B. des Metalldrahts gemäß der Vergleichsbeispiele. Mit anderen Worten, die Geradheit nimmt ab, wenn die Zugfestigkeit erhöht wird, und die Zugfestigkeit nimmt ab, wenn die Geradheit erhöht wird.
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Im Gegensatz dazu werden, wie es in der Tabelle 1 und der 3 gezeigt ist, eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Geradheit in den Arbeitsbeispielen 1 bis 14 erreicht. Darüber hinaus werden, wie es in der 4 gezeigt ist, eine hohe Zugfestigkeit und eine kleine Durchmesservariation oder eine hohe Geradheit erreicht. Mit anderen Worten, durch Durchführen des Niedertemperatur-Warmziehens kann ein Metalldraht 10, der sowohl eine hohe Zugfestigkeit als auch eine hohe Geradheit aufweist, erhalten werden, und zwar selbst dann, wenn der Durchmesser höchstens 13 µm beträgt und gering ist. Der Metalldraht 10 ist ein Wolframdraht, der kein Rhenium enthält, oder ein Rhenium-Wolfram-Legierungsdraht mit einem Rheniumgehalt von höchstens 10 Gew.-%, und ist folglich ein Metalldraht 10 mit einer hervorragenden Bearbeitbarkeit.
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Es sollte beachtet werden, dass der Metalldraht in jedem der Arbeitsbeispiele 1 bis 6 ein Rhenium-Wolfram-Legierungsdraht ist, der 1 Gew.-% Rhenium enthält, und der Metalldraht in jedem der Arbeitsbeispiele 7 bis 14 ein Wolframdraht ist, der kein Rhenium enthält. Wie es aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, ist dann, wenn die Wolframdrähte mit dem gleichen Durchmesser und den gleichen Ziehbedingungen verglichen werden, die Zugfestigkeit des Rhenium-Wolfram-Legierungsdrahts verglichen mit der Zugfestigkeit des Wolframdrahts geringfügig verbessert. Dies ist auf den Mischkristallverfestigungsmechanismus zurückzuführen. Darüber hinaus trägt auch eine Dispersionsverfestigung durch eine Abscheidung an Korngrenzen in einem Oxidzustand in einem gewissen Maß zu einer Verbesserung der Zugfestigkeit bei.
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Daher kann ein ähnlicher Effekt erhalten werden, wenn andere Metallelemente mit anderen Atomradien anstelle von Rhenium als Elemente verwendet werden, die einen solchen Verstärkungsmechanismus verursachen. D.h., wenn der Metalldraht 10 eine Wolframlegierung umfasst, muss das Metall, das in die Wolframlegierung einbezogen ist, nicht Rhenium sein. Mit anderen Worten, die Wolframlegierung kann eine Legierung aus Wolfram und mindestens einer Art von Metall, das von Wolfram verschieden ist, sein.
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Metalle, die von Wolfram verschieden sind, sind beispielsweise Übergangsmetalle und Elemente mit Atomradien nahe an dem Atomradius von Rhenium, wie z.B. Molybdän (Mo), Iridium (Ir), Ruthenium (Ru) oder Osmium (Os). Der Gehalt von jedem dieser Metalle beträgt z.B. mindestens 0,1 Gew.-% und höchstens 10 Gew.-%, ohne darauf beschränkt zu sein. Beispielsweise kann der Gehalt des Metalls in der Wolframlegierung weniger als 0,1 Gew.-% betragen oder kann mehr als 1 Gew.-% betragen.
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Darüber hinaus kann, wie es durch einen Vergleich des Arbeitsbeispiels 3 und des Arbeitsbeispiels 4 ersichtlich ist, ein Senken der Temperatur des Niedertemperatur-Warmziehens die Zugfestigkeit erhöhen, während eine hohe Geradheit selbst dann aufrechterhalten wird, wenn der Durchmesser identisch ist. Wie es durch einen Vergleich des Arbeitsbeispiels 3 und des Arbeitsbeispiels 5 ersichtlich ist, ist es durch Erhöhen der Verarbeitungsrate des Ziehens bei Raumtemperatur möglich, die Zugfestigkeit zu erhöhen, während eine hohe Geradheit selbst dann aufrechterhalten wird, wenn der Durchmesser identisch ist. Ein Wolframdraht, der kein Rhenium enthält, weist eine ähnliche Beziehung auf, wie es durch einen Vergleich der Arbeitsbeispiele 9 bis 14 ersichtlich ist.
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Wie es durch einen Vergleich des Arbeitsbeispiels 3 und des Arbeitsbeispiels 4 ersichtlich ist, ist es durch Erhöhen der Temperatur des Niedertemperatur-Warmziehens möglich, die Geradheit zu erhöhen, während eine hohe Zugfestigkeit selbst dann aufrechterhalten wird, wenn der Durchmesser identisch ist. Ein Wolframdraht, der kein Rhenium enthält, weist eine ähnliche Beziehung auf, wie es durch einen Vergleich der Arbeitsbeispiele 9 bis 14 ersichtlich ist.
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[Vorteilhafte Effekte, usw.]
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Wie es vorstehend beschrieben ist, umfasst der Metalldraht 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform Wolfram oder eine Wolframlegierung. Der Metalldraht weist einen Durchmesser von höchstens 13 µm, eine Zugfestigkeit von mindestens 4,8 GPa und eine natürliche Hängelänge pro 1000 mm von mindestens 800 mm auf. Darüber hinaus weist der Metalldraht beispielsweise eine Durchmesservariation von höchstens 1,0 µm auf.
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Dadurch kann ein Metalldraht 10 mit einem kleinen Durchmesser und einer hervorragenden Zugfestigkeit und Geradheit erhalten werden.
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Es sollte beachtet werden, dass das Geradglühverfahren allgemein als Behandlung zum Erhöhen der Geradheit bekannt ist. Beim Geradglühverfahren wird ein Metalldraht nach dem Drahtziehverfahren oder dem elektrolytischen Polieren bei einer hohen Temperatur von etwa 1000 °C erwärmt. Wenn jedoch beispielsweise das Geradglühverfahren mit dem Metalldraht im Vergleichsbeispiel 21 durchgeführt wird, wird die Zugfestigkeit vermindert, obwohl die Geradheit erhöht wird. Beispielsweise ist der Metalldraht im Vergleichsbeispiel 28 in der Tabelle 2 ein Metalldraht, der durch Durchführen des Geradglühverfahrens mit dem Metalldraht im Vergleichsbeispiel 21 erhalten wird. Wie es bei einem Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel 21 ersichtlich ist, kann die Geradheit durch Durchführen des Geradglühverfahrens verbessert werden, jedoch wird stattdessen die Zugfestigkeit auf weniger als 4,8 GPa vermindert. Mit anderen Worten, das Geradglühverfahren kann nicht sowohl eine hohe Geradheit als auch eine hohe Zugfestigkeit bereitstellen. Darüber hinaus ist in dem Geradglühverfahren die Durchmesservariation nahezu unverändert. Daher kann die Durchmesservariation nicht vermindert werden.
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Im Gegensatz dazu ist der Metalldraht 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Metalldraht ohne das Geradglühverfahren. Durch das Niedertemperatur-Warmziehen ohne das Geradglühverfahren können sowohl eine hohe Geradheit als auch eine hohe Zugfestigkeit erreicht werden.
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Darüber hinaus weist der Metalldraht beispielsweise eine natürliche Hängelänge pro 1000 mm von mindestens 900 mm auf.
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Dies erhöht die Geradheit und daher ist der Metalldraht 10 beispielsweise zum Weben eines Metallnetzes 20 besser geeignet.
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Wenn beispielsweise ein Metalldraht mit einer Durchmesservariation von mehr als 1,0 µm zum Weben verwendet wird, ist es wahrscheinlich, dass während des Webens ein ungleichmäßiges Weben auftritt. Aus diesem Grund kann das Metallnetz, das ungleichmäßig gewebt worden ist, Variationen der Höhe aufweisen. Wenn dieses Metallnetz für ein Siebnetz verwendet wird, können Probleme wie z.B. eine verminderte Genauigkeit beim Siebdrucken auftreten, wenn das Metallnetz durch eine Quetschwalze gedrückt bzw. gepresst wird.
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Darüber hinaus kann, wenn ein Metalldraht mit einer Geradheit von weniger als 800 mm gewebt wird, der Draht geknickt werden und Probleme, wie z.B. einen Drahtbruch während des Webens, verursachen. Wenn eine Sekundärverarbeitung eines Drahts, die von einem Weben verschieden ist, wie z.B. eine Verarbeitung zu einem verdrillten Draht, unter Verwendung eines Metalldrahts mit einer Geradheit von weniger als 800 mm durchgeführt wird, kann bzw. können ein Drahtbruch oder andere Probleme auftreten.
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Andererseits umfasst das Metallnetz 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Metalldraht 10 als Kette oder Schuss. Darüber hinaus wird beispielsweise das Metallnetz 20 als Netz zum Siebdrucken verwendet.
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Als Ergebnis kann das Metallnetz 20 einfach hergestellt werden, da der Metalldraht 10 mit einem kleinen Durchmesser und einer hervorragenden Zugfestigkeit und Geradheit verwendet wird. Da der Durchmesser gering ist, kann das Metallnetz 20 mit einem hohen Öffnungsverhältnis hergestellt werden.
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Darüber hinaus kann der Metalldraht beispielsweise einen Wolframgehalt von mindestens 90 Gew.-% aufweisen.
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Dabei kann beispielsweise durch Vermindern des Gehalts von anderen Elementen, wie z.B. Rhenium, und Erhöhen des Wolframgehalts der Metalldraht 10 mit einer hervorragenden Bearbeitbarkeit erhalten werden.
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[Sonstiges]
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Obwohl der Metalldraht und das Metallnetz gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Basis der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt.
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Beispielsweise wurde in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem das Metallnetz 20 ein Siebnetz ist, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Das Metallnetz 20 kann beispielsweise auch als Filter oder als Schutzkleidung verwendet werden. Alle Stränge der Kette und des Schusses des Metallnetzes 20 können der Metalldraht 10 sein. Alternativ kann mindestens ein einzelner Strang von Kette oder Schuss der Metalldraht 10 sein und die verbleibenden Stränge von Kette oder Schuss können ein anderer Metalldraht, wie z.B. rostfreier Stahl, sein.
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Zusätzlich kann der Metalldraht 10 beispielsweise in Anwendungen eingesetzt werden, die von Walzdrähten zum Weben von Metallnetzen 20 verschieden sind. Beispielsweise kann der Metalldraht 10 als Sägedrähte, medizinische Nadeln, Seile oder Saiten verwendet werden.
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Darüber hinaus kann der Wolframgehalt des Metalldrahts 10 beispielsweise weniger als 75 Gew.-% oder weniger als 70 Gew.-% betragen.
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Darüber hinaus kann der Metalldraht 10 beispielsweise Wolfram, das mit Kalium (K) dotiert ist, umfassen. Dotiertes Kalium liegt an den Kristallkorngrenzen von Wolfram vor. Kalium (K), das an Korngrenzen dispergiert ist, hemmt die Kornvergröberung während des Erwärmens bei einer hohen Temperatur und während des Warmziehens, jedoch findet während des Ziehens bei Raumtemperatur keine Kornvergröberung statt. Daher kann die Menge von Kalium (K) beispielsweise höchstens 0,010 Gew.-% betragen. Das Vorliegen von Kalium (K) an Korngrenzen hat jedoch einen Effekt eines geringfügigen Erhöhens der Festigkeit in den Vorgängen bis zum Ziehen bei Raumtemperatur. Mit einem solchen Kaliumdotierten Wolframdraht kann ein Wolframdraht mit einer höheren Zugfestigkeit als die allgemeine Zugfestigkeit eines Pianodrahts erreicht werden, wie dies bei dem Wolframlegierungsdraht der Fall ist. Ein ähnlicher Effekt kann nicht nur mit den Oxiden von Kalium erreicht werden, sondern auch mit Oxiden von anderen Substanzen, wie z.B. Cer oder Lanthan.
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Ein Kalium-dotierter Wolframdraht kann mit dem gleichen Herstellungsverfahren wie die vorliegende Ausführungsform unter Verwendung von Kalium-dotiertem Wolframpulver anstelle von Wolframpulver hergestellt werden.
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Darüber hinaus kann beispielsweise die Oberfläche des Metalldrahts 10 mit einem Oxidfilm oder einem Nitridfilm beschichtet werden oder kann plattiert werden.
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Zusätzlich sollen Ausführungsformen, die von einem Fachmann durch Durchführen von Modifizierungen mit der vorstehenden Ausführungsform erhalten werden, sowie Ausführungsformen, die durch Kombinieren von Strukturkomponenten und Funktionen, die in der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden sind, erhalten werden, ohne wesentlich von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen, ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
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[Bezugszeichenliste]
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- 10
- Metalldraht
- 20
- Metallnetz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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