DE1161038B - Verwendung einer Molybdaen-Silizium-Aluminium-Legierung als Werkstoff zur Herstellung von Thermoelementen - Google Patents

Verwendung einer Molybdaen-Silizium-Aluminium-Legierung als Werkstoff zur Herstellung von Thermoelementen

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND^
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
ι Internat. Kl.: C 22 c
Deutschi KXl : 40 b -27/00
Nummer: 1161038
Aktenzeichen: A 32466 VI a / 40 b
Anmeldetag: 13. Juli 1959
Auslegetag: 9. Januar 1964
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Molybdän-Silizium-Aluminium-Legierung als. Werkstoff zur Herstellung wenigstens eines Schenkels eines bei Temperaturen über 16000C warmfesten und oxydationsbeständigen Thermoelementes.
Es ist nach »Journal of Applied Physics«, 24 (1953), S. 498, bekannt, daß MoSi2 in dem Bereich von —60 bis +6000C gegenüber Platin eine Thermokraft aufweist, die etwa derjenigen des Kupfers entspricht. Bei hoher Temperatur beständiges Molybdändisilizid kann somit als Thermoelement benutzt werden.
Es ist ferner nach der österreichischen Patentschrift 193 632 bekannt, daß Molybdänsilizid mit 30 bis 40 °/o Si zusammen mit oder ohne verschiedene Zusätze für Thermoelemente für hohe Temperaturen verwendet werden kann. Entsprechende Zusätze sind hierbei Titansilizid, Wolframsilizid, Chromsilizid, Aluminiumoxyd, Thoriumoxyd, Titanoxyd, Zirkoniumoxyd und Siliziumkarbid. Es ist weiterhin nach dieser Patentschrift bekannt, daß bis zu 25% des Siliziums des Molybdänsilizides durch Kohlenstoff, Bor oder Stickstoff ersetzt werden können.
Weiterhin sind nach der österreichischen Patentschrift 179 100 hochwarm- und zunderfeste Werkstoffe für Heizleiter bekanntgeworden, die aus 50 bis 85% Molybdän, 1 bis 50% Aluminium und 15 bis 50% Silizium bestehen und aus Molybdändisilizid und Molybdänaluminiden hergestellt werden können.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen unterscheiden sich von den vorbekannten Legierungen dadurch, daß sie Molybdändisilizid enthalten und 20 bis 60 Atomprozent Silizium durch Aluminium ersetzt worden ist. Dadurch wird die Kristallstruktur des Molybdändisilizides, die üblicherweise den tetragonalen Typ CIl aufweist, restlos in den hexagonalen Typ C 40 (CrSi2-TyP) übergeführt. Diese Strukturveränderung führt in überraschender Weise zu der Ausbildung einer erheblichen Thermospannung im Verhältnis zu den Legierungen, die z. B. reines MoSi2 enthalten. Andere Vorteile dieser Legierungen sind hohe mechanische Festigkeit, Oxydationsbeständigkeit und Widerstand gegen Heizstöße. Durch Abändern des Aluminiumgehaltes können Veränderungen der Thermokraft erreicht werden, die durchaus nicht von merklich verschlechterten mechanischen oder ehemischen Eigenschaften begleitet werden müssen. Hierdurch unterscheiden sich die neuartigen Legierungen von den vorbekannten thermoelektrischen Legierungen auf der Grundlage von Molybdänsilizid.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen können gegebenenfalls auch Zusätze anderer Metalle enthalten, wobei Molybdän bis zu höchstens 50 Atom-Verwendung einer
Molybdän-Silizium-Aluminium-Legierung
als Werkstoff zur Herstellung
von Thermoelementen
Anmelder:
Aktiebolaget Kanthai,
Hallstahammar (Schweden)
Vertreter:
Dipl.-Ing. K.-A. Brose, Patentanwalt,
Pullach bei München, Wiener Str. 2
Als Erfinder benannt:
Dr. phil. Nils Gustav Schrewelius,
Hallstahammar (Schweden)
Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 16. Juli 1958 (Nr. 6752)
prozent durch eines oder mehrere der Metalle Ti, Zr, Hf, Ta, Nb, V, W und Cr ersetzt wird. ,
Die erfindungsgemäß zu verwendende. Legierung weist daher die Zusammensetzung ·. ,
auf, wobei M wenigstens eines der Metalle Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, V, W, Cr ist, χ Werte von 0,2 bis 0,6 und y Werte von 0 bis 0,5 durchläuft.
Wenn eines der Metalle M in der Legierung enthalten ist, hat y vorzugsweise einen Wert von mindestens 0,05.
So hat eine der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen die Zusammensetzung
(Mo0,7Ti0)S)(Si0, gAlo.gJg.
Thermoelemente, die die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen enthalten, werden zweckmäßig auf pulvermetallurgischem Wege durch Sintern nach Einmischung von 0,5 bis 20 Gewichtsprozent eines keramischen Bindemittels hergestellt. Das keramische Bindemittel soll hauptsächlich aus einer sehr feinverteilten Kieselsäure bestehen. Es kann jedoch auch andere Oxyde oder Siliziumkarbid enthalten. Der endgültige Sinterprozeß wird zweckmäßig in Luft ausgeführt, wobei eine gewisse innere Oxydation
309 778/279
stattfindet. Die keramische Komponente soll nicht mehr als 30 Gewichtsprozent des Materials ausmachen. Das folgende Beispiel veranschaulicht eine praktische Verwendung von erfindungsgemäßen Legierungen in einem Thermoelement für 1600 bis 17000C.
Positiver Schenkel:
96 Gewichtsprozent Legierung von der Zusammensetzung (Mo0, ,Ti053)(Si0,8Al0,2)2, 4 Gewichtsprozent keramisches Bindemittel, überwiegend SiO2.
Negativer Schenkel:
91 Gewichtsprozent MoSi2,
9 Gewichtsprozent keramisches Bindemittel, überwiegend SiO2.
Die Thermokraft zeigte eine mit der Temperatur gleichmäßige Vergrößerung und erreichte dabei unter anderem die folgenden Werte:
8000C 10 Millivolt, 10000C 14 Millivolt, 12000C 19 Millivolt, 14000C 24 Millivolt, 16000C 31 Millivolt.
Das obenerwähnte Metallpulver hatte die Zusammensetzung
(Mo0,7Ti0,3)(Si0,sAl0,2)2
und wurde derart hergestellt, daß Mo, Ti, Si und Al in theoretischen Mengen in Wasserstoff bis HOO0C und exothermische Reaktion erhitzt wurden. Der entstandene Körper wurde dann in einer Kugelmühle zu einem Pulver von 1 bis 10 Mikron gemahlen. Der
ίο negative Schenkel wurde in derselben Weise bei Verwendung von 95% MoSi2 und 5% Bentonit hergestellt.
Es versteht sich, daß Thermoelemente, unter Verwendung der Legierungen nach der Erfindung, von jeder beliebigen Form sein können und daß die erfindungsgemäße Verwendung keinesfalls an Thermoelemente besonderer Gestaltung gebunden ist. Ausführungen typischer Thermoelemente sind z. B. in Kapitel 2, S. 12 bis 15, des »Process Instruments and Controls Handbook« von C ο η s i d i η e (McGraw-Hill, 1957) dargestellt.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verwendung einer Legierung, die die Zusammensetzung
Beide Schenkel waren 6 mm zylindrische Stäbe, die durch Strangpressen und Sintern hergestellt waren und die durch elektrisches Stauchstumpfschweißen miteinander verbunden waren. Der oxydationsbeständigste negative Schenkel kann auch alternativ als ein an einem Ende geschlossenes Rohr ausgebildet sein, welches den stabförmigen positiven Schenkel umschließt.
Die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung, die im obigen Beispiel beschrieben und als positiver Schenkel verwendet worden ist, wurde folgendermaßen hergestellt, wobei alle Teile in Gewichtsprozent ausgedrückt worden sind: 98 Teile eines Metallpulvers, hergestellt, wie unten erwähnt, wurden mit 2 Teilen Bentonit als keramisches Bindemittel gemischt. Diese Mischung wurde dann geformt, getrocknet und in ein Metallrohr eingebracht und bei 14000C während 30 Minuten in einer Atmosphäre von technischem Wasserstoff gesintert. Das schließliche Sintern wurde bei 15500C in Luft während 2 Minuten ausgeführt. aufweist, wobei M wenigstens eines der Metalle Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, V, W, Cr ist, χ Werte von 0,2 bis 0,6 und y Werte von 0 bis 0,5 durchläuft, als Werkstoff zur Herstellung wenigstens eines Schenkels eines bei Temperaturen über 1600C warmfesten und oxydationsbeständigen Thermoelementes.
2. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung, bestehend aus
(Mo0,7Ti0,3)(Si0,8Al0,2)2,
als Werkstoff zur Herstellung des einen Schenkels eines bei Temperaturen über 16000C warmfesten und oxydationsbeständigen Thermoelementes.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 179 100;
M. Hansen, »Constitution of Binary Alloys«, 1958, S. 114 und 115.
309 778/279 12.63 © Bundesdruckerei Berlin
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