DE138135C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Die Darstellung absolut dichter Drähte oder Fäden aus Osmium war bisher nicht möglich, da das nur in den höchsten Temperaturen schmelzbare Osmium sich als Regulus in keinerlei Weise, weder durch Ziehen noch durch Walzen, infolge seiner grofsen Sprödigkeit mechanisch bearbeiten läfst.

Versuche, die zu vorliegender Erfindung führten, haben ergeben, dafs es trotzdem möglich ist, brauchbare Osmiumfäden herzustellen, wenn man das Osmium in einen fein porösen, metallsch wammartigen, aber doch nahezu dichten und nahezu homogenen Zustand überfuhrt.

Um das spröde Osmium in diesen Zustand überzuführen, wird dasselbe gemäfs vorliegender Erfindung in Lösung oder feiner Vertheilung mittelst eines Trägers oder eines Bindemittels in die Form eines Fadens gebracht, worauf durch Glühen mittelst des elektrischen Stromes bei sehr hoher, den Verdampfungs-, punkt des Platins übersteigender Temperatur unter Zerstörung des tragenden bezw. bindenden Materials die einzelnen Osmiumtheilchen des Fadens zusammengeschweifst werden; ein so hergestellter Faden ist infolge dessen in Temperaturen glühbeständig, bei denen Platin verdampft.

Hierbei darf die Erhitzung des Osmiumfadens naturgemäfs nur so weit gesteigert werden, dafs derselbe fein porös bleibt, da ein höher erhitzter, also stark verdichteter Faden beim Glühen in der Lampe leicht zerspringt, sich demnach gewissermafsen wie ein spröder Faden verhält, während der fein poröse, aber durch entsprechendes Glühen cohärent geraachte Osmiumfaden einem Faden von grofser Elasticität gleicht.

Derartige Fäden sind in der Kälte metallglänzend, cohärent, elastisch und selbst bei einem nur wenige Hundertstel eines Millimeters betragenden Durchmesser von gleichmäfsiger Dicke. Ihre Länge kann ein Mehrtausendfaches ihres Durchmessers betragen. Sie sind bei Ausschlufs oxydirend wirkender Gase oder im Vacuum völlig glühbeständig und erstrahlen hierbei in blendend weifsem Lichte, das eine bei Glühlampen kaum geahnte Stromökonomie besitzt; sie sind weifsglühend, von grofser Zähigkeit, doch leicht biegsam. Durch mehrhundertstündiges Weifsglühen verdichtet sich das überaus feine, poröse, nahezu dichte, metallschwammartige Osmium solcher Fäden allmählich mehr und mehr, ohne jedoch in den absolut dichten Zustand, welcher durch Schmelzen oder Comprimiren der glühenden Osmiummasse erreicht würde, überzugehen.

Es ist nach physikalischen Grundsätzen als gewifs anzunehmen, dafs der Widerstand, sowie die Strahlungsoberflä'che von solchen durch Glühen zusammenhängend gemachten Fäden aus Osmium von metallschwammartiger Structur grofser sein mufs, als bei Drähten aus geschmolzener Masse. Zudem ist die Tendenz des anhaltend hoch erhitzten Osmiums, ein körnig krystallinisches Gefüge anzunehmen, naturgemäfs verringert, somit die Festigkeit des Fadens gegen Bruch nach anhaltendem Glühen beträchtlich gesteigert.

Die Osmiumfäden gemäfs vorliegender Erfindung ermöglichen also die Herstellung elektrischer Glühlampen, die den Kohlenfaden-

lampen in technischer Vollendung gleichen, in Bezug auf Stromökonomie jedoch überlegen sind. Ein kleiner Gehalt eines solchen Fadens aus Osmium an anderen Platinmetallen, insbesondere den schwer schmelzbaren, wie Platin, Ruthenium, Iridium, Rhodium, beeinträchtigt und verändert die dem reinen Osmiumfaden besagter Art zukommenden Eigenschaften in nicht erheblichem Mafse.

Zur Darstellung vorliegender Fäden bedient man sich vortheilhaft der folgenden Verfahren.

I. Legirungsverfahren.

Dasselbe beruht auf der bisher nicht gemachten Beobachtung, dafs die Temperatur des Schmelzpunktes einer Legirung aus Osmium mit wenig Platin nicht, wie anzunehmen wäre, niedriger, sondern höher als die des Verdampfungspunktes des Platins liegt.

Da eine Legirung von Osmium mit einer kleinen Menge von Platin nicht dehnbar, sondern ebenfalls, wie das Osmium selbst, sehr spröde ist, so wird zur Gestaltung eines Fadens die Legirung zweckmäfsig an einem formgebenden Platindrähtchen, der inneren Platinseele, selbst erzeugt. Dies kann in der Weise geschehen, dafs man ein Platindrähtchen mit Osmium oder einer Osmiumverbindung in cohärenter und genügend dichter Schicht überzieht und dann in einer reducirend wirkenden Gasatmosphäre erhitzt. Dabei wird sie die sehr spröde Osmium-Platinlegirung bilden. Wenn dann das die Seele des Fadens bildende Platin bis zum Schmelzen erhitzt wird, so erhält man eine silberweifse Legirung von Osmium-Platin in fein röhrenförmiger Gestalt. Aus dieser läfst sich durch allmählich gesteigertes Glühen mittelst des elektrischen Stromes das Platin fast völlig verflüchtigen, ohne dafs die Legirung selbst schmelzen würde, es bleibt dann das nahezu reine, aber immer noch platinhaltige Osmium als zartes, fast silberweifses Röhrchen zurück.

Eine zu rasche Erhitzung des Fadens oder ein zu grofser (etwa über 5 pCt.) Gehalt desselben an Platin ist zu vermeiden, weil sich sonst eine Legirung mit der Eigentümlichkeit, dafs der Schmelzpunkt derselben höher liegt, als der Verdampfungspunkt der Platin - Componente derselben, nicht bilden und der Faden abschmelzen würde, ehe die Verflüchtigung des Platins in erheblichem Mafse eingetreten sein wird.

An Stelle der inneren Platinseele könnte man auch unter analoger Anwendung des geschilderten Verfahrens eine solche innere Seele von anderen Metallen dann verwenden, wenn solche andere Metalle in der reducirenden Atmosphäre sich chemisch nicht verändern, ferner genügend dehnbar sind, um daraus Drähte erzeugen zu können, und endlich genügend glühbeständig sind, um jene Temperatur auszuhalten, bei welcher Osmiumsä'ure durch re.ducirende Gase unter Abscheidung von Osmium desoxydirt wird.

Im Nachfolgenden werden nun im Einzelnen verschiedene Ausführungsformen des Legirungsverfahrens in seiner Anwendung auf Fäden beschrieben, die aus einer inneren Platinseele und einer äufseren Osmiumhülle gebildet wurden.

Ein überaus dünner Platindraht wird durch den Strom in einer reducirenden Atmosphäre, die bei Gegenwart von Kohlenwasserstoffen reichlich Wasserdampf enthalten mufs und welcher Dämpfe von Ueber-Osmiumsäure beigemengt sind, erhitzt. Dabei scheidet sich auf dem Platindrahte metallisches Osmium in feiner Schicht ab, es ist darauf zu sehen, dafs dieses langsam und gleichmäfsig geschehe. So gewonnen, ist der Draht, der nunmehr auf der inneren Platinseele eine feine Schicht von metallischem Osmium trägt, noch ziemlich brüchig. Nun wird er allmählich in einer Atmosphäre reducirender Gase bis zum Verdampfungspunkte des Platins und später darüber hinaus erhitzt. Das Platin wird sich aus der gebildeten Legirung bis auf kleine Spuren verflüchtigen. Der der Hauptsache nach aus Osmium bestehende, aber noch immer platinhaltige Faden ist nun etwas elastisch, fast platinfarben geworden, er ist hohl, röhrenförmig, von metallschwammartiger Structur.

Das eben beschriebene Verfahren kann auch in der Weise abgeändert werden, dafs man den Platindraht mit einer verdünnten Lösung einer Osmiumverbindung, die durch fein vertheiltes, festes Osmium oder eine Osmiumverbindung, wie z. B. das Sulfid oder Tetrahydroxyd, ein wenig consistenter gemacht werden kann, bepinselt und dann erhitzt. Die auf den Platindraht aufzutragende Osmiumschicht mufs aufserordentlich dünn sein, so dafs, bis der Faden eine genügende Dicke erreicht hat, eine oftmalige Wiederholung des Bestreichens erfolgen mufs.

Man kann einen solchen Ueberzug auch dadurch bewerkstelligen, dafs der feine Platindraht mit einem halbflüssigen Brei, bestehend aus fein vertheiltem Osmium oder einer Osmiumverbindung oder einem Gemenge dieser Körper mit einer kleinen Menge Zucker oder einem anderen organischen Bindemittel und Wasser oder einem anderen Mittel, das eine Art Emulsion der Bestandtheile gestattet, in ähnlicher Weise, wie oben geschildert wurde, behandelt wird.

Das Ausglühen der aus einer inneren Platinseele und einer äufseren Osmiumschicht bestehenden Drähte, möge die Osmiumschicht auf der inneren Platinseele in welcher W'eise immer aufgetragen worden sein, erfolgt in analoger Weise, wie oben angegeben.

IL Osmium-Kohle-Verfahren.

Versuche haben gezeigt, dafs, wenn ein Kohlefaden mit Osmium oder Osmiumverbindung überzogen oder durchsetzt und in einem Gasgemische, wie es im Inneren der Bunsenflamme auftritt, also bei Gegenwart von Wasserdampf, erhitzt wird, das allmählich frei von Kohlenstoff werdende Osmium in zusammenhängendem Zustande zurückbleibt, und zwar die Gestalt des ursprünglichen Fadens nachbildend; durch darauffolgendes heftiges Weifsglühen im elektrischen Strome kann der Faden gefestigt werden. Der Kohlefaden hat bei diesem Verfahren den Träger und seine Substanz, gewissermafsen das Bindemittel für das nicht consolidirte, durch das Verfahren zu consolidirende Osmium gebildet; die einzelnen Osmiumtheilchen sind durch den elektrischen Strom in einen Faden von metallschwammartiger Structur zusammengeschweifst worden.

Es ist klar, dafs man zur Erzeugung von Kohlenstoff-Osmiumfäden in der Praxis nicht Kohlenstofffäden imprägniren, sondern der gröfseren Festigkeit, der leichteren Imprägnation und Bearbeitung wegen organische, unter Kohlenstoffabscheidung zersetzbare Fasern als Träger für das Osmium und seine Verbindungen verwenden wird. Mag man nun künstliche oder natürliche Fasern animalischen oder vegetabilischen Ursprungs benutzen, oder, mag man Osmium in organische Substanzen einhüllen, aus welchen Fäden gebildet werden können, das Wesentliche des Verfahrens wird immer darin bestehen, eine mit Osmium oder seinen Verbindungen durchsetzte oder überzogene organische Faser zu erzeugen, die bei der trockenen Destillation ein mit Osmium imprägnirtes oder überzogenes Kohlenstoffskelett zu hinterlassen vermag.

Unter Beobachtung dieses Wesens des Verfahrens kann man Fäden aus Osmium in verschiedener Weise herstellen. Einige solcher Herstellungsweisen sind im Folgenden angegeben :

Man imprägnirt einen leicht gedrehten Faden von geschmeidiger, vegetabilischer Faser mit einem dünnflüssigen Brei, welcher aus höchst fein vertheiltem Osmium oder einer Osmiumverbindung, wie Osmiumsulfid, in feinst vertheiltem Zustande mit einer geringen Quantität eines Bindemittels, z. B. Zucker, besteht, wobei diese Stoffe durch Zugabe einer entsprechenden Menge von Wasser auf salbenartige Consistenz gebracht werden.

Die Mengenverhältnisse der einzelnen zur Herstellung des Breies verwendeten Substanzen sind veränderlich und innerhalb solcher Grenzen zu wählen, dafs die breiartige Masse eine salbenartige Consistenz habe und das Osmium in der Masse gleichmäfsig vertheilt sei. .,.,■■;■?'

Es empfiehlt sich, die vorerwähnten Fäden zu zweien oder dreien zusammenzudrehen, wodurch sich verschieden dicke Stellen ausgleichen lassen.

Der erhaltene Faden wird getrocknet, dann in jene Form gebracht, welche er in der Glühlampe haben soll, und hierauf in einer reducirenden Gasatmosphäre während kurzer Zeit geglüht. Das Kohlenstoffskelett des Fadens verleiht dem Osmium für die spätere Behandlung eine gröfsere Festigkeit und Elasticität.

Der Faden kann jedoch auch vor dem Erhitzen an dem Fadenträger befestigt werden.

Der Fadenträger besteht aus zwei mit einem Stückchen Kaliglas verbundenen Platindrahtstückchen, welche an den zur Aufnahme des Fadens dienenden Enden röhrenförmig gestaltet sind.

In diese Röhrchen wird das Ende des Fadens eingeschoben und mit einem wässerigen Brei, bestehend aus Osmium oder einer Osmiumverbindung und einer kleinen Quantität eines Bindemittels, wie Zuckerlösung, oder aus Osmium und Osmium-Chloridlösung, betupft.

Diesem Brei, welcher kurz »Osmium-Cement« benannt werden soll, kann auch eine kleine Menge von Salzen anderer Platinmetalle, wie Rhodium und Ruthenium, oder von diesen Metallen oder von deren Legirungen selbst in fein vertheilter Form zugesetzt werden. Der Cement soll Syrupconsistenz haben.

Bevor der die Zuleitungsdrähte und den fertigen Glühfaden tragende Fadenträger in die Glasbirne gebracht wird, werden die mit dem »Osmium-Cement« betupften Stellen getrocknet, was rasch und bequem durch Erwärmung geschieht.

Der Zutritt der Luft ist hierbei nicht störend. Der Faden haftet dann an den Verbindungsstellen der Zuleitungsdrähte ziemlich fest und wird in einer Wasserdampf enthaltenden, reducirenden Atmosphäre durch den Strom ausgeglüht. Man steigert allmählich die Intensität des Stromes und setzt den Faden einer sehr höhen Temperatur aus.

Der Faden mufs an allen Stellen eine gleiche Leitungsfähigkeit besitzen. Sollte dies nicht der Fall sein, so mufs man ihn gleichmäfsig machen. Es geschieht dies in analoger Weise, wie auf einen metallischen Leiter eine Osmiumschicht niedergeschlagen wird, z. B. derart,, dafs der Faden in einem Gemische, bestehend aus Osmiumsäuredämpfen und reducirenden Gasen, durch den elektrischen Strom erhitzt wird.

Wenn der Faden fertig ist, wird der Fadenträger an_ ,den Drähten der Lampe, die den heute .in Gebrauch befindlichen Glühlampen ähnlich geformt ist, befestigt. Die Birne wird evacuirt oder mit den eingangs erwähnten Gas-

Claims (1)

1. gemischen oder indifferenten Gasen gefüllt und abgeschmolzen.

   Eine andere Ausführungsform des Osmium-Kohleverfahrens zur Darstellung von Fäden aus Osmium ist folgende:

   Man stellt Fäden mittelst eines dem Verfahren zur Darstellung künstlicher Seide ähnlichen Verfahrens aus einem innigen Gemenge von fein vertheiltem Osmium oder Osmiumsulfid und Osmium-Tetrahydroxyd oder einer ähnlichen Verbindung mit dickflüssigem CoI-lodium her.

   Das Mengenverhältnifs der Substanzen, aus denen obige Mischung besteht, ist innerhalb solcher Grenzen zu wählen, dafs die Mischung dickflüssig sei und eine Entmischung der Emulsion, die infolge der hohen Dichte des Osmiums leicht eintreten könnte, verhindert werde.

   Aus diesem Brei wird die verlangte Fadenform beispielsweise dadurch erhalten, dafs man ihn durch eine Lehre preist, der erhaltene Faden wird dann denitrirt und dem vorher beschriebenen Verfahren unterzogen, durch welches der Kohlenstoff ausgebrannt wird und das Osmium als cohärenter, nicht röhrenförmiger Faden von metallschwammartiger Structur zurückbleibt.

   Eine andere Ausfuhrungsform des Osmium-Kohleverfahrens zur Darstellung von Fäden aus Osmium ist die folgende:

   Man knetet und preist höchst fein vertheiltes Osmium mit ein wenig ziemlich concentrirter Zuckerlösung oder einem anderen, viscose Lösungen bildenden organischen Bindemittel zu einer plastischen Masse (Osmium-Pasta). Aus dieser stellt man durch Drücken oder Walken Fäden her. Die geformten Körper werden zuerst an der Luft getrocknet, dann an der freien Luft allmählich erhitzt, bis die ersten Zersetzungsproducte des Bindemittels auftreten, hiernach unter Luftabschlufs ausgeglüht und endlich dem vorbeschriebenen Verfahren unterzogen, durch welches der Kohlenstoff ausgebrannt wird und das Osmium als cohärenter, nicht röhrenförmiger Faden von metallschwammartiger Structur zurückbleibt.

   Man kann die nach dem Osmium-Kohleverfahren herzustellenden Fäden auch mit einem der bekannten feuerbeständigen Oxyde, z. B. Thoroxyd, Zirkonoxyd, für sich oder in Gemengen durchsetzen. Man kann hierbei Thoroxyd oder Zirkonoxyd ganz oder theilweise durch andere, in hohem Grade feuerbeständige Oxyde oder Salze, insbesondere durch Ytteriterden, ersetzen.

   Zur Herstellung solcher Fäden wird der in dem vorbeschriebenen Verfahren verwendeten Imprägnirmasse oder der Osmium-Pasta eines oder mehrere solcher Oxyde in feinster Vertheilung oder auch eine Salzlösung, welche in der Glühhitze das betreffende Oxyd zurückläfst, vor der Gestaltung des Fadens beigemengt.

   Hierzu eignet sich vorteilhaft die Osmium-Pasta, denn das beigemengte Thoroxyd verleiht der Masse eine gröfsere Plasticität, wodurch sie sich besser verarbeiten läfst. Bei Fäden, die aus Osmium mit Oxyd bestehen, kann der Leitungswiderstand durch entsprechenden Oxydgehalt in fast beliebiger Weise geändert werden. Das Verfahren zur Herstellung solcher Fäden aus Osmium-Pasta, der beispielsweise Thoroxyd beigemengt ist, geschieht in dem Osmium-Kohleverfahren analoger Weise.

   Man kann auch auf den aus Osmium hergestellten Glühfäden einen Ueberzug von Thoroxyd oder Zirkonoxyd für sich oder in Gemengen auftragen, auch kann man bei solchen Ueberzügen das Thoroxyd oder Zirkonoxyd durch andere, im hohen Grade feuerbeständige Oxyde und Salze, insbesondere durch Ytteriterden ersetzen. Das Verfahren zur Herstellung solcher Ueberzüge ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, es sei daher nur erklärungsweise kurz angeführt, dafs es im Wesen darin besteht, sehr dünne, einander durchdringende Schichten, beispielsweise einer Thoroxyd-Emulsion, successive und oftmals auf dem aus Osmium hergestellten Glühfaden aufzutragen und nach jedesmaligem Auftragen zu trocknen und dann im Strome auszuglühen.

   Patent-A ν Sprüche:

   1. Für elektrische Lampen, die mit reducirenden oder indifferenten Gasen oder mit einem Gemische beider Gase gefüllt oder aber evacuirt sind,

   a) aus Osmium hergestellte, durch Glühen zusammenhängend gemachte Fäden von metallschwammartiger Structur, die in Temperaturen, bei welchen Platin verdampft, glühbeständig sind;

   b) aus Osmium mit einem Gehalte von anderen Platinmetallen, wie Ruthenium, Iridium, Rhodium, Platin, bestehende, durch Glühen zusammenhängend gemachte Fäden von metallschwammartiger Structur, die in Temperaturen glühbeständig, sind, bei welchen Platin verdampft;

   c) aus den in a) oder b) angegebenen Substanzen bestehende, durch Glühen zusammenhängend gemachte Fäden von metallschwammartiger Structur, überzogen, durchsetzt oder gemischt mit Thoroxyd oder Zirkonoxyd, für sich oder in Gemengen oder mit Ytteriterden oder mit anderen in hohem Grade feuerbeständigen Oxyden bezw. Salzen.

   2. Ein Verfahren, Fäden der im Ansprüche ι angeführten Art herzustellen, gekennzeichnet

   dadurch, dafs die Theilchen des durch ein tragendes Material (Legirungsverfahren) oder durch ein Bindemittel (Osmium-Kohleverfahren) in die Form eines Fadens gebrachten Osmiums oder osmiumhaltigen Materials durch Glühen unter Zerstörung der tragenden bezw. bindenden Substanzen zu einem Faden zusammengeschweifst werden.

   3. Das Verfahren nach Anspruch 2 in der Weise ausgeführt, dafs eine fadenförmige, aus einer äufseren Osmiumhülle mit einer inneren Platinseele bestehende Legirung (Platingehalt bis etwa im Maximum 5 pCt.) mittelst des elektrischen Stromes so weit erhitzt wird, dafs die innere Platinseele fast vollständig entweicht (Legirungsverfahren).

   4a) Das Verfahren nach Anspruch 2 in der Weise (Osmium-Kohleverfahren) ausgeführt, dafs

   1. aus organischer Materie bestehende Fäden mit Osmium oder mit Legirungen von Osmium mit Metallen der Platingruppe imprägnirt oder umhüllt werden, oder dafs

   2. Fäden aus feiner Paste, welche aus fein vertheiltem Osmium bezw. aus dessen Legirungen mit Metallen der Platingruppe und einem organischen Bindemittel besteht (Osmium - Pasta), geformt werden, worauf dann die nach i. oder 2. hergestellten Fäden durch trockene Destillation zu einem mit Osmium bezw. zu einem mit Legirungen von Osmium und Metallen der Platingruppe durchsetzten Gebilde von Kohlenstoff umgewandelt und nachher in einem Kohlenstoff oxydirenden, Osmiumoxyd reducirenden Gasgemische erhitzt werden.

   4b) In dem zu 4a) gekennzeichneten Verfahren die Beimengungen der in 1 c) angeführten feuerbeständigen Oxyde bezw. deren in der Glühhitze unter Rücklassung der Oxyde zerstörbaren Salze zur Osmium - Imprägnirung bezw. Osmium-Pasta.

   5. Ein Verfahren zur Befestigung der Enden der in 1. angeführten Leuchtfäden an den Enden der Zuleitungsdrähte, gekennzeichnet dadurch, dafs die zu befestigenden Stellen mit »Osmium-Cement« betupft, getrocknet und dafs der Leuchtfaden in reducirender Atmosphäre ausgeglüht wird.