DE1533321A1

DE1533321A1 - Wolfram-Kupfer-Zusammensetzungen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1533321A1
Application number: DE19661533321
Authority: DE
Inventors: Kenney James Charles; Lawrence J Richard
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1965-07-23
Filing date: 1966-07-22
Publication date: 1970-02-12
Also published as: GB1134545A; US3382066A

Description

DIpUn₉. Egon Prinz 21,

Dr Gertrud HaiiMr teooMiiieii.ii-M.iii9, *^M

Ur. ^W"^nle"^g"7 Ernsb.rg.rifra.i. 1? 1 C Q O O O

Dipl.-Inq. Gottfried UiMr I O O O JI I

Patentanwalt·

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Hub/My

P.R.MALIORY & CO. IKG. 3029 East Washington Street Indianapolis,Indiana/7.^c.A.

Unser Zeichen: M 1012

Wolfram-Kupfer-Zusammensetzungen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft legierungen auf Wolfram-Basis mit hoher Dichte, insbesondere Legierungen auf Wolfram-Basis mit verbesserten physikalischen Eigenschaften, wobei drei bekannte Verfahren in einer bisher nicht verwendeten Kombination dazu benutzt werden, Zusammensetzungen mit überlegenen Eigenschaften gegenüber den bekannten Zusammensetzungen herzustellen.

Seit vielen Jahren werden Kupfer-Wolfram-Zusammensetzungen als Schweißelektroden und Kontakte für Stromkreisunterbreoher verwendet. In neuester Zeit wurden

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diese Materialien für Eaketendüsen und Elektroden von elektrischen Entladungsvorrientungen verwendet.

Die erwähnten Zusammensetzungen wurden meistens durch Verdichten und Sintern von Wolframpulver und Infiltrieren des Preßlings mit Kupferpulver hergestellt.

Zusammenseiaingen mit einem Zusammensetzungsbereich von 40 bis 80# Wolfram und 60 bis 20?ό Kupfer wurden bisher nach einem Verfahren hergestellt, bei dem vorbestimnte Kengen elementares Wolfram oder Wolfram und Kupfer mit oder ohne Bindemittelzusätze gemischt und auf eine vorher bestinunte Dichte gepreßt, dann in einer 3 ca.*. t ζ atmosphäre zum Sintern der Wolframteilchen erhitzt und dann erneut in einer Schutzatmosphäre mit zusatzlicnem elementarem Kupfer über den Schmelzpunkt des Kupfers (1083⁰C) erhitzt wurden, wobei das Kupfer schmolz und in die Poren des Preßlings einsickerte. Die erhaltenen Zusammensetzungen weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. So war es notwendig, verhältnismäßig grobes Kupferpulver in der Größenordnung von 10 μ oder mehr zu verwenden, da feine Kupferpulver übermäßig stark oxydieren und zur Erzielung einer guten Qualität eine zusätz

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liehe Ofenbehandlung erfordern. Dies führt wieder zu einer inhomogenen Struktur mit großen kupferreichen Gebieten oder roten flecken, wolframreichen Stellen und Porosität, was schlechtere !Festigkeit, elektrische Eigenschaften und allgemeine physikalische Eigenschaften zur Folge hat, als eie zu erzielen und erwünscht wären.

Ein Ziel der Erfindung ist daher die Verbesserung von Zusammensetzungen auf Wolfram-Basis.

Weiter ist ein Ziel der Erfindung die Schaffung eines neuen Verfahrene zur technischen Herstellung von Zusammensetzungen auf Wolfram-Basis mit hoher Pichte.

Ein Ziel der Erfindung ist auch die Schaffung einer KupferWolfram-Zusammeneetsung mit überlegener Dichte, Härte, Leitfähigkeit, Zugfestigkeit, Querreißfeetigkeit, Zerreißfestigkeit ι Proportionalgrenze, Elastizitätmodul und Dehnungseigenschaften gegenüber in bekannter Weise hergestellten Zusammensetzungen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Kupfer-Wolfram-Zusammensetzung, die eine bessere Strukturgleichmäßigkeit aufweist als in bekannter Weise hergestellte Zusammensetzungen.

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Schließlich

Schließlich ist es auch ein Ziel der Erfindung, drei bekannte Verfahren zur geraeinsamen Reduktion, zum Sintern und Infiltrieren in einer bisher nicht verwendeten Kombination zu verwenden zur Herstellung von Zusammensetzungen mit überlegenen Eigenschaften gegenüber allen bisher hergestellten Zusammensetzungen.

Weitere Ziele der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Allgemein ausgedrückt, wird bei der Erfindung ein Coreduktionsverfahren zur Herstellung von Kupfer-Wolfram-Gemischen angewendet. Dieses Verfahren besteht im Mischen von Wolframoxydpulver und Cuprooxydpulver in vorherbestimmten Proportionen und Reduktion der gemischten Oxyde in einer Wasserstoffatmosphäre in einem geeigneten Ofen bei 750 bis 1025⁰C, wobei eine vorgewählte mittlere Teilchengröße erhalten wird. Die sich ergebende Teilchengröße der Kupfer-Wolfram-Mischung kann selektiv durch die Temperatur, die Strömungsgeschwindigkeit der reduzierenden Atmosphäre und die Reduktionsdauer bestimmt werden. Ein organisches Bindemittel und ein Schmiermittel werden der reduzierten Pulvermischung dann, falls notwendig, zu

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gesetzt. Verfestigung, Sintern und Infiltrierung werden dann nach den oben beschriebenen und bekannten Verfahren durchgeführt. Die schließlich erhaltenen Kupfer-Wolfram-Proportionen werden nicht nur durch die prozentualen Anteile in der ursprünglichen Mischung geregelt, sondern auch durch den Verfestigungsdruck und die hierdurch erzeugte geregelte Dichte. Die geregelte Dichte wiederum regelt die Menge an zusätzlichem Kupfer, die während der Infiltration erhalten wird.

Um einen Preßling im Bereich von 20 bis 60 Gew.^ Kupfer zu erhalten, werden gemeinsam reduzierte Kupfer-Wolfram-Pulver, die 1 bis 25 öew.ji Kupferoxyd (Cu₂O) und 75 bis 99 (Jew.?* Wolframoxyd (W₅O₁₁) enthalten, üblichen Preß-Sinter-Infiltrierungstechniken unterworfen. Die erhaltene zusammengesetzte Struktur weist eine Eeihe von vorteilhaften Merkmalen auf. Sine innigere Vermischung von zusammen reduziertem Kupfer und Wolfram ergibt eine gleichmäßigere Struktur als sie aus gemischten elementaren Pulvern erhalten werden kann. Kupferreiche Stellen werden nicht vollständig beseitigt, aber in der Größe ausreichend verringert, um vernachlässigt werden zu können. Sowohl die mittlere Wolfram-IeilchengröBe als auch der Teilchengrößenbereioh werden verringert. Letzteres könnte

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au.*

mit üblichen Pulvergemischen unmöglich erreicht werden, da sowohl eine verminderte Wolfram-Teilchengröße als auch ein verminderter Wolfram-Teilchengrößenbereich beim Pressen Probleme aufwerfen. Die Zusammensetzungen zeigen eine verbesserte Leitfähigkeit und Härte, so daß daraus überlegene Schweißelektroden erhalten werden. Die verbesserte Leitfähigkeit, Härte, Festigkeit und Gleichmäßigkeit der Struktur ergibt elektrische Kontakte mit längerer Lebensdauer und besserer Eignung. Die oben erwähnten Vorteile tragen auch alle zu einer überlegenen Eignung für Raketendüsen bei«

In Tabelle I werden Durchschnittswerte von Preßlingen gezeigt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus 56 Gew.i» Wolfram und 44 Gew.$> Kupfer enthaltenden Zusammensetzungen erhalten wurden, welche aus einer 90 Gew.$> Wolfram und 10 Gew.^ Kupfer enthaltenden gemeinsam reduzierten Mischung hergestellt würden, im Vergleich zu den Werten von 56 Gew.# Wolfram und 44 Gew.$> Kupfer enthaltenden Zusammensetzungen, die aus einer üblichen Pulvermischung hergestellt wurden. In Tabelle II werden die Durchschnittswerte von 68 Gew.$ Wolfram und 32 Gew.$ Kupfer enthaltenden Preßlingen, die aus einer 90 Gew.$

Wolfram 909887/0604

Wolfram und 10 Gew.$£ Kupfer enthaltenden gemeinsam reduzierten Pulvermischung hergestellt wurden und von 68 Gew.$ Wolfram und 32 Gew.$ Kupfer enthaltenden Zusammensetzungen, die aus einer 90 Gew.^ Wolfram und 10 Gew.$ Kupfer enthaltenden üblichen Mischung hergestellt wurden.

Tabelle I

Eigenschaft

Dichte
Rockwellhärte B

Leitfähigkeit,
io I.A.G.S.

Zugfestigkeit

Zerreißfestigkeit
(O₅2$ versetzt)

Dehnung

(co-reduziert)

12,580 g/cm⁵

78,8

60,5

4800 kg/cm² (68,200 psi)

10 267 kg/cm² (146,250 psi)

10,0$

(bisheriges Verfahren)

12,558 g/cm³ 75,5

60,2

4450 kg/cm² (63,000 psi)

8440 kg/cm² (120,000 psi)

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Tabelle II

!Tabelle II

Eigenschaft

Dichte
Rockwellhärte B

Leitfähigkeit
$ I.A.C.S,

Zugfestigkeit

Zerreißfestigkeit
(0,2$ versetzt)

Dehnung

#3# (co-reduziert)

13,890 g/cm³ 90,9

9900 kg/cm² (HiV.000.p8i).

12 387 kg/cm² (176,250 psi)

3,4$

$3$ (bisherigen Verfahren)

13,640 g/cm³ 83,2

5620 kg/cm² (80,000 psi)

9140 kg/cm² (130,000 psi)

Während die Dichte und die Leitfähigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Wolfram-Kupfer-Zusammensetzungen nur geringfügig größer ist als die von Preßlingen, die aus üblichen Pulvergemischen hergestellt wurden, sind Härte, Zugfestigkeit, Zerreißfestigkeit und Dehnung betrachtlich größer. Da eines der Ziele bei der Herstellung einer Wolfram-Kupfer-Zusammensetzung in der Schaffung eines sehr harten Materials, welches bei Einwirkung hoher Temperaturen und

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Be anspruchungen

Beanspruchungen oder von wiederholtem elektrischen Kontakt dauerhaft ist, besteht, sind die aus den gemeinsam reduzierten Pulvermischungen hergestellten Preßlinge aus üblichen Pulvermischungen hergestellten Preßlingen weit überlegen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden Beispiel das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer typischen Wolfram-Kupfer-Zusammensetzung beschrieben.

B e Is ρ i e 1.

Zur Herstellung einer Pulvermischung aus 95 Gew.^ Wolfram und 5 Gew.$ Kupfer wurden 95,5 Gew.Jb blaues Wolframoxyd und 4,5 Gew.$ Cuprooxyd 2 bis 6 Stunden lang gemischt, um eine absolute Gleichmäßigkeit zu gewährleisten. Die gemischten Oxyde wurden in Portionen von 400 g bei einer Heizgesehwindigkeit von 15 Minuten pro Schiff bei 950 bis 1025⁰C reduziert. Das Pulver wurde dann pulverisiert und durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 0,;10 mm (150 mesh) gesiebt und in großen Haufen gemischt, wobei ein Scott-Schüttgewicht von 2,44 bis 3*05 g/cm (40 bis 50 g/in^) erhalten wurde. Verdichten, Sintern und Infiltrieren wird dann, wie vorstehend beschrieben, nach bekannten Verfahren durchgeführt. ■

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Patentansprüche

Claims

- το - . P ATEBIAHSPEÜC-H.B

1. Verfahren zur Herstellung von Wolfram-KupferZusammensetzungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupfer-Wolfram-Pulvermischung hergestellt wird, durch Mischen von 75 Ms 99 Gew.i» Wolframoxyd (W₁-O₁₁) und 1 bis 25 Gew.i» Cuprooxyd (CUpO) in Form von Pulvern in vorher bestimmten Proportionen, die gemischten Oxyde 1 bis 2 Stunden in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur zwischen 750 und 1O25°G gemeinsam reduziert werden, unter Erzielung einer vorbestimmten mittleren Teilchengröße, die durch Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit und Zeit bestimmt wird,und die zusammen reduzierte Oxydmisehung in bekannter Weise verfestigt, gesintert und mit elementarem Kupfer infiltriert wird, unter Bildung der Wolfram-Kupfer-Zusammensetzung.

2. Metallzusammensetzung, hergestellt aus einem gepreßten und gesinterten, porösen Preßling aus zusammen reduzierten Wolfram- und Kupferpulvern, dadurch gekennzeichnet, daß Wolfram und Kupfer praktisch unlegiert miteinander vorliegen und der Preßling 20 bis 60 Gew.$ Kupfer und 40 bis 80 Gew.$ Wolfram enthält.

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3. Zusammensetzling nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in !Form einer porösen Matrix vorliegt, deren Poren im wesentlichen mit Kupfer gefüllt sind,

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