DE1583715B2 - Verfahren zum kuehlen eines schmelzfluessigen drahtes oder fadens - Google Patents
Verfahren zum kuehlen eines schmelzfluessigen drahtes oder fadensInfo
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Description
3 4
Die Flußpartikelchen können mit einem inerten Oberhalb der Elektrode 5 befinden sich Rohre 7
Gas gemischt und dann in die Ionisationszone ein- zum Einführen von Flußpartikelchen in den Elek-
gebracht werden. trodenraum. Die Flußpartikelchen können in Form
Sie können auch in Form eines feinen Pulvers in von feinem Pulver in die Ionisationszone eingebracht
die Ionisationszone eingebracht werden. 5 werden, und zwar periodisch oder kontinuierlich als
Vorzugsweise wird die Corona-Entladung durch Suspension in einem inerten Gas. Die Flußpartikelchen
negatives Aufladen des schmelzflüssigen Drahtes werden durch Aufprallen auf die Gasionen negativ
erreicht, so daß Ionen-Konvektionsströme erzeugt aufgeladen und in Richtung auf den schmelzflüssigen
werden. Draht 3 angezogen und am Strahl entladen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung io Die Flußpartikelchen können aus folgenden Stoffen
wird der schmelzflüssige Draht mit einem Reaktions- bestehen:
mittel zum Bilden einer feuerfesten Faser in Berührung gebracht, wobei das Reaktionsmittel etwa ein Al2O3, SiO2, MgO, MgO + Al2O3, CaO + MgO, Gas oder ein feines Pulver sein kann. CaO + Al2O3, Na2O + SiO2, MgO + SiO2,
mittel zum Bilden einer feuerfesten Faser in Berührung gebracht, wobei das Reaktionsmittel etwa ein Al2O3, SiO2, MgO, MgO + Al2O3, CaO + MgO, Gas oder ein feines Pulver sein kann. CaO + Al2O3, Na2O + SiO2, MgO + SiO2,
Die Erfindung ist im folgenden an Hand schemati- 15 MgO + TiO2, PbO + SiO2, Al2O3 + SiO2."
scher Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
scher Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
ergänzend beschrieben. Falls die Flußpartikelchen ausschließlich zum
F i g. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Kühlen des schmelzflüssigen Drahtes verwendet
Abkühlen eines schmelzflüssigen Drahtes gemäß dem werden, sollten sie dem Material des Drahtes gegen-
Verfahren nach der Erfindung; 20 über inert sein und sich auch nicht bei der Temperatur
F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung zum Durchführen des Drahtes ionisieren. Das Material der Flußpartikel-
des Verfahrens nach der Erfindung unter Anwendung chen sollte einen Schmelzpunkt haben, der tiefer liegt
einer Corona-Entladung; als derjenige des Materials, aus dem der Draht be-
F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung zum Abkühlen eines steht, so daß die Flußpartikelchen beim Kontakt mit
schmelzflüssigen Drahtes unter gleichzeitiger Ver- 25 dem schmelzflüssigen Draht schmelzen und dabei
Wendung einer Corona-Entladung und Einführung einen Wärmebetrag absorbieren, der der latenten
von Flußpartikelchen. Wärme des Materials der Flußpartikelchen entspricht.
Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt Die Flußpartikelchen sollten einen Durchmesser
ein poröses Metallrohr 1, durch welches ein inertes von 20 Mikron oder kleiner haben. Für verschiedene
Gas unter einem gewünschten Druck geleitet wird. 30 Zwecke dürfen die Flußpartikelchen am Draht ver-Zwischen
diesem Metallrohr und der Ausflußdüse 2 bleiben. Für andere Zwecke können sie mit Hilfe
eines Schmelztiegels, aus dem unten ein schmelz- einer chemischen Nachbehandlung entfernt werden,
flüssiger Draht 3 austritt, liegt eine Hochspannungs- Für manche Zwecke ist es erwünscht, daß die Flußquelle
4, deren negativer Pol an die Ausflußdüse 2 partikelchen mit dem Draht reagieren, daß sie also
und deren positiver Pol an das poröse Metallrohr 1 35 gleichzeitig als Reaktionsmittel und als Kühlmittel
angeschlossen ist. wirken. So lassen sich z. B. Drähte aus Borkarbid
Die Spannung der Hochspannungsquelle 4 wird so herstellen, indem ein Draht aus schmelzflüssigem Bor
auf den Gasstrom abgestimmt, daß eine seitliche Ver- geformt und anschließend Graphit in Form einer
Schiebung des schmelzflüssigen Drahtes vermieden pulverförmigen Suspension in einem inerten Gas einwird,
d. h., daß der Gasstrom und das elektrische 4° geführt wird. Das Graphit reagiert unter diesen BeFeld
mit gleich großer, aber entgegengesetzt gerich- dingungen sehr schnell mit dem schmelzflüssigen Bor
teter Kraft an dem schmelzflüssigen Draht 3 an- und dem Borkarbid,
greifen. Eine ähnliche Reaktion kann auftreten, wenn als
greifen. Eine ähnliche Reaktion kann auftreten, wenn als
Als inertes Gas kann Helium oder Wasserstoff gasförmiges Reaktionsmittel Methan an Stelle von
verwendet werden wegen deren hohen Wärmeleit- 45 Graphit verwendet wird.
fähigkeit. Die Ausdehnung des Gasstromes hängt Ähnlich lassen sich Titan-Bor-Drähte herstellen,
weitgehend von der gewünschten Abkühlungsgeschwin- indem als schmelzflüssiges Material entweder Titan
digkeit und anderen Umständen ab. Ein Abkühl- oder Bor verwendet wird und anschließend entweder
bereich, der sich über eine Länge von 15 bis 122 cm Titan oder Bor als feinverteiltes Pulver in die Aberstreckt,
ergibt zufriedenstellende Ergebnisse, und 50 kühlungszone eingeführt wird,
die Geschwindigkeit der Gasströmung kann in einem Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich ins-Bereich zwischen 3,05 und 15,25 m/sec liegen. besondere zur Drahtherstellung aus allen faserbilden-
die Geschwindigkeit der Gasströmung kann in einem Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich ins-Bereich zwischen 3,05 und 15,25 m/sec liegen. besondere zur Drahtherstellung aus allen faserbilden-
F ϊ g. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform den Metallen, vorzugsweise Nickel, Chrom und
einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens Chromlegierungen, austenitischer Stahl, Beryllium,
nach der Erfindung. Der positive Pol der Hoch- 55 Bor, Titan, und aus nichtmetallenen Stoffen, z. B.
Spannungsquelle 4 liegt an einer Elektrodenanord- Aluminiumoxid allein oder in Mischung mit Magne-
nung 5, und die Spannung ist so groß gewählt, daß siumoxid und/oder Siliziumdioxid, Kalziumoxid sowie
eine Corona-Entladung um den schmelzflüssigen Siliziumdioxid.
Draht 3 herum auftritt, deren Erstreckung gestrichelt Das Verfahren ist auch anwendbar bei schmelzdargestellt
ist. Durch die Ionisation wird eine 60 flüssigen Stoffen, die eine eutektische Legierung von
Konvektionsströmung erzeugt, die zur Kühlung des zwei oder mehr Metallen bilden, und wenn das Ma-Drahtes
beiträgt. terial, das elektrostatisch auf dem schmelzflüssigen
F i g. 3 zeigt eine andere Vorrichtung zum Durch- Draht abgelagert wird, entweder eines dieser Metalle
führen eines weitergebildeten Verfahrens nach der oder eine Legierung aus beiden Metallen bildet. In
Erfindung, wobei die Ausflußdüse 2 mit dem positiven 65 verschiedenen Fällen entsteht ein Draht aus einer
Pol der Hochspannungsquelle 4 verbunden ist und Legierung, die nicht hätte erschmolzen werden können,
die Elektrode 5 mit dünnen Sprühdrähten 6 versehen Im folgenden sind einige Beispiele für die Bildung
ist, um die herum eine Corona-Entladung entsteht. von Eutektika angegeben.
Erschmolzenes Metall | Schmelzpunkt, 0C | Reaktionsmittel |
Tantal + 20 Atomprozent Bor Vanadium -f- 15 Atomprozent Bor Yttrium + 25,5 Atomprozent Bor Niobium + 14 Atomprozent Bor Bor + 2 Atomprozent Kohlenstoff Chrom + 13 Atomprozent Tantal Eisen + 65,3 Atomprozent Yttrium Eisen -f- 71 Atomprozent Titan Silizium + Kohlenstoff Titan + Kohlenstoff |
1775 1550 1290 1600 1900 1700 900 1005 nicht nutzbar nicht nutzbar |
Bor oder Tantalborid Bor oder Vanadiumborid Bor oder Yttriumborid Bor oder Niobiumborid Borkarbid oder Kohlenstoff Tantal Eisen oder Yttrium Titan Siliziumkarbid oder Kohlenstoff Titankarbid oder Kohlenstoff |
Es gibt eine Reihe von verwendbaren Metalllegierungen und Oxidgemengen, welche wichtige
elektrische Eigenschaften besitzen. Zum Beispiel haben Fasern, die aus (3 Nb + Sn) oder (Mn + Bi)
geformt sind, wenn sie mit hoher Geschwindigkeit erstarren, eine genügend feine Kornstruktur, so daß
durch anschließende Wärmebehandlung der Fasern eine Umwandlung derselben in Nb3Sn bzw. MnBi
auftritt. Es lassen sich auch andere Verbindungen mit Hilfe des Schnellabkühlverfahrens nach der Erfindung
herstellen, etwa BaTiO3 und KNbO3 sowie Eutektika
zwischen BaFe12O19 und BaFe2O4.
Gewisse Metalle, welche an der Luft kohärente Oxidfilme bilden, können bei niedrigen Abkühlungsgeschwindigkeiten zu Draht geformt werden. Die
hohen Abkühlungsgeschwindigkeiten, die sich mit dem Verfahren nach der Erfindung erzielen lassen, ergeben
dabei einen glatteren Draht und weniger Schleifen, Beulen und Krümmungen. Da die Korngröße mit
zunehmender Abkühlgeschwindigkeit abnimmt, entsteht ein homogeneres Produkt.
Durch ein 3,8 cm dickes Kühlrohr mit 0,16 cm Wandstärke und 61 cm Länge wird mit Hilfe eines
Zentrifugalgebläses mit einem Durchsatz von 38 mkp/s bei 12 000 U/min Luft geleitet. In einem Tiegel wird
schmelzflüssiges Zinn bereitgehalten, der mit einer kleinen Öffnung versehen ist, durch welche das geschmolzene
Zinn als schmelzflüssiger Strahl mit 0,13 mm Durchmesser gepreßt wird. Die Geschwindigkeit
des ausfließenden Strahls beträgt dabei etwa 138 m/min. Das obere Ende des Kühlrohres liegt
10 cm unter der Tiegelöffnung, und die Luft tritt mit einer Strömungsstärke von 1,5 m3/min aus dem
Kühlrohr auf den Zinnstrahl.
Zwischen Tiegel und Kühlrohr liegt eine Gleichspannung von 1100 Volt, wobei das Kühlrohr mit
dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden ist und der Tiegel mit dem negativen. Bei einem Abstand
des Zinnstrahles von der Kühlrohrfläche von annähernd 1,27 cm war der Zustand des Zinnstrahles
stabil.
Der gleiche Versuch wurde wiederholt, wobei anstatt von Luft Helium mit einer Strömungsstärke
von 1,85 m3/min benutzt wurde.
Es wurde schmelzflüssiges Bor in den Tiegel eingefüllt, der mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden war. Aus dem Tiegel trat ein Borstrahl
in einer Stärke von 0,076 mm aus. 3,8 cm vom Strahl entfernt und 30,5 cm unterhalb des Tiegels
befand sich eine negativ geladene Elektrode. Unterhalb des Tiegels wurde eine Mischung aus Propan und
Bortrichlorid eingeblasen, so daß eine Borkarbidschicht auf der Oberfläche des Borstrahles entstand.
30,5 cm unterhalb des Tiegels wird ein Aerosol eingespritzt, das aus feingepulvertem Quarz in einem
Gemisch von Helium und Bortrichlorid besteht. Bei einem Elektrodenpotential von 6000 Volt schlägt
sich das Silikatpulver auf dem Borstrahl nieder, unterbricht die Ablagerung von Borkarbid und kühlt
gleichzeitig den Borstrahl. Das fertige Produkt ist eine Borkarbidfaser mit einem Silikatüberzug.
Der Tiegel wurde mit schmelzflüssigem Chrom gefüllt, das aus diesem in einer Stärke von 0,05 mm
austrat. Der Tiegel war wiederum positiv geladen und die negative Elektrode entsprechend Beispiel 2
angebracht. 5,0 cm unterhalb des Tiegels wird ein Aerosol bestehend aus feingepulverter Kieselerde in
Helium so eingespritzt, daß es parallel zum Strahl fließt. Bei einem Elektrodenpotential von 6000VoIt
schlägt sich das Kieselerdepulver auf dem Chromstrahl nieder, wobei es diesen kühlt und gleichzeitig
einen Glasüberzug auf diesen aufbringt. Ähnliche Ergebnisse erhält man bei Verwendung von Nickel
statt Chrom.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verfahren zum Kühlen eines aus einer Joulesche Wärme behindert. Im übrigen hat eine
Schmelze, insbesondere aus hochschmelzenden 5 derartige Vorrichtung nur Sinn, wenn ein Metalldraht
Metallen, durch eine öffnung lotrecht nach unten in einer von der Vertikalen abweichenden Richtung
schmelzflüssig austretenden Drahtes oder Fadens, geführt werden soll.
wobei dieser durch einen Gasstrom gekühlt wird, Es ist ferner bereits bekannt, Fasern äußerster
dadurch gekennzeichnet, daß der Feinheit aus einer Schmelze herzustellen, indem durch
Gasstrom horizontal und einseitig gerichtet ge- ίο eine Luftströmung in der Nähe einer Austrittsnase
führt wird und daß ein elektrostatisches Feld an eines Schmelztiegels ein Strahl aus feinen Fäden herden
austretenden Faden angelegt wird, wobei die gestellt wird, welche sodann einem elektrischen Feld ;
Geschwindigkeit des Gasstromes und die Größe ausgesetzt werden, das die Einzelfäden auf eine Sam- ;
des elektrostatischen Feldes so abgestimmt werden, melvorrichtung hin anzieht. Das elektrische Feld
daß die an dem Faden angreifenden horizontalen 15 wirkt hierbei in der Richtung der Bewegungsbahn
Kräfte sich aufheben. der Einzelfasern. Als Weiterbildung bei dieser Vor-
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- richtung ist vorgesehen, daß ein zusätzliches elektrikennzeichnet,
daß der Gasstrom auf eine solche sches Wechselfeld quer zur Bewegungsrichtung der
Strömungsgeschwindigkeit eingestellt wird, daß Einzelfasern angelegt wird. Dieses Wechselfeld dient
die Abkühlungsgeschwindigkeit (Wärmeübergangs- 20 dazu, wechselnde Kräfte auf die Einzelfäden auszuzahl)
des schmelzflüssigen Drahtes 0,001 bis üben, um diese zu kräuseln.
0,04 Kalorien pro Sekunde und cm2 und Grad Es ist ferner bereits bekannt, schmelzflüssige Drähte 0t
Celsius beträgt. gemäß dem eingangs genannten Verfahren in der
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Weise durch einen Gasstrom zu kühlen, daß das Gas
gekennzeichnet, daß das elektrische Feld so stark 25 von unten nach oben im wesentlichen parallel zur
gewählt wird, daß eine Corona-Entladung an dem Bewegungsrichtung des austretenden Fadens durch
schmelzflüssigen Draht auftritt. einen Schacht geleitet wird. Hierbei treten jedoch
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- unregelmäßige Luftströmungen auf, welche in radialer
kennzeichnet, daß Flußpartikelchen in die Ioni- Richtung auf den zu kühlenden Draht wirkende
sationszone der Corona-Entladung eingebracht 30 Kräfte erzeugen, so daß der Draht insbesondere bei
werden. schneller Abkühlung leicht zerreißt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- Hier setzt nun die Erfindung ein. Eine Abkühlung
kennzeichnet, daß die Flußpartikelchen in Form des schmelzflüssigen Drahtes oder Fadens ohne Eineines
feinen Pulvers in die Ionisationszone ein- wirkung von Kräften auf denselben wird dadurch
gebracht werden. 35 erzeugt, daß der Gasstrom horizontal und einseitig
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- gerichtet geführt wird und daß ein elektrostatisches
kennzeichnet, daß die Flußpartikelchen mit einem Feld an den austretenden Faden angelegt wird, wobei
inerten Gas gemischt in die Ionisationszone ein- die Geschwindigkeit des Gasstromes und die Größe
gebracht werden. des elektrostatischen Feldes so aufeinander abge-
7. Verfahren nach Anspruch 3 bis 6, dadurch 40 stimmt werden, daß die an dem Faden angreifenden
gekennzeichnet, daß die Corona-Entladung durch horizontalen Kräfte sich aufheben. Es kann selbst
negatives Aufladen des Drahtes erzeugt wird. dann keine Deformierung oder Zerteilung des Fadens
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch auftreten, wenn dieser noch ganz schmelzflüssig ist
gekennzeichnet, daß der schmelzflüssige Draht und keine öberflächenkruste aufweist.
mit einem Reaktionsmittel zum Bilden eines feuer- 45 Vorzugsweise wird der Gasstrom auf eine solche
festen Überzuges mit dem Material des Drahtes Strömungsgeschwindigkeit eingestellt, daß die Ab-
in Berührung gebracht wird. kühlungsgeschwindigkeit (Wärmeübergangszahl) des
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge- schmelzflüssigen Drahtes 0,001 bis 0,04 Kalorien
kennzeichnet, daß als Reaktionsmittel ein Gas pro Sekunde und cm2 und 0C beträgt. Die bevorverwendet
wird. 50 zugten Werte für einige ausgewählte Stoffe sind z. B.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge- (in 10~4 cal/sec · cm2 · 0C) Aluminium 193, Eisen 20,
kennzeichnet, daß als Reaktionsmittel ein feines Bor 275, Silizium 365, Nickel 226, Chrom 184, Beryl-Pulver
verwendet wird. lium 187, und Aluminium-Oxid 25,5.
Gemäß einer besonderen Weiterbildung wird das
55 elektrostatische Feld so stark gewählt, daß eine
Corona-Entladung an dem schmelzflüssigen Draht
auftritt. Da die gebildeten Ionen eine bestimmte Masse haben, entsteht durch diesen Ionenfluß zwischen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen dem Draht und der anderen Elektrode des elektro-
eines aus einer Schmelze, insbesondere aus hoch- 60 statischen Feldes ein Umlauf von Gas, durch den
schmelzenden Metallen, durch eine öffnung lotrecht eine zusätzliche Kühlung des schmelzflüssigen Drahtes
nach unten schmelzflüssig austretenden Drahtes oder bewirkt wird.
Fadens, wobei dieser durch einen Gasstrom gekühlt Gemäß einer anderen Weiterbildung werden Flußwird,
partikelchen in die Ionisationszone der Corona-Es ist bereits bekannt, einen stromleitenden Metall- 65 Entladung eingebracht. Diese Flußpartikelchen werden
draht zwischen magnetischen Feldern frei schwebend in der Ionisationszone ionisiert und vom Draht anzu
führen, um eine Beschädigung der Oberfläche gezogen, wobei sie mit dem Draht in Berührung
durch Reibung zu vermeiden. Eine derartige Vor- kommen und Wärme von diesem abführen.
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