DE1639148A1

DE1639148A1 - Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrisch heissen Verbindung

Info

Publication number: DE1639148A1
Application number: DE19681639148
Authority: DE
Inventors: Beynon Alan Anthony; Brian Baker; Husselby Richard William
Original assignee: Bristol Aerojet Ltd
Current assignee: Bristol Aerojet Ltd
Priority date: 1967-01-10
Filing date: 1968-01-08
Publication date: 1971-01-14
Also published as: FR1551427A; US3553827A; GB1156383A

Description

Banwell, Weston-Super-Mare, Somerset, England.

Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrisch heißen Verbindung,

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von thermoelektrisch heißen Verbindungen und insbesondere auf Verbindungen für Thermoelemente«

Eine thermoelektrische Verbindung besteht aus zwei metallischen elementen von verschiedenen Zusammensetzungen, die miteinander verbunden sind. Wenn Thermoelemente für den Betrieb bei verhältnismässig hohen Temperaturen hergestellt werden, ist es möglich, für die zwei Elemente der heißen Verbindung Materialien zu wählen, die sich leicht und wirksam verbinden lassen, beispielsweise durch Schweissung· Für den Betrieb bei höheren Temperaturen, beispielsweise Temperaturen in der Größenordnung von 2000 ⁰G* müssen schlechter bearbeitbare Materialien benutzt werden und es hat sich als äußerst schwierig erwiesen, die zwei Elemente der heißen Verbindung miteinander zu verbinden· Sogar wenn man eine solche Verbindung erreichen konnte, stellte sich heraus, daß Teile der Elemente nahe der Verbindungsstelle iuroh den Verbindungsarbeitsgang so spröde geworden waren, daß ihre weitere Behandlung schwierig war, und «war sowohl während der folgenden Schritte im Herstellungeverfahren des Thermoelemente, als auoh später während der Handhabung, des Einbaues und äer Benutzung dee Thermoelemente·

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer thermo*

heißen Verbindung durch Verbinden zweier metallischer τοπ verschiedener Zua&i&mtnsetming_f insbesondere Sie* ■ent« mit ioiuaelspunkten über 1600 ⁰O» ist dadurch gfktazuseiofr· ' &ft_y da§ -Ue TXtittnt· durch Sohweissung mit. einem metallischen

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Zwischenglied verbunden werden, das einen "tieferen - Schmelzpunkt hat, als die Materialien der zwei Elemente· Pur den praktischen Betrieb muss der Schmelzpunkt des Materials des Zwischengliedes natürlich über dem oberen Ende des Bereiches liegen, in dem die Verbindung arbeiten soll, auch wenn er tiefer liegt als derjenige der Materialien, aus denen die Beine bestehen·

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Thermoelemente mit Materialien, die einen Schmelzpunkt von über 1600 ⁰O besitzen, beispielsweise Metalle wie Wolfram und Platin und deren legierungen. Eines der Elemente kann Wolfram oder eine Wolfram/Rhenium legierung sein, während das andere eine Wolfram/Rhenium !Legierung mit mehr Bhenium als beim ersten Element sein kann· Elemente dieser Zusammensetzungen können mit einem Zwischenglied aus Tantal oder Niob verbunden werden· Wolfram/Hhenium Legierungen verschiedener Bereiche können benutzt werden, aber vorzugsweise hat ein Element . weniger als 20 # Rhenium und das andere zwischen 20 °/o und 50 $> Rhenium, Zwei bevorzugte Kombinationen sind Wolfram/ 5 i> Rhenium mit Wolfram/26 $ Rhenium und Wolfram/15 # Rhenium mit Wolfram/26 <f> Rhenium. Andere Beispiele enthalten Platin mit Platin/10 # Rhodium und Platin mit Platin/13 # Rhodium·

Torzugsweise wird, nach dem Anschweissen der Elemente an das Zwischenglied, dieses geschmolzen, so daß es wenigstens teil·« weise die Beine umschließt. Es hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung von Tantal für das Zwischenglied sich dieses beim Schmelzen zu einer Perle formt und so die Enden der Beine umschließt, während Niob die Tendenz zeigt, die Beine zu benetzen, so daß es sich entlang der Beine mehr ausbreitet als Tantal« Vorzugsweise wird das Schmelzen unter Benutzung

eines Elektronenstrahls oder des vom Schweissen bekannten ο ο Wolfram - Schutzgas - Verfahrens erreioht, und es wurde ge- ^ funden, daß diese Verfahren des SchmtXsens «ine besondere • niedrige Vtreprödung der Beine des MiereOeleMeiitö in der

**· Umgebung der Verbindung ergeben*

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<*» Obwohl d*0 Verfahren «ur Herst«llung tos heißen Verbindungen

** ftr Thermoelemente besonder· geeignet ist, kann t» auoh für die Herittllung heißer Verbindungen bei tfcer*oeleJrtris<mea

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Generatoren verwendet werden«

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung näher erläutert«

Figo 1 zeigt die zwei Elemente des Thermoelements, die auf das Zwischenglied gelegt sindf

Fig· 2 zeigt das Zwischenglied, nachdem es geschmolzen istj

Fig· 3 zeigt die Elemente der heißen Verbindung in Keramikperlen eingezogen« raid die Perlen innerhalb einer Hülle angeordnet!

Fig. 4 zeigt die fertige Iieisse. Verbindung nach dem Umpressen der Hülle.

Die beiden Elemente der Geissen Verbindung sind die Drähte 1 und 2, die einen Durcliniiesser von 0,125 mm haben und aus Wolfram/5 i» Ehenium beziehungsweise aus Wolfram/26 $ Rhenium Legierungen bestehen· BcLe Drähte sind Seite an Seite mit ihren Enden auf eine Seite eines Zwischengliedes gelegt, das als Tantalschexbe 3. Mit einem Durchmesser von 0,8 mm und einer Dicke von 0,15 mm ausgebildet ist. Die Drähte werden durch Widerstandsschweissung an den durch Kreuze in Fig· I angedeuteten Punkten 4- mit der Scheibe 3 verbunden unter Benutzung eines βΙι Schweißgeräts "Watkins Orthodontie Spot Weider» hergestellt von Elliotts Liverpool Limited, Buckland Street„ Aigburth, Liverpool 17, England, Die Höchstmaße des" Zwischengliedes 3 senkrecht zur Länge der Drähte 1 und 2 wird dann verringert, indem durch Schmelzung eine kleine Perle 5 (Fig. 2) an der Thermoverbindung erzeugt wird unter Benutzung einer Elektronenstrahl - Schweißmaschine mit einer Vakuumkammer von besser als 10 mm Quecksilber, einer Spannung von 20 kV und einem Strahlstrom von 2 mA. Die Elektronenstrahl-Schweißmaschine umfaßt ein Model 1615.0 Elektronenkanonen-Versorgungsgerät und eine 776 W 30 kV Elektronenkanone, hergestellt von Brad Thompson Industries Incorporated, Indio, California, TJ S A. Der Strahl wird auf die Oberfläche der Scheibe auf Stellen gerichtet, an die die Drähte nicht angeschweißt wurden, bis

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BADORKSlNAi.

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durch ein Mikroskop das ScBelzen der Scheibe beobachtet werden kann· Es wurde gefunden, daß durch dieses Verfahren die Drähte in der Umgebung der Perle eine vernünftige Duktilität aufweisen, und daß die Verbindung stark genug ist, um die folgenden Herstellungsschritte und die ver - .. sohiedenen Beanspruchungen während der Handhabung, des Einbaues und des Gebrauchs zu überdauern.

Nach Herstellung der Verbindung werden die Drähte 1 und 2 durch eine Reihe von Keramikperlen 6 gezogen, die je zwei Lö'oher zur Aufnahme der Drähte haben. Duktilität in der Nähe der Perle ist notwendig, damit die Drähte in die Keramikperlen 6 gezogen werden können» so daß die Tantalperle 5 dicht am Ende der ersten Keramikperle sitzt. Die aufgezogene Anordnung wird dann in eine rohrförmige Tantalhülle 7 mit offenen Enden eingesetzt. Die Anordnung wird verschoben, bis die Tantalperle 5 innerhalb ungefähr 1,5 mm von einem Ende der Hülle 7 ist. Der Hohlraum um die Tantalperle 5 zwischen der Keramikperle 6 und dem Ende der Hülle wird dann mit pulverförmigem Isoliermaterial gefüllt, das aus demselben Material besteht wie die Keramikperlen. Dann wird eine Endkappe 8 an die Hülle geschweißt, um ein Ende zu versohliessen* Die Hülle 7, die innen die aufgezogene Anordnung enthält, wird dann zusammengepreßt, um das keramische Isoliermaterial zusammen zudrüoken, womit die in 3?ig# 4 gezeigte heiße Verbindung fertig ist.

Die neue Raumform der zwei mittels einer Metallperle verbundenen Elementendrähte ergibt eine mechanisch feste Verbindung, die allen bei der weiteren Herstellung des Thermoelements und dessen späteren Betrieb vorkommenden Beanspruohungen gewachsen ist«

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Claims

Pat ent ans prüche:

1.) Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrisch heißen "Verbindung duroh Verbinden zweier metallischer Elemente von verschiedener Zusammensetzung, insbesondere Elemente mit Schmelzpunkten über 1600 ⁰C, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente durch Sohweissung mit einem metallischen Zwischenglied verbunden werden, das einen tieferen Schmelzpunkt hat, als die Materialien der zwei Elemente«

2« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Anschweißen der Elemente an das Zwischenglied, dieses geschmolzen wird, so daß es wenigstens teilweise die Elemente umschließt.

5· Verfahren nach Anspruoh 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißung duroh elektrische Widerstandssohweißung, und die Schmelzung durch einen Elektronenstrahl oder mittels des Wolfram- Schutzgas-Verfahrens vorgenommen wird.

4· Verfahren naoh Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente durch keramische Perlen gezogen werden und die resultierende Anordnung in eina?Metallhülle ange·· ordnet wird·

5· Verfahren nach Anspruoh 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle danach gepreßt wird, um die Kermik zusammen - zu drücken,

6« (Dhermoelekirisoh heiße Verbindung, gekennzeichnet durch zwei mittels einer Metallperle verbundene Elementendrähtt*

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