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Wolframstoff und Verfahren zu seiner Herstellung Zusatz zu Patent
.......... (Patentanmeldung P 15 33 395.6) Die Erfindung betrifft ein Wolframstoff
und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Die Wolframstoffe nach der Erfindung können
Verwendung finden als Glühfäden oder Glühwendel von stoßsicheren und vibration8sicheren
elektrischen Birnen,als Kathodenheizelemente in elektronischen Entladungsröhren
oder in elektronischen Leuchtröhren,
als Gitterelektroden für Elektronenröhren,
als Glühfäden oder Glühwendeln für gewöhnliche elektrische Gijihbir nen und Leuchtröhren,
die einer Hochtemperaturdeformation gegenüber sehr fest sein miissen, die gute Stoßfestigkeitseigenschaften,
ibrationsfestigkeitseigenschaften sowie gute Verformungseigenschaften hinsichtlich
einer Formgebung bei der Bearbeitung aufweisen müssen.
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Während der Forschungsarbeiten zur Entwicklung von Wolfram stoffen,
die für solche Anwendungsfälle geeignet sind, ist eine Reihe von Wolframstoffen
entwickelt worden, von denen jedoch keiner die an ihn gestellten Anforderungen vollkommen
erfüllt. Zu den bisher bekannten Wolframstoffen gehören beispielsweise: ein Wolframstoff
aus reinem Wolfram mit Beimi schungen oder Zuschlägen aus Aluminiumoxyd (Al2O3),
aus Siliziumdioxyd (SiO2) oder aus Kalimummonoxyd (K2O), die als gewöhnliche Beimischungsstoffe
oder Zuschlagsstoffe bekannt sind; ein Wolframstoff aus reinem Wolfram, dem zur
Verbesserung der thermischen Elektronenemission bei Verwendung als Kathodenelektroden
von Signalübertragungsröhren oder dergleichen Thoriumdioxyd (ThO2) oder Zirkoniumdioxyd
(ZrO2) beigemischt oder zugeschlagen worden sind; ein Wolframstoff aus reinem Wolfram,
der mit Rhenium (Re) oder Molybdän (Mo) legiert ist oder aus einer Mischung von
Zirkoniumdioxyd (ZrO2) und einem Element oder Elementen aus der VIII. Gruppe des
periodischen Systems, beispielsweise Eisen (Fe), Nickel (Ni) usw., besteht; sowie
aus einem Wolframstoff bestehend aus reinem Wolfram oder aus thoriertem Wolfram
dem ein Element oder Elemente aus der VIII. Gruppe des periodischen Systems, beispielsweise
Eisen (Fe), Ni (Nickel) usw., beigemischt oder zugesetzt ist.
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Diese bisher bekannten Wolframstoffe enthalten jedoch gewöhnliche
Zuschalgsstoffe oder Beimischungsstoffe, die die thermische Elektronenemission oder
die Durchhängeeigenschaften dadurch verbessern, daß durch sie die Partikelgröße
der rekristallisierten Wolfram-Körnungen verändert wird.
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Aus den vorerwähnten Wolframstoffen hergestellte Drähte weisen eine
im wesentlichen zufriedenstellende Durchhängecharakteristik auf, so daß sie ohne
nennenswerte Schwierigkeiten für gewöhnliche elektrische Lampen oder Birnen verwendet
werden können. Nachteilig ist jedoch, daß aus derartigem Mater rial bestehende Heizdrähte
oder GlühfEden, weil sie sehr spröde werden, zu einem Brechen oder Reißen neigen,
wodurch dann wiederum die Lebensdauer von elektrischen Leuchtröhren oder von elektrischen
Birnen, beispielsweise von stoXfesten elektrischen Lampen, Autoscheinwerfen oder
dergleichen, für die die nach der Rekristallisierung vorhandene Stoßfestigkeit und
Vibrationsfestigkeit des Wolframmateriales oder des Wolframstoffes - insbesondere
bei Raumtemperatur -. der wichtigste Faktor ist, beträchtlich verkürzt wird, Selbst
dann, wenn versucht wird die Duktilität oder die Dek.
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nung durch Glühen bei einer Temperatur, die unter dem Rekri stallisierungspunkt
liegt, zu verbessern, nimmt die Dehnung mit der Erhähung der Glühtemperatur allmählich
ab. Werden nun Wolframdrähte, die nach den bisher bekannten Verfahren hergestellt
worden sind, als Bauelemente für Elektronenröh ren und Infrarotlampen, die bei einer
unter dem Rekristalli sierungspunkt für Wolframstoffe liegenden Temperaturen arbeiten
- beispielsweise im Temperaturbereich von 10000C bis 1700°C, verwendet, dann kommt
es wegen der Verspxtdung oft zum Bruch oder Reißen der Wolframdrähte, damit aber
aueh zu einem Ausfall der vorerwähnten Röhren und Lampen.
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Wenn auch ihre mechanische Festigkeit im allgemeinen hoch ist, lassen
sich diese Wolframstoffe wegen ihrer großen Härte und wegen ihrer geringen Dehnbarkeit
oder Duktilität nur sehr schwer in eine bestimmte Form bringen und bearbeiten.
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Wird beispielsweise eine Kathodenelektrode für indirekt beheizte Elektronenröhren
durch das Einsetzen eines Heizelemen tes in einen Kathodenmantel hergestellt, dann
ist es erforderlich, ein Heizelement zu verwenden, das durch Biegen eines Wolframdrahtes
entsprechend den Formen und Abmessungen des Kathodenmantels geformt wird. Wird das
Heizelement jedoch derart gebogen, dann können an den Biegestellen oder Knickstellen
leicht Risse oder Brüche entstehen, die dann während des Einsatzes der Kathodenelektrode
zur Versprödung oder zum Bruch oder Reißen führen können. Aus diesem Grunde wird
der Heizdraht üblicherweise in einem stumpfen Winkel gebogen, wobei dann die Stege
des Heizelementes jedoch zu weit auseinander gespreizt werden, was dann wiederum
dazu führt, daß zwischen der Innenwandung des Kahtodenmantels und dem Heizelement
ein Kontakt in unvermeidlicher Weise vorhanden ist.
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Dieser Zustand führt dann zu einem Abschälen der auf dem Heizelement
niedergesehlagenen Beschichtung aus Alundum oder aus einem ähnlichen Material, so
daß das Heizelement nicht mehr zu verwenden ist un zurückgewiesen werden muß. Den
Fachleuten dürfte bekannt sein, daß die Kenndaten und die Lebensdauer von Elektronenröhren
in einem hohen Maße von der Quarz lität oder der Güte der Kathoden-Heizelemente
abhängig ist.
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Durch diese Erfindung, die im wesentlichen auf die Schaffung von Wolframstoffen
mit geniigender Duktilität oder Dehnung sowie mit genügend großer Biegsamkeit vor
und nach dem Rekristallisieren abzielt, sollen die zuvor erwähnten verschiedenen
und bisher bekannten Probleme und S¢hwiertgkeiten vermieden werden.
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Ein anderes Ziel,dieser Erfindung ist die Schaffung eines Wolframstoffes,
der sich wahrend des Verformens oder der Formgebung zum Zeitpunkt des Ziehens, des
Biegens und des Wickelns ausgezeichnet bearbeiten läßt.
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Ein wiederum anderes Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung eines
Verfahrens oder einer Methode zur Bearbeitung von Wolframstoffen, deren Duktilität
oder Dehnung so hervor~ ragend ist, daß zum Zeitpunkt der Bearbeitung oder der Verarbeitung
bei Raumtemperatur die Dehnung oder Längsstreckung mehr als 10 % beträgt.
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Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung von Formteilen
oder Bauelementen, die aus den vorerwähnten Wolframstoffen hergestellt sind.
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Diese Ziele und Eigenschaften sowie auch andere EigenschaS-ten und
Merkmale dieser Erfindung lassen sich besser verstehen, wenn dazu die nachstehend
gegebene Beschreibung zu Hilfe genommen wird.
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Der Wolframstoff dieser Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß er sich zusammensetzt aus: Wolfram oder Wolframtrioxyd, dem Aluminiumoxyd (Al2O3),
Siliziumdioxyd (SiO2) oder Kaliummonoxyd (K2o) entweder einzeln oder in Kombination
beigemischt oder zugeschlagen sind, dem weiterhin Kobalt (Co) und Zinn (Sn), die
in Bezug auf Wolfram einen geringeren Mischkri stalleffekt aufweisen, zugegeben
werden.
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Um es kurz anzuführen: die in den Rahmen dieser Erfindung fallenden
Wolfrnmstoffe werden dadurch hergestellt, daß während der Herstellung des Pulverförmigen
Wolfram deip Grundstoff Wolfram 1 und dies ajif diesen Grundstoff Wolfram bezogen
- Aluminiumoxyd (Al2O3), Siliziumdioxyd (sio2)
oder Kaliummonoxyd
(K20) entweder einzeln oder in Kombination in Mengen von 0.01 bis 2.0 Gewichtsprozenten
oder Gewichtsanteilen zugeschlagen oder beigemischt werden, daß darüber hinauf dem
Grundstoff Wolfram weiterhin beigemischt oder zugeschlagen werden - entweder einzeln
oder in Kombination -Kobalt (Co) oder Zinn (Sn) in Mengen von 0.005 bis 0.5 Gewichtsprozenten
oder GEwichtsanteilen, und zwar derart,daß die Mischung nach dem Sintern zu Blechen
oder Drähten die nachstehend erwähnte endgültige Zusammensetzung aufweist: 0.0001
bis 0.5 Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile Aluminium (Al), Silizium (Si) oder
Kalium (K) - und dies entweder einzeln oder in Kombination - sowie 0.002 bis 0.5
Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile Kobalt (Go) und/oder 0 bis 0.0005 Gewichtsprozente
oder Gewichtsanteile Zinn (Sn), während sich der Rest aus Wolfram un kleineren Verunreinigungen
zusammensetzt. Wird die Analyse jedoch nicht mit der dafür erforderlichen hohen
Präzision ausgeführt, dann läßt sich der Zinn anteil häufig jedoch nicht nachweisen.
Zu den hauptsächlich im Wolframstoff enthaltenen Verunreinigungen gehören Eisen,
Nickel und Molybdän, die während der Reduktion vom Eisenbehälter aus oder vom Nickelbehälter
aus in die Wolframpulver übertragen werden. Unter Anwendung der gewöhnlichen oder
der üblichen Analysenmethode lassen sich derartige Verunreinigungen bis zu einem
Anteil von 0.001 Gewichtsprozenten oder Gewichtsanteilen nachweisen. Was das Eisen
und das Nickel betrifft, so werden diese Stoffe nicht nur während des Raffinierungsvorganges
in das iblfram eingeschleppt, sonden willentlich vielmehr auch zur men mit Kobalt
(Co) und Zinn (Sn) zugegeben, und Zuar für den gleichen Zweck, für den die zuletzt
erwähnten Stoffe zugemischt oder zugegeben werden.
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Wenn sich die Beimischung oder das Zllschlagen von Eisen oder Nickel
in der Weise auswirkt, wie dies bei der Beimischung oder dem Zuschlagen von Kobalt
oder Zinn der Fall ist, so wird isngesnmt von dem Anteil an Kobalt, Zinn, Eisen
oder Nickel - und dies entweder einzeln oder in Kombination -die im Rahmen dieser
Erfindung erzielte Wirkung nicht be einträchtigt werden, wenn dieser Anteil nicht
größer ist als 0.005 bis 0.5 Gewichtsorozente oder Gewichtsanteile.
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Das Beimischen von Eisen oder Nickel ohne das Beimischen oder das
Zuschlagen von Kobalt oder Zinn liegt ganz klar außerhalb des Erfassungsbereiches
dieser Erfindung. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dpß das zusätzlich zur Beimischung
von Kobalt oder Zinn erfolgende Beimischen von Eisen oder Nickel, welches absichtlich
vorgenommen wird, sowie auch das unbeabsichtigte Vorhandensein von Eisen oder Nickel
als Verunreinigungen als in den Rahmen d'eser Erfindung fallend zu betrachten ist.
Der wesentlien- Punkt dieser Erfindung liegt nämlich im Zuschlagen oder im Zusetzen
von Kobalt oder Nickel, und zwar derart, daß das Beimischen von anderen Zuschlagsstoffen
in einem für die Ziele dieser Erfindung nicht schädigenden Anteil, vom Beimischen
des Kobalts oder des Zinns und deren Anteile erfaßt wird.
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Das die vorerwähnte Zusammensetzung aufweisende Wolfrartmaterial oder
der die vorerwähnte Zusatiensetzung aufweisende Wolframstoff hat nach dem Rekristallisieren
eine extremhohe Duktilität oder Dehnung, dabei ist durch geeignete Auswahl der Mischungsverhältnisse
festgestellt worden, daß Wolframstoffe mit einer Dehnung oder Längsstreckung von
bis zu 20 % hergestellt oder erzielt werden können.
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Die in der vorerwähnten Zusammensetzung ausgeführten Wolfram~ stoffe
sind dadurch geknnnzeichnet, daß sie in der Lage sind, die Rekristallisierungstemperatur
zu erhöhen und die Temperatur im Übergang von biegsam nach brüchig oder spröde bis
nahe auf den Wert der Raumtemperatur abzusenken.
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Wenn auch die Wolframstoffe der zuvor erwähnten Zusammensetzung gegenüber
den bisher bekannten Wolframstoffen eine grö Berge Längsstreckung oder Dehnung aufweisen,
so ist nach dem Rekristallisieren, auch in diesem Falle, die Längsstreckung oder
die Dehnung des Wolframstoffes nicht mehr so groß wie vor dem Rekristallisieren.
Daraus ist dann zu schließen, daß dort, wo die neuartigen Wolframstoffe zur Herstellung
von Formteilen oder Bauelementen , die bei einer über der Rekristalli sierungstemperatur
liegenden Temperatur arbeiten sollen, verwendet werden, es notwendig ist, die Rekristallisierungstemperatur
dann über die Betriebstemperatur hinaus zu erhähen, wenn es erforderlich sein sollte,
daß bei Betriebs~ temperatur die größte Dehnung oder Längsstreckung erreicht werden
muß. Bei den neuartigen Wolframstoffen läßt sich dies dadurch erreichen, daß sowohl
die Glühtemperatur als auch der Bearbeitungsgrad während des Drahtziehvorganges
durch Verwendung von deren einzigartiger Dehnung kontrolliert wird. Ein derartiges
Verfahren oder eine derartige Methode wird im Verlaufe dieser Patentanmeldung noch
in detaillier ter Weise beschrieben werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand des in Zeichnung dar-.
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gestellten Ausführungsbeispieles (der in Zeichnung dargestellten Ausführungsbei
spiele) näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine graphische Darstellung,
die in verglei chender Weise für den neuartigen Wolframstoff sowie für den bisher
bekannten Wolfram stoff die Kni ckwinkeleigenschaften als Funktion der Wärmebohandlung
wiedergibt; in Fig. 2 eine graphische Darstellung, in die die Prüftemperatur und
die Knickwinkeleigenschaften eingetragen sind und miteinander verglichen werden;
in Fig. 3 eine graphische Darstellung, in die der Prüfstrom und die Hochtemperaturdeformation
eingetragen sind und miteinander verglichen werden; in Fig. 4 oine graphische Darstellung,
in die die Glühtemperatur und die Zugefestigkeit eingetragen sind und miteinander
verglil chen werden; in Fig. 5 eine graphische Darstellung, in die die Glühtemperatur
und die Dehnung oder Längsstreckung ein~ getragen sind und miteinander verglichen
werden; in Fig. 6 eine graphische Darstellung, in der die Ergebnisse oder Resultate
der Spulenziehtests miteinander verglichen werden; in Fig. 7 eine Kennlinie, aus
der die Zuordnung zwischen der Beimischung der Anteile an Kobalt (Co) und Zinn (Sn)
und dem Biegungswinkel des neuartigen Wolframstoffes zu erkennen ist; in Fig. 8
eine Kennlinie aus der die Zuordnung zwischen den zugesetzten Mengen an Kobalt (Co)
und Zinn (Sn) und der größten Dehnung oder Längsstreckung hervorgeht; in Fig. 9
eine Kennlinie, aus der die Zuordnung zwischen der Zwischenglühtemperatur, der Zugfestigkeit
und der Drehnung oder Längsstreckung zu erkennen ist; in Fig. 10 eine graphische
Darstellung, aus der filme Zuordnung zwischen der Temperatur des letzten Glühvorganges
zur
Zugfestigkeit herausgelesen werden kann; in Fig. 11 eine graphische Darstellung,
in die die Temperatur des Letztglühvorganges und die Dehnung oder Längsstreckung
eingetragen sind und miteinander verglichen werden; in Fig. 12 eine graphische Darstellung,
in die die Temperatur des letzten Glühvorganges und die Zugfestigkeit eingetragen
sind und miteinander verglichen werden; in Fig. 13 eine graphische Darstellung,
die das Verhältnis der Temperatur des letzten Glühvorganges zur Dehnung oder Längsstreckung
wiedergibt; in Fig. 14 eine Kennlinie, aus der das Verhältnis zwischen der Querschnittsminderung
oder der Querschnittsabnahme und der Zugfestigkeit hervorgeht; in Fig. 15 eine Kennlinie,
die das zwischen der Querschnittsminderung oder der Querschnittsabnahme und der
Zugfestigkeit vorhandene Verhältnis wiedergibt; in Fig. 16 eine Kennlinie, aus der
auf den neuartigen Wolframstoff bezogen das zwischen der Dehnung oder Längsstreckung
und dem Ausschußprozentsatz vorhandene Verhältnis hervorgeht; in Fig. 17 eine Kennlinie,
aus der das Werhältnis zwischen der Anzahl des Einschalten und des Ausschaltens
und der verbleibenden Anzahl noch zu verwendender Glühdrähte oder Glühwendeln zu
erkennen ist; in Fig. 18 eine Kennlinie, in die die maximale Veränderung der Spulengangbäbe
von Heizelementen f"ir Kathodenstrahlröhren für den Fall des herkömmlichen Wolframstoffes
und des Wolframstoffes dieser Erfindung als eine Funktion der Zwangsunterbrechungstestzeit
eingetragen sind und miteinander verglichen werden; in Fig. 19 eine graphische Darstellung,
in die die Zwabgsunterbrechungstestzeit und die maximale Veränderung des Spulendurchmessers
eingetragen sind und miteinander verglichen werden; in Fig. 20 Seitenansichten,
die die Wicklungsdeformation nach einer Zwangsunterbrechungstestzeit von 200 Stunden
wiedergeben; in Fig. 21 ein Kennliniendiagramm, aus dem die maximale Veränderung
in der Spulengangha'he nach einer Zwangsunterbrechungstestzeit von 200 Stunden zu
erkennen ist.
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Nachstehend sollen nun die charakteristischen Eigenschaften und Merkmale
der neuartigen und in den Rahmen dieser i!srfin dung fallenden Wolframstoffe beschrieben
werden. Beschrieben werden soll auch das zur Herstellung dieser Stoffe hervor derliche
Verfahren.
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BEISPIEL 1: 1) Unter Anwendung eines herkömmlichen oder konventionellen
Verfahrens wurden 10 kg Wolframtrioxyd hergestellt.
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2) Dann wurde eine Mischlösung hergestellt, die sich wie folgt zusammensetzte:
aus 1000 cc Aluminiumchloridlösung (mit einem Aluminiumchlorid-Gehalt von 25g/l),
aus 1000 cc Kaliumsilikatlösung (mit einem Kaliumsilikatgehalt von 103g/l), aus
500 cc Kaliumchloridlösung (mit einem Kaliumchlorid-Gehalt von lOg/l), aus 93 @@
Kobaltnitratlösung (mit einem Kobaltnitrat-Gehalt von lOOg/l), aus 50 cc Zinndichloridlösung
(mit einem Zinndicblorid-Gehalt von lOOg/l) .
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3) Das Wolframtrioxydpulver und die vorerwähnte Mischlösung wurden
dann in ein geeignetes Verdampfungsgefäß gegeben, verdampft und solange getrocknet,
bis daß die darin enthaltene Feuchtigkeit insgesamt entfernt war. Das dabei erzielte
Wolframpulver wies die nachstehend erwähnte Zusammensetzung auf: 0.1 % Gewichtsprozente
oder Gewichts anteile Aluminiumoxyd (A1203), 0.5 % Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile
Siliziumdioxyd (SiO2) und 0.5 % Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile Kaliummonoxvd
(K20) 2 - bei den vorerwähnten Stoffen handelt es sich um gewöhn liche Zuschlagsstoffe
- sowie 0.04% Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile Kobalt (Co) und 0,04% Gewichtsprozente
oder Gewichtsanteile Zinn (Sn).
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4) Das so erhaltene trockene Pulver wurde dann in einen Nickelbehälter
gefüllt und bei einer Temperatur von 700 bis 8500C in einem Ofen unter trockener
Wasser sto ffatmo sphäre einem Reduktionsvorgang unterworfen.
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5) Um aus dem derart einem Reduktionsvorgang unterworfenen Pulver
die unerwünschten Verunreinigungen zu entfernen, wurde dieses Pulver dann in einer
Säuremischung gewaschen. die Vorerwähnte Säuremischung bestand aus: Fluorwasserstoffsäure
und aus Chlorwasserstoffsäure.
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Durch den vorerwähnten Waschvorgang wurde das Pulver aktiviert. Dann
wurde das Pulver mehrere Male mit war men Wasser gewaschen und nsch dem Waschen
getrockenet, so daß ein metallische Wolframpulver (in einer Menge von etwa 7,9 kg)
erzielt wurde.
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6) Nun wurde das metallische Pulver zu Drähten umgeformt.
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Um es genauer zu sagen: 600 g Wolframpulver wurden in eine Met all
form mit den Abmessungen 10 mm X 10 mm x 600 mm gegeben und dann mit einem Druck
von ungefähr 1,5 tons/cm2 einem Formpressvorgang unterworfen.
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7) Nach dem Pressen wurde der gepreßte Pulverkörper zur Herbeiführung
der fur einer leichten Bearbeitung der Formmasse erforderlichen genügenden Festigkeit
bei einer Temperatur von 120000 in einem Ofen unter trockener Wasserstoffatmosphäre
vorgesintert.
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8) Der so erhaltene vorgesinterte Körper aus Wolframpul ver wurde
vermittels Durchleitung eines Stromes mit einer Stärke von 90% des Schmelzstromes
- das sind un gewähr 2500 bis 2600 Amneres (und entspricht einer Temperatur von
30000C) - für eine Zeitdauer von 10 Minuten einem Sintervorgang unterzogen. Die
Dichte des so erhal-.
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tenen gesinterten Wolframstoffes betrug 90 bis 93% der errechneten
oder der theoretischen Dichte.
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9) Nun wurde unter Anwendung von einer Reihe herkömmlicher Besrbeitungsverfahren,zu
denen auch das Stauchen und das Drahtziehen gehört, ein Droht in den gewünschten
Abmessungen hergestellt. Das Stauchen oder die Gesenkarbeit wurde beispielsweise
bei einer Temperatur von 13000C bis 16000C solange fortgeführt, bis daß ein Durchmesser
von 2.0 mm erreicht war. Dann wurde, um einen Wolframdraht mit den gewünschten Abmessungen
zu erhalten, der Draht bei einer Temperatur von 500°C bis 900°C durch eine Matritze
gezogen.
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Die unter Position 5) erwähnte Säurewaschung ist nicht immer erforderlich,
sie ist abhängig von dem Verwendungszweck für den der Wolframstoff eingesetzt werden
soll. Dieser Säurewaschungsvorgang ist jedoch immer dann wirksam, wenn der hergestellte
Wolframstoff als ein Glühfaden oder eine Glühwendel verwendet werden soll.
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Wenn mit den zuvor erwähnten Positionen 1) bis 5) auch das Verfahren
oder die Methode zur Herstellung von pulverförmigen Wolfram-Metall im wesentlichen
wiedergegeben ist, so sind sie jedoch nicht vollkommen neu und lassen sich auch
in vielen Änderungen und Modifikationen praktizieren.
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Nachstehend seien ein Beispiel oder Beispiele gegeben: i) Im Verlauf
des mit Position 3) beschriebenen Arbeit vorganges wurde dem Wolframtrioxyd die
aus den Zuschlagsstoffen bestehende Mischlösung hinzugegeben. Diese Lösung kann
jedoch auch Wolframsäure (WO3 , H20) oder einem Oxyd des Wolframs mit der Zusammensetzung
von W4011 beigemischt werden.
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ii) Das Beimischen der Zuschlagsstoffe, beispielsweise von Aluminiumoxyd
(A1203), von Siliziumdioxyd (SiO2), von Kaliummonoxyd (K20), von Kobalt (Co) und
Zinn (Sn) kann in Form von Einmelmetallen oder als Zusamensetzungen/Verbindungen
erfolgen. Es können nämlich auch andere Stoffe oder Verbindungen zugesetzt werden:
statt Aluminiumoxyd (A1203) Aluminiumchlorid oder/und Alumi niumnitrat; statt Sili
ziumdioxyd (SiO2) Kaliumsilikat; statt Kaliummonoxyd (K20) Kaliumchlorid und Kaliumsilikat;
statt Kobalt (Co) Kobaltnitrat und KobaltchlDrid; und statt Zinn (Sn) Zinndichlorid
und Glykolzinn.
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Wenn die vorerwähnten Zuschlagsstoffe in Form von Zusammensetzungen
oder Vebindungen beigemischt werden, ist dafür zu sorgen, daß entweder einzeln oder
in Kombination im Hinblick auf das Wolfram der Anteil des Aluminiumoxydes (Al2O3).
des Siliziumdioxydes (SiO2) oder des Kaliummonoxydes (K2O) -(das vorerwähnte Beispiel
entspricht diesem Fall auf 0.01 bis 2 % Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile beschränkt
bleibt, daß darüber hinaus entweder einzeln oder in Kombination im Hinblick auf
das Wolfram der Anteil an Kobalt (Co) oder Zinn (Sn) auf 0.005 bis 0.5 % Gewichtsprozente
oder Gewichtsanteile beschränkt bleibt.
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iii) Dr Zeitpunkt, in dem das Kobalt (Co) oder das Zinn (Sn) zugegeben
werden ist nicht besonders spezifiziert. So können die vorerwähnten Stoffe - (das
vorerwähnte Bei spiel entspricht diesem Fall) - zusammen mit der Bei mischung des
Aluminiumoxyddes (A1203), des Siliziumdioxydes (SiO2) oder des Kaliummonoxydes (K2o)
vorgenimmen werden. Diese Stoffe können dem pulverrönuigen
Wolfram
aber auch nach dem (mit Position 4 des angefiihrten Beispieles) beschriebenen Reduktionsvorganges
zugesetzt werden, desgleich auch nach dem (mit Position 5 des angeführten Beisnieles)
beschriebenen Reduktionsvorganges und Säurewaschungsvorganges.
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iv) Alles was beim Zusetzen von Kobalt (Co) oder Zinn (Sn) als Einzelmetalle
zum Wolframpulver zu geschen hat, ist ein sorgfältiges Vermischen dieser Zuschlagsstoffe
mit dem Wolframpulver. Wird jedoch die Beimischung dieser Stoffe in Form von Verbindungslösungen,
beispielsweise als Kobaltnitrat oder als Zinndichlorid, vorgenommen, dann muß diese
Mischun weiterhin auch noch einem Trocknen unterworfen werden. Wird der Trocknungsvorgang
in einer oxydierenden Atmosphrre, beispielsweise in Luft, durchgeffihrt, dann ist
eine darauf folgende Reduzierung der Mischung in einer Reduktionsatmosphäre, beispielsweise
in einer Wasserstoffatmosphäre, erforderlich.
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Tabelle 1 Zuschlagstoffe in Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile
Muster Al2O3 SiO2 K20 Co Sn Fe Ni A 0.1 0.5 0.5 0.04 0.04 0 0 B 0.1 0.5 0.5 0.0
0.03 0 0 C 0.1 0.5 0.5 o.C6 0.01 ° ° D 0.03 0 0 0.1 0.1 0 0 E 0.1 0.5 0.5 0.03 0.4
0 ° F 0.1 0.5 0.5 0.06 o o o G 0.1 0.5 0.5 0.04 0 0.03 0 H 0.1 0.5 0.5 0.04 0 0
0.03 I 0.1 0.5 0.5 0.4 0.1 0 0 J 0.1 0.5 0.5 0.2 0.2 0 ° K 0.1 0.5 0.5 0.5 0 0 0
L 0.1 0.5 0.5 0 0.03 M 0.1 0.5 0.5 0.003 0.005 0 0 N 0.1 0.5 0.5 1.0 0 0 0 o 0.1
0.5 0.5 ° 1.0 0 0 P 0.04 0.5 0.5 0 0 0 0 Q 0 0 0 0 0 0
In der vorerwähnten
Tabelle 1 sind viele Beispiele angeführt, bei denen die Zuschlagsstoffe oder Beimischungsstoffe
in unterschiedlichen Mengen oder Anteilen zugesetzt worden sind.
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Die mit den Buchstaben A bis M gekennzeichneten Muster oder Beisniele
stehen für Wolframstoffe, die in den Rahmen dieser Erfindung fallen. Die mit den
Buchstaben N und 0 gekennzei chneten Muster oder Beispiele liegen außerhalb des
Erfassungsbereiches dieser Erfindung; bei diesen Wolframstoffen sind Kobalt und
Zinn über den mit dieser Erfindung spezifizierten Bereich hinaus beigemischt worden.
Bei den mit den Buchstaben P und Q gekennzeichneten Polstern oder Beispielen handelt
es sich um bisher bekannte Wolframstoffe. Der mit dem Buchstaben P gekennzeichnete
Wolfraristoff ist unter Beimischung von nur solch allgemeinen Zuschlagsstoffen,
wie beispielsweise Aluminiumoxyd (Al2O3). Siliziumdioxyd (SiO2) und Kaliummonoxyd
(K20), hergestellt worden, während es sich bei dem Wolf~ ramstoff nach Kennbuchstaben
Q um Wolfram als Einzelmetall oder um zuschlagstoff-freies Wolfram handelt. Die
mit der Tabelle 1 angeführten Wolframstoffe sind alle in der gleit chen Weise wie
Beispiel 1 hergestellt worden.
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Nachstehend sollen nun die Eigenschaften und Kennmerkmale der in Tabelle
1 angeführten Wolframstoffe unter Verweisung auf die dieser Patentanmeldung beiliegenden
Zeichnungen beschrieben werden.
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Fig. 1 zeigt die Knickwinkelwerte der verschiedenen Muster oder Beispiele.
Diese Knickwinkelwerte sind bei einer (Normal temperatur) von 250C an Drähten gemessen
worden, die einen Durchmesser von 0.35 mm hatten und jeweils aus den betreffenden
Mustern oder Beispielen hergestellt worden sind - diese Muster haben dabei eine
Wärmebehandlung mit
unterschiedlichen Temperaturen durchlaufen,
wobei die Messung selbst in einer Prüfmaschine während eines Tests über eine Biegung
von maximal 90 vorgenommen worden ist. Wie aus Fig. 1 ganz klar hervorgeht, sind
die mit den Kennbuchstaben P und Q gekennzeichneten bisherigen Wolframstoffe so
brüchig oder so spröde, daß sie sich nach der Rekristalliesierungsbehand~ lung kaum
biegen lassen, wohingegen die mit den Buchstaben A, B, C, D, D> E, F, G, H, I,
J, K, L und M gekennzeichneten Muster der neuartigen Wolframstoffe, denen zusätzlich
zum Kobalt (Co) und Zinn (Sn) die Zuschlagsstoffe beigemischt worden sind,bei Normaltemperatur
einen großen Biegungs>rert zeigt gen und auch dann eine sehr gute Duktilität
oder Dehnung aufweisen, wenn sie bei einer Temperatur von 2000°C bis 2100°C geglüht
und rekristallisiert worden sind.
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Den mit den Buchstaben N und 0 gekennzeichneten Mustern waren übermäßig
große Anteile von Kobalt (Co) und Zinn (Sn) jeweils beigemischt oder zugeschlagen
worden. Diese Muster wurden nach dem Sintern brüchig oder spröde und konnten nicht
zu Drähten verarbeitet werden. Aus diesem Grunde sind sie in Fig. 1 auch nicht wiedergegeben
worden.
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Aus Fig. 2 können die Knickwinkelwerte entnommen werden, die an Drähten
mit einem Durchmesser von 0.30 mm gemessen worden sind. Diese Drähte haben eine
Warmebehandlung bei unterschied~ lichen Wärmebehandlungstemperaturen durchlaufen.
Die Messung selber ist mittels einer BiegePrüfmaschine, die mit Kühlkammern und
Heizkammern versehen war,bei unterschiedlichen Prüftemperaturen vorgenommen worden.
Aus Fig. 2 laßt sich auch die Temperatur w'ahrend des Überganges von biegsam nach
brüchig herauslesen. Die bei den Hauptmustern erzielten Testergebnisse sind in der
nachstehend gegebenen Tabelle 2 zusammengestellt.
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Muster MEårmebehandlungstemneratur Temperatur beim Übergang (ftekristallisierungstemperatur)
von biegsam nach brüchig °C °C A 2100 10 - 15 3 2100 10-- 15 C 2100 10 - 15 D 2000
15 - 20 P 2000 270 - 290 Wie aus Fig. 2 und Tabelle 2 klar hevorgeht, wies der (mit
dem Musterkennzeichnungsbuchstaben P gekennzeichnete) bisher bekannte Wolframstoff,
der bei 2000°C geglüht wurde und bei 3000C rekristallisierte, eine gestteigerte
Übergangstemperatur oder Umwandlungstemperatur von 300°C auf; dieser Wolframstoff
war aus diesem Grunde so brüchig oder so spröde, daß er bei Raums temperatur nicht
gebogen werden konnte. Wird nun ein Glühfa, den oder eine Glühwendel aus einem dem
Muster P entsprechenden Wolframstoff, der nach dem Rekristallisieren sehr spröde
ist, hergestellt, dann wird dieser Glühfaden oder diese Glühwendel bei Raumtemperatur
sehr brüchig oder spröde sein und selbst bei geringer Beanspruchung brechen oder
reißen. Dagegen liegt bei den in den Rahmen dieser Erfindung fallenden Wolframdrähten,
(die den Mustern A,B,C und D entsprechen) mit 10 - 15°C äußerst niedrig, so daß
diese Drähte bei normalen Temperaturen recht biegsam und dehnbar sind und deswegen
eine leichte Bearbeitung zulassen.
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Mit Fig. 3 werden die Resultate eines Tests wiedergegeben, bei dem
Wolframdrihte mit einem Durchmesser von 0.35 mm wie eine Haarnadel geformt wurden
und bei dem, um bei einem jeden Muster den Deformation sprozent satz messen zu können,
der einem jeden der harrnadelförmigen Muster aufgeschaltete Strom, der somit auch
durch diese Muster fließt, in seiner Strom.
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stärke verändert wurde. Aus diesen Kennlinien ist auch di.
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Durchhängungscharakteristik oder das Durchhängevermögen klar zu erkennen.
Fig. 3 zeigt auch, daß im Hinblick auf die Wolframdrähte A, B, C, D, E, F, G und
H bei einem Wert der 90 % des Schmelz stromes entspricht, der Prozentsatz der Deformation
gleich null ist und daß selbst bei einem 95 % des Schmelzstrom entsprechenden Wert
der Prozentsatz der Deformntion nur 2 bis 3% beträgt, woraus dann wiedenun geschlossen
werden kinn, daß ein aus dem neuartigen Wolframstoff hergestellter Glühfaden oder
eine aus den neuartigen Wolframstoff hergestellte Gliihwendel eine außergewöhnlich
gute Durchhhngeei gen schaft besitzt.
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In Fig. 4 und Fig. 5 ist jeweils die Zugfestigkeit und die Dehnung
oder Längsstreckung verschiedener Musterdrähte mit einem Durchmesser von 0.35 mm
eingetragen, und zwar von Messungen, die bei einer Normaltemperatur von 25°C jeweils
an Drähten vorgenommen worden sind, die entweder nach dem Ziehen einer Wärmebehandlung
nicht unterworfen wurden oder nach dem Ziehen bei einer Temperatur von 25°C geglüht
worden sind.
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Fig. 4 zeigt, daß die Glühtemperatur, bei der die Festigkeit des (dem
Muster B entsprechenden) Wolframdrahtes dieser Erfindung scharf abfällt, bei ungefähr
2100°C liegt. Dies ist dann zu vergleichen mit der Festigkeit und deren Verhalten
des (dem Muster P entsprechenden) bisher bekannten oder herkömmlichen Wolframdrahtes.
Anders ausgedrückt: diese Erfindung befaßt sich mit Wolframdrähten, die höhere Rekristrallisierungstetnperaturen
aufweisen. Fig. 5 zeigt darüber hinaus, daß vor der Rekristallieierung das Muster
B eine Dehnung oder Längsstreckung aufweist, die bei den bisher bekannten Wolframdrähten
nicht erreicht werden konnte. Insbesondere dann, wenn der Wolframdraht bei Temperaturen
im Bereich von 12000C
bis 17000C einem Glühvorgang unterzogen wird,
läßt sich dessen Dehnung oder Längsstreckung mit jener des Molybdändrahtes vergleichen,
wobei diese Dehnung oder Längs streckung man mal bis ungefähr 20 % beträgt. Daraus
kann der Fachmann dann erkennen, daß die in den Rahmen dieser Erfindung fallenden
Wolframdrähte sich sehr gut bearbeiten lassen und für die Herstellung zu Heizelementen
von Elektronenröhren, die im allgemeinen bei Temperaturen unter 1700 0C bearbeiten,
sehr gut geeignet sind.
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Mit Fig. 6 werden die Resultate von Spulendehnungstests wie~ dergegeben,
die beim, Prüfen von Spulen oder Wicklungen mit einer Durchmesser von 2.0 mm durchgeführt
worden sind. Die vorerwähnten Spulen sind für Infrarot-Lam.pen, die bei Fußwärmern
Verwendung finden sollen, aus Wolframdrähten der Muster B und P mit einer Abmessung
von jeweils MG 15.1 gewikkelt und dann jeweils einer Wärmebehandlung mit unterschiedlichen
Temperaturen zugeführt worden. Die zuvor erwähnten Tests snd bei einer Normaltemperatur
von 25°C durchgeführt worden.
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In die Ordinate sind eine Vielzahl von Werten eingetragen, die erreicht
werden, wenn die Dehnungslänge der Spulen beim Aufkommen von Drahtbruch unter Nullbelastung
unterteilt wird.
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In die Abzisse hingegen sind die WErmebehandlungstemperaturen eingetragen,
und zwar unter der Voraussetzung, daß bei einer bruchfreien Dehnung der Spulen sowie
bei einer Rückkehr in den ursprünglichen Drahtzustand , die Länge des Drahtes zehn
mal Langer sein wurde als die der Wicklung unter Nullbelastung.
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Aus Fig. 6 geht hervor, daß, wird der (dem Muster P entsprechende)
bisher bekannte Wolframdraht bei einer über ungefähr 21000C liegenden Temperatur
einer Wärmebehandlung unterzogen, dieser Draht sehr schnell brüchig oder spröde
wird, wodurch
es dann wiederum unmöglich wird, die Wicklung in
irgendeinem bemerkenswerten Ausmaße zu dehnen. Anders ausgedrückt: dieser Draht
wird selbst unter irgendeiner geringen Belastung brüchig oder spröde, was dann wiederum
zu einem Brechen oder einem Reißen des Drahtes führt. Demgegenüber können Wolframdrähte
dieser Erfindung um mindestens das Zehnfache ihrer Menge ge dehnt werden. So zeigt
insbesondere der (dem Muster B entsprechende)Wolframdraht, dem Kobalt (Co) und Zinn
(Sn) zuges setzt worden sind eine Dehnung oder Längsatreckung die fünfmal größer
ist als die Wicklungslänge unter Nullbelastung, und zwar auch dann, wenn er bei
einer Temperatur von mehr als 2500°C eine Wärmebehandlung durchlaufen hat.
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Das aber beweist, daß die Wolframdrähte dieser Erfindung eine extreme
hohe Duktilität oder Dehnung besitzen, so daß sie aus Glühdrähte oder Glühwendeln
für stoßfeste Lampen und Auto scheinwerfen, bei denen die Vibrationsfestigkeit der
wichtigste Faktor ist, sehr geeignet macht.
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Wie aus den verschiedenen zuvor erwahnten Testresultaten geschlossen
oder entnommen werden kann, weisen die in den Rahmen dieser Erfindung fallenden
Wolframstoffe ein in einem großen Ausmaße verbessertes Durchhängevermögen auf, desgleichen
aber auch eine sehr gute Duktilität oder Dehnung.
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Der erste Grund dafür liegt darin, daß nach der ersten Rekristallisierung
die Kristallstruktur derart ausgelegt ist, daß die Beimischung oder der Zusatz von
Aluminiumoxyd (A1203), von Siliziumdioxyd (SiO2) und von Klaiummonoxyd (K20), die
als gewöhnliche Zuschlagsstoffe bekannt sind, sich dahingehend auswirkt, daß durch
den Zuschlagsrohreffekt (doped tube effeet) längliche und in Zickzackform miteinanderverbundene
Kristalle entstehen, die ihren Beitrag zur Verbesserung des Durchhängevermögnes
leisten.
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Es war zweitens unvermeidbar, daß Wolframdrähte, die nach den herkömmlichen
metallurgischen Pulververfahren hergestelltwurden, eine große Menge Sauerstoff enthielten.
Damit aber war eine starke Neigung zur Versprödung der Wolframdrähte wegen des Niederschlagens
des Sauerstoffes an den Zwischenflächen der Kristalle oder an den schadhaften Kristallen
gegeben.
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Weil im Rahmen dieser Erfindung die Beimischung von Zinn (Sn), das
gegenüber Sauerstoff eine starke Affinität aufweist, jedoch dahingehend wirksam
wird, daß das Vorhandensein von Zinn eine Deoxidation während des Sintervorganges
veranlaßt, wird die im Wolfram eingeschlossene Sauerstoffmenge oder der im Wolfram
eingeschlossene Sauerstoffanteil reduziert. Die Beimischung von Kobalt (Co) zum
Wolfram dient darüber hinaus dazu, die Konzentration von im Wolfram an den Körnungsgrenzen
vorhandenem Sauerstoff oder Kohlenstoff in wirkungsvol ler Weise zu verringern,
desgleichen auch die Sauerstoffkon zentration oder die Kohlenstoffkonzentration
an den schadhaften und dislozierten Stellen, wodurch dann wiederum die Gefügeeingenschaft
verbessert wird, ohne daß dabei die Mischkristall struktur in unzulässiger Weise
gehartet wird. Das wiederum trägt zu einer Senkung der Übergangstemperatur von brüchig
nach biegsam oder von biegsam nach brüchig bei, wodurch dann wiederum die Duktilität
oder die Dehnung stark verbessert wird.
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Es ist bereits beschrieben worden, daß dem rohen oder reinem Wolfram
- und auf diesen Wolfram-Grundstoff bezogen - bei der Herstellung des Wolframstoffes
dieser Erfindung Zusehlagsstoffe, beispielsweise Aluminiumoxyd (A1203), Siliziumdioxyd
(SiO2) oder Kaliummonoxyd (K20) entweder einzeln oder in K bination in Mengen von
0.01 bis 2.0 % Gewichtsprozente oder
Gewichtsanteilen beigemischt
werden, desgleichen auch entweder einzeln oder in Kombination Kobalt (Co) oder Zinn
(Sn) in Mengen von 0.005 bis 0.5 % Gewichtsprozenten oder Gewichtsanteilen. Diese
Zuschlagsstoffe gehen mit Ausnahme des Kobalts (Co) jedoch während des Reduktionsvorganges,
während der Säurewaschung und während der Sinterung der Wolframoxyde nahezu verloren.
So verschwinden während des Reduktionsvorganges, während der Säurewaschung und insbesondere
während des Sinterns das Aluminiumoxvd (A1203), das Silizumdioxyd (SiO2) und das
Kaliummonoxyd (K20) im wesentlichen derart, daß im Ednprodukt, beispielsweise in
einem der gezogenen Drähte, nur äußerst geringe Anteile von ihnen nachgewiesen werden
können.
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Bei Nachweis mit der spektroskopischen Mengenanalyse beträgt der zusammengefaßte
Anteil an Aluminium (Al), an Silizium (Si) und an Kalium (K) in einer aus Wolfram
hergestellten Gliihwendel insgesamt nur 1 bis 500 npm oder 0.0001 bis 0.05 % Gewichtsprozente
oder Gewichtsanteile, d.h. 1 bis 100 ppm Aluminium (Al), 20 bis 200 num (Si) Silizium
und 20 bis 200 ppm Kalium (K). Es wird angenommen, daß derart geringe Reste dieser
Zuschlagsstoffe es noch ermöglichen können, die rekristallisierten Körnungen des
Wolframstoffes in dem richtigen Zustand zu halten und die Entwicklung eines guten
Durchhängevermögens oder einer guten Durchhängeeigenschaft zu erlauben. Wenn auch
das Kobalt (Co) während des Sinterss des puverförmigen Wolframs teilweise verloren
geht, so bleiben doch 50 bis 95 % des ursprung lich beigemischten Anteiles erhalten.
Im Allgemeinen liegt der Koabalt-(Co)-Anteil im gesinterten Produkt bei zunge fähr
0.002 bis 0.5 % Gewichtspronenten oder Gewichtsanteilen.
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Was das Zinn (Sn) betrifft, so wird während der Pulverphase nur wenig
verloren. Zinn (Sn) hat jedoch gegenüber Sauerstoff eine starke Affinität und wirkt
deoxydierend, so daß nahezu der gesamte Zinnanteil verloren geht, wenn das pulverförmige
Wolfram gesintert wird. Der restliche und im gesinterten Produkt verbleibende Anteil
ist zu geringfügig, als daß er mit der derzeit maglichen Genauigkeit nachgewiesen
werden kann. Wenn auch nicht genau bestimmbar, so wird doch vermutet,daß der Zinnanteil
zwischen 0 bis 0.0005 % Gewichtsprozente oder Gewichtsanteilen liegt.
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Unter Verwendung eines Anlysenapparates mit einer Maximalempfindlichkeit
von 10 ppm sind spektroskopische Mengenanaly sen durchgeführt worden, und zwar für
den Anteil an Zuschlagsstoffen im rohen pulverförmigen Wolfram und in den hieraus
hergestellten Drähten, beispielsweise nach Muster P (bisher bekannter Wolframstoff)
und nach Muster B (Wolframstoff die ser Erfindung). Die sich daraus ergebenen Resultate
werden in der nachstehend gegebenen Tabelle 3 angeführt.
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Tabelle 3 Muster Analysenwerte (npm) B Rohmaterial- Al Co Sn pulver
93 3oo 280 Draht 14 230 weniger als 10 P Rohmaterial 35 weniger als 1O weniger als
10 pulver Draht weniger als 5 weniger als 10 weniger als 10 Diese Tabelle zeigt,
daß das Element Zinn (Sn), daß dem neuartigen Wolframstoff (nach Muster B) beigegeben
worden ist, als deoxydierendes Mittel gewirkt haben könnte, so daß nur ein geringer
Sauerstoffanteil zurückbleibt.
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Nachstehend sollen nun die Mengen mder Anteile an Kobalt (Co) und
Zinn (Sn), die zir Verbesserung der Duktilität oder der Dehnung wirksam werden,
beriicksichtigt werden.
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Die Resultate der bei Raumtemperatur an Drähten mit einem Durchmesser
von 0*35 vorgenommenen Biegetests werden mit Fig. 7 dargestellt. Die bei diesen
Tests verwendeten Drähte te bestehen aus Wolframstoffen, denen konstante Mengen
oder Anteile von 0.1 % Aluminiumoxvd (A1203), von 0.5 % Siliziumdioxyd (SiO2), von
0. 5% Kaliummonoxyd (K20) sowie konstante Mengen oder Anteile an Kobalt (Co) und
Zinn (Sn) beigemischt oder zugesetzt worden sind. Die Tests wurden bei normaler
Temperatur und nach einer Warmebehandlung bei 21000C (Rekri stalli sierung) durchgeführt.
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Mit Fig. 8 wird die Zuordnung der maximalen Dehnung oder Längsstreckung
zu den Anteilen an Kobalt (Co) und Zinn (Sn) in den Wolframdrähten, die geglüht
worden sind, wiedergegeben, bei dieser Darstellung ist rür die beim neüartigen Wolframstoff
bestehende Zuordnung eine fest ausgezogene Linie verwendet worden, während für die
beim bisherigen Wolframdraht bestehende Zuordnung mit einer gestrichelten Linie
wiedergegeben wird.
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Aus Fig. 7 und Fig, 8 ist klar und deutlich zu erkennen, daß bei einer
Beimischung oder bei einem Zusetzen von Kobalt (Co) und Zinn (Sn) in der Größenordnung
von 0.001 bis 1.0% Gewichtsprozenten oder Gewichtsanteilen, der Biegungswinkel gegenüber
dem bisher bekannten Wolframstoff stark verbessert worden ist, daß die Drähte bei
einem Biegungswinkel von 900 nicht brechen und daß die Dehnung von 10 % auf 25 %
erhöht werden kann.
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Wird jedoch der Anteil des Kobalts (Co) und des Zinns (Sn) bis nahe
1. 3 erhöht, dann wird die Bearbeitung oder die Verarbeitung des Wolframdrahtes
schwierig; soll nun der Wolframdraht bei der Herstellung von Glühdräbten oder
Glühwendeln
oder dergleichen verwendet werden, dann ist ein Schwärzen der elektrischen Leuchtröhren
oder der elektrischen Birnen und eine Schädigung deren Verhaltens unausbleibbar.
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Wird andererseits aber der Anteil an Kobalt (Co) und Zinn (Sn) auf
0.00 abgesenkt oder verringert, dann wird die Dehnungseigenschaft ungleichförmig,
was dann wiederum zu instabilen Biegeeigenschaften und Dehnungseigenschaften führt.
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Um nun Wolframstoffe erhalten zu können, die sich leicht bearbeiten
lassen und stabil sind, hat es sich herausgestellt, daß der am besten geignete Bereich
der Beimischungsanteile von Kobalt (Co) und Zinn (Sn) zwischen 0.005 und 0.5% Gewichtsprozenten
oder Gewichtsanteilen liegt.
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Wird das Wolfram in Glühfaden/Glühwendeln oder Heizelemente umgeformt,
dann ist es ratsam, dem rohen Wolfram in kombinierter Weise 0.01 bis 2. 0% Gewichtsanteile
oder Gewichtsprozente Aluminiumoxyd (A1203)> Siliziumdioxxd (SiO2) und Kaliummonoxyd
(K20) sowie 0.1% Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile Kobalt - dies im Hinblick
auf das Wolfram - beizumischen oder zuzumischen und dabei die Bearbeitbarkeit und
die Eigenschaften des resultierenden Wolframstoffes in Betracht zu ziehen.
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Die als vorerwähnte Glühfäden/Glühwendeln oder Heizelemente verwendeten
Wolframdrähte setzten sich endgültig wie folgt zusammen: aus einem kombinierten
Anteil von 0.0001 bis 0.05% Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile an Aluminium (Al),
Silizium (Si) und Kalium (K) sowie aus 0.005 bis 0.0 X Gewicht prozente oder Gewichtsanteilen
Kobalt (Co) sowie aus Wolfram und den Rest als Verunreinigungen.
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Wie bereits zuvor erwähnt, sind gegenüber den bisher beknnnten Wolframdrähten
die Wolframdrähte dieser Erfindung durch eine extrem niedrige Übergangstemperatur
oder Umwandlungstemneratur,(die nach der Rekristallisierung 10 bis 200C betrigt),
sowie durch ihre ausgezeichnete Duktilität oder Dehnung bei normaler Temperatur
gekennzeichnet, so daß sie fur die Verwendung als Grli'ihdrhte/Gliihwendeln von
elektrischen Leuchtröhren oder elektrischen Birnen oder als Heizelemente für Elektronenröhren,
die eine hohe Vibrationsfestigkeit aufweisen sollen durchaus geeignet sind.
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Wenn die Wolframstoffe dieser erfindung auch eine große Duktilität
oder Dehnung aufweisen und fur die Verwendung als Heizelemente von Elektronenröhren
geeignet sind, so ist der Bereich, in dem die Dehnung bemerkbar ist, gemaß Fig.
5 relativ begrenzt. Un nun Stoffe zu erhalten, die ihre großte Dehnung oder Längsstreckung
bei der Betriebstemneratur der Formteile oder Bauelenente entwickeln, ist es erforderlich,
daß die Rekristallisierungstemperatur über die vorerwähnte Betriebetemperatur hinaus
erhöht wird.
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Weil weiterhin die Wolframstoffe durch Matritzen gezogen werden, besteht
die Neigung, daß deren Duktilität oder deren Dehnung wegen des während des Drahtziehvorganges
aufkommenden Härtens kleiner wird. Um nun aber Wolframdrähte zu erhalten, die bei
der Betriebstemperatur der Formteile oder Bsuele,rente die größte Dehnung aufweisen,
zum Zeitpunkt der Formgebung oder der Bearbeitung zumindest aber eine Dehnung oder
Längsstreckung von mehr als 10 %, muf3 die Bearbeitungsmethode oder die Verarbeitungsmethode
entsprechend beachtet werden.
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Eine derartige Bearbeitungsmethode oder ein derartiges Bearbeitungsverfahren
soll nachstehend nun unter Verweisung auf
die dieser Patentanmeldung
beilirgenden Zeichnungen beschrieben werden.
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Wie aus Fig. 4 und Fig. 5 hervorgeht, nimmt beim herkömmlichen Wolfram
stoff oder beim bisher bekannten Wolframstoff, (der dem Muster P entspricht), nach
dem Durchlaufen des Glühvorganges die Dehnung und auch die Duktilität ab, wohingegen
beim (dem Muster B entsprechenden) Wolframstoff dieser Erfindung die Möglichkeit
besteht, dessen Dehnung durch Veränderung der Glühtemperatur um 4 bis 20 % zu verändern.
Diese Tendenz ist ebenfalls aber auch aus der Veränderung der Zugefestigkeit zu
erkennen. Die Blktilität oder die Dehnung des eine derart hohe Duktilität oder Dehnung
aufweisenden Drahtes wird jedoch dann geringer, wenn der Durchmesser dieses Drahtes
auf 0,18 mm verringert wird. Dieser Duktilitätsverlust oder dieser Dehnungsverlust
könnte jedoch dann wieder rückgängig gemacht werden, wenn, wie dies aus der Kennlinie
1 in Fig. 9 hervorgeht, dieser Draht zur erneuten Erhöhung seiner Dehnung einen
Zwischenglühvorgang zu durchlaufen hat. Dieser Glühvorgang wurde unter den nachstehend
angeführten Bedingiingen durchgeführt: Erwärmung des Drahtes auf die gewünschte
Temperatur vermittels direkter Durchleitung von Strom durch diesen Draht, der gleichzeitig
durch eine aus Stickstoff (N) und Wasserstoff bestehende Gasmischung mit einem MischungsverhältniS
von 90 : 10 mit einer linearen Geschwindigkeit von 25 m/min geführt und dann abgekühlt
wird.
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Sinne Kennlinie 2 kennzeichnet die bei Raumtemperatur vermittels ener
Instron-Zugfestigkeitsprüfmaochine bei einer Belastung oder Beanspruchung von 3.3
x 10-1 sek-1 gemessene Zugfestigkeit. Die gemessene Dehnung, desgleichen auch die
eel messene Zugfestigkeit, zeigen die charakteristischen Verbände
derungen
in diesen Stufen, wie dies in Fig. 9 mit I, II und II wiedergegeben wird.
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Aus Fig. 10 und Fig. 11 kann die Zuordnung von Zugfestigkeit und Dehnung
oder Längsstreckung im Hinblick auf die unterschi edli chen Endglühtemperaturen
entnommen werden, und zwar für Drähte, die bei unterschiedlichen Temperaturen einen
Zwischenglühvorgang durchlaufen und dann einem Ziehvorgang solange unterworfen werden,
bis daß eine Querschnittsminderung oder eine Querschnittsabnahme von 24 ,4 erreicht
ist.
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Aus den vorerwähnten Darstellungen ist klar und dentlich zu erkennen,
daß Wolframdrähte mit einer Dehnung oder Längsstreckung von mehr als 10 % iiber
die Temperaturen des k.nd glühvorganges erreicht werden können, und zwar: für einen
Wolframdraht 3, der einen Zwischenglühvorgang nicht durchlaufen hat, mit einer Endglühtemperatur
von 1700 bis 22005C; für einen wolframdraht 4, der bei einer Temperatur von 1200°C
zwischengeglüht worden ist, mit einer Endglühtemperatur von 1400 bis 20500C; sowie
für einen Wolframdraht 5, der bei einer Temperatur von 1700°C zwischengeglüht worden
ist, mit einer Endglühtemperatur von weniger als 1850°C.
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Ähnlich wie bei Fig. 10 und Fig. 11 kann im Hinblick auf die verschiedenen
Endglühtemperaturen die Zuordnung von Zug festigkeit und Dehnung oder Längsstreckung
auch aus Fig. 12 und 13 für Drähte entnommen werden, die bei verschiedenen Zwi schenglühtemperaturen
zwischengeglüht und dann zur Herbeiführung einer Querschnittsminderung oder Querschnittsa
nahme von 75 ,g einem Drahtziehvorgang unterzpgen werden, unterzogen worden sind.
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Aus den vorerwähnten Darstellungen geht wiederum klar und deutlich
hervor, daß Wolframdrähte mit einer Dehnung oder Längsstreckung von mehr als 10
% über die Temperaturen des Endglühvorganges erreicht werden können, und zwar: für
einen Wolfrcimdraht 6, der einen Zwischenglühvorgang nicht durchlaufen hat, mit
einer Endglühtemperatur von 1800 bis 2300°C; für einen Wolframdraht 7, der bei einer
Temperatur von 1200°C zwischengeglüht worden ist, mit einer Endglühtemperatur von
1700 bis 2100°C; für einen Wolframdraht 8, der bei einer Temperatur von 1700°C zwischengeglüht
worden ist, mit einer Endglühtemperatur von 1600 bis 19000C. Diese Daten weisen
darauf hin, daß noch genauer auf die Bedingungen des Zwischenglühvorganges geachtet
werden muß, als die bei den mit Fig. 10 und 11 wiedergegebenen Fällen der Fall ist.
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Um die erforderliche Zwischenglühtemperatur auf einen relativ niedrigen
Wert halten zu können, um weiterhin den Temperaturbereich auf eine schmale Spanne
begrenzen zu können, ist es erforderlich, den Draht bei einer Temperatur von 1200°C
einem Zwi schenglühen zu unterwerfen, dann nach diesem Zwischenglühen eine Querschnittsminderung
oder eine Querschnittsabnahme von 50 0 durch Ziehen herbeizuführen, daraufhin dann
den Draht wiederum einen erneuten Zwischenglühvorgang bei einer emperatur von 1700°C
zu unterwerfen, um dann schließlich, wie dies aus der Kennlinie 9 zu erkennen ist,
den Querschnitt solange zu verringern bis eine Querschnittsminderung oder eine Querschnittsabnahme
von 25 % erreicht ist.
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Dnmit aberbesteht eine bestimmte Zuordnung zwischen der Draht abmessung,
der Zwischenglühtemperatur und den Zugfestigkeitswerten bei den entsprechenden Drahtabmessungen.
Diese Zuordnungen oder Relationen werden in Fig. 14 dargestellt. Hierbei
sind
in die Ordinate die entsprechenden Werte der Querschnittsminderung oder der Querschnittsabnahme
eingetragen, und zwar für den Wolframdraht während der Zieharbeiten. Fig. 14 zeigt
insbesondere die Querschnittsminderung oder die Querschnitts~ abnahme eines Wolframdrahtes,
der bei dem auf das Stauchen folgenden Drahtziehvorgang einen bestimmten Durchmesser
auf~ weist, der dann aber um auf den verlnngten Durchmesser zu kommen, einen weiteren
Drahtziehvorgang untenvorfen wird. In die Abszisse ist die Zugfestigkeit mit ihren
Werten eingetragen.
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Die Veränderungen in der Zugfestigkeit, die dann aufkommt, wenn der
Draht einen Zwischenglühvorgang überhaupt nicht durchlaufen hat, ist mit der geraden
Linie X-Y gekennzeichnet. Demgegenüber wird mit der geraden Line X'-Y' eine Grenzlinie
markiert, unter die die Zugfestigkeit oder der Wert der Zugfestigkeit wegen der
zweiten Rekristallisierung plötzlich absinkt.
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Damit aber können Drähte jeder gewünschten Abmessung herde stellt
werden, deren ZuGfestigkeit durch bloßes Anpassen während des Zwi schenglühvorganges
und der damit verbundenen Warmebehandlung zwischen den Linien X-Y und X' -Y' liegt.
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Fig. 15 zeigt die zwischen der Zugfestigkeit der fertigen Drähte und
der Glühtemperatur bestehende Zuordnung, die erforderlich ist, um Wolframdrähte
herstellen zu können, deren Dehnung oder Längsstreckung mehr als 10 % ausmacht.
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Die in Fig. 15 wiedergegebene Kennlinie X-Y-Z steht für die geringste
Glühtemperatur, die zum Erreichen einer Dehnung oder einer Dingsstreckung von mehr
als 10 % erforderlich ist. Die Kennlinie X'-Y'-Z' hingegen arkiert die Dbergrenze
der Glühtemperatur. Bei Tevperaturen, die oberhalb dieser aennlinie liegen, werden
die Drähte brüchig oder spröde. Damit aber ist
die Möglichkeit
gegeben, durch Auswahl der geeigneten Clühtemperaturen je nach der Zugfestigket
des fertigen Drahtes - diese Glühtemperaturen liegen zwischen den beiden Linien
X-Y-Z und X' -Y' -Z' - Drähte mit einer Drehnung oder einer Längsstreckung von mehr
als 10 % herzustellen.
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Nachstehend sollen nun Fig. 14 und Fig. 15 in aller Ausführlichkeit
betrachtet und berücksichtigt werden. Wird beispielsweise ein Wolframdraht verlrngt,
der nach dem engültigen Glühen bei einer Temperatur von 1400 bis 20000C bo'? Fertigabmessung
eine Dehnung oder Längsstreckung von mehr als 5 10 % aufweisen soll, dann kann Fig.
15 entnommen werden, daß die Zugfestigkeit ungefähr 230 bis 260 kg/mm² betragen
muß.
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Fig. 14 zeigt dem Fachmann, daß es genügt, den Wolframdraht der entsprechenden
Abmessung bei 1700°C einen Zwischenglühvorgang durchlaufen zu lassen und dnnn solange
durch Natritzen zu ziehen, bis daß eine Querschnittsminderung oder Quer schnittsabnahme
von 80 % erreicht worden ist. In Fig. 14 wird dies mit den Buchstaben a-b-c-d kenntlich
gemacht. Alternativ kann aber auch die nachstehend beschriebene Methode Anwendung
finden, es ist jedoch wünschenswert, daß die Anzahl der Zwischenglühvorgänge so
gering wie möglich gehalten wird. Nach Fig. 14 - um es genauer anszudrücken - durchläuft
der Wolframdraht der Almessung a zunächst einmal einen Zwischenglühvorgang bei elner
Temperatur von 1200°C, dann wird durch Ziehen eine Querschnitisminderung oder eine
Querschnittsabnahme von 50 % herbeigeführt, auf die dann wiederum ein weiteres Zwischenglühen
bei einer Temperatur von 1700°C folgt, woraufhin der Draht dann weiterhin um 30
% im Querschnitt reduzjert wird. Diese Arbeitsvergänge werden in Fig-14 mit den
Buchstaben a-e-f-c-d wiedergegeben.
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Fig. 14 und Fig. 15 lassen klar und deutlich erkennen, daß es zur
Aufrechterhalt'rng der DLiktilität oder der Dehnung während der Bearbeitung sowie
während des Betriebes der Bauelemente - d.h. für die Herbeiführung einer Dehnung
oder einer Längsstreckung von mehr als lo % - erforderlich ist, die Querschnittsminderung
oder die Querschnittsabnahme während des Ziehvorganges sowie die Temneraturen während
des Zwi schenglühvorganges derart zu wählen oder auszulegen, daß den Wolframdrähten
der fertigen Abmessungen eine der Endglühtemperatur entsprechende Zugfestigkeit
zugeordnet werden kann.
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Zur Beschreibung der Methode oder des Verfahrens, in derldem der zuvor
beschriebene Wolframdraht bearbeitet oder verarbeitet wird, sind nachstehend gegeben:
BEISPIEL 2 Ein Wolframdraht mit Zuschlägen von 0.1% Gewichtsprozenten oder Gewichtsanteilen
Aluminiumoxyd (A1203), von O.5 % Gewichts prozenten oder Gewichtsanteilen Siliziumdioxyd
(SiO2), von 0.5 % Gewichtsprozenten oder Gewichtsanteilen Kaliummonoxyd (K20), von
0.03 % Gewichtsprozenten oder Gewichtsanteilen Kobalt (Co) sowie von 0.03 % Gewichtsprozenten
oder Gewichtsanteilen Zinn (Sn) - ein jedes Zuschlagsmittel oder ein jeder Zuschlagsstoff
dabei auf das Gewicht des Wolfram bezogen -. ist auf einen Durchmesse von 0.18 mm
reduziert oder gebracht worden. Er durchlief dann bei einer Temperatur von 1200°C
ein' s Zwischenglühverfahren und wurde dann im Ziehverfahren um 50 % im Querschnitt
gemindert oder auf einen Durchmesser von 0.13 mm gebracht. Nach einem nochmaligen
Zwischenglühen bei ener Tempratur von 1700°C wurde der Draht um weitere 30 % im
Querschnitt verringert, und zwar derart, daß er den gewünschten Durchmesser von
0.09 mm erhielt. Dann wurde der Draht bei einer Temperatur von 18000C zum letzten
Male einem Glühen unterworfen.
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Durch die vorerwähnte Behandlung oder Bearbeitung erhielt der Wolframdraht
eine genügend große Duktilität oder Dehnbarkeit, so daß eine Dehnung oder Längsstreckung
von mehr als 10 % nicht nur während der Zieharbeiten gewährleistet war, sondern
auch während der Betriebstemperaturen der Bauelemente, wodurch wiederum im wesentlichen
Drahtbrüche vermieden wurden.
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Beisniel 3 Ein Wolframdraht in der gleichen Zusammensetzung wie in
Beispiel 2 und auch auf einen Durchmesser von 0.18 mm verringert wurde bei einer
Temperatur von 17000C zwischengegliiht und dann, um einen Drahtdurchrlesser von
0.09 mm zu erhalten, bis zum Erreichen einer Querschnittsminderung von 80 % durch
Matritzen gezogen. Nach dem Endglühverfahren bei Temperaturen im Bereich von 1400
bis 2ooo0C zeigte dieser Draht eine Dehnung oder Längsstreckung von mehr als 10
%.
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Wie bereits ausführlich beschrieben worden ist, können die Wolframstoffe
dieser Brfindung, wenn sie in Übereinstimmung mit dem vorerwähnten Bearbeitungsverfahren
bearbeitet werden, während der Bearbeitung und während des Einsatzes eine Dehhung
oder Längsstreckung von mehr als 10 % aufweisen.
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Nachstehend sind für das Herstellungsverfahren zur Herstellung von
Heizelementen für Elektronenröhren, von Glühdrähten für in Fußwärmern verwendete
Infrarotlampen sowie von ähnlichen Bauelementen unter Verwendung des zuvor beschriebenen
wolf! rammaterials oder der zuvor beschriebenen Wolframstoffe und die dafür geeigneten
Bearbeitungsverfahren einige Beispiele angeführt.
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BEISPIEL b Dem Wolframpulver beigemischt oder zugeschlagen wurden
gleich zeitig: 0.01 % Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile Aluminium~
oxyd
(A1203), 0.5 ffi Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile 51-liziumdioxyd (SiO2), 0.5
% Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile Kaliummonoxyd (K2O) sowie metallische Zuschlagsstoffe,
d.h. 0.03 % Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile Kobalt (Co) und 0.03 % Gewichtsprozente
oder Gewichtsanteile Zinn (Sn).
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Die derart entstandene Mischun wurde dann nach den Regeln der Pulvermetallurgie
gesintert. Nach dem Sintern wurde das durch das Sintern erhaltene Material gestaucht,
geglüht und einem Drahtziehvorgang unterworfen, so daß schließlich ein Wolframdraht
mit einem Durchmesser von 0.18 mm entstand.
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Dieser Wolframdraht wurde sodann bei einer Temperatur von 17000C einem
Zwischengliihvor'ang unterworfen und durchlief daraufhin, um einen Draht nit einen
Durchmesser von 0.08mm zuerhalten, einem Drahtziehvorgang mit einer Querschnittsminderung
oder einer Querschnittsabnahme von 80%, Der so erhaltene Draht des vorerwähnten
Durchmessers wurde dann zur Herstellung von Wolframmaterial, das eine Dehnung von
12 % besitzt, bei einer Temperatur von 1700°C endgültig geglüht. Auf das Heizelement-Material
wurde eine Isolierschicht aus Alundum aufgetragen. Dann wurde das Material zu einem
Heizelement für Diodenrähren des Types 1S2A, die der Hochspannungsgleichrichtung
dienen, geformt. Dieses Hiezelement konnte in einen Kathodenmantel eingesetzt werden,
ohne daß es irgendwie zu einem Abschälen des aus Alundum bestehenden Isolierfilmes
kamm. Darüber hinaus ist auch festgestellt worden, daß auch der Zwangsunterbrechungs-Lebensdauertest
zufriedenstellend war.
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Wenn auch in Beispiel 4 ein Wolframdraht mit einer Dehnung oder Längsstreckung
von 12 % zur Herstellung von Heizelementen verwendet wurde, so genügen für die nachstehend
beschriebenen
Fälle zur Herstellung von Heizelementen fiir Elektronenröhren
doch auch schon Wolframdrähte mit einer Dehung oder einer Ljngsstreckung von mehr
als 8 d Nach der zuvor beschriebenen Methode wurden aus Wolframdrähten mit unterschiedlicher
Dehnung oder Längsstreckung 1.000 Iteizelemente unter gleich zeitiger Beobachtung
von Bruchaufkommen, Rißbildungen und von anderen Fehlern während der Formgebungsarbeiten
hergestellt. Die Ergebnisse können aus Fig. 16 entnommen werden.
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Wie aus Fig. 16 zu erkennen ist, ist der unterhalb einer Dehnung oder
Längsstreckung von 8% aufkommende Ausschußpro zentsatz hoch, während der oberhalb
der Dehnung von 8 % aufkornmende Ausschußprozentsatz sehr gering ist.
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Zur Verwendung als Kathodenelcktroden von elektronischen Röhren der
Ausführung 12AV6 wurden beispiel.mfeise jeweils Wolframdrähte mit einem Durchmesser
von 0.2 + 0.02 mm und einer Dehnung von 8X, 7% sowie 6 ß zu Heizelementen geformt,
ebenfalls zu Heizelementen geformt werden Drähte aus den bisher bekannten Wolframstoffen
mit einer Dehnung von 3 bis 4 %. Es wurden jeweils 50 Heizelemente hergestellt und
dann einem Zwangsunterbrechungstest ausgesetzt. Der Vergleich der so erhaltenen
Kennwerte des Zwangsunterbrechungstestes ist mit Fig. 17 wiedergegeben. Aus Fig.
17 geht hervor, daß die Anzahl der Heizelemente mit einer Dehnung oder einer Längsstreckung
von 6% und ?%. die im Hinblick auf die Anzahl der Einschaltungen ud Auschaltungen
unbeschädigt blieben, vergleichbar ist mit jenen, die eine Dehnung von 3 bis 4 %
aufweisen, d.h. mit den bisher bekannten Heizelementen, wobei als Prüfbedingung
gestellt war: eine Spannung von 200% der Heiz-Nennspannung und Intervalle von 60
Sekunden zwischen dem Einschalten und dem Ausschalten. Das aber bedeutet, daß keine
erhöhte Lebensdauer der Produkte vorliegt. Bei Heizelemehten mit einer Dehnung von
8 lo ist jedoch eine beträchtlich erhöhte Lebensdauer festgestellt worden.
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BEISPIEL 5 Ein Wolframdraht mit auf das Gewicht des Wolframs bezogenen
Zuschlägen von 0.1 % Gewichtsprozente oder Gewichtsanteilen Aluminiumoxyd (A1203),
von 0.5 % Gewichtsprozenten oder Gewichtsanteilen Siliziumdioxyd (SiO2), von 0.5
% Gewichtssrozenten oder Gewichtsanteilen Kaliummonoxyd (K20), von 0.03% Gewichtsprozenten
oder Gewichtsanteilen Kobalt und 0.03 % Gewichtsprozenten oder Gewichtsanteilen
Zinn (Sn) wurde nach seiner Reduzierung auf einen Durchmesser von 0.18 mm hei einer
Temperatur von 17000C einen Zschenglühvorgang unterworfen und durchlief nach dem
Ziwschenglühen den Drahtziehvorrang solange, bis daß eine Querschnittsminderung
oder eine Querschnittsabnahme erreicht war, die einem Durchmesser von 0,12 mm entsprach.
Nach dem Endglühvorgang bei einer Temperatur von 16000C wurde dieser Draht dann
zu einem als Doppelwendel ausgeführten Heizelement für Kathodenstrahlröhren verarbeitet.
Da.s vorerwähnte Heizelement hatte dabei eine Dehnung oder eine Längsstreckung von
10 . Die Verarbeitungsmög lichkeit und das Ergebnis der Zwangsunterbrechungs-Lebensdauertests
des vorerwähnten Heizelementes a wurde mit einem Heinz element b aus einem bisher
bekannten Wolframstoff verglichen, (wobei dem bisher bekannten Wolframstoff zugeschlagen
oder beigemischt waren: 0.03% Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile Aluminiumoxyd
(Al2O3), 0.5 Gewichtsprozente oder Gewicht anteile Siliziumdioxyd (SiO2) sowie 0.5
% Gewichtsprozente oder Gewichtsanteile Kaliummonoxyd (K20)). Die nachstende Tabelle
4 gibt einen Vergleich zwischen den Verarbeitungsmöglichkeiten, die den Wolframstoffen
wahrend des Wickelns der Spulen oder Wendeln zugeordnet sind. Aus dieser Tabelle
kann entnommen werden, daß für eine in den Rahmen dieser
Erfindung
fallenden Spule oder Wendel der Ausschußprozentsatz gleich Null ist, was wiederum
bedeutet, daß sich der Wolframdraht dieser Erfindung sehr gut bearbeiten und in
die gewünschte Form bringen läßt.
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Tabelle 4 Material dieser Erfindung bisher be-Art des Fehlers entsprechend
kannt a b Veränderungen im Wicklungsaußendurch- 0 % messer Veranderungen im Durchmesser
der O % 2 % Wi eklungslänge Veränderungen in der Gangha'he der Wicklung @% @@ Fig.
18 und 19 zeigen die Resultate der Zwangsunterbrechungstests, bei denen der Strom
für eine Minute unter einer Spannung von 120 % der Nennspannung aufgeschaltet und
dann wieder abge schaltet wird. Dieses Einschalten und Auschalten des Stromes wird
über einen Zeitraum von 200 Stunden durchgeführt, woraufhin dann die Deformation
der Spulen oder Wicklungen vermittels einer Röntgenaufnahme bestimmt worden ist.
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Mit Fig. 20 wird die Form der Spulen oder Wicklungen nach solchen
über 200 Stunden währenden Zwangsunterbrechungstests wie~ dergegeben. Dabei zeigt
Fig. 20a die Form einer in den Rahmen
dieser Erfindung fallenden
Spule oder Wicklung, während Fig.
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20 b eine Spule oder Wicklung der bisherigen Art wiedergibt.
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Aus Fig. 18 bis Fig. 20 geht nun klar und eindeutig hervor, daß die
neuartigen Spulen oder l.Jic'.lunben eine geringere Deformation aufweisen, daß sie
gegenüber einer Hochtemperatur deformation widerstandsfa.higer sind als Spulen oder
Wicklung gen der bisherigen Art b.
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Im vorerwähnten Beispiel wurde ein Wolframdraht mit einer Dehnung
oder Längsstreckung von 10 G verwendet. Solange sich jedoch die vorerwä.hnte Dehnung
über den Wert von 8% befindet, wird die gleiche Wirkung erreicht, wie dies mit Fig.
21 dargestellt wird. Mit Fig. 21 werden die Resultate eines über eine Periode von
200 Stunden an einer DooDelwendelsnule oder an einem als Doppelwendelspule ausgeführten
Heizelement aus Wolframdrahtdurchgeführten Zwangsunterbrechungstestes wiedergegeben,
wobei die Dehnung dieses Drahtes in der Abszisse eingetragen ist, während die maximale
Veränderung in der Spulenganghöhe der Ordinate zugeordnet ist.
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BEISPIEL 6 Ein Wolframdraht mit Zuschlägen oder Beimischungen von
0.1 % Gewichtsorozenten Aluminiumoxvd (A1203), von 0.5 % Gewichtsprozenten oder
Gewichtsanteilen Siliziumdioxyd (SiO2), von 0.5 % Gewichtsprozenten oder Gewichtsanteilen
Kaliummonoxyd (K20), von 0.03 % Gewichtsprozenten oder Gewichtsanteilen Kobalt (Co)
sowie von 0.03 % Gewichtsprozenten oder Gewichtsanteilen Zinn (Sn) wurde bei einer
Temperatur von 17000C zwischengeglüht und dann bis zum Erreichen einer Querschnittsminderung
oder einer Querschnittsabnahme von 50 % oder eines Durchmesser von 0.13 mm einem
Drahtziehvorgang unterworfen und dann in eine Wendel für Infrarotlampen von elektrischen
Fußwärmern geformt, wobei die Wcndel eine Dehnung von 8% aufwies.
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Der mit dem Buchstaben a gekennzeichnete derart erhaltene Glühdraht
oder die so erhaltene Wendel sowie ein Glühraht oder eine Glühwendel b aus einem
bisher bekannten Wolfram draht - dieser bisher bekannte Wolframdraht mit Zuschlägen
von 0.03 % Aluminiumoxvd (Al2O3), von Siliziumdioxyd (SiO2) in einem Anteil von
0.5 % sowie von 0.5 % Kaliummonoxyd (KzO) - wurden jeweils in 10 Ftißwrmer eingebaut.
Dann wurde zur Beobachtung der Versprödung und des Brechens der Glühdrähte od.er
der Glühwendeln einem Falltest unterworfen, dessen Ergebnisse in Tabelle 5 dargestellt
worden sind.
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In dieser Tabelle steht der Kennbuchstabe "A" für die Anzahl der
Fußwärer, die bei einem Herabfallen aus 60 cm Höhe nicht zerbrachen. In dieser Tabelle
steht der Kennbuchstabe "B" fiir die Anzahl der Fußwärmer, di.e bei einem Fallen
aus einer Höhe von 45 cm nicht zerbrachen, die aber bei einem Fallen aus 60 cm Höhe
zerbrachen, während der Kennbuchstabe "C" für die Anzahl der Fußwärmer steht, die
bei einem Herabfallen aus einer Höhe von 45 cm in ihren Wendeln oder Glühfäden zerbrachen.
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Tabelle 5 Muster Fallhöhe Au sschußprozente A B C (im Fall C ) a
10 0 0 0% b 2 5 ========================== von I-!"" Ien ---ü'q r:) ffi'$' C.'£[
I ,;, [1;{JJ,1 ay -daß der neuartige Wolfra@etoff gege@@@er stoß und Vibr@ sehr
fest und widerst@@ @ähig ist.
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Trotz des Vorteiles der Verwendung von Zuschlagsstoffen hoher Reinheit
bei der Herstellung des neuartigen Wolframstoffes sind dennoch, weil davon die charakteristischen
Eigenschaften des Produktes nicht beeinträchtigt werden, leichte Schwankungen im
Reinheitsgrad zulässi.g. Damit aber kann der neuartige Wolframstoff aus im Handel
verfügbaren Metallen, die kleine unvermeidbare Verunreinigungen aufweisen, hergestellt
werden.