DE2042226B2 - Gesinterte Wolfram-Legierung für elektrische Glühkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine gesinterte Wolfram-Legierung für elektrische Glühkörper. Diese Legierungen müssen neben guter Stoß- und Vibrationsfestigkeit beständig gegen Hochtemperatur-Deformationen sein, gure Verformungseigeaschaften aufweisen und sich ohne Schwierigkeiten verarbeiten lassen.

Im Rahmen nicht offenkundig gewordener Forschungsarbeiten sind eine Anzahl solcher Legierungen entwickelt worden, von denen aber keine die obengenannte Forderung vollkommen erfüllte. Zu diesen Legierungen gehören bspw. eine aus reinem Wolfram mit Beimischungen von Aluminiumoxyd (AI2O3), Siliziumdioxyd (SiO₂) oder Kaliummonoxyd (K₂O), die als jo (reduzierbare) Zusätze bekannt sind. Weiter eine Wolfram-Legier.ing aus reinem Wolfram, der zur Verbesserung der thermischen Elektronenemission bei Verwendung als Kathodcnelektioden von Signalübertragungsröhren Thoriumdi&xyd (ThOz) oder Zirkonium- j^r> dioxyd (ZrOj) beigemischt wurde, e'.ne Wolfram-Legierung, die mit Rhenium (Re) oder Molybdän (Mo) legiert wurde oder mit einer Mischung von Zirkoniumdioxyd (ZrOj) und einem Element oder Elementen aus der VIII. Gruppe des periodischen Systems, bspw. Eisen, Nickel usw. bestand. Schließlich einer Wolfram-Legierung bestehend aus reinem Wolfram oder thoriertem Wolfram, dem ein Element oder Elemente aus der VIII. Gruppe des periodischen Systems, bspw. Eisen, Nickel, beigemischt wurden. 4^r>

Diese Wolfram-Legierungen enthalten Zusätze, die die thermische Elektronenemission oder die Durchhängeeigenschaften durch Veränderung der Partikelgröße der rekristallisierten Wolfram-Körnungen verbessern.

Aus diesen Wolfram-Legierungen hergestellte Dräh- ίο te haben zufriedenstellende Durchhängecigenschaften und können deshalb in gewöhnlichen elektrischen Glühbirnen als Heizdrähte bzw. als Glühfäden verwendet werden. Diese Drähte bzw. Fäden neigen jedoch, weil sie sehr spröde werden, zum Brechen oder Reißen ^r» und verkürzen dadurch die Lebensdauer der Geräte.

Wird die Duktilität der Drähte durch Glühen bei einer unter dem Rekristallisierungspunkt liegenden Temperatur verbessert, dann nimmt die Dehnung mit der Erhöhung der Glühtemperatur allmählich ab. Werden wi solche Drähte als Bauelemente für Elektronenröhren oder Infrarotlampen verwendet, die bei einer unicr dem Rekristallisierungspunkt für Wolfram-Legierung liegenden Temperatur arbeiten — bspw. im Temperaturbereich von IOOO°C bis 1700"C, dann reißen die Drähte μ wegen <!·τ Vcrsprödung häufig.

Die Drahte haben zwar eine hohe mechanische Festigkeit, hissen sich aber wegen ihrer großen Härte und ihrer geringen Dehnbarkeit nur sehr schwer in eine bestimmte Form bringen und verarbeiten. Soll bspw. eine Kathodenelektrode für indirekt beheizte Elektronenröhren und durch Einsetzen eines Heizelementes in einem Kathodenmantel hergestellt werden, dann muß das Heizelement durch Biegen eines Wolframdrahtes entsprechend den Formen und Abmessungen des Kathodenmantels geformt werden. An den Biege- und Knickstellen entstehen dabei leicht Risse, die während des Einsatzes der Kathodenelektrode zur Versprödung und zum Bruch führen. Aus diesem Grunde wird der Heizdraht üblicherweise nur meinem stumpfen Winkel gebogen, wobei die Stege des Heizelementes jedoch soweit auseinandergesetzt werden müssen, daß zwischen der Innenwandung des Kathodenmantels und dem Heizelement leicht ein Kontakt herbeigeführt wird, der zum Abschälen der Beschichtung des Heizelementes führt

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Wolfram-Legierungen der geschilderten Art mit bekannten Zusätzen, wie Aluminium, Silizium, Kalium, Kobalt und Nickel, zu verbessern und zu erreichen, daß der Glühkörper bei Arbeitstempcatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur keine Versprödungen und daraus resultierende Brüche erfährt. Ferner soll die Dehnbarkeit des Werkstoffes erhöht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe geht von der Lehre der DE-AS Il 41 728 aus, in der Kobalt als ein Element unter vielen erwähnt und die Notwendigkeit erörtert wird, den Kohlenstoffgehalt in Werkstoffen niedrig zu halten, die als elektrische Glühkörper Verwendung finden sollen. Ferner von dem Bericht über Versuchsreihen aus »Transactions of the Metallurgical Society of AIME 242« (September 1968), die sich auf ferliggewalzte oder gezogene Wolfram-Bleche bzw. -Drähte beziehen, bei denen der Einfluß verschiedener als Überzug auf die Bleche oder Drähte elektroplattierter oder aufgedampfter Elemente mit dem Ergebnis untersucht wird, daß Nickelschichten besonders geeignet sind, die Rekristallisationstemperatur zu senken, und in bezug auf Kobalt festgestellt wird, daß dieses nicht nur für den erstrebten Zweck ungeeignet ist, sondern auch ungleichmäßig verteilte Zonen für Rekristalüsationstemperaturen zwischen 1400 und 1600⁰C ergibt. Der Lösungsgedanke bcstchf dabei darin, daß die Wolfram-Legierung aus 0,0001 bis 0,05% Aluminium. Silizium und/oder Kalium, 0,002 bis 0,5% Kobalt, und Rest Wolfram besieht, und daß sie gegebenenfalls weiterhin bis 0.0005% Zinn enthält.

Herstellung und Eigenschaften dieser Wolfram-Legierung werden nachstehend an Hand eines Beispiels

und an Hand der in der Zeichnung dargestellten " Kennlinien-Diagramme näher erläutert

Inder Zeichnung zeigen:

Fig.t das Verhältnis zwischen Biegewinkel und

J Wärmebehandlungstemperatur bei verschiedenen

'₍t Drahtmustern aus Wolfram-Legierungen,

f\ Fig,2 das Verhältnis zwischen Biegewinkel und

Prüftemperatur,

ί Fig,3 das Verhältnis der prozentualen Hochtempe-

J_s ratur-Deformefion zur Stärke des Prüfstroms bzw. der

'r diesem entsprechenden Temperatur,

1[ F i g. 4 das Verhältnis der Zugfestigkeit zur Glühtem-

j| peratur,

<j F i g. 5 das Verhältnis der prozentualen Dehnung zur

>j„ Glühtemperatur,

jr Fig.6 das Verhältnis der Wicklungslänge nach der

t Dehnung zur Warmbehandlungstemperatur der Wick-

lung,

"if Fig.7 das Verhältnis des Biegewinkels zum prozen-

tualen Anteil der Zusatzmengen an Co und Sn, und

Fig.8 das verhältnis der prozentual größten Dehnung zum Prozentsatz der Zusatzmenge an Co und Sn.

Beispiel

1. Unter Anwendung eines üblichen Verfahrens : wurden 10 kg Wolframtrioxyd hergestellt.

2. Es wurde eine Mischlösung hergestellt, die sich wie folgt zusammensetzte: 1 000 cm³ Aluminiumchloridlösung (mit einem Aluminiumchloridgehalt von 25 g/l), 1000 cm³ Kaliumsilikatlösung (mit einem Kaliumsilikatgehalt von 103 g/l, 500 cm³ Kaliumchloridlösung (mit einem Kaliumchloridgehalt von 10 g/1), 93 cm³ Kobaltnitratiösung (mit einem Kobaltnitratgehalt von 100 g/l) und 50 cm³ Zinndichloridlösung (mit einem Zinndichlorid-Gehalt von 100 g/l).

3. Das Wolframtrioxydpulver und die Mischlösung wurden in ein Verdampfungsgefäß gegeben, verdampft und getrocknet. Das gewonnene Wolframpulver -.vies die nachstehende Zusammensetzung auf: 0,1 % Aluminiumoxyd, 0,5% Siliziumdioxyd und 0,5% Kaliummonoxyd als übliche (reduzierbare) Zusätze, sowie 0,04% Kobalt (Co) und 0,04% Zinn (Sn).

4. Das trockene Pulver wurde in einen Nickelbehälter gefülK und bei einer Temperatur von 700 bis 850° C unter trockener Wasserstoffatmosphäre einem Reduktionsvorgang unterworfen.

5. Zur Entfernung unerwünschter Verunreinigungen wurde das Pulver ir. einer aus Fluor-Wasserstoffsäure und Chlor-Wasserstoffsäure bestehenden Säure.Tiischung gewaschen. Dann wurde das durch den Waschvorgang aktivierte Pulver erneut mehrere Male mit warmem Wasser gewaschen, nach dem Waschen getrocknet und etwa 7,9 kg metallisches Wolframpulver gewonnen.

6. 600 g Wolframpulver wurden in eine Mntallform mit den Abmessungen 10 χ 10 χ 600 mm gegeben und unter einem Druck von 1500 N/cm² gepreßt.

7. Der so erhaltene Preßkörper wurde zur Erlangung der für die Bearbeitung erforderlichen Festigkeit bei einer Temperatur von 1200°C unter trockener Wasscrstoffatmosphiirc vorgesintert.

8. Der Sinterkörper wurde mit einem Strom, dessen Stärke 90% d;s Schmel/stroms betrug (etwa 2500 bis 2600A). entsprechend JOOO⁰C, 10 Minuten einem Sintcrv«>rgar.; unterworfen. Die Dichte der

erhaltenen fertiggesinterten Wolfram-Legierung betrug 90 bis 93% der theoretischen Dichte,
9. Unter Anwendung einer Reihe üblicher Bearbeitungsverfahren, zu denen auch das Stauchen und Ziehen gehörte, wurde ein Draht in den gewünschten Abmessungen hergestellt Das Stauchen wurde bei einer Temperatur von 1300 bis 1600⁰C solange fortgeführt, bis ein Durchmesser von 2,0 mm erreicht war. Anschließend wurde der Draht bei einer Temperatur von 500 bis 900⁰C durch eine Matrize gezogen.

Die Notwednigkeit der unter 5. erwähnten Säurewaschung ist abhängig vom Verwendungszweck der Wolfram-Legierung; sie ist jedoch immer dann gegeben, wenn die Legierung für Glühfaden bestimmt ist

Das Verfahren gemäß dem vorerwähnt erläuterten Beispiel kann folgende Änderungen erfahren:

I. Der Mischlösung gemäß Punkt 3. kann auch Wolframsäure WO₃ χ H₂O) eier ein Oxyd des Wolframs der Zusammensetzung W₄O_n beigemischt werden.

2ϊ II. Das Beimischen der (reduzierbaren) Zusätze bspw. Aluminiumoxyd, Siliziumdioxyd, Kaliummonoxyd, Kobalt und Zinn kann in Form von Einzelmetallen oder Verbindungen erfolgen. Es können auch andere Stoffe oder Verbindungen zugesetzt wer-

i(i den, z. B. statt Aluminiumoxyd Aluminiumchlorid oder/und Aluminiumnitrat. Statt Siliziumdioxyd Kaliumsilikat. Statt Kaliummonoxyd Kaliumchlorid und Kaliumsilikat. Statt Kobalt Kobaltnitrat und Kobaltchlorid. Statt Zinn Zinndichlorid und GIy-

r> kolzinn.

Wenn diese Zusätze in Form von Verbindungen beigemischt werden, ist dafür zu sorgen, daß entweder einzeln oder in Kombination im Hinblick auf das Wolfram der Anteil des Aluminiumoxydes,

4(i des Siliziumoxydes oder des Kaliummonoxydes (das erwähnte Beispiel bezieht sich auf diesen Fall), auf 0,01 bis 2% beschränkt bleibt und darüber hinaus entweder einzeln oder in Kombination in Hinblick auf das Wolfram der Antei! an Kobalt

α Ί oder Zinn auf 0,005 bis 0,5% beschränkt bleibt.

III. Der Zeitpunkt, an dem das Kobalt oder das Zinn zugegeben werden, ist nicht festgelegt. So können diese Zusätze (das erwähnte Beispiel entspricht

*><> diesem Fall) zusammen mit der Beimischung des Aluminiumoxydes, des Siliziumoxydes oder des Kaliummonoxydes vorgenommen werden. Diese Zusätze können dem pulverförmigen Wolfram auch erst nach dem unter Punkt 4. beschriebenen

ή Reduktionsvorgang zugesetzt werden oder auch nach dem unt°r Punkt 5. beschriebenen Reduktionsvorgang.

IV. Kobalt oder Zinn als Einzelmetalle werden unter «> sorgfältigem Vermischen mit dem Wolframpulver

zugegeben. Beimischungen in Form von Verbindungslösungen (Kobaltnitrat oder Zinndichlorid) erfordern einen Trocknungsvorgang Jer Mischung. Findet der Trocknungsvorgang in einer oxydiereitiü den Atmosphäre, bspw. in der Luft, statt, dann isi

eine anschließende Reduzierung der Mischung in einer Reduktionsatmosphärc bspw. in einer W.tx serstoffatmosphäre erforderlich.

Tabelle	I	(Gewichtsprozente)	K2O	Co	Sn	le	Ni	erfindungs	0	Technik
Zusätze	in %	SiOj	0.5	0.04	0.04	0	0	gemäß	0
Probe	AI2O,	0.5	0.5	0.03	0.03	0	0		0 ) Stand der
Λ	0.1	0.5	0.5	0.06	0.01	0	0		0
B	0.1	0.5	0	0.1	O.I	0	0
C	0.1	0	0.5	0.03	0.4	0	0
D	0.03	0.5	0.5	0.06	0	0	0
E	0.1	0.5	0.5	0.04	0	0.03	0
F	0.1	0.5	0.5	0.04	0	0	0.03
G	0.1	0.5	0.5	0.4	0.1	0	0
H	0.1	0.5	η <	η 2	η ■)	η \j	η
I	0.1	η <:	0.5	0.5	0	0	0
j	O I V· ■	0.5	0.5	0	0.03
K	0.1	0.5	0.5	0.003	0.005	0	0
L	0.1	0.5	0.5	1.0	0	0
M	0.1	0.5	0.5	0	1.0	0
N	0.1	0.5	0.5	0	0	0
O	0.1	0.5	0	0	0	0
P	0.04	0
Q	0

In der Tabelle 1 sind Beispiele angeführt, bei denen die Zusätze in unterschiedlichen Mengen zugegeben werden. Die mit A —M gekennzeichneten Proben beziehen sich auf Wolfram-Legierungen nach der Erfindung und die mit N und O gekennzeichneten Proben liegen außerhalb der Erfindung. Die mit P und Q gekennzeichneten betreffen bekannte Wolfram-Legierungen. Die mit P gekennzeichnete Wolfram-Legierung ist unter Beimischung von Zusätzen, wie bspw. Aluminiumoxyd, Siliziumdioxyd und Kaliummonoxyd hergestellt worden, während es sich bei der Probe Q um reines Wolfram handelt. Alle in Tabelle 1 aufgeführten Wolfram-Legierungen wurden nach dem im Beispiel erläuterten Verfahren hergestellt.

Eigenschaften und Kennmerkmale der in Tabelle 1 angeführten Wolfram-Legierungen werden nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert:

F i g. 1 zeigt die Biegewinkelwerte der verschiedenen Proben. Diese Biegewinkelwerte wurden bei einer Normaltemperatur von 25° C an Drähten mit einem Durchmesser von 035 mm gemessen. Diese Proben wurden dabei einer Wärmebehandlung mit unterschiedlichen Temperaturen unterworfen, und die Messung selbst in einer Prüfmaschine über eine Biegung von maximal 90° vorgenommen. Wie aus der Darstellung hervorgeht, sind die mit P und Q gekennzeichneten Wolfram-Legierungen so brüchig und spröde, daß sie sich nach der Rekristallisierungsbehandhing kaum biegen lassen. Dagegen weisen die mit A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L und M gekennzeichneten Proben, denen zusätzlich Kobalt und Zinn als Zusätze beigemischt wurden, bei Nonnaltemperatur einen großen Biegungswert auf und auch dann eine sehr gute Dehnbarkeit, wenn sie bei Temperaturen von 200 bis 2100⁰C geglüht und rekristallisiert wurden.

Der. mit N und O gekennzeichneten Proben waren übermäßig große Anteile von Kobalt und Zinn beigemischt, sie wurden nach dem Sintern brüchig oder SDröde und ließen sich nicht zu Drähten verarbeiten.

!» Aus Fig.2 gehen die an Drähten mit einem Durchmesser von 0,30 mm gemessenen Biegewinkelwerte hervor. Diese Drähte haben ebenfalls eine Wärmebehandlung mit unterschiedlichen Temperaturen erfahren. Die Messung erfolgte mit einer mit Kühl-

ij und Heizkammern versehenen Biege-Prüfmaschine bei unterschiedlichen Prüftemperaturen. Aus der Darstellung ist auch die Temperatur während des Überganges des verformbaren Gefüges in ein sprödes Gefüge zu ersehen. Die bei den wichtigsten erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle 2	Rekristallisations temperatur C	Temperaturbereich beim Übergang von biegsam nach brüchig C
45 Probe	2100 2100 2100 2000 2000	10 bis 15 10 bis 15 10 bis 15 15 bis 20 270 bis 290
A B C D 55 ρ

Wie aus F i g. 2 und Tabelle 2 hervorgeht, wies die mit P gekennzeichnete bekannte Wolfram-Legierung, die bei 2000°C geglüht wurde und bei 300°C rekristallisierte, eine gesteigerte Obergangstemperatur von 300⁰C auf. Diese Legierung war deshalb so brüchig, daß sie sich bei Raumtemperatur nicht biegen KeB. Dagegen liegt bei den Mustern A, B, C und D aus erfindungsgemäßen Wolfram-Legierungen die Obergangstemperatur mit 10 bis 15°C äußerst niedrig, so daß die aus diesen Drähten bestehenden Drähte schon bei normalen Temperaturen

sehr biegsam und dehnbar und deshalb leicht bearbeitbar sind.

In 1 ·'i g. J ν erden die Ergebnisse eines Tests wiedergegeben, bei dem Wolfrain-Drähte mit einem Durchmesser von 0.35 mm zu einer Haarnadel gebogen wurden, und bei dem zur Ermittlung der der auff'ichaltete Strom verändert wurde. Aus den Kennlinien geht das Durchhängevermögen hervor. Es zeigt sich auch, daß die Muster A. B, C. D, E. F, G und H bei einer Stromstärke, die 90% des Schmelzstromes entsprach, eine Deformation von 0% aufwiesen, und daß selbst bei einer Stromstärke von 95% des .Schmelzstromes die Deformation nur 2 bis 3% betrug.

In Fig.4 und 5 ist jeweils die Zugfestigkeit und die Dehnung verschiedener Proben mit einem Drahtdurchmesser von 0.35 mm bei einer Temperatur von 25°C dargestellt, und zwar von Drähten, die entweder nach dem Ziehen nicht geglüht oder geglüht wurden.

Fig.4 zeigt ferner, daß die Glühtemperatur, bei der die Festigkeit des der Probe B entsprechenden Wolfram-Drahtes scharf abfällt, bei etwa 2100⁰C liegt, verglichen mit der Festigkeit und dem Verhalten des der Probe P entsprechenden bekannten Wolframdrahtes. Die Probe aus erfindungsgemäßen Wolframdrähten weist höhere Rekristallisierungstemperaturen auf. F i g. 5 zeigt, daß die Probe B vor der Rekristallisierung eine Dehnung aufweist, die die bekannten Wolframdrähte nicht erreichen. Insbesondere dann, wenn der Wolframdraht bei Temperaturen von 1200 bis 1700⁰C gegl'iht wird, läßt sich dessen Dehnung mit der eines Molybdändrahtes vergleichen; sie beträgt maximal etwa 20%. Die Drähte aus erfindungsgemäßen Wolfram-Legierungen lassen sich deshalb sehr gut bearbeiten und sind für die Herstellung von Heizelementen in Elektronenröhren, die im allgemeinen bei Temperaturen unter 1 700° C arbeiten, sehr gut geeignet.

In Fig.6 werden die Ergebnisse von Spulendehnungstests wiedergegeben, die beim Prüfen von Spulen mit einem Durchmesser von 2,0 mm durchgeführt wurden. Die Spulen sind für Infrarot-Lampen bestimmt und aus Woliramdrähten der Proben B und P gewickelt und wurden einer Wärmebehandlung mit unterschiedlichen Temperaturen unterworfen. Die Tests wurden bei einer Temperatur von 25° C durchgeführt. Die Ordinate der Darstellung gibt die Werte an, die erreicht werden, wenn die Dehnungslänge der Spulen bei Drahtbruch unter Nullbelastung unterteilt wird, während die Abszisse Wärmebehandlungstemperaturen aufzeigt, bei denen — bruchfreie Dehnung der Spulen und Rückkehr in den ursprünglichen Zustand vorausgesetzt — die Länge des Drahtes das Zehnfache der Wicklung unter Nullbelastung beträgt

Wie Fig.6 ferner zeigt wird der dem Muster P entsprechende bekannte Wolframdraht bei einer über etwa 210O⁰C liegenden Temperatur einer Wärmebehandlung unterzogen und dabei sehr schnell brüchig und spröde, so daß die Wicklung sich nicht mehr in einem nennenswerten Ausmaß dehnen läßt Demgegenüber können die Drähte aus der erfindungsgemäßen Wolfram-Legierung um mindestens das Zehnfache ihrer Länge gedehnt werden. So zeigt insbesondere der dem Muster B entsprechende Wolframdraht dem Kobalt und Zinn zugesetzt wurden, eine Dehnung, die fünfmal größer ist als die Wicklungslänge unter Nullbelastung, und zwar auch dann, wenn der Draht einer Temperatur von mehr als 2500⁰C eine Wärmebehandlung erfuhr.

Die aus erfindungsgemäßen Wolfram-Legierungen hergestellten Wolframdrähte weisen eine extrem hohe

Duktilität auf und sind deshalb z. B. als stoßfeste und vibrationsfeste Glühwendel für Lampen in Auioscheinwerfcrn sehr geeignet. Ein Grund für diese Eignung liegt darin, daß nach der ersten Rekristallisation die Beimischung von Aluminiumoxyd, Siliziumdioxyd und Kaliui'imonoxyd sich so auswirkt, daß durch den »Zusatzrohreffekt« längliche und in Zickzackform miteinander verbundene Kristalle entstehen, auf denen die Verbesserung des Durchhängevermögens beruht.

Die nach den herkömmlichen pulvermetallurgischen Verfahren hei gestellten Wolframdrähte enthielten eine große Menge Sauerstoff. Die starke Neigung zur Versprödung beruhte auf dessen Niederschlag an den Kristallflächen. Die erfindungsgemäßc Beimischung von Zinn, das gegenüber Sauerstoff eine starke Affinität aufweist, wirkt dahin, daß während des Sintervorgangs eine Deoxydation stattfindet, die den eingeschlossenen .Saiierstnffanteil redigiert. Πίρ Rftimi$ch»ng "On Kobalt zum Wolfram verringert die Konzentration des an den Kristallflächen vorhandenen Sauerstoffs oder auch Kohlenstoffs in wirkungsvoller Weise, ebenso auch die Sauerstoff- oder Kohlenstoffkonzentration an den schadhaften und dislozierten Stellen unter gleichzeitiger Verbesserung der Gefügeeigenschaften ohne zulässige Härtung der Mischkristallstruktur. Dabei wird gleichzeitig die Übergangstemperatur von brüchig/biegsam oder von biegsam/brüchig gesenkt und damit die Duktilität verbessert.

Die, wie beschrieben, dem reinen Wolfram bei der Herstellung der Wolfram-Legierung beigemischten Zusätze Aluminiumoxyd, Siliziumdioxyd oder Kaliummonoxyd sowie Kobalt oder Zinn gehen mit Ausnahme des Kobalts während der Reduktion, während der Säurewaschung und während der Sinterung der Wolframoxyde nahezu verloren. Im Endprodukt, bspw. im gezogenen Draht, lassen sich nur noch außerordentlich geringe Anteile nachweisen.

Bei Nachweis mit der spektoskopischen Mengenanalyse beträgt der zusammengefaßte Anteil an Aluminium, Silizium und Kalium in einer aus Wolfram hergestellten Glühwendel insgesamt nur 1 bis 500 ppm oder 0,0001 bis 0,05%, d. h. I bis 100 ppm Aluminium, 20 bis 200 ppm Silizium und 20 bis 200 ppm Kalium. Es wird angenommen, daß diese geringen Reste der Zusätze es ermöglichen, das rekristallisierte Gefüge der Wolfram-Legierung in dem richtigen Zustand zu halten und eine gute Durchhängeeigenschaft zu ergeben. Wenn auch Kobalt während des Sinterns des pulverförmigen Wolframs teilweise verlorengeht so bleiben doch 50 bis 95% des ursprünglich beigemischten Anteils erhalten. Irr. allgemeinen liegt der Kobaltanteil im gesinterten Produkt bei 0,002 bis 0,5%.

Vom Zinn geht dagegen aus dem Pulver nur wenig verloren. Zinn weist jedoch, wie schon erwähnt gegenüber Sauerstoff eine starke Affinität auf und wirkt deoxydierend, so daß nahezu das gesamte Zinnmetall dann verlorengeht wenn das pulverförmige Wolfram gesintert wird. Der restliche und im gesinterten Produkt verbleibende Anteil ist so geringfügig, daß er nicht genau nachgewiesen werden kann; er liegt bei bis zu 0,0005%.

Mit Hilfe eines Analysenapparates mit einer Maximalempfindlichkeit von 10 ppm wurden spektoskopische Mengenanalysen durchgeführt um den Anteil der Zuschlagstoffe im pulverförmiger! Wolfram und in den daraus hergestellten Drähten zu ermitteln, bspw. nach Probe P und nach Probe B. Die Ergebnisse gehen aus Tabelle 3 hervor.

Tabelle 3

Miisler

Analysenwerte (ppm)
ΛΙ Co

Sn

Pulver

Draht

Pulver

Draht

93
14

35
5

300
230

IO
10

280
IO

IO
10

Die Tabelle zeigt, daß das dem Muster B beigegebene Element Zinn als deoxydierendes Mittel wirkt, da nur ein geringer Anteil dieses Metalls zurückbleibt.

Die Ergebnisse der bei Raumtemperatur an Drähten

Biegetests sind in Fig. 7 dargestellt. Die Drähte bestanden aus Wolfram, dem 0,1% Aluminiumoxyd. 0,5% Siliziumdioxyd, 0,5% Kaliummonoxyd sowie konstante Anteile an Kobalt und Zinn beigemischt wurden. Die Tests fanden bei normaler Temperatur nach einer Wärmebehandlung unter 2100⁰C statt.

Auf Fig.8 geht die maximale Dehnung in bezug auf die Anteile an Kobalt und Zinn in den geglühten Wolframdrähten hervor. Der erfindungsgemäß herge-

10

stellte Wolframdf aht stellt eine durchgehende Linie und der auf bekannte Weise hergestellte VVolframdraht eine gestrichelte Linie dar.

Aus Fig. 7 und 8 ist zu ersehen, daß bei einer Beimischung von Kobalt und Zinn in der Größenordnung von 0,001 bis 1,0% der Biegungswinkel gegenüber dem von auf bekannte Weise hergestellten Wolfram-Legierungen vergrößert wurde, so daß die Drähte bei einem Biegungswinkel von 90° nicht brechen, und die Dehnung von 10 auf 25% erhöht werden kann.

Bei Erhöhung der Kobalt- und Zinnanteile auf 1,0% wird die Bearbeitung des Wolframdrahtes schwierig und bei Verwendung solcher Drähte als Glühwendel ist ein Schwärzen der Wandungen der elektrischen Leuchtröhren oder Lampen unvermeidbar. Wird an dererseits der Gesamtanteil an Kobalt und Zinn auf 0,001% abgesenkt, dann ergeben sich ungleichförmige Dehnungseigenschaften.

Für Glühwendel oder Heizelemente werden dem rohen Wolfram 0,01 bis 2,0% Aluminiumoxyd, Siliziumdioxyd und Kaliummonoxyd sowie 0,1% Kobalt beigemischt. Die für Glühwendel oder Heizelemente verwendeten Wolframdrähte setzen sich dann endgültig wie folgt zusammen: Ein kombinierter Anteil von 0,0001 bis 0,05% Aluminium, Silizium und Kalium sowie 0,00b bis 0,09% Kobalt und aus Wolfram sowie dem Rest als Verunreinigungen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche;

   J, Gesinterte Wolfram-Legierung für elektrische Glühkörper, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 0,0001 bis 0,05% Aluminium, Silizium und/oder Kalium, 0,002 bis 0,5% Kobalt, Rest Wolfram, besteht

   2, Wolfram-Legierung nach Anspruch \, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin bis 0,0005% Zinn enthält