DE2128280A1

DE2128280A1 - Verfahren zur Herstellung von fein teihgem Hartmetallpulver aus homogen ver teilten Hartstoffen und Bindemetallen und Verfahren zur Herstellung einer verbrauch baren Anode fur Hochstrombogen

Info

Publication number: DE2128280A1
Application number: DE19712128280
Authority: DE
Inventors: Richard J Lai David Y F Riley Neil R Wolfe James R Livermore Cahf Borg (V St A ) C03b 15 02
Original assignee: CALIFORNIA METALLURG IND Inc
Current assignee: CALIFORNIA METALLURG IND Inc
Priority date: 1970-06-08
Filing date: 1971-06-07
Publication date: 1971-12-16
Also published as: US3723359A; CA939533A

Description

DiPLCHEM. DR. ELISABETH JUNG DIPL.-CHEM. DR. VOLKER VOSSIUS DIPL.-PHYS. DR. JÜRGEN SCHIRDEWAHN PATENTANWÄLTE

8. MÜNCHEN 23, 7. JUNj 19/1 CLEMENSSTRASSE 30 TELEFON 345067 TELEGRAM M-ADRESSE: INVENT/MONCHEN TELEX 5-29686

u.Z.: G 179 G (j/Pi/pi) '

Case 1729

CALIPORHIA METALLURGICAL INDUSTRIES, Inc., Livermore, California, V.St.A.

" Verfahren zur Herstellung von !"einteiligem Hartmetallpulver aus homogen verteilten Hartstoffen und Bindemetallen "and Verfahren zur Herstellung einer verbrauchbaren Anode für Hochstrombügen "

Priorität: S.Juni 1970, V.St.A., Ur. 44 608

Hartmetalle, insbesondere Sinterhartmetall, v/erden wegen ihrer

• Verschleißfestigkeit und hohen Härte in immer breiterem Umfang

• für z.B. maschinelle Schneidwerkzeuge eingesetzt. Die Hartnie-

. talle bestehen aus einem oder mehreren Hartstoffen sowie einem Bindemetall. Zu den technisch wichtigen metallischen Hartstoffen, welche hochschmelzende Stoffe darstellen, gehören bestimm- * te Metallcarbide, -nitride, -boride und -silicide. Als Binde-

1 0 9 8 B 1 / 1 2 A 9

BAD ORIGINAL

metalle eignen sich vorwiegend die Eisengruppenmetalle, insbesondere Kobalt . 'Ein Beispiel für ein Hartmetall auf Carbidbasis, welches sich zur Herstellung von maschinellen Schneidwerkzeugen, Bergbauwerkzeugen und verschleißfesten Teilen eignet, besteht aus WolframcarMdteilchen, welche durch Kobaltteilchen gebunden sind. Werkteile aus Hartmetallen auf Carbidbasis v/erden zumeist nach pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt, bei denen das pulverförmige Hartmetall, das ein homogenes Gemisch aus einem Metallcarbid und einem Bindemetall darstellt, verdichtet und zum gewünschten Formteil gesintert wird.

"Nichtmetallische Hartstoffe"sind Stoffe hoher Härte von nichtmetallischer Art, wie Diamant, Borcarbid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid oder kubisches Bornitrid. Für aus nichtmetallischen Hartstoffen und Bindemetallen hergestellte Hartmetalle wird auch die Bezeichnung;"Cermets" verwendet, während in den USA. der Ausdruck "cermets" für Hartmetalle aller Art-gebraucht wird.

somit
Die Hartmetallpulver bestehen/ aus mindestens einem chemisch inerten» hochschmelzenden Carbid, Nitrid, Borid, Silicid und/ oder Oxid als Hartatoffkomponente, welche homogen in einem Bindemetall dispergiert ist. Die Bindemetallkomponente liegt in Form einer topologisch mehr oder weniger zusammenhängenden Phase vor, welche in der Hartstoffphase homogen dispergiert

Werk-.

ist und während der Verarbeitung des Hartmetallpulvers zu einem/ 'stück den Hartstoff, welcher eine höhere Festigkeit besitzt, derart bindet, daß dem Werkstück die gewünschten physikalischen und chemischen Eigenschaften verliehen werden» iin Hartmetall-

109851/1248

BAD

pulver kann, wie erwähnt, mehr als einen Hartstoff und/oder mehr als ein Bindemetall enthalten.

Elektroden für Hochs tr orr. bögen sowie' Verfahren zur Herstellung solcher Elektroden sind ebenfalls bekannt.

Es v/ird seit längerer Zeit versucht, solche Hochstrombögen in

Verfahren anzuwenden, bei denen die "nicht-raffinierten" Metallkoinponenten von Erzen zu den Metallen reduziert oder in Metallverbindungen übergeführt werden, aus welchen das betreffende Metall leichter gewonnen werden kann. Mittels der Hochstrombögen werden die nicht-raffinierten Metallkomponenten durch chemische Hochtemperaturreaktionen., welche bei der Erzeugung des Hochstronbogens zwischen einer geeigneten Kathode und einer die nicht-raffinierten Metallkoraponenten enthaltenden Anode ablaufen, in eine wertvollere raffinierte Form übergeführt. Die Anode wird bei der vorgenannten Arbeitsweise verbraucht.

Für Hochstrombögen verwendete Anoden unterscheiden sich grundle-gend von Anoden, die in anderen mit Lichtbogen arbeitenden Methoden, wie dem Lichtbogenschneiden oder der Lichtbogenraffination, oder in Lichtbogenlanpen verwendet werden. Die Unterschiede bestehen in dem hohen Anteil (oberhalb 50 fi) der Anoden für Hochstrombögen an nicht-kohlenstoffhaltigen Materialien sowie darin, daß ein rasches Abbrennen der Anode erwünscht ist. Im Falle von Anoden für andere Lichtbogen soll sowohl der Anteil an nicht-kohlenstoffhaltigen Materialien als auch die Abbrenngeschwindigkeit möglichst niedrig sein.

Nach den bisherigen Verfahren wurden Elektroden für Hochstrombögen nach zwei Methoden hergestellt, bei denen jeweils ein

10 9 8 51/12 4 9 bad original

Bindemittel vom Pechtyp verwendet wurde. Gemäß dem älteren Verfahren wurden der Kohlenstoff, das die nicht-raffinierten Metallkomponenten enthaltende Material und ein Pech-Bindemittel im-."'

wurde

heißen Zustand vermischt, und die erhaltene Masse/zu einer Elektrode der gewünschten Form extrudiert oder gepreßt. Nach dieser • Methode hergestellte Elektroden befinden sich in einem "grünen" bzw. ungebrannten Zustand, der die gestellten Anforderungen an die Festigkeit oder elektrische Leitfähigkeit nur in geringem Maße erfüllt. Die im grünen Zustand vorliegenden Elektroden werden gemäß der vorgenannten Methode sorgfältig in ein Gemisch aus Sand und Koks eingebettet, allmählich bis etwa 1000 C erhitzt und danach im Ofen abkühlen gelassen. Diese aus Erhitzen und Abkühlen bestehende Methode dauert je nach Größe der Elektroden mehrere Tage bis mehrere V/ochen.

Das vorgenannte Elektroden-Herstellungsverfahren wurde in der USA-Patentschrift 3 255 283 beschriebenen V/eise verbessert. Das in dieser Patentschrift beschriebene Verfahren entspricht der älteren Methode, wobei jedoch ein - Pech-Bindemittel verwendet wird, das bei Raumtemperatur durch Zugabe von etwa 50 f> eines Lösungsmittels fließfähig gemacht wird. Dieses fließfähige Bindemittel gestattet die Vermischung der anderen Komponenten bei Raumtemperatur und vermindert die erforderliche Dauer des Brennens, welches in einzelnen Rohren durchgeführt wird.

Beide vorstehend beschriebenen Verfahren besitzen den Nachteil, daß unter Verwendung von Bindemitteln vom Pechtyp hergestellte Elektroden weich bleiben, bis während des Brennens

._Μ;:_:,,_Λ^. 109851/12 49

BAD ORIGINAL

Temperaturen von etwa.450 0 erreicht werden. Die Elektroden müssen daher vor und während des Brennvorgangs sorgfältig gehandhabt werden. Die lange Brenndauer des älteren Verfahrens ist natürlich zusätzlich unerwünscht« Der hohe Lösungsmittelgehalt der gemäß dein in der vorgenannten USA.-Patentschrift beschriebenen

Verfahren hergestellten Elektroden wirkt sich ebenfalls nachschwerwiegenden teilig aus, da er zu einer/Biß- und. Blasenbildung bzw. einem Absplittern führen kann, wenn das Lösungsmittel zu Beginn de3 Brennens ' in Freiheit gesetzt wird. Beim Entweichen der fluch- · tigen Lösungsmittel besteht ferner stets eint Tu ltzündungs- und Explosionsgefahr, Die bei den vorgenannten beiden Verfahren im allgemeinen eingesetzten Bindemittel vom Pech-Typ sind ferner unrein und enthalten gewöhnlich beträchtliche Mengen an Stickstoff und Schwefel, welche Elemente als unerwünschte Verunreinigungen in das raffinierte Produkt übergehen können.

Es ist ferner bekannt, daß sich zur Herstellung fester Kohlenstoff elektroden (vgl, z.B. die USA.-Patentschriften 3 107 153, 3 198 714, 3 201 330 und 3 310 611) ein Bindemittel auf Basis ™ von vorpolyruerisiertem Furfurylalkohol verwendet werden kann, Solche Furfurylalkohol-Vorpolymerisate wurden jedoch bei den bisher bekannten Verfahren nicht zur Herstellung von Elektroden

_ für Hochstrombögen, welche einen hohen Anteil an nicht-kohlen-.stoffhaltigen Materialien aufweisen, eingesetzt.

Es werden nun bekannte Verfahren beschrieben, bei denen Hochstrombögen erzeugt werden.

SAD ORIGINAL

Es ist aus der USA,-Patentschrift 2 616 843 bekannt, daß man eine Elektrode, welche zu 85 i- aus Erz und zu 15 ^ aus Kohlenstoff besteht, durch Verwendung als Anode in einem in einer Halogenatmosphäre erzeugten Hochstrombogen¹zur Verdampfung bringen und dabei die nicht-raffinierten Metallkornponenten des Erzes zu den Metallen reduzieren oder zu Metallchloriden umwandeln kann, welche leicht in die Metalle übergeführt werden können. Dieses Verfahren kann bei vermindertem Druck durchge-

aus
führt werden, um/nicht-raffinierte Metallcarbide enthaltenden

Substanzen Metalle und Kohlenstoff herzustellen. .

In der USA.-Patentschrift 2 735 016 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem elektrische und magnetische Felder zur Unterstützung d ei· Auftrennung der Elemente der verdampften Anode verwendet werden. Bei diesem Verfahren enthält die Anode ein nicht- -raffiniertes Metallcarbid, welches ira Hochstrombogen in seine Grundelemente, d.h. das Metall und Kohlenstoff> dissoziiert, welche Elemente anschließend aufgetrennt und in Porm eines Pulvers oder von feinen Kristallen gewonnen werden. Wenn das Erz nicht-raffinierte Metalloxide enthält, kann in analoger Weise eine Elektrode hergestellt werden» welche eine stöchiometrische Kohlenstoffmenge enthält, so daß sich der gesamte freigesetzte Sauerstoff während der Verdampfung und Abkühlung im Hochstrombogen mit dem Kohlenstoff unter Bildung von GO verbindet, wobei das Metall in reiner, -fein pulverisierter Porm gewonnen wird; vgl. die USA.-Patentschrift 2 979 449.

Für den Pail, daß das Erz von verschiedenen M: iallen abgeleitete

109851/1249

BAD ORIGINAL

— ν —

Metalloxide enthält (sogenanntes ""komplexes Erz"), ist in der USA.-Patentschrift 3 O6O 109 ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode aus diesem Erz und Kohlenstoff beschrieben, wobei die Elektrode anschließend zur Reduktion der nicht-raffinierten Metallkomponenten zu Metallcarbonylen, welche leicht in die betreffenden Metalle übergefüirrt werden können, als Anode, in einem in einer CO-Atmosphäre erzeugten Hochstrombogen eingesetzt wird. Gemäß USA.-Patentschrift 3 099 614 wird analog eine Elektrode, aus einem "Mehrfachoxid" (d.h. einem Oxid, bei dem zwei verschiedenartige Metallatome an ein einziges Sauerstoffatom gebunden sind) und Kohlenstoff als Anode zur Herstellung getrennter Metalloxide verwendet. Bei diesen Verfahren wird ein Sauerstoff gasstrahl gegen die Hochstrombogensäule gerichtet, um den Anodenkohlenstoff zu "binden und um die getrennten Metalloxidprodukte unter jene Temperatur abzukühlen, bei der sich das Mehrfachoxid zurückbildet. Die in Porm eines Pulvers mit feiner Teilchengröße gewonnenen einzelnen Metalloxide werden jeweils zum Metall reduziert.

Aus der USA.-Patentschrift 3 101 308 ist ein weiteres abgewandeltes Verfahren bekannt, gemäß welchem ebenfalls eine Elektrode, die ein Metalloxid und eine bestimmte Kohlenstoffmenge enthält, derart in einem Hochstrombogen eingesetzt wird, daß Kohlen-=— monoxid zur Initiierung und Aufrechterhaltung des Lichtbogens in Preiheit gesetzt wird* Der Lichtbogen kann dann bei genügend niedrigen Temperaturen aufrechterhalten werden, um ein Abtropfen¹ der nicht-raffinierten Metallkomponenten und Gewinnen dieser Komponenten als ^irRimd schrot" von Metall oder Metallcarbid

109851/1249

BAD

(abhängig von den relativen Anteilen des Metalloxids und Kohlenstoffs in der Elektrode) zu gewährleisten.

Hochstrombögen wurden ferner bereits zur Herstellung von Pulvern mit Teilchengrößen von 0,005 bis 0,2 μ verwendet. Es wurden .auf .diese V/eise z.B. Carbidpulver hergestellt; vgl. das Bu'ch "UltraPine Particles" (1963) von V/.E. Kuhn'(ChefVerleger), Seiten 129 bis 145 und 156 bis 100.

Sin Hochstrombogen-Verfahren, das Hartmetallpulver aus homogen verteilten Hartstoffen und Bindemetallen liefert, war jedoch bisher nicht bekannt.

Es werden nun die bekannten Verfahren zur Herstellung von Hartmetallpulvern beschrieben.

Die herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von pulverförmigen - Gemischen aus Hartstoffen und Bindemetallen, welche zu Hartmetallen auf z.B. Carbidbasis verarbeitbar sind, beruhen auf - bestimmten Varianten der nachstehend beschriebenen "Kugelmahl- -Methode": .

a) das angereicherte hitzebeständige Erz wird einer Raffination unterworfen, wobei eine reine chemische Verbindung, wie ein Oxid, erhalten wird;

b) die chemische Verbindung (z.B. das Oxid) wird anschließend zum reinen hitzebeständigen Metall reduziert, und dieses wird pulverisiert;

c) das hitzebeständige Metallpulver wird durch Erhitzen auf

.■:■:. , 109851/1249 _{BAD 0R1QlNAt}

hohe Temperaturen in Gegenwart von Kohlenstoff zu einem hitzebeständigen Metallcarbid umgewandelt;

d) das hitzebeständige Metallcarbid wird mit einem geeigneten Anteil eines pulverförmigen Bindeme"talls vermischt und das Gemisch v/ird durch mehrtägiges Mahlen in einer Kugelmühle zerkleinert, wobei man eine Aufschlämmung eines Hartmetallp'ulvers

. (die Teilchengröße beträgt im allgemeinen 1 bis iO jU) erhält; und ■ .

e) durch Trocknen der Aufschlämmung wird das gebrauchsfertige , Hartmetallpulver erhalten. , '

Die vorstehend beschriebene Kugelmahl-Methode besitzt jedoch die offensichtlichen Nachteile, daß sie zeitraubend,kompliziert und unwirtschaftlich ist. Die nach dieser Methode hergestellten pulverförmigen Produkte sind ferner grobkörnig und stellen keine vollständig homogenisierten Massen dar.

Aufgabe der Erfindung war es, ein neues Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Hartmetallpulver aus homogen verteilten Haitstofίen und Bindemetallen zur Verfügung zu stellen, welches Verfahren hochreine homogene Hartmetallpulver mit einer Durchschnittsteilchengröße von 0,01 "bis0,1 ju liefert, die leicht und bei niedrigen Temperaturen bei entsprechender Kornverfeinerung zu Werkteilen mit wesentlich verbesserter Qualität gesintert werden können. Ferner war es die Aufgabe der Erfindung, ein

verbrauchbaren neues Verfahren zur Herstellung einer / Anode für Hochstrombögen zu schaffen, bei dem rasch und bei niedrigen Temperaturen "eine nahezu vollständige Aushärtung der "grünen" Elektrode er-

' * ' . 109851/12A9

BAO OBtGiNAt

- ίο - . ■

reicht werden kann, wobei die durch das Entweichen von flüchtigen Lösungsmitteln während der Härtung bedingte Entzündungs- oder Explosionsgefahr verringert ist, und das ein rasches Brennen der gehärteten Elektroden zur Erzielung einer geeigneten elektrischen Leitfähigkeit gewahrleistet. Diese Aufgaben werden durch die Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Vorfahren zur Herstellung von feinteiligem Hartmetallpulver aus homogen verteilten Hartstoffen »rj Bindemetallen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man mindestens eine den Hartstoff liefernde und mindestens eine das Bindemetall liefernde Komponente in

inniger Mischung mit einem flüssigen, polyuierisierbaren Bindemittel it; ausgehärteten und gebrannten Zustand als verbrauchbare Anode"bei der Erzeugung-einer Hochstrombogensäule einsetzt und das gebildete Pulver sammelt.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer, verbrauchbaren. zAnode für Hochstrambögen, insbesondere zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens zur Herstellung eines Hartmetallpulvers, durch trockenes •Vermischen der Jiusgangsmaterialien, Zusetzen eines flüssigen Bindemittels und Vermischen ohne Erhitzen zu einer homogenen Masse, Poxmen der Masse zu einer Elektrode und rasches Brennen der Elektrode, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

a) Ausgangsmaterialien verwendet, die zu mehr als 50 Gewichtsprozent aus metallhaltigen Komponenten bestehen,

b) ein flüssiges, vorpolymerisiertes Bindemittel in einem Anteil von 10 bis 40 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewindeteile der Ausgangsmaterialien., verwendet-,

c) der Elektrode vor dem Brennen durch eine Härtung des Binde-

109851/1249

BAD ORIGINAL

mitve 1 is bei etwa Raumtemperatur bis 3OO°C Festigkeit und Dimensionsstabilität verleiht und
d) das Brennen bei etwa 900°C durchführt.

Bei der Elektrodenherstellung setzt man die Ausgangselemente oder -verbindungen, z.B. die in Erzen enthaltenen nicht-raffinif.Tten Metallkomponenten, in so bemessenen Anteilen ein, daß

bei der Verdampfung der Anode im Hochstrombogen und der Ausbildung des charakteristischen Gasstroms bzw. der Anodenflamme als Endprodukt, ü.B. ein Hartmetallpulver der vorstehend beschriebene! Art erhalten wird. Die Ausgangskomponenten können in Form der verschiedensten chemischen Verbindungen vorliegen. Als Ausgangskonponenten bevorzugt werden geeignete Mengen von Kohlenstoff und den Oxiden von mindestens zwei verschiedenen Metallen, welche eine unterschiedliche Neigung zur Carbidbildung besitzen. Das Metall mit dex- stärkeren Neigung zur Carbidbildung vereinigt sich in der Hochstrombogensäule mit dem Kohlenstoff zu einem Metallcarbid mit hoher Hitzebeständigkeit, während die metallhaltige Komponente mit der geringeren Neigung ^ zur Carbidbildung in -der Hoehstrombogensäule zum Metall reduziert wird. Dieses Metall dient als Bindemetall im gebildeten Hartmetallpulver.

Unter einem "Nicht-Carbiäbildner" sind hier nicht nur Metalle zu verstehen, welche, -wie nachstehend erläutert wird, eine höchstens geringe Garbidbildungsneigung aufweisen, sondern auch -^

scharf begrenzten Metalle, welche in der bei hohen Temperaturen befindlichen/kohienstoffhaltigen Umgebung des Hochstrombogens kein Carbid bil-

109851/1249

BAD ORIGINAL

212828D

den, wenn ein anderes Metall mit einer stärkeren Carbidbildungsneigung in einer solchen Umgebung vorhanden ist.

Nachstehend sind bestimmte Metalle,-die erfindungsgemäß verwendbar sind, nach ihrer Neigung zur Carbidbildung in die Gruppen I bis IV eingeteilt (innerhalb der einzelnen Gruppen bestellt keine bestimmte Reihenfolge bezüglich der Carbidbildungsneigung).

II

starke Carbid- mittelstarke bildner Carbidbildner

III

IV

Metalle mit kei-

schwache Carbid- ner oder geringbildner fügiger Carbid-

b i1dung s neigung

Titan	Eisen	Nickel	Kupfer
Tantal	Chrom	Kobalt	Silber
V/ο If ram	Mangan	Magnesium	Gold
Ha-f nium	Aluminium		Platin
Niob	Beryllium
Zirkonium
Molybdän
Bor
Silicium

Zur erfindungsgemäßen Herstellung von Har traet allpulvern werden als AusgangsEiaterialien vorzugsweise die nicht-raffinierten Metalloxide verwendet, di,e sich von mindestens einem I-Ietall der Gruppe I und von mindestens einem Metall einer der Gruppen II, III oder IV ableiten. Dabei muß jedoch bedacht werden, daß nicht

109851/1249

QfüKälNAU

alle Metalle der Gruppe IV stabile Oxide bilden. Man kann jedes beliebige Metall der Gruppen II, III oder IV als Bindemetall für die Carbide der Metalle der Gruppe I verwenden, obwohl mehrere Metalle der Gruppen II bis ΐγ tatsächlich Carbidbildner sind. Die von den Metallen der Gruppe I gebildeten hitzebeständigen Carbide sind nämlich bei den Bedingungen des Hoch¹=- strombogens stabiler als die Carbide der Metalle der Gruppen II bis IV und reißen daher allen verfügbaren Kohlenstoff an sich, wodurch sie die Bildung von Carbiden der Metalle der Gruppen II bis IV verhindern. Analog könnten die Metalle 6°.r Gruppen III oder IV als Bindemetalle für die Carbide der Metalle der Gruppe II verwendet werden.

Zur Herstellung eines Titancarbid/Nickel-Hartmetallpulvers wer-

für die AnodenhersteHung

den somit als Metallkomponenten des Ausgangsmaterials/z.B. Titandioxid in Form von Rutil (zur Bildung des Titans), Nickel(ll)- -oxid (zur Bildung von Nickel) und Kohlenstoff verwendet. Das Nickel fungiert in diesem Falle als Nicht-Carbidbildner. Die relativen Anteile der vorgenannten Metallkomponenten v/erden so gewählt, daß die Element-Zusammensetzung des Gasstroms bzw. der Anodenflamme des Hochstrornbogens die Bildung von Titancarbid und Nickel begünstigt.

Im Hochstrombogen finden die nachstehenden Reaktionen statt: Stufe 1: TiO₂ + NiO + 4 C —> Ti + Ni +3 .0 + 4" C

(Anode) (Gasstrom) Stufe 2: Ti +Ni + 3 0 + 4C » TiC + Ni + 3 CO

(Gasstrom) (Hartmetallpulver)

, ^ 10 9 8 5 1"/ 1 2 4 9

BAD ORIGINAL

• - 14 -

Die Gesamtreaktion ist somit folgende: TiO₂ + NiO +4 C > TiC + Ni + 3 GO (Anode) (Hartmetallpulver)

Man erkennt, daß es wichtig ist, den Kohlenstoff in der stöchiometrischen Menge einzusetzen, damit der Sauerstoff dem Gasstrom bzw. der Anodenflamme entzogen v/ird, indem sich das sehr stabile Kohlenmonoxid bildet. Es wird dadurch gewährlel- ^ stet j daß sich das Titan, v/elches ein stärkerer Carbidbildner ist als Nickel, mit dem verfügbaren überschüssigen Kohlenstoff zu Titancarbid verbindet und daß die Rückcxidation des llickelmetalls verhindert v/ird. Abhängig vom vorhandenen Kohlenstoffanteil kann auch eine niedrige Kohlendioxidmenge entstehen.

Jedes der vorgenannten Metalle innerhalb einer der Gruppen I bis IV kann v/eiter in bezug auf die anderen Metalle dieser Gruppe hinsichtlich seiner Neigung zur Carbidbildung eingeordnet werden. Somit können zwei verschiedene Metalle einer ein-P zigen Gruppe für die Herstellung eines Hartmetallpulvers kombiniert v/erden. In diesem Falle wird der schwächere Carbidbildner zum Metall reduziert und dient als Bindemetall, während der stärkere Carbidbildner sich mit dem Kohlenstoff unter Bildung eines hitzebeständigen Carbids (Hartstoff) vereinigt. Abhängig von den Metallen und dem Anteil des eingesetzten Kohlenstoffs kann "ein Hartmetallpulver hergestellt werden, das ein Gemisch der Carbide beider Metalle als hitzebeständige Phase (Hartstoff) zusammen mit dem als Bindemetall vorliegenden schwächeren Carbidbildner enthält. „ , ^ 109851/12 49

.,,.<-. BAD ORIGINAL

Spezielle Beispiele für eriindungsgemäß herstellbare,

aus Hartstoffen υηΰ Bindemetallen bestehende llartmetallpulver■sind: · .

1) Titancarbid/Kickel

2) Titancarbid/Eisen _s

3) l/olframcarbid/Xobalt . 4 ) Zirkonixiincarbid/Nickel

^lj) Tantalcarbid/Kobalt

G) yitancarbid/l'lickel/Molybdän

7) Borcarbid/Kupfer '

8) xitancarbid/zirkoniuiHcarbid/liickel

9) Titancarbid/Titandioxid/liickel

10) Titancarbia/Eisenoxid/Eisen

11) TitancarbidA'itanaioxid/Titandxborid/liickel

JJurch geeignete Wahl der ZusEimriensetzung des Ausgangsmaterials bei der Herstellung der. Anode können erfindungsgenäiS nicht nur pulverförinige Gemische aus einem hitzebeständigen Carbid mit einem Bindemetall hergestellt werden, sondern es können auclrdie relativen Anteile des Bindemetalls und des Carbids innerhalb eines breiten Bereichs variiert werden. Es wurde gefunden, daß der" Anteil des Bindemetalls, bezogen auf die Gesamtmenge des Hartmetallpulvers» im allgemeinen 2 bis 75 Gewichtsprozent beträgt und daß zu erwarten ist, daß dieser Anteil durch eine weitere'Abwandlung der Elektrodenzusammensetzung noch stärker variiert werden kann.

Im Verfahren der Erfindung ist es nicht erforderlich, daß Koh-

109851/T24 9

BAO ORiGIHAL

lenstoff und die Oxide der Metalle der vorstehend angegebenen

.' im

Gruppen I bis IV als Ausgangsmatei-ialien eingesetzt werden. Die/ nicht-raffinierten Zustand vorliegenden Metalloxide, wie sie z.B. in angereichertem Erz vorliegen, werden jedoch bevorzugt, da sie von allen in Frage kommenden Materialien am billigsten sind. Es können aber auch die jeweiligen grobpulverförmigen hitzebeständigen Metallcarbide oder Metallcarbonate sowie die Bindemetalle als solche direkt als Ausgangsmaterialien verwendet v/erden. Bei der vorstehend beschriebenen Herstellung eines Titancarbid/lTickel— l'^y. ' r.etallpulvars können pulverf crraiges

die Anode für Titancarbid und Nickel als Metallkomporienten in/den Hochotrombogen eingebaut werden. In diesem Falle dissoziieren die groben Teilchen des. Titancarbids und des Nickels in der Hochstrombogensäule in die Elemente und diese vereinigen sich wieaer, wobei ein raffiniertes Hartmetallpulver entsteht, welches eine homogene Masse aus ultrafeinen Teilchen von Titanearbid und Nickel darstellt.

Nach einer abgewandelten Methode können als Ausgangsinaterialj en einfach Kohlenstoff und die Metalle selbst eingesetzt werden. Im Falle der vorstehend beschriebenen Herstellung eines Titancarbid/Nickel-Hartmetallpulvers können Kohlenstoff und die Metalle Titan und Nickel zur Herstellung der im Hochstrombogen einzusetzenden Anode ^!verwendet v/erden.

Nicht alle Hartmetallpulver enthalten ein Carbid als Kartstoff. Da.Bor, Stickstoff bzw. Silicium analog dem Kohlenstoff mit den vorgenannten Metallen unter Bildung der hochhitzebeständigen

10 9 8 5 1/1249

......... BAD ORIGINAL

und hochschmelzenden Boride, nitride bzw. Silicide reagieren, kann man die vorgenannten Elemente erfindungsgemäß an Stelle des Kohlenstoffs zur Herstellung von Hartmetallpulvern verwenden, welche als Hartstoff ein Borid, Nitrid oder Silicid enthalten. Die Wahl der betreffenden Metalle erfolgt nach denselben Prinzipien, wie sie bei Verwendung von Kohlenstoff angewendet v/erden, d.h., im Palle von Bor wird ein starker Boridbildner mit einem schwächeren Boridbildner kombiniert. Der schwächere Boridbiidner dient dann als nicht-boridbildendes Binde- . metall des herzustellenden Hartmetallpulvers.

Bei Verwendung eines Metalls mit einer starken Neigung zur Oxidbildung in Kombination mit einem Metall mit einer schwachen Neigung zur Oxidbildung als Ausgangsmaterialien kann analog eine leitfähige Elektrode für einen Hochstrombogen hergestellt werden, aus der in der Hochstrombogensäule ein Hartmetallpulver erzeugt wird, das eine Metalloxidphase mit sehr hoher Hitzebeständigkeit und eine Bindemetallphase (z.B. TiOp/Ag) enthält.

• Durch Änderung der Zusammensetzung der bei der 'Anodenherstellung verwendeten Ausgangsmaterialien, der Umgebungsbedingungen und der Parameter bei der Erzeugung des Hochströmbogens können erfindungsgemäß die verschiedensten Hartmetalle hergestellt werden.

Es wird nun das Verfahren zur Herstellung der Elektrode näher erläutert. *

10Θ851/1249

BAD ORIGINAL

Bei der Elektrodenherstellung werden die trockenen Ausgangsmaterialien, welche die nicht-raffinierten Metallkomponenten und Kohlenstoff enthalten, zuerst in einer geeigneten Mischvorrichtung durchgemischt, damit eine gründliche Verteilung "bzw. Homogenisierung dieser Bestandteile gewährleistet ist. Anschließend wird eine dafür ausreichende Menge des flüssigen polymeren Bindemittels dem trockenen Gemisch zugesetzt, daß jedes Einzelteilchen einen Überzug erhält. Die notwendige Binde-

etwa
mittelrnenge "beträgt/10 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf die festen Ausgangsrnaterialien, v/obei die genaue Menge von den relativen Anteilen der eingesetzten Pulver oder Erze, die eine unterschiedliche !Dichte und !Teilchengröße aufweisen, sowie vom Gewichtsanteil des Kohlenstoffs abhängt. Die erhaltene Masse wird anschließend, in einer Hochleistungsrnischvorrichtung, wie einem Doppelarmkneter vom Sigmatyp (Pfleidererkneter) oder einem Mischer vom Kollergang-Typ, homogenisiert. Es wurde gefunden, daß ein zweistündiges Mischen zur vollständigen Homogenisierung des Bindemittels und der pulverförmiger festen Ausgangsmaterialien ausreicht. Die Viskosität des polymeren Bindemittels kann so gewählt v/erden, daß ein Gemisch mit einer für die nächste Verfahrensstufe, d.h. das Extrudieren '-oder Pressen der Masse zu der für die Elektrode geeigneten Form, brauchbaren Viskosität erhalten wird.

Im Verfahren der Erfindung wird als flüssiges Bindemittel im allgemeinen ein, vorpolymerisiertes Furfurylalkoholharz verwendet, welches beim Ansäuern rasch polymerisiert. Die Polymerisationsgeschwindigkeit des Bindemittels ist umso höher, je höher

109851/1249

BAD ORIGINAL

— ι y —

die Acidität des Katalysators und die Temperatur.der Harzlösung sind. Es wurde jedoch festgestellt, ä&ih Elektroden mit hoher Festigkeit ohne, den Einsatz von Katalysatoren durch zweistündiges Erhitzen der "grünen" Elektroden auf 25O⁰C hergestellt v/erden können. Durch Zugabe von 5 Gewichtsprozent (bezogen auf die Gesamtmenge aus·Bindemittel und Katalysator) einer schwachen organischen Säure (z.B. Malein- oder Oxalsäure) als Katalysator: wird die Polymerisat!onstemperatur in 2 Stunden auf 100°C erniedrigt. Ein zugesetzter Anteil einer solchen schwachen organischen Säure von bis 10 Gewichtsprozent ist ausreichend .

Als Katalysatoren können auch stärkere Säuren, wie die Mineralsauren, z.B. Phosphor-, Schwefel- oder Salpetersäure, verwendet werden. Bei Verwendung dieser starken Satiren kann die Polymerisation bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Auch Borsäure

saure ist alt Katalysator geeignet. Ebenfalls verwendbar sind/Salze, aus denen die Säuren durch Erhitzen in Freiheit gesetzt werden. Die vorgenannten schwachen organischen Säuren werden jedoch erfindungsgenäß als Katalysatoren bevorzugt.

Die Verwendung des vorgenannten vorpolymerisierten Furfurylalkoholharses bietet gegenüber dem Einsatz der herkömmlichen Bindemittel, wie Pech oder Maissirup, einen bedeutsamen Vorteil. Da die- Polymerisation des Furfuryl&lkohols - insbesondere in Gegenwart von sauren Katalysatoren - in der Nähe von Raumtemperatur rasch abläuft, wird den "grünen" Elektroden noch vor der Hochtemperatur-Kohlung eine beträchtliche Festigkeit ver-

10 9 8 51/12 4 8

BAD ORIGINAL

liehen. Die Festigkeit dieser Elektroden steigt ferner stetig mit dem Erhitzen an, v/ogegen andere Elektroden, bei deren Herstellung kein polymeres Bindemittel verwendet wurde, "bei ansteigender Temperatur zuerst erweichen und damit wesentlich schlechter handhabbar v/erden.

Nach der Polymerisation des Bindemittels in den "grünen" Elektroden befinden sich diese im gehärteten Zustand, sind fest und

ohne

fc dimensionsstabil und können/besondere Sorgfalt gehandhabt werden. Die Elektroden werden dann in einen Ofen gegeben und dort bei etv/a 900 C gebrannt, damit ihnen eine geeignete elektrische Leitfähigkeit verliehen wird. Das Brennen kann nach mehreren Methoden durchgeführt v/erden. Wenn es an der Luft vorgenommen wird, müssen die Elektroden zur Verhinderung der Oxidation in Koks eingebettet v/erden.- Bei Anwendung einer Inertgasatmosphäre kann das Brennen dagegen in offenen Böden vorgenommen werden. Es sind keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen zum Auflagern der "grünen" Elektroden erforderlich, obwohl Maßnahmen zur . Verhinderung des Auftretens von Temperaturgefallen ergriffen v/erden sollen.

Es wurde gefunden, daß im Falle von Elektroden eines Durchmessers von etwa 2,54 cm zur Erzielung guter elektrischer Eigenschaften ein 90minütiges Brennen bei 900 C ausreicht. Die Brenntemperatur kann auch deutlich unter- oder oberhalb 900°C liegen.

Wegen des niedrigen Anteils an flüchtigen Verbindungen und der hohen Festigkeit der Elektroden nach der Polymerisation des

109851 / 12 Λ 9

BAD ORIGINAL

Bindemittels können die Elektroden direkt in einen zuvor auf 900 G aufgeheizten Ofen gegeben und nach dem Brennen, bei dem eine Kohlung stattfindet, an der Luft gekühlt werden.

liach dem Verfahren der Erfindung wurden zylindrische Elektroden mit Durchmessern von etwa 1,27 bis etwa 5,08 cm und Längen bis etwa 0,91 ei hergestellt. Die Größe und Form der erfindungsgemäß hergestellten Elektroden werden lediglich durch die Abmessungen der bei der Herstellung verwendeten Vorrichtungen, wie Mischer·, Öfen oder Vorrichtungen zum Extrudieren od^r Pressen, begrenzt. Die Erfindung erstreckt, sich auf alle möglichen geeigneten Formen und Abmessungen der vorgenannten Elektroden.

Das Verfahren der Erfindung gewährleistet die Vorteile, daß es einerseits die Herstellung von allgemein für Ilochstrombögen geeigneten Elektroden und andererseits die Herstellung spezieller, zur Erzeugung von Hartmetallpulvern im Hochstrombogen geeigneter Elektroden gestattet. Der durch die Verwendung des vorpolymerisierten Furfux'ylalkoholharzes erzielte Hauptvorteil besteht in der Verkürzung der Härtungsdauer und Erniedrigung der Härtungstemperatur. Das Harz gestattet"das Vermischen der Ausgangsmatex^ialien und das Extrudieren der Elektx'ode bei Raumtemperatur. Es enthält ferner kein Lösungsmittel, welches während des Brennens aus der geformten Elektrode zwangsläufig abdampft, wodurch die Entzündungs-.bzw.Explosionsgefahr herabgesetzt wird.

Es wird nun die Herstellung von Hartmetallpulverri unter Anwen-

1 0 9 8 5 1 / 1 2 A 9

BAD ORIGINAL

dung eines Hochstrombogens näher beschrieben.

Die fertigen Elektroden, welche zur Herstellung der Hartmetallpulver eingesetzt v/erden sollen, v/erden als Anode bei der Erzeugung einer Hochstrombogensäule eingesetzt, wobei eine Graphit- oder Y/olframkathode verwendet v/ird. Tür den zur Verdampfung, einer 2,54 cm-Elektrode erforderlichen Hochstrombogen werden .eine Spannung von etwa 40 bis'60 Volt und eine Stromstärke von 600 bis 800 A benötigt. Der Lichtbogen wird vorzugsweise zunächst in einer Inertgas-, wie Argonatmosp^ar?, erzeugt, und es wird ein positiver Argonst-rom aufrechterhalten, damit kein Sauerstoff von außen her hinzutreten kann. Das Lichtbogenverfahren kann auch in einer anderen nicht-oxidierenden Atmosphäre bzw. im Vakuum durchgeführt werden.

Es ist ein Kennzeichen des Hochstrombogens, daß die betreffende Anode auf Grund der sehr hohen Temperatur des Lichtbogens durch Verdampfung verbraucht·wird. Die Anodenmaterialien werden in r die für. den Hochstrombogen charakteristische hell leuchtende, außerordentlich heiße' Anodenflamme emittiert. Diese "Flamme" stellt allerdings keine Flaiame im eigentlichen Sinne dar, sondern eher einen Gasstrahl, welcher etwa senkrecht auf die Halbierende des stumpfen Winkels emittiert v/ird, der von den verlänger-

Anodenflamme ten Längsachsen der Anode bzw.Kathode gebildet wird. In dieser/

finden chemische Reaktionen statt, welche in gewöhnlichen Licht- " bogen oder bei anderen chemischen Syntheseverfahren nicht erfolgen. Die von der Anode verdampften Materialien dissoziieren . im Gasstrom, welcher Temperaturen oberhalb 8000 K erreichen

109851/1249

BAD ORIGINAL

kann, in die betreffenden Elemente. Bein Durchwandern des Gasstroms ereignen sich zahlreiche Zusammenstöße dieser zumindest in teilweise ionisierter Form vorliegenden verdampften Elemente. Wenn die Atome und Ionen des Gasstr'oms die Randzonen der Anodenflamme erreichen, setzt eine rasche Abkühlung ein, und es erfolgen Zusammenstöße der Atome und Ionen untereinander sowie mit den Elementen der Atmosphäre in der Hochstrombogenvorrichtung, welche die Gasstrom-Randzonen durchdringen. Es wurde gefunden, daß die Bildung hitzebeständiger Carbide in einem Teil des Gasstroms und eine anschließende Aeimbildung bzw. ein Wachstum der Biridemetallteilchen in einem kühleren Teil der Anodenflamme dadurch erreicht werden, daß man eine Anode verwendet, welche, wie vorstehend beschrieben ist, die richtigen Anteile der Ausgangsmaterialien enthält, und daß man die Atmosphäre in der Hochstrorabogenvorrichtung regelt. Wenn die Teilchen anschließend aus der Anodenflamme emittiert werden, werden sie gleichzeitig homogen zu einer pulverförmiger sammelfertigen Masse vermischt. Diese Masse kann von den Wänden der Vorrichtung abgeschabt oder aus der Vorrichtung in eine getrennte Sammelvorrichtung übergeführt werden.

Man kann die üurchschnittsteilchengröße der vorgenannten pulverfö3?migen Masse durch Änderung der Verweilzeit, der Teilchen im Gasstrom variieren. Die exakten Verfahren zur Einstellung der Durchsclmitts-Verweilzöit eines Ions oder Atoms im Gasstrom werden noch geprüft. Die Durchschnittsverweilzeit kann ' prinzipiell durch Vergrößerung oder Verkleinerung der Elektroden verändert werden. Je breiter die Elektrode ist, umso

- 109851/1249

BAD ORIGINAL

breiter ist der erzeugte Gasstrom und umso länger brauchen die Atome zur Durchwanderung dieses Gasstroms. Bei einer längeren VerweilKeit ereignen sich mehrere Zusammenstöße zwischen den Atomen, wodurch diese mehr Zeit für,das Größenwachstum erlangen. Es wird ferner angenommen, daß die Teilchengröße noch auf andere Art variiert v/erden kann, beispielsweise durch Ab-

. mittels
schrecken mit Gasen oder/magnetischer Felder. Wichtig ist,

daß nach dem erfindungsgemäßen Hochstrombogen-Verfahren keine k Pulver mit einem eng begrenzten Teilchengrößenbereich

erhalten werden, sondern daß Teilchen mit den· verschiedensten Größen terjepstelLt werden können, indem man die Vorrichtungen zur Erzeugung der Hochstrombögen entsprechend konstruiert. Es wurde gefunden, daß erfindungsgemäß Pulver mit Teilchengrößen von 0,01 bis 0,1 μ hergestellt v/erden können. Diese Teilchengrößen," welche um eine Größenordnung kleiner sind als jene von entsprechenden, nach der herkömmlichen Kugelmahl-Methode hergestellten Pulvern, deuten auf eine rasche Abschreckung hin. Bei Anwendung magnetischer Felder zur Variierung der Teilchengröße ψ werden die Abmessungen des Gasstroms und dadurch die Verweilzeit der Atome -im Gasstrom verändert.
Das Verfahren der Erfindung gewährleistet somit ferner eine stark vereinfachte Herstellung von Hartmetall- '.

pulvern, deren hervorragende Eigenschaften die Erzeugung von z.B. Sintercarbid-Formkörpern mit einer beträchtlich verbesserten · Qualität gegenüber jener von Gegenständen gestattet, welche aus nach der herkömmlichen Kugelmahl-Methode erhaltenen Hartmetallpulvern erzeugt v/urden. Die ex*findungsgemäß hergestellten Hartmetallpulver besitzen nicht nur eine außerordentlich feine Teilchengröße, sondern sie sind auch leicht und bei

1 0 9 8 5 1 / 1 2 A 9 _BAD original

niedrigen Temperaturen und einer entsprechenden Korngrößenverfeinerung sinterbar. Die pulverförmigen Produkte "besitzen außerdem eine sehr hohe Reinheit, und sie stellen eine homogene Masse aus z.B. Metallcarbid- und Metallteilchen dar.

Da die Hartstoffkomponente eines Har'tmetallpulvers spröde ist, werden zur Herstellung von Gegenständen aus solchen Pulvern pulvermetallurgische Verfahren angewendet. Bei der Durchführung dieser Verfahren werden die Pulver verdichtet und anschließend - gegebenenfalls "bei hohen Drücken --auf Temperaturen erhitzt, v/elche in der-, Nähe der Schmelzpunkte der Metallphase liegen. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der nach diesen Methoden hergestellten Gegenstände sind nicht nur eine Punktion des ursprünglichen Verdichtungsgrads und der Art "der anschließenden thermischen Behandlung, sondern sie hängen vor allem stark von den physikalischen Eigenschaften der als Ausgangsmaterialien eingesetzten Pulver selbst ab.

Obwohl die optimale- Teilchengröße für die Herstellung von Schneidwerkzeugen und verschleißfesten Teilen nicht feststeht, ist bekannt, daß mit Pulvern, die eine geringe, d.h. Submikron- -Teilchengröße, aufweisen, Gegenstände mit höherer Festigkeit und längerer Gebrauchsdauer hergestellt werden können als mit aus größeren Teilchen bestehenden Pulvern. Aus sämtlichen theoretischen Deutungen- der Dispersionshärtung geht hervor, daß die Festigkeit umso höher ist, je geringer die Teilchengröße der Dispersoid-Phase ist; diese theoretischen Erwägungen gelten mit Sicherheit auch für die erfindungsgemäß herge-

1098B1/1249

BAD ORIGINAL

stellten Hartmetallpulver. Je geringer somit der mittlere Durchmesser der Einzelteilchen und je höher der Homogenisierungsgrad der "beiden" Hauptphasen ist, umso besser ist die Qualität' des erhaltenen Werkstücks aus dem Hartmetall auf z.B. Carbidgründlage.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

,Ein typisches Ausgangsmaterial für die Herstellung von Elektroden,die sich zur Erzeugung eines Titancarbid/Nickel-Hartinetallpulvers eignen, hat die folgende Zusammensetzung:

Bestandteile	Gewichtsprozent	Gewichtsteile
TiO₂	37,0
NiO	18,5
Kohlenstoff"	18,5
Zwischensumme	74,0	100
Bindemittel A (Handelsprodukt)*)	24,0	32,4
Katalysator (Maleinsäure)	2,0	2,7
Gesamtsumme	100,0	135,1

*) vorpolymerisiertes Furfurylalkohol-Harz.

109851/1249

BAD ORIGINAL

61,8	100
18,6	23,1
80,4	1,2
18,6
1,0

Beispiel 2

Ein weiteres Aucgangsmaterial für die Elektrodenherstellung weint die nachstehende Zusammensetzung auf:

Bestandteile ν . G ew i cht s pr ο ζ ent Gewichtsteile

nicht-raffinierte Metallkomponente (TiOp)

Kohlenstoff

Zwi s chensumice
Bindemittel A
Katalysator (Maleinsäure)

Gesamtsumme 100,0 124,3

iiiiö den vorgenannten Ausgangsmaterialien wird gemäß dem vorstehend "beschriebenen Verfahren eine Elektrode mit den nachstehendem Abmessungen b%w. Eigenschaften hergestellt:

Durchmesser, cm 2,54

Länge, cn .60,1

Druckfestigkeit, kg/cm » 370,3

spezifischer Widerstand,. 0hm«cm 0,05

gemessene Dichte, g/cm · 2,01

Beispiel 3

Obwohl die Gegenwart einer bestimmten Kohlenstoffmenge, wie erwähnt, von Bedeutung bei der Herstellung von Elektroden ist, welche zur Herstellung bestimmter Hartmetallpulver unter Anwen-

109851/1249

BAD ORIGINAL

dung des erfindungsgemäßen Hoehstrombogen-Verfahrens eingesetzt worden, kommt der Vorteil der Verwendung eines vorpolymerisierten Furfurylalkoholharzes bei der Elektrodenherstellung in einem breiteren Anwendungsgebiet, zur Geltung. Es wurde festgestellt, daß zur Hersteilung von Elektroden mit hoher elektrischer Leitfähigkeit kein freier Kohlenstoff benötigt wird. Dies wird .durch den nachstehenden Versuch erläutert. Es werden Elektroden mit befriedigenden Eigenschaften unter Verwendung eines .Ausgangsmaterials mit nachstehender Zusammensetzung hergestellt:

Bestandteile

Gesamtsumme

Gewichtsprozent Gewichtsteile

nicht-raffinierte Metall komponente (V/Op)	A	79,	5	Ί00
Kohlenstoff	(Haleinsäure)	0		0
Bindemittel	18,	5	23,2
Katalysator	2,	0	2,5

100,0

125,7

Die physikalischen Eigenschaften der aus diesem Ausgangsmaterial, das keinen Kohlenstoff als Füllstoff enthält (das Bindemittel besteht natürlich hauptsächlich aus gebundenem Kohlenstoff) sind folgende: '

Durchmesser, cm Länge,cm

Druckfestigkeit, kg/cm spezifischer Widerstand,/!.cmgemessene Dichte, g/cm

10985 1/1249

2,54 50,8 277,2

0,1 3,11

BAD ORIGINAL

Man erkennt somit, daß der Anteil des Kohlenstoffs (Füllstoffs) "bei der erf indungsgemäiöen Elektrodenherstellung innerhalb 'eines "breiten Bereichs liegen kann.

109851/1249

BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche . - -

1. Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Hartmetallpulver aus homogen verteilten Hartstoffen Und Bindemetallen, dadurch gekennzeichnet, dato man mindestens eine den Hartstoff liefernde und mindestens eine das Bindemetall liefernde Komponente in inniger I-Iiachung mit einem flüssigen,·polymerisierbaren Bindemittel im ausgehärteten und gebrannten Zustand als verbrauchbare Anode bei der Erzeugung einer Hochstrombogensäule einsetzt und das gebildete Pulver sammelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß · Metalloxide in Kombination mit einer zur Erzeugimg mindestens eines Garbids als Hartstoff sowie zur Bindung des Sauerstoffs dex* Metalloxide unter Bildung von Kohlenmonoxid beim Betrieb der Anode ausreichenden Kohlenstoff menge verwendet v/erden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmaterialien eine zur Verhinderung' der Rückoxidation des Bindemetalls ausreichende Kohlenstoffmenge enthalten.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial Komponenten mit unterschiedlicher Neigung zur Carbidbildung enthält.

5. Verfahren nach Anspruch-1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial als Carbidbildner Bor, Silicium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Molybdän, Wolfram oder eine

109851/1249

BAD ORIGINAL

Verbindung dieser Metalle sowie als das Bindemetall liefernde Komponente Magnesium, Aluminium, PCupfer, Silber. Gold, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Platin oder eine Verbindung
dieser Metalle enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die in der Hochstrombogensaule erzeugten, dissoziierten und verdampften Bestandteile der Anode bei ihrer Wanderung
durch den Gasstrom abkühlt.

7. Verfahren nach Anspruch 6,' dadurch gekennzeichnet, daß man die Verweilzeit der Anodenbestandteile im Gasstrom der Hochstroiiibogensäule regelt, daß man diese Bestandteile in einem
Teil des Gasstroms unter Bildung.von Carbidteilclien und in
einem anderen Teil des Gasstroms unter Bildung von Bindemetallteilchen abkühlt und daß man die Teilchen aus dem Gasstrom in eine nicht-oxidierende Atmosphäre emittiert.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hochstrombogensaule in einer nicht-oxidierenden
Atmosphäre erzeugt. ■

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Carbidbildner Titandioxid und als das Bindemetall liefernde Komponente Kickeloxid verwendet.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Carbidbildner V/olframoxid und als das Bindemetall

109851/1249

BAD ORIGINAL

liefernde Komponente Kobaltoxid verwendet.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis TO, dadurch gekennzeichnet, daß nan ein Hartmetallpulver mit einer Durchschnittsteilchengx'öße von etwa 0,01 bis etwa 0,1 Jx mit einem Gehalt an Bindemetall von etwa 2 bis" 75 Gewichtsprozent herstellt.

12. Verfahren zur Herstellung einer verbrauchbaren Anode für ■ HochstroMbögen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens

* nach Anspruch 1 bis 11, durch trockenes Vermischen-der Ausgangsmaterialien, Zusetzen eines flüssigen Bindemittels und Vermischen "ohne Erhitzen zu einer homogenen Masse, Formen der Masse zu einer Elektrode und rasches Brennen der Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) AusgangsMaterialien verwendet, die zu mehr als 50 Gewichtsprozent aus Metallhaltigen Komponenten bestehen,

b) ein flüssiges, vorpolymerisiertes Bindemittel in einem Anteil von 10 bis. 40 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichts-

ψ teile der Ausgangsmaterialien, verwendet,

c) der Elektrode vor dem Brennen durch eine Härtung des Bindemittels bei-etwa Raumtemperatur bis 300⁰G Festigkeit und Dimensionsstabilität verleiht und

d) das Brennen bei etwa 900 C durchführt.

15- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bindemittel ein vorpolymerisiertes Furfurylalköholharz verwendet.

109851/1249

H. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Säurekatalysator mitverwendet v^ird, vorzugsweise in Mengen bis zu 10 G-ewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge an polymerisierbarem Bindemittel und Katalysator.

15· Verfahren nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Säurekatalysator eine schwache organische Säure, insbesondere Maleinsäure, verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Ausgangsmaterial verwendet, dessen metallhaltige Komponenten zum Teil zur Bildung eines Hartstoffes und zum Teil zur Bildung eines Bindemetalls befähigt sind.

17. Verfahren nach Anspruch 12 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial nur aus Hartstoffe bildenden metallhaltigen Komponenten, gegebenenfalls unter Zusatz von Kohle, besteht.