DE2217769B2

DE2217769B2 - Metallischer Verbundkörper und Herstellungsverfahren hierzu

Info

Publication number: DE2217769B2
Application number: DE19722217769
Authority: DE
Inventors: Friedrich Schneider; Dieter Dipl.-Ing. Stoeckel
Original assignee: FA G RAU 7530 PFORZHEIM
Current assignee: FA G RAU 7530 PFORZHEIM
Priority date: 1972-04-13
Filing date: 1972-04-13
Publication date: 1974-10-03
Also published as: GB1433526A; NL7305019A; FR2179925A1; CH593791A5; DE2217769A1; IT980154B; FR2179925B1

Description

Die Erfindung betrifft einen metallischen Verbundkörper in Drahtform, wobei ein Kern mit einem gegenüber diesem elektrisch isolierten Mantel umgeben ist Außerdem wird ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren fur einen eichen Vnrbundkörper angeget sn.

Metallische Verbundkörper können in der Meß- und Regeltechnik for die verschiedensten Aufgabenstellungen benutzt werden, wenn es gelingt, eine einwandfreie Isolierung zwischen Kern und Mantel herbeizuführen, die den Wärmeübergang zum Kern nicht wesentlich behindert Für verschiedene Meßzwecke besteht die Forderung, einen extrem dünnen, metallischen Widerstandsdraht durch einen Mantel mechanisch zu stabilisieren, ohne daß der elektrische Wi-J-ptfand beeinflußt wird. Außerdem soll ein guter metallischer Wärmeübergang aus dem umgebenden Medium zum Widerstandsdraht erreicht werden. Die bekannten Isolationsmaterialien aus Kunststoff können die gestellten Foreerungen nicht erfüllen. Für die gewünschte, mechanische Stabilisierung ist ein relativ dicker Kunststoffmanlei i.-rforderlich, der eine schlechte Wärmeleitfähigkeit imd eine geringe Beständigkeit bei höheren Temperaturen aufweist Will man die schlechte Temperaturbeständigkek vermeiden, so lassen sich keramische Isolationsschichten anwenden, die jedoch neben einer besonders schlechten Wärmeleitfähigkeit die Gefahr mechanischer Beschädigung und damit die Unmöglichkeit der Formänderung des Drahtes ergeben. Da nach bekannten physikalischen Gesetzen die elektrische Leitfähigkeil der Wärmeleitfähigkeit unter gewissen Voraussetzungen direkt proportional ist, folgt daraus, daß ein guter Isolator zwangsläufig eine schlechte Leitfähigkeit aufweisen muß.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, einen metallischen Verbundkörper zu schaffen, bei dem der Kern gegenüber dem Mantel isoliert ist, wobei das metallische Mantelmaterial einen günstigen Wärmezugang zum Kern über eine relativ dünne Isolierschicht ermöglicht Ein solcher Verbundkörper stabilisiert im Beispiel des dünnen Widerstandsdrahtes den drahtförmigen Kern einwandfrei. Er ermöglicht einen bisher nicht erreichten, guten Wärmeübergang und ist außerdem hinreichend formbar. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrische Isolationsschicht mindestens eine Reaktionskomponente des Kern- und/oder Mantelmaterials bzw. einer Zwischenschicht zwischen Kern- und Mantelmaterial enthält Der Begriff »Reaktionskomponente« bedeutet, daß die Isolierschicht in dem metallischen Verbundkörper dadurch erzeugt wird, daß entweder oberflächennahe, im Bereich der Trennschicht liegende Kern- und/oder Mantelmaterialien in einer Gas-Metallreaktion eine Isolationsschicht erzeugen oder daß eine aus geeigneten chemichen Substanzen bzw. aus Metallen bzw. Metallegierungen bestehende Zwischenschicht vorgesehen ist, die ebenfalls, beispielsweise nach Erhitzen, mit min* destens einem der beiden Metalle des Verbundkörpers oder mit dem durch das Mantelmaterial dringenden Gas im Bereich der Trennschicht reagiert oder aus diesem Bestandteile aufnimmt und somit eine Isolations- <

schicht erzeugt Gs erscheint ferner im Rahmen der Erfindung möglich, Kernmaterialien mit oder ohne chemische Zusatzstoffe im Bereich der Trennflächen anzuwenden, die von einem, wenigstens unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise bei hoher Temperatur, S gasdurchlässigen, metallischen Mantel umgeben sind, wobei die hindurchtretenden Gase die Reaktion im Bereich der Trennschicht und damit die Herstellung der Isolierschicht bedingen. Es kann ferner zweckmäßig sein, eine Zwischenschicht auf dem Kern- oder Mantel- to material (z. B. vorteilhaft ein galvanischer oder aufgedampfter Oberzug des Kernmaterials) vorzusehen, welche in gleicher Weise reagiert Ein derartiger metallischer Verbundkörper erfüllt die eingangs gestellten Forderungen und ist außerdem vor und sogar gegebenenfaüs nach der Erzeugung der Isolierschicht spanlos verformbar.

Es ist zweckmäßig, daß das Mantelmaterial eine hohe Löslichkeit für solche Gase aufweist, die mit dem Kernmaterial an dessen Trennfläche eine Isolierschicht bildea Dabei eignen sich beispielsweise Silber und Kupfer wegen ihrer hohen Sauerstofflösüchkeit besonders als Mantelwerkstoffe, wenn das Kernmaterial oder dessen Überzug zweckmäßig so gewählt ist, daß an seiner Oberfläche stabile, nichtleitende Oxide gebildet werden. Eine solche oxidische Schicht auf dem Kernwerkstoff kann dabei zweckmäßig durch Glühen des Manteldrahtes oder des in sonstiger Form gestalteten Verbundkörpers in einer oxydierenden Atmosphäre erfolgen.

Besonders zweckmäßig erscheint die Verwendung eines Kernmaterials aus einer Kupfer-Nickel-Legierung, vorzugsweise mit 44 Gewichtsprozent Nickelanteil, von der bekannt ist, daß sich auf ihr festhaftende Oxidschichten erzeugen lassen, die hervorragende elektrische Isolationseigenschaften aufweisen.

Eine weitere Verbesserung kann gegebenenfalls dadurch erreicht werden, daß einer Nickellegierung Zusätze zwischen 1 bis 12 Molprozent Aluminium zugegeben werden. Bei einer Wärmebehandlung in reinem Sauerstoff oder anderer oxydierender Atmosphäre bildet sic'i auf der Oberfläche dieser Legierung eine zähe und dichte Al2O3-Schicht, die günstige Isolationseigenschaften aufweist Es sind ferner Legierungen von Nikkei und Chrom als Kernwerkstoffe geeignet. Bei derartigen Legierungen läßt sich die Zunderhaftfestigkeit durch Zulegierung von geringen Mengen Calcium und/oder Cer, beispielsweise im Bereich von 0,01 bis 1 Atomprozent, wesentlich steigern.

Bei einem zweckmäßigen Herstellungsverfahren für einen derartigen metallischen Verbundkörper bildet eine mehrfache, gemeinsame mechanische Verformung des Kern· und MantelmaierieS« zur Querschnittsverrmgerung die Aus^angsgrundtage. Anschließend folgt eine Glühung in oxydierender oder sonstiger Weise die Reaktion auslösender bzw. beschleunigender Atmosphäre, wöbe: an der Trennschicht oder in einer metallischen Zwischenschicht die gevrOnschie Isolationsschicht er· zeugt wird. Nach dem Abkühlen ist der Verbundkörper beispielsweise in Drahtform verwendungsfähig.

Ausfahr u ngsbeispiel

In einem rohrförmigen Manteldraht von 3,2 mm Außendurchmesser und 1 mm Wandstärke aus Silber wird ein zylinderförmigisr Kern, gleichfalls in Drahtform eingesetzt dessen Durchmesser 1 mm beträgt Als Kernwerkstoff wurde die Legierung CuNi 44, d, h. eine Kupferlegierung mit 44 Gewichtsprozent Nnckelanteil gewählt

Der so gebildete metallische Verbundkörper wird zunächst mehrfach mechanisch verformt bis ein Außendurchmesser des Verbunddrahtes von 1 mm erreicht ist Der Innendurchmesser des Kernmaterials beträgt danacli 0,33 mm. Anschließend wird der Verbuinddraht in Luft (oder Sauerstoff) für di. Dauer von 3 Stunden bei einer Temperatur von etwa 800° C geglüht Dabei bildet sich an der Trennschicht zwischen Kern- und toantelmaterial eine oxidische Isolationsschicht Nach dem Abkühlen ist der in Drahtform hergestellte metallische Verbundkörper weiterverwendbar.

Durch die Erfindung wird ein wesentlicher technischer Fortschritt hinsichtlich der Wärmeübertragung, Temperaturbeständigkeit und Verformbarkeit isolierter Drähte erreicht. Der Begriff »Drähte« soll dabei die verschiedensten Gestall.ungsformen des Querschnittes umfassen und nicht auf Kreisquerschnitte beschränkt sein. Es sind ferner auch metallische Verbundkörper aus streifenförmigem Material herstellbar. Neben der beschriebenen osidischen Reaktion könnten auch andere chemische oder sonstige Reaktionen, beispielsweise Stickstoffreaktionen bzw. Kohienstoffreaklionen zur Bildung einer Isolationsschicht verwendet wurden.

In der Zeichnung ist ein Querschnitt durch einen metallischen Verbundkörper in Drahtform gezeigt Man erkennt einen Kern 1, der von einem Mantel 2 umgeben ist. An der Trennschicht 3 zwischen Kern- und Mante'material liegt eine durch chemische oder sonstige Reaktion mit mindestens einem der metallischen Wirkstoffe des> Verbundkörpers erzeugte Isolationsschicht 3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Metallischer Verbundkörper in Drahtform, wobei ein Kern mit einem gegenüber diesem elektrisch $ isolierten Mantel umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Isolationsschicht mindestens eine Reaktionskomponente des Kern- und/oder Mantelmaterials bzw. einer Zwischenschicht zwischen Kern- und Mantelmaterial enthält

2. Metallischer Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial eine hohe Löslichkeit für solche Gase aufweist, die mit dem Kernmaterial bzw. der Zwischenschicht an der Trennfläche eine Isolierschicht bilden.

3. Metallischer Verbundkörper nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial wenigstens bei noher Temperatur für solche Gase durchlässig ist, die mit dem Kernmaterial bzw. mit der Zwischenschicht an dessen Oberfläche eine Isolierschicht bilden.

4. Metallischer Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial bzw. die Zwischenschicht aus solchen Werkstof- fen besteht, die an ihrer Oberfläche stabile, nichtleitende Oxide bilden.

5. Metallischer Verbundkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial eine hohe Löslichkeit für Sauerstoff aufweist

6. Metallischer Verbundkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial wenigstens teilweise aus Silber besteht

7. Metallischer Verbundkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial wenigstens teilweise aus Kupfer besteht

8. Metallischer Verbundköi per nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial aus einer Kupfer-Nickel-Legierung besteht

9. Metallischer Verbundkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial aus einer Nickel-Cnrom-Legierung besteht

10. Metallischer Verbundkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmateria! aus einer Nickellegierung besteht, welche 1 bis 12 Molprozent Aluminium enthält

11. Metallischer Verbundkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher Legierungsbestandteil 0,01 bis 1 Atomprozent Calcium vorgesehen ist

IZ Metallischer Verbundkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß alls zusätzlicher Legierungsbestandteil 0,01 bis J Atomgewichtsprotent Cer vorgesehen ist

13. Metallischer Verbundkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Legierungsbestandteile Calcium und Cer in einem Anteil von insgesamt 0,01 bis 1 Atomprozent vorgeselen sind.

14. Metallischer Verbundkörper nach einem der torangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial eine hohe Löslichkeit für Stickstoff aufweist

15. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers nach einem der vorangehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß ein metallischer Manteldrahl mit eingesetztem KemmaterSal zur Querschnittsverringemng mehrfach naeheinanderfol- gend mechanisch verformt wird, und daß eine GlOhbehandtung in oxydierender Atmosphäre Angeschlossen wird, welche im Bereich der Trennschicht eine Isolationsschicht erzeugt.