DE2355524A1

DE2355524A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von faeden aus normalerweise festen materialien

Info

Publication number: DE2355524A1
Application number: DE19732355524
Authority: DE
Inventors: Sheldon Kavesh
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1972-11-14
Filing date: 1973-11-07
Publication date: 1974-07-18
Also published as: FR2225239A1; CA1012328A; JPS49135820A; GB1458017A; JPS5926685B2; FR2225239B1; US3845805A; IT996955B

Description

Priorität: v.14.November 1972 in USA Serial No.: 306 472

Die Erfindung betrifft das freie Gießen von Metallen und Keramikmaterialien sowie Fäden, die dabei gewonnen werden.

Die Herstellung von Metalldrähten durch Ziehen durch ein Mundstück ist eine alte Technik, die von Hand wenigstens seit dem Jahr 1000 vor Christi Geburt praktiziert wurde. Metallfäden werden im Prinzip noch so hergestellt, daß man einen Stab mit großem Durchmesser durch eine Folge sich verjünges=nder Mundstücke zieht, von denen' jedes kleiner ist als das jeweils vorausgehende. In der modernen Praxis wurde das Mundstückziehverfahren mechanisiert, kontinuierlich gemacht und automatisiert. Das Verfahren bleibt aber praktisch unver-

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ändert, was die damit verbundenen Probleme und Beschränkungen betrifft.

Die Forschung der vergangenen Jahre wurde auf die Entwicklung von Methoden zur Fadenherstellung gerichtet, die die Beschränkungen der Methode des MundstückZiehens vermeiden- Einer der untersuchten Wege betraf das freie Gießen oder direkte Schmelzspinnen und befaßt sich mit der Bildung eines freien Düsen-Strahls geschmolzener Flüssigkeit und der Umformung des Düsenstrahls in den festen Zustand. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um Fäden aus Polymermaterialien und Gläsern zu gewinnen, dli. aus Materialien mit sehr hohen Viskositäten und niedriger Oberflächenspannung im flüssigen Zustand. Im Gegensatz dazu besitzen jedoch Metalle und zahlreiche Keramikmaterialien relativ dünnflüssige Schmelzen mit hoher freier Oberflächenenergie. Ein zylindrischer Düsenstrahl aus einem solchen Material ist somit instabil. Seine Oberfläche wird zunehmend gestört, wenn er aus der Düse austritt, bis nach einigem Abstand der Düsenstrahl in Tröpfchen zerbricht. Wenn daher ein Verfahren in der Lage sein soll, kontinuierliche Fäden aus Metallen oder Keramikmaterialien zu produzieren, muß es ein günstiges Gleichgewicht zwischen der Kinetik der Düsenstrahlverfestigung und dem Zerbrechen des Düsenstrahles liefern.

Obwohl bereits verschiedene Verfahren zum Schmelzspinnen von Metallfäden vorgeschlagen wurden, um eine Stabilisierung des geschmolzenen Düsenstrahles zu bewirken und so das erforderliche Gleichgewicht zu erreichen, war bisher kein Verfahren

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erfolgreich. Bei einer Methode wird der Düsenstrahl in eine gasförmige Atmosphäre extrudiert, die chemisch mit einer
oder mit mehreren der Komponenten des Düsenstrahles reagieren kann. Die Stabilisierung erfolgt durch Bildung einer festen Schale oder Haut auf dem flüssigen Düsenstrahl. Stattdessen wurden auch bereits elektrostatische Ladungen verwendet, um den Düsenstrahl zu stäbilieren.

Es wurden auch bereits verschiedene Methoden zur Beschleunigung der Verfestigung des Düsenstrahles vorgeschlagen. Beispielsyzeigt die"USA-Patentschrift 3 602 291 ein Kühlen des geschmolzenen Düsenstrahles mit Hilfe eines Gemisches einer in einem Gas dispergierten verdampfenden Flüssigkeit. Die
USA-Patentschrift 3 543 831 kühlt mit Hilfe einer Gas-Feststoff dispersion. Die USA-Patentschrift 3 347 959 beschreibt ein_tEintauchen:der Düse,' aus der der geschmolzene Düsenstrahl abgegeben wird, in einen""flüssigen Formstrom", der auf einer etwas geringeren Temperatur als die Schmelze gehalten wird. Die Verfestigungsgeschwindigkeit in jedem dieser Verfahren
bleibt jedoch ziemlich gering, und es ist eine chemische oder elektrostatische Stabilisierung des Düsenstrahles erforderlich. Wenn eine Düse in das Kühlmedium eingetaucht wird, treten außerdem ernsthafte praktische Schwierigkeiten auf, wie beispielsweise unzweckmäßiges Abschrecken und Korrosionsprobleme.

Das Erfordernis einer chemischen Stabilisierung eines geschmolzenen Düsenstrahles führt zu einigen Unannehmlichkeiten bei einem Spinnverfahren. Unter diesen sind beispielsweise folgende:

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1. Die Zugabe eines reaktiven Elementes zu einem reinen Metall oder einer Metall-Legierung kann eine nachteilige Wirkung auf die mechanischen, elektrischen oder auf andere physikalische Eigenschaften ausüben.

2. Es ist eine genaue Kontrolle der Schmelzzusaininensetzung

und/oder der Atmosphärenzusammensetzung erforderlich, da die mit dem Verfahren verbundene chemische Reaktion ein Verstopfen der Spinndüse einerseits oder eine ungenügende Stabilisierung des Düsenstrahles andererseits bewirkt.

3. Die Auswahl der Schmelztiegel- und Düsenmaterialien, die in zufriedenstellender Weise einer Erosion und chemischem Angriff widerstehen, ist begrenzt.

4. Die reaktive gasförmige Atmosphäre kann schädlich, entflammbar, explosiv, korrodierend oder teuer sein.

Es ist bekannt, daß es eine Reihe von Nachteilen beim Arbeiten mit hohen elektrischen Potentialen für die elektrostatische Düsenstrahlstabilisierung gibt.

Ein Ziel der Erfindung ist es daher, eine Methode und Apparatur für die Herstellung von Fäden aus der Schmelze zu bekommen, wobei diese Methoden auch auf Materialien anwendbar sein sollen, die ein scharfes Sehnelzverhalten und breite Schmelzbereiche zeigen, d.h. auf reine Metalle, auf Legierungen und auf Keramikmaterialien.

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Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Fäden dieser Art aus der Schmelze zu erhalten, wobei es keine Abhängigkeit von speziellen Techniken der Düsenstrählstabilisierung gibt. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Apparatur zur Herstellung von Fäden "aus metastabilen Legierungen zu bekommen, wie aus amorphen Metallen und aus nichtstreckbaren Legierungen, die sich auf herkömmliche Weise nicht leicht zu Fäden verformen lassen.

Noch ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Herstellung von Fäden feinkörniger Struktur neuer Orientierung. Andere Ziele, und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung offenbar.

Das Schmelzspinnverfahren nach der Erfindung umfaßt die Bildung eines freien Düsenstrahles des geschmolzenen Materialis in einer gasförmigen oder evakuierten Umgebung, ein Hindurchgehen des freien Düsenstrahles durch eine Grenzfläche in ein flüssiges Medium, wobei das flüssige Medium im Gleichstrom mit dem Düsenstrahl und im wesentlichen mit dergleichen Geschwindigkeit wie der Düsenstrahl fließt, sowie die rasche Verfestigung des Düsenstrahles zur Fadenform. Ein freier Düsenstrahl ist als ein Flüssigkeitsstrom definiert, der nicht durch feste Grenzmaterialien begrenzt ist. Das flüssige Medium kann eine reine Flüssigkeit * eine Lösung, eine Emulsion oder eine Feststoff-Flüssigkeitsdisperion sein. Das flüssige Medium kann mit dem geschmolzenen Düsenstrahl unter Bildung einer

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stabilisierenden Oberflächenhaut reagieren, oder es kann auch mit dem geschmolzenen Düsenstrahl nicht chemisch reagieren. Das flüssige Medium und seine Temperatur werden so ausgewählt, daß die Bildung eines Filmsiedesystems entlang der Düsenstrahloberflache unterdrückt und die Bildung eines Systems mit hohem Wärmefluß verstärkt wird, d.h. ein Kernoberflächensiedesystem oder ein System mit verstärkter Konvektionswärmeüberführung, in dem der TiärmeÜberführungskoeffizient wenigstens 0,4 kal/cm - C-sec beträgt.

Die Ausdrücke "Filrasieden" und "Kernsieden" sind in der Technik bekannt. Der Ausdruck "System" bedeutet die Bedingung oder das Bild, gewöhnlich dynamisch, das man an einem speziellen Punkt oder an einer speziellen Stufe in dem Verfahren erhält. Das Abschrecken von Metallen in Flüssigkeiten unter herkömmlichen Bedingungen ist beispielsweise von Hollomon und Jaffe in "Ferrous Metallurgical Design", Seiten 62 bis 65, John Wiley and Sons, I-Tew York, 1947, beschrieben. Wenn das Metall zunächst in das Medium eingetaucht wird, wird die benachbarte Flüssigkeit normalerweise schnell bis zum Siedepunkt erhitzt und in Dampf überführt. Auf diese Weise baut sich um das Metall ein Dampffilm auf, der den weiteren Wärmetransport verzögert. Dies ist es, was bei einem Filmsiedesystem auftritt.

Wenn die Oberflächentemperatur fällt, verliert die Dampfbarriere ihren Zusammenhang, und Flüssigkeit kommt in direkten Kontakt mit der? Metall. Es bilden sich Dampfblasen an aktiven Kernen auf dar Metalloberfläche und werden schnell abgesondert.

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In diesem Kernsiedesystem mit Wärmeüberführungskoeffizienten, die etwa- 30-rcal größer sind als bei Filmsiedesystemen, ist die Wärme über führung sehr s.chnell= Wenn schließlich die Temperatur der Flüssigkeit an der Grenzfläche geringer als der Siedepunkt ist, hört das Sieden auf, und das Metall wird schnell weiter durch Konvektion abgekühlt.

Im Gegensatz dazu zeigen unter den Bedingungen, die in Verbindung mit der Erfindung beschrieben werden, Düsenstrahlen aus geschmolzenen Materialien, die in flüssige Medien eintreten, eine mit Kernöberflächensieden verbundene Wärmeüberführung bzw» eine mit verstärkter Konvektion verbundene Wärmeüberführung und eine vollständige unterdrückung des Filmsiedens entlang des kritischen Eintrittsbereiches» Folglich wurden das Kühlen und die Verfestigung der Düsenstrahlen stark verbessert. Dieses ERgebnis ermöglichte zusammen mit der überraschenden Stabilität geschmolzener Düsenstrahlen in flüssigen Medien die umformung der Düsenstrahlen in feste Fäden in dem kurzen Intervall vor dem Verfallen des Düsenstrahles. Die sehr schnelle Wärmeüberführung gestattet die Herstellung wesentlich Verbesserter .kontinuierlicher runder Fäden aus amorphen Metallen sowie die Herstellung neusr kristalliner Fäden feinkörniger, gleichachsiger oder orientierter Struktur»

In der Zeichnung erläutert

Fig.l schematisch eine Apparatur, die bei der Herstellung von Metall- und Keramikfäden nach der Erfindung verwendet werden kann»

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Fig.2 ist ein Ausschnitt einer Ausfuhrungsform einer Abschreckeinrichtung, worin eine Prallwand verwendet wird, um die Bildung eines Strudeis zu unterdrücken.

Fig.3 und 3a erläutern Einzelheiten einer anderen Anordnung zur Verhinderung einer Strudelbildung während des Kühlens oder Abschreckens.

Fig.4 erläutert noch ein anderes Mittel air Vermeidung der Strudelbildung während der Abschreckstufe.

Fig.5 ist eine perspektivische Darstellung einer anderen Abschreck- und Fadenabstützanordnung für den extrudierten Düsenstrahl.

Fig.6 ist eine Mikrophotographie (6-fache Vergrößerung) eines schmelzgesponnenen Fadens, der nach der Erfindung her-• gestellt wurde und durch eine glatte Oberfläche gekennzeichnet ist.

Fig.7 ist eine Mikrophotographie (12-fache Vergrößerung) eines schmelzgesponnenen Fadens nach der Erfindung, der durch wellige Oberflächentextur gekennzeichnet ist.

Fig.Ö ist eine Mikrophotographie (6-fache Vergrößerung) eines nach der Erfindung hergestellten schmelzgesponnenen Fadens mit einer perlenbandähnlichen Oberflächentextur,d.h. einer Oberflächentextur mit alternierenden linearen und kugelförmigen Segmenten.

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Fig.9, ist eine Mikrophotographie (12-fache Vergrößerung) eines nach der Erfindung hergestellten schmelzgesponnenen Fadens, der durch eine gezackte oder Sägezahnstruktur gekennzeichnet ist.

Fig.10 ist eine Mikrophotographie (12-fache Vergrößerung) eines schmelzgesponnenen, nach der Erfindung hergestellten Fadens mit einer geknickten Textur.

Fig.11 ist eine Mikrophotographie (12-fache Vergrößerung) eines schinelzgesponnenen, nach der Erfindung hergestellten Fadens mit einer korkenzieherartigeri Konfiguration.

Fig.12 ist eine Mikrophotographie (176-fache Vergrößerung) eines Querschnitts eines gegossenen handelsüblichen Graueisenbarrens.

Fig.13 ist eine Mikrophotographie (176-fache Vergrößerung) eines Querschnitts eines nach der Erfindung aus der in Fig.12 erläuterten Zusammensetzung schmelzgesponnenen Fadens.

Fig.14 ist eine Mikrophotographie (145-fache Vergrößerung) eines Quersctmitts eines nach der Erfindung hergestellten schmelzgesponnenen, Zinkdrahtes.

Fig.15 ist eine Vergleichsmikrophotographie (380-fache Vergrößerung) eines nach einer bekannten Drahtziehmethode hergestellten Zinkdrahtes.

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Das Verfahren und eine Laboratoriums-Spinnapparatur sind durch die Figuren 1 bis 4 erläutert. Ein schmelzzuspinnendes metallisches Material wird in einen Kessel 21 aus einem geeigneten hitzetolerierenden Material für das spezielle zu behandelnde Metall oder Keramikmaterial gegeben, wie beispielsweise in einen isolierten Keramikschmelztiegel, beispielsweise aus Quarz-: oder Zirkonoxid, isoliert mit einem Zirkonoxidvlies 22. Der Schmelztiegel hat eine oder mehrere Bodenöffnungen oder Spinndüsen, von denen eine bei 23 gezeigt ist und deren Durchmesser in der Größenordnung des erwünschten Durchmessers der Fäden liegen, wie beispielsweise bei 0,002 bis 0,060 cm. Der Schmelztiegel 21 liegt in einer Kammer, die durch einen Quartzzylinder 24, eine isolierte Kupferplatte am oberen Ende und eine Keramikplatte 26, wie aus Bornitrid, am Boden begrenzt ist. Die Kammer wird zweckmäßigerweise, etwa durch äußere Ankerstäbe, zusammengehalten.

Ein Quarzfenster 28 kann bequemerweise in die obere Deckplatte eingesetzt sein, um die Messung der Beschickungstemperaturen, wie mit Hilfe eines optischen Pyrometers 29, das mit einer geeigneten AbIeseeinrichtung 29a versehen ist, zu gestatten. Eine Inertgasdruckquelle, wie beispielsweise Helium, ist mit der Deckplatte 25 verbnnden. Zwischen dem Schmelztiegel 21 und der Bodenplatte 26 ist eine druckdichte Dichtung mit Hilfe eher handelsüblichen keramischen Gießverbindung vorgesehen. Wenn beispielsweise ein Quarzschmelztiegel und eine Bornitridplatte verwendet werden, ergibt eine handelsübliche Verbindung "Ceramacast-505" der Aremco Products Inc., Briarcliffe

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Manor, liew York, eine gute Dichtung. Energie, um die Metallbeschtkung zu schmelzen/ wird von einer Stromquelle zugeführt, wie'von einer 450 kHz-Induktionsstromquelle, die mit einer Wicklung 31 verbunden ist, welche konzentrisch um die Schmelzkammer 24 gewickelt ist. Beispielsweise kann ein Quarzschmelztiegel mit einer Wanddicke von wenigstens 1 mm mit Metallen verwendet werden, deren Schmelzpunkte geringer als etwa 1300 C sind. Die Spinndüsen 23 können aus durch die Bodenwand des Schmelztiegels unter Verwendung von Diamantbohrern oder mit Lasermethoden gebohrten Löchern bestehen, obwohl auch andere Düsenanordnungen oder Mundstücke verwendet werden können. Da sich verjüngende Düsen die Düsenstrahlstabilität verbessern, ist es bevorzugt, daß die Löcher sich verjüngen .

Als spezielle Erläuterung ist zu sagen, daß ein Zirkonoxidschmelztiegel mit einer Wanddicke von etwa 6 mm für das Spinnen von Metallen bevorzugt ist,deren Schmelzpunkte bei 1*300 bis 1700⁰C. liegen. Der Schmelztiegel 31 wird, wenn er aus Zirkonoxid gebildet wird, gebohrt und erweitert, um eine getrennt hiervon hergestellte Zirkonoxidspinndüse (nicht gezeigt) , die die Spinnöffnungen enthält, aufzunehmen« Das Verbinden der Spinndüse mit dem Spinnschmelztiegel erfolgt mit Hilfe eines keramischen Zements auf Zirkonoxidbasis, wie mit "Ultratemp 516" der Aremco Products, Inc., Briarcliffe Manor, New York.

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Andere Schmelzkamiuerinaterialien und -konfigurationen sind ebenfalls ereignet. Beispielsweise für das Spinnen von Zink und Aluminium kann ein mit Flansch versehener Graphitdruckkessel verwendet werden. Ein mit Flansch versehener Iridiumschmelztiegel kann beim Spinnen von Keramikmaterialien verwendet werden, und ein Berylliumoxidschmelztiegel kann beim Spinnen von Beryllium benutzt werden.

In Fig.l ist die Schmelzkammer unmittelbar oberhalb eines Behälters 47 aufgehängt, der das flüssige Abschreckmedium enthält. Der Spiegel des flüssigen Mediums 40 wird so nahe wie möglich, doch ohne Berührung der Bodenplatte 26 der Schmelzkammer 24 eingestellt und kontrolliert. Im allgemeinen lie,gt dieser Abstand in der Größenordnung von etwa 0,2 cm.

Der Raum 41 zwischen der Spinndüse und der Oberfläche des flüssigen Abschreckmediums, der durch die ?7ände 38 begrenzt ist, kann evakuiert sein oder mit einem Inertgas oder einem die Bildung einer stabilisierenden Haut auf den geschmolzenen fadenförmigen Düsenstrahl verbessernden Gas gefüllt sein. Dieses inerte oder andere Gas, mit dem die Zone 41 gefüllt ist, isoliert die Schmelzzone und Düsenstrahlbildungszone gegenüber der Abschreckzone und gestattet das Vorliegen großer Temperaturunterschiede, die nicht auftreten könnten, wenn die Kammer 24 und die Flüssigkeit 4O in Berührung miteinander träten. Ein Quarzzylinder 38, der an einem Ende des Bodens 26 der Schmelzkammer zementiert und am anderen Ende in das flüssige Äbschreckmedium 40 eingetaucht ist, liefert die

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Kammer 41, in die die Inertgasatmosphären aus aner Quelle 30 über Leitung 45 eingelassen werden können. Stattdessen kann der Raum 41 auch evakuiert sein. In den Flüssigkeitsbehälter 47 befindet sich in vertikalem Abstand unterhalb der Spinnöffimngen 23 eine vertikale Standleitung 33. Das flüssige Abschreckmedium 40 tritt in den Behälter 47 am. einen Ende 48 ein, geht horizontal durch ein Beruhigungssieb 34, fließt vertikal abwärts durch de Standleitung 33 in ein Äuffangbecken 35 und wird schließlich mit Hilfe einer Pumpe 39 durch einen Wärmeaustauscher, in diesem Fall eine Kühleinrichtung 37, geschickt und kehrt über Leitung 46 zu dem Behälter 47 zurück. Es ist wesentlich, daß das Abschreckmedium 40 und seine Temperatur so eingestellt werden, daß sie die Bildung eines Filmsiedesystems entlang der Düsenstrahlgrenzflache unterdrücken. Vorzugsweise werden das Abschreckmedium und seine Temperatur so ausgewählt? daß sie ein Kernoberflächensiedesystem entlang dem Bereich des Eintritts des Düsenstrahls in die Abschreckflüssigkeit erzeugen.

Die Auswahl des Abschreckmediums und seiner,Temperatur muß in Beziehung zu der Wärmekapazität des geschmolzenen Düsenstrahls erfolgen. Die Wärmekapazität des Düsenstrahles steigt direkt proportional zu dessen Temperatur, spezifischer Wärme, latenter Schmelzwärme und seiner Querschnittsflasche. Das Unterdrücken des Filmsiedens in der dünnen Grenzschicht der den geschmolzenen Düsenstrahl umgebenden Abschreckflüssigkeit kann in der Weise erreicht werden, daß man bewirkt,, daß die Wärmekapazität des Düsenstrahls zur Steigerung der Temperatur der

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Abschreckflüssigkeitsgrenzschicht bis zum Siedepunkt erschöpft wird. Je größer die Wärmekapazität des geschmolzenen Düsenstrahls ist, desto kalter muß also die Abschreckflüssigkeit und/oder desto höher ihre spezifische Wärme, Dichte, Verdampfungswärme und Wärmeleitfähigkeit sein.

Andere erwünschte Eigenschaften des flüssigen Abschreckmediums sind eine niedrige Viskosität, um das Abbrechen des geschmolzenen Düsenstrahls auf ein Minimum herabzusetzen, Nichtentflammbarkeit, Ungiftigkeit, optische Klarheit und geringe Kosten. Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß Wasser bei 0 bis 10°C ein zufriedenstellendes Medium zum Spinnen von Materialien ist, deren Schmelzpunkte geringer als etwa 700 C liegen, wie für Aluminium, Zink, Blei, Zinn, Wismut,Cadmium usw. Für Materialien, deren Schmelzpunkte oberhalb 700 C bis etwa 1000°C liegen, ist eine gekühlte (-20⁰C) 23-gewichtsprozentige wässrige Natriumchloridlösung zufriedenstellend. Zum Spinnen von Materialien, deren Schmelzpunkte im Bereich von lOGD bis 15OO°C oder 15OO bis 17OO°C liegen, ist ein flüssiges Medium einer 21,6-gewichtsprozentigen wässrigen Magnesiumchloridlösung von -33 C bzw. eine 51-gewichtsprozentige wässrige Zinkchloridlösung von -62°C bevorzugt. Wenn Keramikmaterialien gesponnen werden, deren Schmelzpunkte geringer als etwa 2100⁰C sind, wird vorzugsweise eine Silikonabschreckflüssigkeit, wie'Oow Corning 510", mit einer Viskosität von 50 Centistoke bei 0 bis 100 C verwendet. Selbstverständlich sind die obigen Abschreckflüssigkeiten bloß repräsentative und typische Flüssigkeiten, die in der Praxis in der vorlie-

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genden Erfindung verwendet werden können, und es kann eine Vielzahl auch anderer Abschreckflüssigkeiten verwendet werden/ die mit der betreffenden Düsenstrahlzusammensetzung und deren Temperatur verträglich sind. Die Abschreckflüssigkeit, in die der geschmolzene Düsenstrahl eingespritzt wird, ist so angeordnet, daß sie im Gleichstrom mit dem Düsenstrahl fließt, und sie befindet sich während der Hauptabschreckperiode, d.h. während der Zeit, in der der geschmolzene Düsenstrahl sich in der Überführung in- die feste Phase befindet, in der gleichen Geschwindigkeit wie der Düsenstrahl. In der vorliegenden Apparatur, die in der Zeichnung dargestellt ist, fließen der geschmolzene Düsenstrahl und "die Abschreckflüssigkeit zusammen mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit in der Standleitung. Oberhalb der Standleitung ist die Bewegung der Abschreckflüssigkeit in der gleichen Richtung wie die des Düsenstrahls, doch die Flüssigkeitsgeschwindigkeit wird von Null an der Luft-Flüssigkeitsgrenzfläche bis zu einem Maximum in der Standleitung beschleunigt.

Die Spitze der Standleitung liegt so nahe,wie möglich an der Oberfläche der Abschreckflüssigkeit. Typischerweise kann sie· innerhalb eines Abstandes von 2 cm von der Flüssigkeitsoberfläche liegen. Eine Strudelbildung oberhalb und innerhalb der Standleitung wird im wesentlichen auf ein Minimum herabgesetzt, indem nahe "der Standleitung eine Strudelprallwand vorgesehen ist. In Fig.2 ist eine einfache asymmetrische Strudelprallwand erläutert, de aus einem Stab von rechteckigem Querschnitt besteht, an der einen Seite der Standleitung angebracht ist und sich zu der Oberfläche der Flüssigkeit 40 erstreckt. In

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Fig.3 ist eine Strudelprallwand gezeigt, die einen ringförmigen SprinfOLerring 3O dicht umfaßt, welcher sich oberhalb der Standleitung 33 befindet und sich zu der Oberfläche der Flüssigkeit 40 erstreckt, um die Strude!bildung auf ein Minimum herabzusetzen und die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in der Standleitung 33 zu kontrollieren. Feine Düsenstrahlen der Äbschreckflüssigkeit werden aus dem Sprin-klerring 30 in die Mündung der Standleitung 33 gesprüht. Die Geschwindigkeit des flüssigen Mediims in der Standleitung wird durch den Durchmesser des flüssigen Mediums, die Höhe der Flüssigkeitsoberfläche oberhalb der Standleitung und die Geschwindigkeit und das Volumen des aus dem Spr inferring 30 in die Standleitung gesprühten Fiüssigkeitsstromes bestimmt« Beispielsweise ist bei Verwendung einer Standleitung von 40 cm Länge mit einem Innendurchmesser von 1,4 cm, eines wässrigen Abschreckmediums mit einer Viskosität von 1,0 cps, einer Dichte von 1,0 g/cm und einem Flüssigkeitsspiegel von 2 cm oberhalb der Standleitung sowie einer Sprühgeschwindigkeit Null eine typische Flüssigkeitsgeschwindigkeit 200 cm/sec.

Wie in Fig,4 erläutert ist, kann eine andere Alternative, die einen oder zwei rotierende Zylinder umfaßt (in Fig.4 sind zwei Zylinder gezeigt), an der Mündung der Standleitung angebracht sein. Das Vorhandensein und die Rotation der Zylinder 53 und 54 verhindert eine Strudelbildung im wesentlichen und erhöht die Gleichförmigkeit des Geschwindigkeitsfeldes der Flüssigkeit oberhalb der Standleitung.

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Bei noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die in Fig.5 gezeigt ist, -kann die Bewegung der Abschreckflüssigkeit im Gleichstrom mit dem geschmolzenen Düsenstrahl .durch überlaufen über ein Wehr 56 auf eine geneigte Ebene 57 bestimmt werden. Die Schmelzkammer 55, die gestrichelt gezeigt ist, liegt direkt oberhalb der geneigten Ebene 57. Der verfestigte Düsenstrahl 59 wird in einem geeigneten Sammelbecken 60 aufgefangen, das eine Kühlflüssigkeit enthält, welche bei 61 zirkuliert und.über die Pumpe 62 und die Leitung 63 zu dem Behälter 64 zurückgeführt wird. Es ist ersichtlich, daß eine geeignete Anordnung für ein kontinuierliches Aufwickeln der Fäden, die in den Auffangbehälter 60 gelangen, vorgesehen sein kann.

Das Arbeiten des Schmelzspinnverfahrens ist einfach und direkt. Wie durch Fig.l gezeigt ist, werden der Spiegel der Abschreckflüssigkeit 40 in dem Behälter 47 und die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in der Standleitung 33 auf die erwünschten Werte eingestellt. Das Metallmaterial oder keramische Material wird in den Schmelzbehälter 21 eingespeist, der im wesentlichen derart abgedichtet oder isoliert ist, daß die Beschickung vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre und bei im wesentlichen A.tmosphärendruck geschmolzen werden kann. Wenn die Metalltemperatur etwa 50 bis 100⁰C oberhalb des Schmelzpunktes liegt, wird der Druck des Inertgases in der Schmelzkammer auf 0,7 bis 1,4 atü gesteigert, oder bis ein geschmolzener Düsenstrahl aus der Spinnöffnung in der gewünschten Geschwindigkeit austritt. Der geschmolzene Düsenstrahl wird abwärts in den Raum

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41 ausgestoßen und berührt danach das Abschreckmedium 40 und tritt in qe Standleitung 33 ein, wo er sich verfestigt, während er sich im Gleichstrom mit der Flüssigkeit, die sich in der Standleitung befindet, bewegt. Eine Einstellung der Spinnbedingungen, um die erwünschte Form des verfestigten Materials zu erhalten, kann bewirkt werden, wie in Verbindung mit den Figuren 6 bis 11 der Zeichnung beschrieben ist. Wenn gewundene Fäden gebildet werden, ist dies ein Anzeichen, daß die Düsenstrahlgeschwindigkeit die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in der Standleitung übersteigt· Wenn diskontinuierliche Fäden mit verjüngten Enden gebildet werden, ist dies ein Anzeichen, daß die Düsenstrahlgeschwindigkeit wesentlich geringer als die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der Standleitung ist. Wenn die Fäden axialsymmetrische Knoten zeigen, kann die Schmelztemperatur vermindert werden, um glatte kontinuierliche Fäden zu produzieren. Stattdessen können die Temperatur und der Druck so eingestellt werden, daß Fäden einer anderen erwünschten Oberflächentextur oder -länge gebildet werden. Einige der Fadentexturen und/oder -formen, die durch Einstellung der Schmelztemperatur und der relativen Geschwindigkeit des geschmolzenen Düsenstrahls und des Abschreckmediums produziert werden können, sind in den Figuren 6 bis 11 erläutert. Fig.6 erläutert einen glatten Faden, Fig.7 einen gewellten Faden, Fig.8 einen intermittierend kugelförmigen Faden, Fig.9 einen gezahnten Faden, Fig.10 einen geknickten Faden und Fig.11 einen spiraligen oder korkenzieherförmigen Faden.

Einige der Faktoren, die die Kontrolle des Verfahrens betref-

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fen, um die erwünschte Form zu bekommen oder stattdessen die Bildung unerwünschter Formen zu vermeiden, sind folgende: Der glatte Faden gemäß Fig.6 wird beispielsweise so hergestellt, daß die .Flüssigkeitsgeschwindigkeit in der Standleitung in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit des geschmolzenen Düsenstrahles gebracht wird, wie oben beschrieben ist. Der gewählte Faden gemäß Fig.7 kann entstehen, wenn die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in der Standleitung geringer, d.h. etwa 10 % geringer als die Geschwindigkeit des Düsenstrahles ist. Das perlenkettenähnliche Aussehen des Fadens in Fig.8 kann man erhalten,, wenn der geschmolzene Düsenstrahl überhitzt wird, d.h_o auf etwa 250°C oberhalb seines Schmelzpunktes r während die gezahnten Fäden gemäß Fig.9 bei Bedingungen erhalten werden, die sonst glatte Fäden ergeben, indem man aber gestattet, daß sich in der Standleitung eis Strudel bildet. Dies kann resultieren,, selbst wenn die Düsen— stfahlgeschwindigkeit und die mittlere lineare Geschwindigkeit in der Standleitung nahe beieinanderliegen. Die geknickten Fäden gemäß Fig. 10 werden produziert,, wenn die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in^-cer Standleitung wesentlich, d.h» etwa 40 %, geringer als die des Düsenstrahles ist. Der korkenzieherartige Faden gemäß Fig.11 wird bei den gleichen Bedingungen wie der geknickte Faden in Fig.10 erhalten, doch mit der Ausnahme, daß man die Bildung eines Strudels in der Standleitung 33 zuließ.

Durch die folgenden Beispiele wird die" Erfindung weiter erläutert. Die beiden ersten Beispiele demonstrieren,, daß das

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fadenbildende Verfahren nach der vorliegenden Erfindung darauf beruht, daß man ein Kühlen mit hohem Wärmefluß erreicht und daß es unabhängig von speziellen Methoden einer Düsenstrahlstabilisierung, wie durch Bildung eines Oxidfilir.es / ist,

Beispiel 1

Eine 8 mm Quarzröhre, deren Ende zu einer feinen Spitze von 0,025 cm Innendurchmesser ausgezogen war, wurde mit Silbermetall von 99,999 % Reinheit beschickt. Die Quarzröhre wurde in eine Induktionsheizwicklung gegeben und mit einer Heliumquelle verbunden. Das Silber wurde unter einer Heliumatmosphäre gesdamolzen und bei 1000 C und 0,7 atü aus der Quarzröhre in die Laboratoriumsatmosphäre ausgepreßt. Die Geschwindigkeit des Silberdüsenstrahls, bestimmt aus dem Durchmesser des Düsenstrahls und dem Metallgewicht, das sich in einer vorbestimmten Zeiteinheit ansammelte, betrug etwa 250 cm/sec.

Eine Photographie des geschmolzenen Düsenstrahls wurde unter Verwendung eines "General Radio"-Blitzes von 8 Mikrosekunden aufgenommen. Die Photographie zeigte, daß der Düsenstrahl in einem Abstand von 0,5 cm nach der Düse oder in einer Fallzeit von 2 millisekunäen sich zu einzelnen Tröpfchen auflöste.

Das schnelle Zerbrechen des Düsenstrahls zu Tröpfchen war zu erwarten, da Silber nicht mit Sauerstoff, Stickstoff, Wasserdampf und anderen normalen Komponenten der Atmosphäre reagiert und nicht in der Lage ist, mit diesen Substanzen stabilisierende Käute zu bilden.

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Beispiel 2

Die Quarzröhre des Beispiels 1 wurde wiederum mit Silber von 99,999 % Reinheit beschickt. Die Quarzröhre wurde über dem Abschreckflüssigkeitsbehälter in der gleichen Lage, doch an Stelle der Schmelzkammer, die in Fig.l erläutert ist, be- " festigt. Die Spitze der Quarzröhre lag 0,2 cm oberhalb der Oberfläche einer 22 %-igen Natriumchloridabschrecklosung, die, auf -20°C gehalten wurde. Die Spitze der Standleitung war 2 cm unterhalb der Oberfläche der. Abschreckflüssigkeit. Die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in der Standleitung betrug 210 cm/sec.

Das Silber wurde in einer Heliumatmosphäre geschmolzen und die Schmelze aus der Quarzröhre bei 1000°C und 0,7 atü extrudiert. Die Düsenstrahlgeschwindigkeit lag bei etwa 250 cm/sec. Der geschmolzene Silberdüsenstrahl durchquerte den Luftspalt, trat in die Abschreckflüssigkeit ein und wurde in der Form von Fäden mit einem mittleren Durchmesser von 0,025 cm verfestigt. Mit hoher Geschwindigkeit angefertigte Makrophotographiendes Silberdüsenstrahls, der in das Abschreckbad eintrat, zeigten Kernoberflächensieden und Kühlen mit verstärkter Konvektion, doch kein Filmsieden entlang dem Düsenstrahl.

Eine untere Grenze für den Wärmeübertragungskoßffizienten zwischen dem Düsenstrahl und der Abschreckflüssigkeit kann aus der Bedingung berechnet werden, daß die Oberfläche des Düsenstrahls sich verfestigt, bevor 2 Millisekunden vergangen sind. Der so errechnete Wärmeübertragungskoeffizient liegt bei wenigstens 0,41 cal/cm -°C/sec. Die entsprechende Ab-

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Schreckgeschwindigkeit, bezogen auf die mittlere Temperatur

4 ο des Düsenstrahls,' beträgt wenigstens 2 χ 10 C/sec. Sowohl der Wärmeübertragungskoeffizient als auch die Abschreckgeschwindigkeit sind wenigstens eine Größenordnung größer als sie mit Gaskühlung erreicht werden könnten.

Die Beispiele 3 bis 5 erläutern die neuen kontinuierlichen Fadenstrukturen, die als Ergebnis der schnellen Verfestigung nach der vorliegenden Erfindung erhältlich sind.

Beispiel 3

Die in Fig.l abgebildete Apparatur wurde mit einem Graueisenstab beschickt, der 2,4 Gew.-% Kohlenstoff, 2,2 Gew.-% Silicium, 0,6 Gew.-% Mangan, 0,2 Gew.-% Phosphor und 0,01 % Schwefel enthielt. Die Legierung wurde in einer Heliumatmosphäre bei 1200⁰C geschmolzen und durch eine Öffnung von 0,025 cm 0 mit 215 cm/sec extrudiert. Der geschmolzene Düsenstrahl wurde in einer gekühlten, 23-gewichtsprozentigen Natriumchloridlösung von -20°C abgeschreckt. Die Geschwindigkeit der Salzlösung in der Standleitung betrug 215 cm/sec. Dabei wurden Fäden von 0,030 cm 0 hergestellt.

Fig.12 zeigt einen polierten und angeätzten Querschnitt des ursprünglichen Graueisenstabes, 176-fach vergrößert. Fig.13 ist ein Querschnitt des schmelzgesponnenen Fadens, der wie oben hergestellt wurde und mit der gleichen Vergrößerung gezeigt ist.

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Der ursprüngliche Stab zeigt große Flocken und Körner von Graphit-, was typisch für graues Gußeisen ist. Die hieraus schmelzgesponnenen Fäden waren jedoch von feinkörniger gleichachsiger, dentritischer Struktur, die für Graueisen neu iet. Der Dendritabstand betrug 1 bis 2 Mikron.

Verschiedene mechanische und chemische Eigenschaften von Metallen, wie Festigkeit, Duktilität und Widerstandsfähigkeit gegen korrodierende Mittel, hängen wesentlich von den Maßstäben innerer Strukturen oder Dendrite ab. Es ist erwünscht, daß der Abstand zwischen Dendriten möglichst klein ist. In typischen Gießlingen mit Macromaßstab liegen die Dendritabstände gewöhnlich bei 100 bis 1000 Mikron. Obwohl in der USA-Patentschrift 3 658 979 Dendritabstände von 5 bis 25 Mikron in kontinuierlichen Metallfaden beschrieben sind, liegen die Dendritabstände, die man nach der vorlie-· genden Erfindung erhält, in der Größenordnung von 1 bis 2 Mikron und bedeuten somit eine wesentliche Verbesserung.

Der schmelzgesponnene Draht gemäß Fig.13 wurde einer Analyse durch Röntgenstrahlenbeugung unter Verwendung von MOK ^ Strahlung unterzogen. Die im schmelzgesponnenen Draht vorhandenen Phasen waren metastabiles Q -Eisen (Austenit) und Fe-X (Cementit) . Die Gleüigewichtsphasen von ^*- -E is en (Ferrit) und Graphit wurden nicht festgestellt. Fäden von metastabilem ή -Eisen, wie sie nach der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, wurden bisher nicht aus Legierungen hergestellt, die keine wesentlichen Konzentrationen an Mangan,

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Chrom, Nickel, Kobalt oder Kupfer enthalten.

Beispiel 4

Die in Fig.l abgebildete Apparatur wurde mit einem Barren einer Legierung aus 38 Atom-% Eisen, 39 Atom-% Nickel, 14 Atom-% Phosphor, 6 Atom-% Bor und 3 Atom-% Aluminium beschickt. Die Legierung wurde in einer Heliumatmosphäre bei 1050 C geschmolzen und durch eine öffnung von 0,2 mm (0,008 ") Durchmesser mit etwa 2OO cm/sec extrudiert. Der geschmolzene Düsenstrahl wurde in gekühlter, 21,6 prozentiger Magnesiumchloridlösung in Wasser von -30°C abgeschreckt. Die Salzlösungsgeschwindigkeit in der Standleitung betrug 195 cm/sec. Kontinuierliche Fäden von 0,15 mm 0 (0,006") wurden dabei hergestellt. Die Fäden wurden hinsichtlich ihrer Kristallinität durch Rötgenstrahlenbeugung unter Verwendung von MoK cÄ. -Strahlung geprüft. Es wurde nur eine breite Beugungsspitze beobachtet, die charakteristisch für den amorphen Zustand ist. Differenzabtastkalorimetrie zeigte eine Kristallisationstemperatur von 424 C. Die Fäden waren so, wie sie gesponnen waren, nicht kristallin.

Beispiel 5

Ein mit Flansch versehener Kohlenstoffschmelztiegel wurde mit elektrolytischem Zink von 99,99 % Reinheit beschickt und über dem Abschreckflüssigkeitsbehälter iaer gleichen Lage, doch an Stelle der Schmelzkamri.er in Fig.l, befestigt. Das Zink wurde in einer Heliumatmosphäre geschmolzen und durch eine Öffnung von 0,025 cm bei 43O°C und 0,3 atü (4 psig) extrudiert. Wasser

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von 11 C wurde als Abschreckmedium verwendet. Die Wassergeschwindigkeit in der Standleitung betrug 151 cm/sec.

Der axiale Querschnitt des schmelzgesponnenen Zinkdrahtes von 99,99 % Reinheit und eines in üblicher Weise mit einem Mundstück gezogenen Zinkdrahtes der gleichen Reinheit ist in den Figuren 14 und 15 gezeigt. Die Festigkeitseigenschaften dieser Materialien waren folgende:

Durchmesser, Dehnung %

mm · beim Bruch, Dehnung kg/cm²

Schmelzgesponnener

Zinkdraht 0,1727 757 3,4

mit Mundstück

gezogener Zinkdraht 0,0737 511 3,8

Der nach der Erfindung hergestellte schmelzgesponnene Draht zeigte eine um 48 % höhere Zerreißfestigkeit als das gezogene Material. Dies ist offenbar ein Ergebnis einer neuen Drahttextur. In dem schmelzgesponnenen Zinkdraht waren die säulenförmigen Körner um 97° zu der Drahtachse geneigt, und die Kornachse war, bestimmt durch Röntgenstrahlen, K 001 "> gemäß der Feststellung von C.S.Barrett in "Structur of Metals", McGraw Hill Book Company, New York, 1943, Seiten bis 11.

Zink ist ein erläuterndes Beispiel für ein Metall, dessen Kristallstruktur hexagonal dicht gepackt ist. Andere Beispiele hexagonal dicht gepackter Metalle sind Beryllium,

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Cadmium, Calcium, Cer, Chrom, Kobalt, Erbium, Hafnium, Holmium, Lanthan, Magnesium, lieodym, Nickel, Osmium, Praseodym, Rhenium, Ruthenium, Scandium, Thallium^Titan und Yttrium. Die (001)-Ebenen der hexagonal dicht gepackten Mafelle sind die primären Gleitebenen dieses Kristallsystem*. Die Kornorientierung in dem schmelzgesponnenen Zinkyar somit derart, daß die Zerreißfestigkeit entlang dem Draht nahezu die kleinste Scherspannung entlang den (001)-Gleitebenen produzierte.

Im Gegensatz dazu war die Korngröße des in üblicher Weise mit Mundstück gezogenen Materials größer, und die (001)-Gleitebenen in dem gezogenen Material waren in starker Übereinstimmung ipit der 45 maximalen Scherspannungsebene durch das Ziehverfahren gebracht worden.

Fäden aus hexagonal dicht gepackten Metallen und/ieren Legierungen, worin die (001)-Achsen bevorzugt mit einem größeren Winkel als 60 zu der Fadenachse orientiert sind, sind neu.

Die erreidite Kristallorientierung ist ein Ergebnis der hohen

4 ο Kühlgeschwindigkeiten (grqpr als 10 C/sec), die nach der vorliegenden Erfindung erreicht werden, in Verbindung mit dem bevorzugten Wachstum der hexagonal dicht gepackten Metalle in der (110)-Richtung.

Bei niedrigeren Kühlgeschwindigkeiten würde die Neigung der (001)-Achse zu der Fadenachse kleiner werden. Die bevorzugten hexagonal dicht gepackten Metalle gemäß der vorliegenden Erfindung sind Beryllium _f Cadmium, Kobalt, Magnesium, Titan,

Zirkon und Zink. -.27 -

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Beispiel 6 .

Die Apparatur gemäß Fig.l wurde mit einer Reihe reiner Metalle
und Legierungen beschickt, und Fäden aus denselben wurden
schmelzgesponnen. Die Legierungen- und die Spinnbedingungen
sind in der Tabelle I nachfolgend zusammengestellt. Die oben
in den Beispielen 1 bis 5 beschriebenen Legierungen sind
nicht eingeschlossen.'

Tabelle I

Spinngeschwindigkeiten-180-260 cm/sec

Legierung'

Schmelz- Äbschreck- Abschreck- Fadentemperatur medium*³ temperatur durch-

o.

messer mm

Tx tan ASTM B265-53T (5% Al, 4% V)	1700	ZnCl₂
Palladium (99,85 %)	16O0	ZnCl₂
Eisen 1010 Stahl (0,10% C, 0,45%Mn)	1580	ZnCl₂
Kobalt	1550	ZnCl₂
Nickel (99,9 %)	1500	ZnCl₂
Silicium (67 %)	1500	ZnCl₂
Mangan (0,05% Fe)	1300	MgCl₂
Kupfer 99 ,95% Cu, 0,04% 0 99 % Cu,- 1 % Cd	1100 1100	MgCl₉ MgCl₂

62	0,152
62	0,254
62	0,152
62	0,152
62	0,152
62	0,152
33	0,152
33 33	0,152 0,152

Gold (99,9 %)

1100

MaCl

-20

0,152

4 0 3 8 2 9 / U 6 3 7

(Fortsetzg.)
- 28

Tabelle I (Fortsetzg.)

Spinngeschwindigkeiten	Schmelz	Blei-Zinn-Lötmittel	220-280	-180-260	cm/see
Legierung	temperatur	(50% Pb, 50% Sn)	235-600	Äbschfe	ck- Abschreck- Faden
	°c	Zinn (99,9%)	medium"	temperatur durch-
			o messer
			mm
Aluminium
1100 Leaierunq	680
(99,0 +■'% Al) "		Wasser	10 0,127-1,524
6063 Legieruna	630
(0,7% Mg, 0,4% Si)		Wasser	10 0,127-0,762
Magnesium
AM lOOÄ Legierung	625
(10% Al, 0,1% Mn)		Wasser	1 0,203
Zink	450-
AC 4IA Legieruna		Wasser	10 0,305
(4% Al, 1% Cu,
0,04% Mg)	350
Blei (99,9 %)	Wasser	1-20 0,152

Wasser	1-20 0,127-0,762
Wasser	1-20 0,152-0,305

Die Legierungsgehalte sind in Gewichtsprozenten ausgedrückt.

Abschreckmedien: EnCl^ - 51 gewichtsprozentige wässrige Lösung von Zinkchloriü

MgCl- - 21,6 gewichtsprozentige wässrige Lösung von Magnesiumchlorid,

WaCl - 23,3 gewichtsprozentige wässrige Lösung von Natriumchlorid.

-

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Die folgenden Beispiele erläutern die chemische Stabilisierung eines geschmolzenen Düsenstrahls in einem flüssigen Medium.

BeisOiel 7

Ehe 8mm .Quarzröhre, deren Ende zu einer feien Spitze von 0,015 cm Innendurchmesser ausgezogen war, wurde mit dem gleichen Kupfermetal.l von 99,95 % Reinheit, das in Tabelle I aufgeführt ist, beschickt. Die Quarzröhre wurde über dem Abschreckflüssigkeitsbehälter in'der gleichen Lage, doch an Stelle der Schmelzkammer, die in Fig.l dargestellt ist, angebracht. Die Spitze der Quarzröhre war 0,2 cm oberhalb der Oberfläche einer 23,3 gewihtsprozentigen Lösung von Natriumchloridlösung als Abschreckflüssigkeit, die a]if -20 C gehalten wurde. Das obere Ende der Standleitung war 2 cm unterhalb der Oberfläche der Abschreckflüssigkeit. Die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in der Standleitung betrug 220 cra/sec.

Das Kupfer wurde in einer Heliumatmosphäre geschmolzen, und die Schmelze wurde aus der Quarzröhre bei HOO⁰C mit 220 cm/sec extrudiert. Das geschmolzene Kupfer durchlief den Luftspalt und trat in die Abschreckflüssigkeit ein. Der geschmolzene Düsenstrahl wurde in der Abschreckflüssigkeit unterbrochen und verfestigte sich als einzelne kugelförmige Teilchen. Im Gegensatz zu dem.in Tabelle I gezeigten Ergebnis bei Verwendung einer Magnesiumchloridlösung von -30 C wurden Kupferfäden mit dem weniger schnellen Abschrecken durch Natriumchloridlösung von -20 C nicht erhalten.

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Beispiel 8

Die Quarzröhre des Beispiels 7 wurde wiederum mit Kupfer von 99,95 %-iger Reinheit beschickt. Das Kupfer v/urxle in einer Heliumatmosphäre geschmolzen, und die Schmelze wurde bei 1100 C mit 220 cm/sec extrudiert. Die Spitze der Ouarzröhre war 0,2 cm oberhalb der Oberfläche einer Abschreckflüssigkeit, die aus einer Lösung von 23,3 Gew.-% natriumchlorid und IO Gew.-% Na₃S-9H₂O von -20°C bestand. Die Lage der Standleitung und der Flüssigkeit waren wie in Beispiel

Der geschmolzene Kupferstrahl ging durch den Luftspalt, trat in die Abschreckflüssigkeit und wurde als ein Faden mit einem Durchmesser von 0,015 cm verfestigt. Die Oberfläche des Fadens war mit einer schwarzen Ablagerung bedeckt, die als Kupfersulfid identifiziert wurde. Die Bildung eines Kupfersulfidfilmes auf dem geschmolzenen Düsenstrahl in der Abschreckflüssigkeit hatte die Stabilität des Düsenstrahles bis zu einem Punkt erhöht, wo eine Verfestigung zur Fadenform bewirkt werden konnte.

Das folgende Beispiel erläutert das Spinnen von Keramikmaterialien .

Beispiel 9

Ein mit Flansch versehener Iridiumschmelztiegel wurde über dem Abschreckflüssigkeitsbehälter in der gleichen Lage, doch an Stelle der Schmelzkammer in Fig.l, befestigt. Der Schmelztiegel wurde mit einer Reihe von Keramikmaterialien beschickt,

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und Fäden wurden aus diesen schmelzgesponnen. Die Keramikmaterialien und Schmelzbedingungen sind in der Tabelle II aufgeführt«, .

Tabelle II

Spinngeschwindigkeiten 200 - 300 cm/see

Abstreckflüssigkeit - Dow Corning Silicon 5^0, 50 Centistoks

Afoschrecktemperatur -20 C

Keramikmaterial Schmelztemperatur, Fadendurchmesser,

o- mm

PxI₃O₃ 2100 0,076

TiO₂ 1800 "

Al₃O₃ · BeO 2000 "

Al₃O₃ · MgO 2050- , '" ⁿ

Al₃O₃ · SiO₂ 1650 ·"

Al₂O₃ · Li₂O 1700 "

Gegenstand der Erfindung sind außer dem Verfahren und der Apparatur zur Durchführung dieses Verfahrens Fäden metastabiler Phasen von 4-Eisen und Fe₃C₁, die bei Raumtemperatur in einer Legierung koexistieren, welche im wesentlichen aus weniger als 4 Gew.-% Kohlenstoff, weniger als 6 Gew.-% Silicium und dem Rest Sisen besteht. Weiterhin sind Gegenstand der Erfindung hexagonal dichtest gepackten Metaller) und Legierungen derselben, worin die ' (001)-Achsen in einem größeren Winkel als 6O zu der Fadenachse orientiert sind. Diese erfindungsgemäßen Fäden bestehen insbesondere aus Beryllium, Cadmium, Kobalt, Magnesium, Titan, Sirkon und Zink.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung von Fäden aus normalerweise festen Metallmaterialien oder Keramikmaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) das Material schmilzt,

(b) das geschmolzene Material in Fadenform extrudiert,

(c) den geschmolzenen Faden nacheinander (1) durch eine eingestellte gasförmige Zwischenzone und (2) in eine flüssige Abschreckzone führt, welche letztere ein flüssiges Medium umfaßt, das im Gleichstrom mit dem Faden in die Abschreckzone eingeführt wird, und

(d) sodann den verfestigten Faden gewinnt.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit des flüssigen Abschreckmediums an dem Punkt, wo der geschmolzene Faden in das Abschreckmedium eingeführt wird, praktisch gleich der Geschwindigkeit der Bewegung des in das Abschreckmedium gehenden Fadens ist.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) das Material schmilzt,

(b) einen freien Düsenstrahl des geschmolzenen Materials in einer Grenzschicht eingestellter Beschaffenheit bildet,

(c) den freien Düsenstrahl durch diese Grenz schidat in ein flüssiges Abschreckmedium JLerführt, das in gleicher

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Richtung mit dem Düsenstrahl fließt und

(d) das Material in der Form fester Fäden aus dem Abschreckmedium gewinnt.

4.) Verfahren nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Abschreckmedium mit praktisch der gleichen Geschwindigkeit wie der geschmolzene Düsenstrahl fließt.

5.) Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch cgcennzeichnet, daß das Abschreckmedium eine Flüssigkeit umfaßtv die ein System hohen Wärmeflusses entlang der Grenzfläche mit dem geschmolzenen Düsenstrahl schafft und dieser Wärmefluß wenigstens 0,4 cal/cm²-°C-sec beträgt.

6.) Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

' daß die Temperatur des freien Düsenstrahls des geschmolzenen Materials weniger als etwa 700⁰C beträgt und das flüssige Abschreckmedium Wasser einer Temperatur von etwa O bis 20 C ist.

7.) Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des freien Düsenstrahls aus geschmolzenem Material weniger als etwa 1000°C beträgt und das flüssige Abschreckmedium eine wässrige Natriumchloridlösung einer Temperatur von weniger als 0 C ist.

8.) Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des freien Düsenstrahls des geschmolzenen Ma-

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terials weniger als etwa 1500 C beträgt und das flüssige Abschreckmedium eine wässrige Magnesiumchloridlösung einer Temperatur von weniger als -20°C ist.

9.) Verfahren nah Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des freien Düsenstrahls aus geschmolzenem Material weniger als etwa 2000⁰C beträgt und das flüssige Abschreckmedium eine wässrige Zinkchloridlösung einer Temperatur unterhalb -30 C ist.

10.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als geschmolzenes Material ein Metall, eine Metalllegierung oder ein Keramikmaterial verwendet.

11.) Verfahren nach Anspruch 1 bis IO, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Abschreckmedium verwendet, das chemisch mit dem geschmolzenen Düsenstrahl unter Bildung eines stabilisierenden Filmes auf dem Düsenstrahl reagiert.

12.) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Abschreckmedium verwendet, das eine wässrige Lösung mit einem Gehalt an Sulfidionen umfaßt, und daß man als geschmolzenes Metall eine Legierung mit einem Gehalt von wenigstens 50 Gew.-% Kupfer verwendet.

13.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 12, gekennzeichnet durch

-3 5-

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(a) eine Schmelzkammer, in. die das Material eingeführt wird, wobei die Schmelzkammer mit Einrichtungen zum Schmelzen des darin -eingeführten Materials und mit Einrichtungen zur Einstellung oder Kontrolle der Gasbeschaffenheit darin ausgestattet ist, .

(b) eine von der Schmelzkammer wegführende öffnung, aus der wenigstens ein Faden aus geschmolzenem Material extrudiert wird,

(c) eine Zwischenzone, durch die der Faden geführt wird, wobei diese Zone zu"einem evakuierten Raum oder einem Raum mit einer eingestellten oder kontrollierten gasförmigen Atmosphäre besteht, und

(d) eine Zone, in die der Faden eingeführt wird und die.ein flüssiges Abschreckmedium enthält, welches sich in gleicher Richtung wie der darin eingeführte- geschmolzene Faden bewegt.

14.) Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein vertikales Tauchrohr, das unterhalb der Oberfläche des flüssigen Abschreckmediums abgetaucht ist und eine im wesentlichen vertikale Bewegung des flüssigen Abschreckmediums bewirkt.

15.) Vorrichtung nach Anspruch 13 und 14, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Verhinderung einer Strudelbildung in Kachbarschaft zu dem Punkt in der Zone (d), an dem der geschmolzene Faden in das.Äbschreckmedium eintritt. - 36 -

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16.) Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Strudelverhinderung ein rotierender Zylinder ist, der so rotiert, daß die Oberfläche des Abschreckntediums in der gleichen Richtung wie die Bewegung des Fadens bewegt wird.

17.) Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen überlauf für das flüssige Äbschreckmedium über ein Wehr zu einem Sammelbehälter, durch den das Äbschreckmedium in im wesentlichen vertikaler Richtung bewegt wird.

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