DE2419373A1

DE2419373A1 - Verfahren zur herstellung von faeden aus geschmolzenem material

Info

Publication number: DE2419373A1
Application number: DE2419373A
Authority: DE
Inventors: Robert Edward Maringer; Carroll Edward Mobley
Original assignee: Battelle Development Corp
Current assignee: Battelle Development Corp
Priority date: 1973-04-23
Filing date: 1974-04-22
Publication date: 1974-11-21
Also published as: NO139253B; CA1039465A; SE392827B; NL174021C; AU474024B2; DE2462386B2; NO139253C; JPS5222898B2; IL44651A0; IT1009975B; DE2462386A1; IE39452L; FR2226232B1; ATA323974A; DK142106C; BE813902A; IL44651A; GB1470103A; LU69900A1; IE39452B1

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON FÄDEN AUS GESCHMOLZENEM MATERIAL

Die gegenständliche Erfindung bezieht sich auf die Technik der Herstellung langgestreckter fadenförmiger Festkörper, wobei ein wärmeableitender Bauteil in Berührung mit einem schmelzflüssigen Material rotiert und ein Teil der Schmelze als fadenförmiges Produkt sich an der Oberfläche des rotierenden Bauteils verfestigt, von wo es sich selbsttätig ablöst, worauf es abgeführt wird.

Es ist bereits eine große Zahl von Verfahren und Einrichtungen zur Herstellung fadenförmigen Materials direkt aus geschmolzenem Material bekannt. Die meisten bekannten Methoden sind auf Metallprodukte beschränkt und verwenden irgend eine Art von formender Mündungsöffnung um die Maße des Fadenmaterials zu kontrollieren. Typisch hierfür ist US-PS 2,825,108 (Pond), wo die Schmelze (ein Metall) in Fadenform gebracht wird, indem sie durch eine Düse gezwungen wird, um einen frei stehenden Strom geschmolzenen Materials zu bilden, der sich auf einem wärmeableitenden, rotierenden Bauteil in Fadenform verfestigt. Die Her-

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Stellungsgeschwindigkeit wird "bestimmt durch die Geschwindigkeit mit der die Schmelze aus der Mündung ausgestoßen wird·» und um einen kontinuierlichen Faden zu erzielen, muß diese Geschwindigkeit wenigstens ungefähr gleich der Geschwindigkeit der Bewegung des wärmeableitenden Bauteils am Auftreffpunkt sein. Verfahren dieser Art haben den Nachteil, daß die Ablaufkontrolle relativ schwierig ist und daß es überhaupt nicht einfach ist, geschmolzenes Material durch kleine kündungsöffnungen zu bringen. Die Mündungsöffnungen müssen aus außergewöhnlichem Material hergestellt sein, wenn die Schmelze einen relativ hohen Schmelzpunkt hat und die Hündungsöffnungen haben eine Tendenz entweder zu erotieren oder sich zu verstopfen. Eine erfolgreiche Lösung für das Problem,das sich bei der Bildung von Mündungsöffnungen ergibt, ist in der US-Patentanmeldung 3er.ITp. 251 985 (Maringer et al) beschrieben, wo ein scheibenförmiger,wärmeableitender Bauteil den fadenförmigen Festkörper bildet»indem dieser am Außenrand der Scheibe sich verfestigt, während diese in Berührung mit einem Schmelzvorrat rotiert, der in einem wannenartigen Behälter gelagert ist. Auf diese Welse bildet sich ein Faden ohne die Verwendung einer MündungsÖffnung. Dieses Verfahren ist jedoch beschränkt auf die Verwendung einer Schmelze, die in einem offenen, wannenartigen Vorratsbehälter gelagert ist. Dabei ist es notwendig erhebliche Mengen des Ausgangsmaterials zu schmelzen und in der Schmelze zu halten. Während die V/ärme.-menge,die notwendig ist um eine gegebene Menge an feststoffen zu schmelzen,natürlich nicht von der weiteren Behandlung der

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Schmelze abhängt, bringt die Notwendigkeit größere Mengen an . Schmelze in geschmolzenem Zustand zu halten, verschiedene Probleme mit sich. Das erste ist einfach der Energieaufwand, der damit verbunden ist, daß die Schmelze auf ihrer hohen Temperatur gehalten werden soll. Dazu kommt noch die Wechselwirkung der Schmelze mit der Atmosphäre. Y/enn der in einem offenen Behälter gelagerte Schmelzvorrat nicht von der Atmosphäre isoliert wird, so ist es schwierig,eine konstante chemische Zusammensetzung in der Schmelze aufrecht zu erhalten, da an der Oberfläche der Schmelze Oxidation auftreten kann oder flüchtige Materialien aus der Schmelze entweichen.

Die gegenständliche Erfindung verringert sowohl das Problem der Oxidation also auch das der Materialverflüchtigung, da jeweils nur eine kleine Menge an geschmolzenem Material der Atmosphäre ausgesetzt wird. Da sich das geschmolzene Material außerdem an einer genau definierten Stelle befindet, kann es leicht durch einen örtlichen Schutzschild aus Inertgas geschützt werden.

Ein weiterer Vorteil der gegenständlichen Erfindung liegt darin,· daß der Ort der Fadenbildung relativ zum Umfang des rotierenden ■Bauteiles veränderlich ist womit Fadenbahnen erzwungen werden können, die nicht erzielbar sind, wenn die -bage des rotierenden Bauteiles relativ zur Stelle der Fadenbildung bestimmt wird durch die Verwendung einer in einem offenen Behälter gelagerten Schmelze,

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Die Erfindung erzielt einen fadenförmigen Pestkörper ohne die Verwendung einer formenden MündungsÖffnung oder die Notwendigkeit eine in einem wannenartigen Behälter gelagerte Schmelze zu verwenden wodurch, sich die Aussichten, mit geringen Kosten fadenförmiges Material direkt aus der Schmelze zu .erzeugen, erhöhen.

Die vorliegende Erfindung ist besonders nützlich bei der Bildung von fadenförmigen Endprodukten aus Materialien, die mechanisch schwer zu formen sind. Die Einführung faserverstärkter Verbundkörper hat einen Bedarf für fadenförmiges Material aus hochschmelzenden Metallen und Legierungen geschaffen, doch sind diese extrem schwierig mechanisch in Fadenform zu bringen. Die vorliegende Erfindung hingegen kann solche Materialien sowohl zu kontinuierlichen als auch zu abgelängten Fäden in Größen bis hinunter zu 15 Mikron effektivem Durchmesser liefern. Da die Erfindung also fadenförmige Materialien liefert,die bisher nur durch teure und schwierige mechanische Bildung erhältlich waren, wird durch die Erfindung der mögliche Anwendungsbereich von faserverstärkten Materialien stark erweitert.

Die gegenständliche Erfindung ist ein Verfahren zur Bildung von Fadenmaterial direkt aus einem Vorrat von geschmolzenem Material· Die Erfindung ist nicht auf Metallfäden beschränkt, sondern erlaubt die Bildung von Fäden aus jedem Material, das in geschmol-

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zenem Zustand Eigenschaften aufweist, die jenen der Metalle ähnlich sind. Brfindungsgernälä dient als Quelle des geschmolzenen Materials eine bestimmt Menge an geschmolzenem material,die in tropfenartiger Form an einem Festkörper hängt, wobei ihre Form durch die Oberflächenspannung der Schmelze bestimmt ist. Der Außenrand eines rotierenden,scheibenförmigen, wärmeableitenden Bauteiles wird in Berührung mit dem geschmolzenen Material gebracht, worauf sich ein fadenartiger Festkörper auf dem rotierenden Bauteil bildet. Schließlich trennt sich der Faden selbsttätig von dem rotierenden Bauteil und kann entnommen werden. ■

Entscheidend, für die gegenstandliche Erfindung ist die Tatsache, dai3 der Rand eines wärmeableitenden Bauteiles, der eine beträchtliche Geschwindigkeit aufweist, eine kleine nicht begrenzte iuenge an geschmolzenem Material berühren und daraus einen erstarrenden Faden ziehen kann, ohne die Stabilität des Schmelztropfens wesentlich zu stören. Die gegenständliche Erfindung eignet sich sowohl zur Herstellung von kontinuierlichen Fäden als auch von solchen vorgegebener Länge.

Anschließend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Darin ist Fig. 1 die Seitenansicht eines rotierenden,wärmeableitenden Bauteiles, der aus einem an einem Stab hängenden Schmelztropfen einen Faden formt; Fig. 2 entspricht Fig. 1 nach Drehung um 90°, wodurch die Form der Schmelze in Verhältnis zum

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wärmeableitenden Bauteil sichtbar-wird; Pig. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 und 2, der die Schmelze und die Form des Außenrandes des rotierenden, wärmeableitenden Bauteiles zeigt; Fig. 4 ist ein vergrößerter Querschnitt durch ein Ausfuhrungsbeispiel bei dem der hängende Tropfen erzeugt wird indem ein Tropfen an einer Mündung hängt, die zu einem Vorrat an geschmolzenem Material führt; Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines bekannten rotierenden Bauteiles, der in Zusammenhang mit der gegenständlichen Erfindung abgelängte Fadenstücke erzeugen kann.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 bis 3 dargestellt, v/o ein rotierender, scneibenförmiger, wärmeableitender Bauteil 30 gezeigt ist, der einen entlang seines Umfangs verlaufenden Vorsprung 31 mit einem V-förmigen üand 32 aufweist. Bauteil 30 rotiert in einer Kichtung, die durch den Pfeil in Fig. 1 angegeben ist, wobei er einen geschmolzenen Teil des Stabes 20 berührt. Der Stab 20 bildet den irlaterialvorrat für das Verfahren, wobei der Bereich 51 des Stabes 20 durch irgendwelche Einrichtungen zur lokalen Erwärmung an der Stelle 50 geschmolzen wird. Das lokale Erwärmen an der Stelle 50 erzeugt eine geschmolzene Zone, die an dem Stab 20 hängt, jedoch in Kontakt mit dem sich bewegenden Hand 32 steht. Überraschenderweise ist die Oberflächenspannung des Materials im Bereich 51 hinreichend groß um Stabilität aufrecht zu erhalten, selbst wenn der Rand 32 eindringt und innerhalb des flüssigen Bereiches 51 eine Scherströmung erzeugt. Zum Zweck der Definition wird das unbegrenzte geschmol-

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zene Material, daß an irgend einem Festkörper hängt, als hängender Tropfen bezeichnet werden, unabhängig von der geometrischen Beziehung zwischen Tropfen und Festkörper oder der herrschenden Schwerkraft. Unter unbegrenzt ist zu verstehen, daß der Tropfen durch keinen Teil begrenzt ist, der den Scherkräften entgegenwirkt, die von den den Tropfen durchdringenden formenden Bauteil herstammen. Die Unterstützung des Tropfens gegen den Einfluß der Schwerkraft kann durch die Gegenwart des Festkörpers erfolgen, aus dem der Tropfen durch örtliches Erwärmen gebildet wird oder aber eine Mündungsöffnung kann den Tropfen halten. Es wird jedoch kein Versuch gemacht, den Tropfen von einer Bewegung, welche der formende Bauteil hervorruft, abzuhalten. Wenn der umlaufende Rand 32 durch den hängenden Tropfen 51 läuft, so verfestigt sich auf dem Rand 32 eine Menge 10* des geschmolzenen Materials. V/eitere Drehung des Bauteils 30 zieht diese (verfestigte) fadenförmige Menge 10· aus dem hängenden Tropfen 51. Zunächst klebt die Menge 10' noch am Rand 32, doch löst sie sich schließlich spontan an der Stelle 12 von diesem Rand und wird ein fertiger fester Faden 10.

Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der hängende Tropfen 51 nicht durch örtliche Erhitzung eines Festkörpers gebildet wird, sonaern an einer Öffnung 40 entsteht, die zu einem Vorrat an geschmolzenem iviaterial 22 führt, Der hängende Tropfen muß keinen kreisförmigen Querschnitt auf-.teisen, sondern kann länglich sein und zwar infolge der Bildung

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an einer länglicnen Ausflußöffnung. Das ermöglicht es, eine Vielzahl von fadenbildenden Rändern durch den hängenden !Tropfen zu führen.

Fig. 5 stellt einen rotierenden, wärmeableitenden Bauteil 30 dar, der mit halbkreisförmigen Einkerbungen 33 entlang seines Handes 32 versehen ist. Die Einkerbungen 33 am Rand 32 zerteilen den Faden 10 in Einzelstücke 11, deren Länge dem Abstand zwischen den Einkerbungen entspricht. Es ist überraschend, daß der Durchgang eines Randes 32, der mit Einkerbungen versehen ist,' durch einen nicht begrenzten Tropfen 51 aus geschmolzenem Material die Stabilität des IDropfens nicht wesentlich stört. Bei den meisten Ausführungsformen der Erfindung, die den vorgeschlagenen, rotierenden Bauteil verwenden, scheint der Rand weniger als 0,25 mm in den !Tropfen einzudringen. Die Verwendung hoher . Winkelgeschwindigkeiten für den rotierenden Bauteil (und da mit hoher linearer Geschwindigkeiten am Rand 32) sind bei diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt. Fadenstücke mit einer Länge im Bereich von 0,45 bis 61 cm, und einem effektiven Durchmesser im Bereich zwischen 0,025 und 0,25 mm wurden am wirksamsten hergestellt, wenn die linearen Umfangsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 1,5 bis 18 m/sec lagen. Natürlich kann die Erfindung auch nach diesem Ausführungsbeispiel außerhalb des erwähnten bevorzugten Bereiches angewendet weraen.

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Das Ausgangsmaterial muli gewisse Eigenschaften aufweisen, um zusammen mit dem wärmeableitenden Bauteil zur Bildung eines Fadens verwendbar zu sein. In einem Temperaturbereich innerhalb 25 i° seines Gleichgewichtsschmelzpunktes in K sollte das geschmolzene Material folgende Eigenschaften aufweisen: Eine Oberflächenspannung im Bereich von 10 bis 25oo dyn/cm, eine Viskosität im Bereich von 10 bis 1 Poise und einen einigermaßen ausgeprägten Schmelzpunkt (also eine unstetige Temperatur / Viskositätskurve). Die gegenständliche Erfindung kann mit den meisten Metallen, chemischen Verbindungen und Elementen, die die obigen Kriterien erfüllen, durchgeführt werden. Zusätzlich kann die Erfindung auch dann auf Metalllegierungen angewendet werden, wenn diese einen weiten Temperaturbereich aufweisen zwischen der ersten Verfestigung irgendeiner Komponente innerhalb der Legierung ( der Liquidustemperatur) und der Temperatur/bei welcher die am niedrigsten schmelzende Komponente sich verfestigt (der Solidustemperatur), so daß ein vollständig festes Material entsteht. Eine solche legierung wird hier als "geschmolzen" erst dann bezeichnet, wenn die Liquidustemperatur überschritten ist, obwohl auch zwischen der Liquidus- u.Solidustemperatur einiges_ geschmolzenes Material vorliegt.

Da die Schmelze nur in geringem Ausmaße der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt ist und es sehr einfach ist einen örtlichen SchutzgasschiId für den hängenden Tropfen zu schaffen, wird die

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Verwendung vieler Metalle und Legierungen im Rahmen der Erfindung durch deren Oxidationseigenschaften nicht beschränkt. Materialien, die ohne vollständigen Oxidationsschutz behandelt werden können, sind unter anderem die Metalle, die im wesentlichen aus Bisen, Aluminium, Kupfer, Wickel, Zinn und Zink bestehen. Fo es notwendig ist den Prozeß .vollständig von der umgebenden Atmosphäre abzuschließen, kann die .gesamte Einrichtung innerhalb eines , gasdichten, versiegelten Schutzraumes angeordnet werden. In diesem I'alle soll das Verfahren in Vakuum oder in einem Inertgas durchgeführt werden, ^e-rai das Ausgangsmaterial einen nennenswerten Dampfdruck aufweist, können Zusammensetzung und Druck des Gases innerhalb des eingeschlossenen Raumes so geregelt werden., daß die Verdampfung aus dem geschmolzenen Material möglichst reduziert wird. Ein Abschluß der Schmelze gegenüber der Atmosphäre erleichtert auch die Verwendung von örtlichen Heizeinrichtungen, die in der Atmosphäre nicht verwendbar sind, wie beispielsweise Elektronenstrahlerhitzung. metalle, die unter Oxidationsschutz behandelt werden können, sind unter anderem solche, die im wesentlichen aus Chrom, Titan, Niob, Tantal, Zirkon, Magnesium und Molybdän bestehen.

Welche Einrichtung zur lokalen Erwärmung des iviaterials verwendet wird,so daß dieses einen hängenden Tropfen bildet, ist für die Erfindung nicnt kritisch. Es sind zahlreicne Einrichtungen bekannt um einen Gegenstand örtlich zu erhitzen und der Fachmann kann ohne die Notwendigkeit übermäßig umfangreicher Versuche zu einer funktionierenden Ausführungsform gelangen. Beispielsweise kann für viele iwaterialien eine Sauerstoff-Azetylen-

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flamme verwendet weruen. Bei einer azetylenreichen Flamme hat das den Vorteil, daß für den hängenden Tropfen eine Atmos- · phäre entsteht, welche die Oxidation der Schmelze reduziert. Verschiedene Heizverfahren können verwendet werden, einschließlich Widerstandsheizung, Induktionsheizung, Elektronenstrahlheizung u.s.w. Was im Einzelfall zur lokalen Erhitzung eines festen Ausgangsmaterials dienen'soll, läßt sich im Einzelfall bestimmen, wenn man den Schmelzpunkt des zu schmelzenden Materials und die iviasse des zu schmelzenden Materials betrachtet und die Geschwindigkeit mit welcher der Schmelzpunkt erreicht werden soll. Wenn zuviel Wärme dem Ausgangsmaterial zugeführt wird, dann kann der hängende Tropfen zu groß werden um stabil zu bleiben. Ist andererseits die Hitze nicht ausreichend, dann steht dem rotierenden,fadenbildenden Bauteil nicht genug Schmelze zur Verfügung um einen Faden mit kontrollierten Abmessungen zu erzeugen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 können die Einrichtungen, die zur Erzeugung des Schmelzvorrates gebildet werden, irgendwelche bekannte Mittel sein. Falls die Konfiguration des Schmelzbades so gewählt wird, daß sich die Mündungsöffnung auf einer Temperatur befindet, die wesentlich niedriger ist als die übrige Temperatur der Schmelze, dann mag es notwendig sein, das Material an der Mündungsöffnung zusätzlich zu erwärmen.

Innerhalb des für das Verfahren geeigneten Bereiches an Wärme-

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zufuhr zum Ausgangsniaterial kann die Abmessung des fadenförmigen Endproduktes kontrolliert werden durch die Menge des geschmolzenen Materials, die an dem Rand des rotierenden Bauteiles zur Verfügung steht. Durch Beschränkung des Volumens des geschmolzenen Ausgangsmaterials und durch Rotation des wärmeableitenden Bauteiles mit hoher Geschwindigkeit können Fäden von sehr kleinem Querschnitt erzeugt werden. Da der Querschnitt des erzeugten Fadens im allgemeinen nicht kreisförmig ist, wird die Abmessung des Fadens durch seinen effektiven Durchmesser ausgedrückt. Der effektive Durchmesser eines Fadens mit unregelmäßigem Querschnitt ist gleich dem Durchmesser eines Fadens von Kreisquerschnitt und gleicher Querschnittsebene wie der nicht kreisförmige Faden. Die gegenständliche Erfindung kann zur Erzeugung von Fäden herangezogen werden, deren effektiver Querschnitt im Bereich von 0,001 bis 0,075 cm liegt.

Die -gegenständliche Erfindung kann sowohl kontinuierliche wie auch abgelängte Fäden erzeugen. Fig. 5 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, mit dem abgelängte Fäden kontrollierter Länge hergestellt werden können. Der Rand des rotierenden, wärmeableitenden Bauteiles ist eingekerbt und zwar in Abständen, welche der Länge des gewünschten Fadens entsprechen. Die Form der Einkerbungen scheint nicht kritisch zu sein und eine halbkreisförmige Einkerbung, deren Tiefe die Dicke des Fadens übersteigt, erzeugt einen Faden kontrollierter Lange.

409847/0792 _ ·,*

Fig. 1 bis 5 zeigen drei Ausführungsbeispiele der gegenständlichen Erfindung. Der äußere Hand des rotierenden, wärmeableitenden Bauteiles hat bei diesen Ausführungsbeispielen V-Form, so daß die Fläche des Außenrandes, die mit dem hängenden Tropfen in Berührung steht, beschränkt ist. Diese Fläche kann auch beschränkt werden, indem ein Rand mit kreisförmigem Querschnitt verwendet wird, soferne der Radius dieses Querschnittes weniger als 1,3 cm beträgt. Ein in seinen Abmessungen geringerwertiges Produkt entsteht wenn ein rotierender Bauteil verwendet wird, der Diit dem hängenden Tropfen ohne Beschränkung der Berührungsfläche in Kontakt kommt. Ein solches Verfahren würde kein Endprodukt mit gleichmäßigen Abmessungen liefern, wie dies durch die Erfindung erzielt wird, da eine zu große Berührungsfläche größere

Scherkräfte im hängenden Tropfen erzeugt, die dessen Stabilität vermindern. Um also in den Abmessungen möglichst gleichbleibendes Fadenmaterial zu erzeugen, soll der hängende Tropfen während des Verfahrens möglichst ungeändert bleiben. Die Stabilität des hängenden Tropfens beruht darauf, daß die Kante des rotierender. Bauteiles, die" durch den Tropfen hindurchgeht, im Vergleich zur Breite des Tropfens extrem schmal ist. Dadurch bleibt die Störung der Oberfläche des Tropfens, welche aufgrund der Oberflächenspannung für die Stabilität der Tropfenform verantwortlich ist, möglichst gering.

Der V-förmige Bauteil, der in der Zeichnung dargestellt ist, stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Bei einer solchen

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Ausführungsform würde der Krümmungsradius an der Spitze des V im Bereich von 0,0012 bis 0,25 cm liegen. Ein derartiger Bauteil erzeugt Fäden von gleichbleibenden Abmessungen mit einem Quer-

schnitt von weniger als 0,018 cm .

Der Durchmesser des rotierenden, wärmeableitenden Bauteiles ist für die Erfindung nicht kritisch, doch liegt der Durchmesser einer bevorzugten Ausführungsform im Bereich von 2,5 bis 75 cm. Der wärmeableitende Bauteil braucht nicht aus irgendeinem speziellen Material bestehen, doch muß er die Fähigkeit haben, die Wärme aus dem geschmolzenen Material so schnell abzuleiten, daß dieses in Form eines Fadens entlang des Umfanges sich verfestigt. Der wärmeableitende Bauteil sollte entweder eine hohe Wärmekapazität oder eine gute Wärmeleitfähigkeit haben, um die'Wärme aus dem geschmolzenen Material abzuleiten. Auch Materialien, die keine dieser beiden Eigenschaften aufweisen, können verwendet werden, wenn sie in irgendeiner Weise von innen her gekühlt werden. Die gegenständliche Erfindung ist durchgeführt worden mit wärmeableitenden Bauteilen, die aus den Metallen Kupfer, Aluminium, Nickel, Molybdän und Eisen, bestehen. Es besteht kein Anzeichen dafür, daß ein metallischer Bauteil notwendig ist und ein nichtmetallischer (z.B. Graphit) kann als Material für diesen Bauteil verwendet werden. Der wärmeableitende Bauteil kann auch aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt sein, um die Eigenschaften eines jeden,im Sinne einer Optimierung, zu kombinieren.

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Die in der Zeichnung dargestellte geometrische Konfiguration · der verschiedenen Elemente ist nicht die einzig mögliche. Da der hängende Tropfen 01Mi nirgends eingeschlossen ist, muß jedoch die Schwerkraft immer berücksichtigt weraen. Die Form des hängenden Tropfens ist durch die Schwerkraft bestimmt, durch die Oberflächenspannung der Schmelze und durch die viskose Zugkraft, die von dem rotierenden Bauteil ausgeübt wird. Wenn der.· hängende Tropfen den rotierenden Bauteil in der oberen Hälfte seines Umfanges berührt, so wird der Tropfen auch in gewissem Ausmaß durch den Hand des radartigen Bauteiles unterstützt und die Stabilität des hängenden Tropfens wird in dieser bevorzugten Ausführung gegenüber anderen Anordnungen erhöht.'

In der ganzen Beschreibung wird der Ausdruck"hängender Tropfen" verwendet und dieser Ausdruck ist zweifellos anwendbar, wenn der Tropfen an der oberen Hälfte des formgebenden Bauteiles anliegt« Es ist jedoch zu betonen, daß die Erfindung auch funktioniert, wenn der Tropfen auf einer Unterlage aufliegt. Wenn sich in Pig. I die Stellung des Tropfens um 180° umkehren würde (wenn also der Teil 20 umgedreht wäre und der Bauteil 30 an seiner Unterseite berührt würde),so wäre der Tropfen richtig als aufliegender Tropfen zu bezeichnen. Die Erfindung ist in beiden Anordnungen durchführbar und die durchgehende Bezeichnung des Tropfens als "hängend" erfolgt nur aus Gründen der einfacheren Darstellung.

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Die Endabmessungen des erzeugten Fadens bestimmen sich, aus der iflenge an geschmolzenem Material,die am Umfang des wärmeableitenden Bauteiles zur Verfugung steht, aus der Form des in den hängenden Tropfen eingeführten Kandes, aus der Viskosität des geschmolzenen Materials und aus der Geschwindigkeit mit welcher der Rand des wärmeableitenden Bauteiles durch den hängenden Tropfen bewegt wird. Die Erfindung ist anwendbar,wenn die Lineargeschwindigkeit des Außenrandes des wärmeableitenden Bauteiles im Bereich von 0,9 bis 30 m/sec. liegt. Die obere Grenze ist dabei keine Grenze der Erfindung sondern lediglich bedingt durch die hohe Beanspruchung der verwendeten Einrichtung bei den hohen Drehgeschwindigkeiten*die notwendig sind um die erwähnte hohe Umfangsgeschwindigkeit zu erzielen.

Anschließend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung diskutiert.

Beispiel 1;

Am Ende eines festen Stabes aus Zinn wurde ein Tropfen flüssigen Zinns durch Erhitzen mit einer Propanflamme gebildet. Der Tropfen hing an dem 2,54 x 0,63 cm messenden Querschnitt des Stabes und wurde von Hand mit dem Außenrand eines rotierenden, wärmeableitenden Bauteiles in Verbindung gebracht. Der rotierende Bauteil war eine wassergekühlte Kupferscheibe von 1,27 cm Dicke, mit einem Durchmesser von 20,3 cm und einem V-förmigen äußeren Hand, Der Winkel zwischen den beiden Schenkeln des V betrug 90° und der

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Krümmungsradius an der Spitze des V betrug etwa 0,013 cm. Nach, dem der Tropfen mit dem oberen Teil des rotierenden Bauteiles in Verbindung gebracht worden war, bildeten sich semi-kontinuierliche Zinnfasern, die sich spontan von dem formenden Hand ablösten. Der wärmeableitende Bauteil wurde bei verschiedenen Geschwindigkeiten im Bereich, von 100 bis 1500 Umdrehungen pro Minute betrieben, v/as zu Umfangsgeschwindigkeiten von 1,2 bis 18 m/sec, führte. Die Querschnittsfläche der Paser nahm allgemein mit zunehmender Drehgeschwindigkeit des wärmeableitenden Bauteiles ab.

Beispiel 2; ·

Der sslbe wärmeabieitende Bauteil wie in Beispiel 1 wurde mit 250 Umdrehungen pro Minute (3m/sec. Umfangsgeschwindigkeit) in Berührung mit einem Tropfen von geschmolzenem AIpO, gebracht, das durch örtliches Schmelzen des Endes einer Aluminiumoxydstange mit einer Oxyazetylenflamme.erzeugt worden war. Kurze Stücke von Al₂O, -Fasern (Lange ungefähr 2,5 cm) wurden erzeugt.

Beispiel J>:

Der selbe wärmeableitende Bauteil wie in den vorhergehenden Beispielen wurde mit 15oo Umdrehungen pro Minute (18 m/sec.Umfangsgeschwindigkeit) in Berührung mit einem Tropfen von geschmolzenem rostfreiem Stahl der Type 304 (18,0 bis 20,0 Gewichtsprozent Chrom, 8,0 bis 11,0 Gewichtsprozent Nickel, höchstens 2 Gewichtsprozent Mangan und 0,08 Gewichtsprozent Kohlenstoff, Rest Eisen) gebracht.

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Der Tropfen wurde gebildet,* indem örtlich das Ende eines Drahtes mit 0,48 cm Durchmesser mit einer azetylenreichen Oxyazetylenflamme geschmolzen wurde. Die !Flamme war absichtlich azetylenreich um in der Umgebung des geschmolzenen Tropfens eine sauerstoffarme Atmosphäre zu erzeugen. Außer der sauerstoffarmen Flamme
wurde keine Schutzatmosphäre vorgesehen und das Schmelzen wurde in Luft durchgeführt. Faserlängen von über 3 m wurden erzielt mit

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einer Querschnittsfläche von 5,2 χ 10 cm und einem ungefähren

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effektiven Durchmesser von 8 χ 10 cm.

Beispiel 4:

Der selbe wärmeableitende Bauteil wie in den vorhergehenden Beispielen wurde mit Geschwindigkeiten im Bereich von 500 bis 1500 Umdrehungen pro Minute gedreht und mit einem Tropfen der wärmefesten Legierung N-155 in Berührung gebracht. Die nominelle Zusammensetzung dieser Legierung ist in Gewichtsprozent 0,15 %
Kohlenstoff, 1,50 % Mangan, 0,50 % Silizium, 21,0 % Chrom, 20,0 % Nickel, 3,0 % Kobalt, 2,5-% Wolfram und 1,0 % Niob, Rest Eisen. Der Tropfen wurde an einem festen, aus der Legierung bestehenden Stab gebildet, indem örtlich das Ende des Stabes mit einer azetylenreichen Sauerstoff- Azetylenflamme behandelt wurde. Fasern

-5 mit Längen von über 1 m, Querschnittsflächen von etwa 9,2 χ 10

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und effektivem Durchmesser von 1,1 χ 10 cm wurden erzeugt.

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Beispiel 5:

Ein kaltgewalzter, wärmeableitender Stahlbauteil derselben Konfiguration wie der in den vorhergehenden Beispielen benützte, wurde dazu verwendet um reine Chromfasern herzustellen. Der wärmeableitende -Bauteil wurde .mit Wasser gekühlt und hatte an seinem Jliißenrand einen Radius von 0,013 cm. Der wärmeableitende Bauteil wurde bei Geschwindigkeiten im Bereich von 2oo bis 15oo Umdrehungen pro Minute mit einem Tropfen geschmolzenen Chroms in Berührung gebracht, der durch örtliches Erhitzen des Endes einer Stange aus Chrom von handelsüblicher Reinheit mit einer Sauerstoff-Azetylenflamme erzeugt worden war. Fasern, deren Länge zum Teil über 10 cm betrug, wurden erzeugt, wobei der effektive

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Durchmesser etwa 7,5 x 10 'cm und die Querschnittsfläche etwa 4,5 x 10 ^ cm betrug.

Beispiel 6:

Ein wärmeableitender Bauteil aus kaltgewalztem Stahl,der im übrigen in seinen Abmessungen den Bauteilen gemäß den vorhergehenden Beispielen entsprach, wurde verwendet um diskontinuierlich Fasern kontrollierter Länge herzustellen. Die Kante des äußeren Randes des Bauteiles war mit einem Krümmungsradius von 0,013 cm abgerundet und wies halbkreisförmige Einkerbungen von etwa 0,025 cm Tiefe auf, die etwa 0,65 cm voneinander entfernt entlang des Umfanges angebracht waren. Die Einkerbungen hatten den Zweck, Faserstücke mit einer Länge,die Jener des Abstandes zwischen den Einkerbungen

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(0,5 cm) entsprach, zu erzeugen. Die Oberseite des wassergekühlten, wärmeableitenden .Bauteiles wurae mit einem Tropfen von geschmolzenem,rostfreiem Stahl 304 in Berührung gebracht. Dieser Tropfen hing an der Unterseite eines vertikal aufgehängten festen Stabes aus dem selben iviaterial. Der Tropfen wurde erzeugt, indem der Stab aus rostfreiem Stahl örtlich mit einer Sauerstoff-Azetyienflamme erhitzt wurae. Der wärmeableitende Bauteil wurde mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 200 bis 1000 Umdrehungen pro Minute gedreht. Abgelängte Padenstücke mit etwa 0,5 cm Lange und 3»2 χ 10 cm Querschnitt wuruen erzeugt.

Beispiel 7:

Ein wärmeableitender Bauteil aus Kupfer mit Abmessungen jenen der Bauteile, die in den Beispielen 1 bis 4- verwendet worden waren, wurae verwendet um Fasern aus Titan handelsüblicher Reinheit zu formen. Die Pasern wuraen unter einer Vakuumglocke bei einem Druck von etwa 10 mm Hg gebildet. Ein vertikal aufge hängter Stab aus Titan mit 0,65 cm Durchmesser wurae an seinem unteren Ende örtlich geschmolzen, indem ein Elektronenstrahl darauf gerichtet wurde. Der geschmolzene Titantropfen wurae mit dem Auiienrand eines mit 350 Umdrehungen pro kinute rotierenden, warmeableitenden Bauteiles in Berührung gebracht ( Umfangsgeschwinaigkeit 4,15 m/sec) ohne daß innere Wasserkühlung angewendet wurde. Titanfasern, deren Länge zwischen 30 cm und über lagen, wurden hergestellt. Die Querschnittsfläche der Pasern lag zwischen 3,5 x 10-5 und 7,7 χ lo"³ cm².

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Nach dem selben Verfahren wie in Beispiel 7 wurden unter Verwendung zweier wärmeableitender Bauteile Niobfasern handelsüblicher Reinheit hergestellt. Die rotierenden, wärmeableitenden Bauteile hatten die selben Dimensionen wie jene in Beispiel 7, doch war einer aus Kupfer und der andere aus Molybdän. Der Niobstab wurde in der gleichen Weise geschmolzen wie der Titanstab im vorhergehenden Beispiel. In zwei verschiedenen Durchgängen wurden etwa die selben Drehgeschwindigkeiten vorgesehen. Mit dem aus Kupfer bestehenden wärmeableitenden Bauteil wurden Fäden erzeugt, deren Querschnitt 5,2 χ 10 cm betrug. Mit dem Bauteil aus Molybdän ergab sich eine Querschnitts-

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fläche der Fasern von 1,3 χ 10 cm . In beiden Fällen entstanden Fasern mit Längen bis zu 30 cm.

Die gegenständliche Erfindung wurde allgemein diskutiert und durch spezielle Beispiele erläutert. Die allgemeine Beschreibung gibt dabei den Bereich an, in dem die Erfindung anwendbar ist, wogegen die speziellen Beispiele nicht in allen Fällen bevorzugte Ausführungsformen darstellen müssen. Diese Beispiele illustrieren lediglich Ausführungen, von denen bekannt ist, daß sie funktionieren und sie sollen dem Fachmann Hinweise geben, wie die Erfindung mit Vorteil angewendet werden kann.

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung von fadenförmigem Material, gekennzeichnet durch folgende Schritte:.a) Erhitzen eines festen Materials zur Bildung eines hängenbleibenden Tropfens; b)Rotieren eines wärmeableitenden Bauteiles mit einer Drehzahl, die an seinem in Umfangsrichtung verlaufenden Rand zu einer Geschwindigkeit von wenigstens 91,5 cm pro Sekunde führt; c) Beschränkung der Fläche des Randes durch Vorsehen mindestens eines entlang des Umfanges verlaufenden Vorsprunges an dem wärmeableitenden Bauteil und d) Berühren der Oberfläche des hängenden Tropfens aus geschmolzenem Material mit dem Rand des wärmeableitenden Bauteiles.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_t daß das geschmolzene Material innerhalb eines Temperaturbereiches von 25 % oberhalb seines Glexchgewichtsschmelzpunktes in ⁰K eine Oberflächenspannung von 10 bis 2500 dyn/cm und eine Viskosität

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von 10 ^y Poise aufweist und einen einigermaßen ausgeprägten Schmelzpunkt hat.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Metall ist.

4-, Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall eine Legierung auf der Basis von Eisen, Aluminium, Kupfer oder Nickel ist.

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5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze gegen Oxidation geschlitzt wiru und daß aas lUetall eine Legierung auf der Basis von Chrom, i'itan, Niob, Tantal, Zirkon, lüolybaan octer Magnesium iso.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Schmelze diese zusammen mit dem rotierenden, wärmeableitenden Bauteil in einem evakuierten Raum eingeschlossen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Material eine anorganische Verbindung ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Verbindung AIpO, ist.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tropfen gebildet wird, indem ein Ende eines Stabes aus festem geschmolzen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tropfen rnit einer Stelle im Bereich der oberen 180° eines zylindrischen, rotierenden, wärmeableitenden Bauteiles in Berührung ■gebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet_f daß der hängende Tropfen sich an einer Mündungsöffnung befindet, die zu einer Quelle von geschmolzenem iwaterial führt.

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12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge des wärmeableitenden Bauteiles V-förmig sind una an der Spitze des V einen Krümmungsradius zwischen 0,0012 und 0,25^ cm aufweisen und daß die erzeugten Fäden einen Querschnitt

ρ
von weniger als 0,02 cm aufweisen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet_t daß die V-förmigen Vorsprünge mit einer Vielzahl von Einkerbungen versehen sind, die zur Zerteilung des Fadens in einzelne Stücke dienen, deren Länge etwa der Bogenlänge des Vorsprunges zwischen zwei Einkerbungen entspricht.

14. Einrichtung zur Bildung von Fäden, gekennzeichnet durch einen rotierenden, wärmeableitenden Bauteil mit einem V-förmigen entlang des Umfanges verlaufenden Rande, wobei der Radius an der Spitze des V zwischen 0,0012 und 0,254 cm liegt, Mittel um einen länglichen, festen Gegenstand diesem Rand zuzuführen und Mittel um diesen festen Gegenstand in der Nähe des Randes des wärmeableitenden Bauteiles örtlich in Form eines geschmolzenen Tropfens, der am festen Gegenstand hängt, zu schmelzen.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Einrichtung umgebende Vakuumkammer vorgesehen ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Einkerbungen, in dem entlang des Umfanges des wärmeableitenden Bauteiles verlaufenden Rand.

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17. Einrichtung zur Bildung von Fäden, gekennzeichnet durch einen rotierenden, wärmeableitenden Bauteil mit einem V-förmigen, entlang des Umfanges verlaufenden Rand, in Berührung mit einem Tropfen geschmolzenen Materials, das am Ende eines länglichen festen· Körpers gebildet wird, Mittel um den festen Körper kontinuierlich gegen den Rand vorzuschieben und Mittel zur örtlichen Erwärmung des festen Körpers an seinem Ende.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Material ein Metall ist und der Krümmungsradius des V-förmigen, entlang des umfanges verlaufenden Randes an der Spitze des V im Bereich von 0,0012 bis 0,25 cm liegt.

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