DE2829372A1

DE2829372A1 - Verfahren zum herstellen von yttrium- metall und von dessen legierungen

Info

Publication number: DE2829372A1
Application number: DE19782829372
Authority: DE
Inventors: Joseph George Day
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1977-07-05
Filing date: 1978-07-04
Publication date: 1979-01-18
Also published as: GB1579978A; US4177059A; JPS5440202A; JPS6158532B2; FR2396802A1; SE7807547L; FR2396802B1; SE424744B

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf verbesserte Verfahren zur Verfeinerung von Yttrium und insbesondere auf verbesserte Verfahren für die Herstellung von reinem Yttrium-Metall und dessen Legierungen.

Bekannte Verfahren für die Herstellung von Yttrium schließen die Verwendung von Wolfram- oder Tantalschmelztiegeln ein. Derartige Schmelztiegel sind verhältnismäßig teuer und sind nur in ziemlich kleinen Größen erhältlich, z.B. 6 (x 2.54) cm mal 10-12 (x 2.54)cm.

Demnach ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Yttrium und dessen Legierungen in annehmbarer Menge, z.B. in Schüben von 20 kg oder mehr, anzugeben. Erfindungsziel ist ferner das durch das Verfahren hergestellte Metall bzw. dessen Legierungen.

Die vorteilhafte Lösung besteht nach der Erfindung bei einem Verfahren zum Herstellen von Yttrium oder von einer Legierung, die einen größeren Anteil von Yttrium enthält, darin, daß Kalzium (Metall) und Yttrium-Fluorid (YF₃) unter Anwendung eines "eintauchenden" Lichtbogens zur Reaktion gebracht werden.

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Der Lichtbogen wird durch eine geschmolzene Schlacke
geführt, der die Reaktionsmittel zugefügt werden. Geeigneterweise bildet Kalzium-Fluorid den Hauptbestandteil der Schlacke, wahlweise in Verbindung mit anderen Fluoriden, wie z.B. Magnesium- und/oder Barium-Fluorid.

Die Reaktionsmittel befinden sich vorzugsweise in einem großen wassergekühlten Kupfer- oder Eisenschmelztiegel, dessen Wände mit Kalzium-Fluorid (CaF₃) überzogen sind. Kalzium-Fluorid ist auch als Schlackenstoff vorhanden;
bei der Betriebstemperatur ist seine Leitfähigkeit groß genug, um den Strom zwischen den Elektroden zu leiten.
Eine geeignete Temperatur betrIgt ungefähr 1500° C.

Die Reaktionsmittel können in Pulver- oder Körnchenform zugefügt werden. Nach beendeter Reaktion bildet das entstandene Iletall eine Schicht unter der geschmolzenen
Schlacke; es kann auf einer gekühlten Bodenplatte (cooled base Plate) oder in einer sich am. Boden des Schmelztiegels befindlichen Form erstarren oder als flüssiges Metall abgelassen werden.

Die Reaktionsmittel befinden sich vorzugsweise in einem großen wassergekühlten Kupfer- oder Eisenschmelztiegel, dessen Wände mit Kalzium-Fluorid (CaF„) überzogen sind.

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Kalzium-Fluorid ist auch als Schlackensfcoff vorhanden; bei der Betriebstemperatur ist seine Leitfähigkeit groß genug, um den Strom zwischen den Elektorden zu leiten. Eine geeignete Temperatur beträgt ungefähr 1500° C.

Der "eingetauchte" Lichtbogen kann sich zvn.sch.en einer Elektrode und einer Bodenplatte oder zwischen zwei Elektroden erstrecken. In einem Ausf iihrungsbeispiel der Erfindung wird der "eingetauchte" Lichtbogen zwischen JoIfrau oder Kohleelektroden gebildet. In einem weiteren A.usführung:;-beispiel dar Erfindung, das unter bestimmten Ums finden vorteilhaft ist, werden Abschmelzelektroden aus Eisen verwandet. Derartige Elektroden werden vorgezogen, wenn die Erfindung anstatt für die Herstellung von reinem yttrium zur Herstellung von brauchbaren Legierungen aus Yttrium und Eiisen verwendet wird.

In letzterem Fall, ebenso wie wenn es in der Form einer Abschmelzelektrode vorhanden ist, kann Eisen dem Schmelütiegel entweder vor Beginn oder während der Reduktionsreaktion zugegeben werden. Eisen wird vorzugsweise als Eisenfluor id FEB', zugegeben, es kann aber auch in der Form von Eisenspänen zugegeben werden und ist in ausreichender Menge vorhanden, um eine Vorlegierung zu ergeben, die sich aus 25 Gewichtsprozent Fe und 75 Gewichtsprozent Y zu

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setzt. Dabei handelt es sich um ein brauchbares Eutektikum, das einen Schmelzpunkt von ungefähr 900 C besitzt; durch Veränderung der hinzugegebenen Eisenmenge können jedoch auch andere Legierungszusammensetzungen hergestellt werden.

Wach einer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes wird das Verfahren unter Vorhandensein von Eisen oder Eisen-Fluorid ausgeführt. Der "eingetauchte" Lichtbogen wird dann vorzugsweise zwischen Abschraelzeisenelektroden gebildet.

Wach wieder einer anderen Ausgestaltung werden die Reaktionsmittel mittels einer Abschmelzelektrode eingeführt, die aus einer Eisenröhre besteht, die den gewünschten Anteil Yttrium-Fluorid und Kalzium enthält.

Nach den erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch brauchbare Legierungen aus Yttrium und Aluminium herstellen. Die Verwendung derartiger Legierungen ist aus der GB-Patentanmeldung Nr. 28073/77 der gleichen Anmelderin bezüglich der Herstellung von Yttrium enthaltenden Legierungen, insbesondere Fe-Cr-Al-Y-Legierungen für Kernreaktoren und KatalysatorSubstraten, bekannt.

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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren unter Vorhandensein von Aluminium oder Aluminiumfluorid durchgeführt. In diesem Fall werden vorzugsweise Wolfram- oder Kohleelektroden verwendet. Ein geeignetes Al-Y-Eutektikum, das mittels dieses Verfahrens hergestellt wird, enthält 10 Gewichtsprozent Al und 90 Gewichtsporzent Y. Es können jedoch auch andere Mengenverhältnisse hergestellt werden. Wenn Eisen in der Endlegierung vorhanden sein soll, können Abschmelzeisenelektroden verwendet werden und der Ca-YF- Reaktionsmischung Eisen oder Eisen-Fluorid zugefügt werden.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen von verschiedenen Verfahren beschrieben; in diesen Beispielen ist auch jeweils das erhaltene Erzeugnis genannt.

Beispiel 1

Ein wassergekühlter Eisenschmelztiegel, in den zwei Kohleelektroden ragen, wurde mit Kalzium-Fluorid Körnchen gefüllt und zwischen den Elektroden wurde ein elektrischer Strom geführt. Der Strom schmolz die Körnchen und erhöhte die Temperatur der Schmelzmasse auf ungefähr 1500° C. Auf den Wänden des Schmelztiegels bildete sich eine Schicht aus festem Kalzium-Fluorid und erzeugte einen überzug.

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Dann wurden Kalzium(Metall) und Yttrium-Fluorld Körnchen in einem Gewichtsverhältnis von 5:12 hinzugegeben. Aus der Reaktion dieser beiden Komponenten ergab sich Yttrium-Metall und bildete eine flüssige Schicht unter der geschmolzenen Schlacke. Das Metall lief durch ein Stichloch ab, das während der Reaktionsperiode mittels eines wassergekühlten Stöpsels verschlossen worden war.

Beispiel 2

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, jedoch in einem wassergekühlten Schmelztiegel, der einen getrennten wassergekühlten Boden besaß. Es wurde nur eine Elektrode verwendet und der Lichtbogen zwischen dieser Elektrode und der Bodenplatte gebildet. Das während der Reaktion gebildete Yttrium Iletall erstarrte auf der Bodenplatte und wurde bei Reaktionsende von dem Schmelztiegel durch Entfernung der Bodenplatte entfernt.

Beispiel 3

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde unter Verwendung von Eisenelektroden zur Bildung des Lichtbogens wiederholt. Mit den Reaktionsmitteln wurden Eisenspäne zugegeben, um eine Legierung aus Yttrium und Eisen herzustellen, die 25 Gewichtsprozent Eisen enthielt. Diese wurde abgelassen und unter einer Schutzgasatmosphäre vergossen.

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Beispiel 4

Das Verfahren von 3eispiel 1 wurde wiederholt; bevor jedoch die Reaktionsmittel hinzugegeben wurden, wurde ein Teil des Eisens in dem Schmelztiegel vorgeschmolzen. Als die Reaktionsmittel hinzugefügt wurden, floß das entstandene Yttrium in die Schicht des geschmolzenen Eisens hinunter und bildete eine Legierung, die ungefähr 25 Gewichtsprozent Eisen enthielt, die abgelassen und vergossen wurde.

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Claims

J 21 P 1 ^829372 Anmelder; JOHNSON, MATTHEY & CO., LIMITED, 43 Hatton Garden, London, ECIN 8EE, England Titel: Verfahren zum Herstellen von Yttrium-Metall und von dessen Legierungen Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Yttrium-Metall und von dessen Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß Kalzium (Metall) und Yttrium-Fluorid unter Anwendung eines "eintauchenden" Lichtbogens unter geschmolzener Schlacke zur Reaktion gebracht v/erden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptbestandteil der geschmolzenen Schlacke Kalziumfluor id ist.

3. Verfahren nach einem der beiden Ansprüche 1 bzw. 2, gekennzeichnet durch Durchführung in einem mit Kalziumfluorid ausgekleideten Tiegel.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1,

2 bzw. 3, gekennzeichnet durch das Ziehen des Lichtbogens zwischen Wolfram- oder Kohle-Elektroden.

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ORIGINAL INSPECTED

5. Verfahren mich einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Zugabe von Eisen in die geschmolzene Schlacke.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruch« 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisen auf dem Weg über Abschmelzelektroden beigegeben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschmelzelektrode als Eisen-Rohr gestaltet ist und daß dieses Eisen-Rohr Kalzium(detail) sowie Yttrium-Fluorid enthält.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch Herstellen einer aluminiumhaltigen Legierung durch Zugabe von Aluminium oder Aluminium-Fluorid zur geschmolzenen Schlacke.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der in den Ansprüchen 2 bis 6 angegebenen Verfahrensschritte durchgeführt werden.

10. Yttrium-Metall und dessen Legierungen, gekennzeichnet durch Herstellung nach der den vorherigen Ansprüchen entnehmbaren Lehre.

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11. Legierung nach Anspruch 10, gekannzeichnet durch Zusammensetzung aus 25 Gewichtsprozent Eisen und 75 Gewichtsprozent Yttrium.

12. Legierung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Zusammensetzung aus 10 Gewichtsprozent Aluminium und 90 Gewichtsprozent Yttrium.

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