DE3519163A1

DE3519163A1 - Elektrodenmaterial fuer eine funkenstrecke

Info

Publication number: DE3519163A1
Application number: DE19853519163
Authority: DE
Inventors: Sylvia Härdtle; Rainer Dr. 7778 Markdorf Schmidberger
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1985-05-29
Filing date: 1985-05-29
Publication date: 1986-12-04
Also published as: EP0204909B1; JPS61276549A; DE3519163C2; EP0204909A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Elektrodenmaterial für eine Funkenstrecke zur Erzeugung von Stoßwellen für die berührungsfreie Zerkleinerung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen.

Aus der DE-PS 23 51 247 ist eine Einrichtung zum
Zerkleinern von im Körper eines Lebewesens befindlichen Konkrementen mit einer Fokussierkammer bekannt, wobei die Fokussierungskammer ein Teil eines
Rotationsellipsoids ist und in deren einem Brennpunkt 35 wendung von Materialien gelöst, wie sie in der Patent-Stoßwellen durch Funkenentladung erzeugbar sind. Das anmeldung P 32 26 648 angegeben sind. Konkrement befindet sich im zweiten Brennpunkt. Die Ausgestaltungen der Erfindungen sind Gegenstände

Fokussierungskammer ist dabei mit einer Flüssigkeit von Unteransprüchen.

gefüllt. Mittels einer Funkenstrecke wird durch elektri- Die erfindungsgemäße Verwendung bereits legierter

sehe Unterwasserfunkenentladung di° in einem Kon- 40 Wolframschwermetallpulver erlaubt die Herstellung densator gespeicherte elektrische Energie in mechani- von sehr feinkörnigen gesinterten Wolfram-Schwerme-

Wolfram-Kupferlegierungen, die die refraktären Eigenschaften von Wolfram mit der guten elektrischen Leitfähigkeit des Kupfers verbinden. Auch diese Werkstoffe sind für die genannten Anwendungen zu spröde und erleiden einen starken mechanischen Abtrag. Diese Werkstoffe besitzen einen Kupferanteil von > 20%. Da die Elektroden thermisch hoch belastet werden, bildet sich eine schmelzflüssige Phase von Cu (Schmelzpunkt 1083⁰C), die von der Oberfläche über eine Tiefe von ca. 100 μΐη oder mehr in das Innere der Elektrodenspitze reicht. Die Erosion derartiger Schmelzbereiche ist umso stärker, je höher der Binderphasenanteil und je höher die Schmelztemperatur der Binderphase ist.

Aus der DE-OS 32 26 648 sind Wuchtgeschosse aus einem vorlegierten Wolframpulver bekannt, die im gesinterten Zustand sehr kleine polygone Wolframkörner (kleiner 5 μηι) enthalten, zwischen denen in dünner Schicht ein Matrixmetall verteilt ist. Die Literaturstelle nennt keine elektrischen oder thermischen Eigenschaften wie elektrische oder thermische Leitfähigkeit, Abbrandfestigkeit, Zündverhalten, Zunderverhalten, Korosions- oder Oxidationsbeständigkeit, die eine Übertragung des Materials von der Wehrtechnik auf Elektroden oder Funkenstrecken nahelegen würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektrodenmaterial anzugeben, dessen Abbrandfestigkeit gegenüber den bisher verwendeten Stahlelektroden aufgrund hoher thermischer und mechanischer Stabilität wesentlich vergrößert ist, dessen Abbrand gleichmäßig über die Oberfläche verteilt erfolgt, (das keine Materialausbrüche aufweist) und dessen elektrische Leitfähigkeit ausreichend hoch ist (> 10⁴ ß~¹ cm¹ bei Raumtemperatur).

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ver

sehe Stoßwellenenergie umgewandelt. Wird die elektrische Unterwasserfunkenentladung in dem Brennpunkt der rotationselliptischen Fokussierungskammer gezündet, so lassen sich nahezu punktförmig im zweiten Brennpunkt Stoßwellen hoher Amplitude (1 Kbar mit geringen Impulslängen (1 μβεο) erzeugen. Die im Körper von Lebewesen befindlichen Konkremente können mit diesen Stoßwellen in abgangsfähige Bruchstücke zertrümmert werden.

Bekannt ist aus der DE-PS 26 35 635 eine Funkenstrecke mit zwei aus einer Halterung herausragenden Elektroden, wobei eine Elektrode verlängert und über eine Schleife zurückgeführt ist, so daß sich die Elektroden axial gegenüberliegen. Als Material für die Elektrodenspitzen sind u.a. Tantal und Wolfram vorgeschlagen. Die Elektroden unterliegen hohen thermischen und meachanischen Belastungen. Tantal besitzt zwar eine hohe thermische Abbrandfestigkeit, ist jedoch in seiner mechanischen Festigkeit nicht ausreichend für eine hohe Standzeit, d. h. für die Erzeugung einer hohen Zahl von Unterwasserfunkenentladungen. Wolfram hat in diesem speziellen Anwendungsfall aufgrund seiner hohen Sprödigkeit ebenfalls keine hohen Standzeiten. Es wird durch die mechanische Belastung sehr schnell zerstört.

Andere in der Technik gebräuchliche Elektrodenwerkstoffe sind Verbundwerkstoffe, beispielsweise tallelektroden, da der Sinterprozeß ohne flüssige Phase erfolgen kann. Diese Elektroden weisen daher eine außerordentlich hohe Streckgrenze und Zugfestigkeit auf. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung als Elektrodenmaterial bietet der genannte Werkstoff den Vorteil einer Kombination der hohen thermischen Belastbarkeit des Wolframs mit der hohen mechanischen Festigkeit, die durch den feinkörnigen Verbundwerkstoff mit einer zähen Nickelbasislegierung gegeben ist. Die Feinkörnigkeit des Materials ist dabei in zweifacher Weise von Bedeutung. Einerseits führt die Feinkörnigkeit des gesintertem Materials zu einer Erhöhung der Streckgrenze gegenüber konventionell flüssigphasengesintertem Material (Hall-Petch-Beziehung). Zum anderen sorgt die Feinkörnigkeit des Materials dafür, daß an der Funkeneinschlagstelle die durch den Funken ausgelöste thermische und mechanische Belastung immer über eine Vielzahl von Gefügebestandteilen (Körnern) verteilt wird. Im Gegensatz zu grobkörnigem, flüssigphasengesintertem Material, bei dem die Größe der Funkeneinschlagstelle vergleichbar ist zur Gefügekorngröße, wirkt feinkörniges Material auch gegenüber der sehr mikroskopischen Belastung eines Funkeneinschlags als Verbundwerkstoff mit den kombinierten Eigenschaften hoher thermischer Belastbarkeit des Wolframs und hoher Festigkeit und Duktilität der Binderlegierung. Aufgrund der Feinkörnigkeit des Materials erfolgt der Ab-

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brand der Elektroden sehr gleichmäßig. Dies bewirkt ladung. Deutlich ist auch eine Abplattung der Wolframeine geringe Wanderung des Funken-Fußpunkts auf körner am äußeren Rand unter dem Einfluß der Druckden Elektroden, sodaß bei fokussierender Stoßwellen- stoße zu erkennen. Im Kern der Elektrode liegt das anwendung geringe Druckschwankungen bei aufeinan- typische Festphasen-Sintergefüge mit polygonalen derfolgenden Funkenentladungen im zweiten Fokus 5 Wolfram-Körnern vor.

auftreten. Grobkörnige Wolfram-Schwermetall-Elek- Fig. 3 zeigt das Gefüge im Übergangsbereich zwi-

troden, wie sie durch Flüssigphasensinterung erhalten sehen dem Funkeneinschlagsbereich und weniger belawerden, zeigen grob-ausbruchartigen Abbrand, der sehr stetem Bereich der Elektrode, in dem kein Aufschmelstarke Druckschwankungen bei der Fokussierung der zen der Binderlegierung erfolgte. Stoßwelle zu Folge hat.

Auch bei konventionell flüssigphasengesintertem, grobkörnigem Material ist eine hohe Festigkeit durch mechanische Umformung zu erzielen. Im erfindungsgemäßen Anwendungsfall wird jedoch das Material auch thermisch sehr hoch belastet. In einer oberflächennahen Zone werden dabei Temperaturen von 1450° C überschritten. Dies führt bei konventionell flüssigphasengesintertem Material, das durch mechanische Kaltverformung verfestigt wurde, zu einer Entfestigung durch Rekristallisation.

Der Abbrand derartiger Elektroden ist deutlich größer als von Elektroden mit feinkörnigem Gefüge. Im Rekristallisationsbereich der Elektroden sind Rißbildungen und Ausplatzungen zu erkennen, die sowohl zu verstärktem Abbrand als auch zu den o. g. irregulär ausgebildeten Funken führen, die nicht von der geometrischen Elektrodenspitze ausgehen und daher zu Druckschwankungen führen. Hohe Festigkeit auch in dem thermisch belasteten Bereich der Elektrodenspitzen kann daher nur über sehr feinkörniges Material erhalten weiden. Physikalische Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit des erfindungsgemäßen Materials unterscheiden sich nicht von grobkörnigem Material derselben Legierungszusammensetzung. Bei einem Wolframgehalt von 90 Gewichtprozent der Legierung sind diese physikalischen Eigenschaften ungefähr so wie bei reinem Wolfram. Die Korrosionsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Elektroden in wässrigen Medien und feuchter Luft ist deutlich besser als die der Stahlelektroden.

Beispiel:

Legiertes Wolfram-Schwermetallpulver der Zusammensetzung 90 Gew% Wolfram, 6 Gew% Nickel, 2 Gew% Kobalt, 2 Gew% Eisen wird unter allseitigem Druck zu Zylindern von 8 mm 0 und 60 mm Länge verpreßt. Der Preßdruck beträgt 300 Nmm². Die Preßlinge werden zunächst in Wasserstoff atmosphäre bei 900° C 10 h lang vorgesintert und anschließend im Vakuum bei einem Druck von 10~⁵ mbar 5 h bei 1360° fertig gesintert. Die dann vorliegenden Rohlinge besitzen einen Druchmesser von ca. 5 mm bei einer Länge von 45 mm. Die Rohlinge werden durch spanende Formgebung in die gewünschte Elektrodenform gebracht. Der Abbrand derartiger Elektroden bei der Unterwasserfunkenentladung ist um einen Faktor 2,5 geringer als der gebräuchlicher Stahlelektroden.

Fig. 1 zeigt den metallographischen Schliff einer erfindungsgemäßen Elektrode nach der Benutzung im Bereich der Elektrodenspitze. Der Vergrößerungsmaßstab ist 50 :1. Der Abbrand ist gleichmäßig über die Oberfläche im Bereich der Spitze verteilt.

Fig. 2 zeigt in lOOOfacher Vergrößerung das Gefüge im Spitzenbereich. Die äußere Schicht zeigt über eine Tiefe von ca. 25 μΐη ein Gefüge mit abgerundeten Wolframkörnern. Die Abrundung erfolgte durch Schmelzen der Binderlegierung unter dem Einfluß der Funkenent-

Claims

Patentansprüche

1. Verwendung einer gesinterten, mehrphasigen Wolframlegierung mit hohem Wolframanteil nach Patentanmeldung P 32 26 648, wobei Wolfram in Form sehr kleiner Körner (kleiner 5 μΐη) vorliegt, die von einer dünnen Schicht einer Binderlegierung umhüllt sind, als Elektrodenmaterial für eine Funkenstrecke zur Erzeugung von Stoßwellen, insbesondere in Wasser oder anderen Flüssigkeiten.

2. Verfahren zur Herstellung von Elektrodenmaterial nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Festphasensintern eine kurze Wärmebehandlung mit flüssiger Phase durchgeführt wird, bei der die polygonen Wolframkörner abgerundet werden.

3. Verfahren zur Herstellung von Elektrodenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßlinge aus einem vorlegierten Pulver mit 90% Wolfram, 6% Nickel, 2% Kobalt und 2% Eisen bei 900⁰C 10 Stunden vorgesintert und im Vakuum bei 1360° C 5 Stunden fertiggesintert werden.