DE3519163C2 - - Google Patents

Description

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

Aus der DE-PS 23 51 247 ist eine Einrichtung zum Zerklei­ nern von im Körper eines Lebewesens befindlichen Konkremen­ ten mit einer Fokussierkammer bekannt, wobei die Fokus­ sierungskammer ein Teil eines Rotationsellipsoids ist und in deren einem Brennpunkt Stoßwellen durch Funkenentladung erzeugbar sind. Das Konkrement befindet sich im zweiten Brennpunkt. Die Fokussierungskammer ist dabei mit einer Flüssigkeit gefüllt. Mittels einer Funkenstrecke wird durch elektrische Unterwasserfunkenentladung die in einem Kondensator gespeicherte elektrische Energie in mechanische Stoßwellenenergie umgewandelt. Wird die elektrische Unter­ wasserfunkenentladung in dem Brennpunkt der rotationsel­ liptischen Fokussierungskammer gezündet, so lassen sich nahezu punktförmig im zweiten Brennpunkt Stoßwellen hoher Am­ plitude (1 Kbar) mit geringen Impulslängen (1 µsec) erzeugen. Die im Körper von Lebewesen befindlichen Konkremete 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 zurückge­ führt ist, so daß sich die Elektroden axial gegenüberliegen. Als Material für die Elektrodenspitzen sind u. a. Tantal und Wolfram vorgeschlagen. Die Elektroden unterliegen hohen ther­ mischen und mechanischen 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 spe­ ziellen Abwendungsfall aufgrund seiner hohen Strödigkeit ebenfalls keine hohen Standzeiten. Es wird durch die me­ chanische Belastung sehr schnell zerstört.

Andere in der Technik gebräuchliche Elektrodenwerkstoffe sind Verbundwerkstoffe, beispielsweise Wolfram-Kupferle­ gierungen, 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 1083°C), die von der Oberfläche über eine Tiefe von ca. 100 µm oder mehr in das Innere der Elektrodenspitze reicht. Die Erosion derartiger Schmelzbereiche ist umso stärker, je niedriger der Binderphasenanteil und je höher die Schmelztemperatur der Binderphase ist.

Aus der DE-OS 32 26 648 sind Wuchtgeschosse aus einem vor­ legierten Wolframpulver bekannt, die im gesinterten Zustand sehr kleine polygone Wolframkörper (kleiner 5 µm) enthalten, zwischen denen in dünner Schicht ein Matrixmetall verteilt ist. Die Literaturstelle nennt keine elektrischen oder ther­ mischen Eigenschaften wie elektrische oder thermische Leit­ fähigkeit, Abbrandfestigkeit, Zündverhalten, Zunderverhalten, Korosions- oder Oxidationsbeständigkeit, die eine Übertragung des Materials von der Wehrtechnik auf Elektroden oder Funken­ strecken nahelegen würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektrodenma­ terial 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 Ω^-1cm^-1 bei Raum­ temperatur).

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung einer gesinterten, mehrphasigen Wolframlegierung mit hohem Wolframanteil, wobei Wolfram in Form sehr kleiner Körner mit einem mittleren Durchmesser kleiner 5 µm vorliegt, die von einer dünnen Schicht einer Binderlegierung auf Nickelbasis umhüllt sind, als Elektrodenmaterial.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände von Unteransprü­ chen.

Die erfindungsgemäße Verwendung bereits legierter Wolfram­ schwermetallpulver erlaubt die Herstellung von sehr fein­ körnigen gesinterten Wolfram-Schwermetallelektroden, da der Sinterprozeß ohne flüssige Phase erfolgen kann. Diese Elektroden weisen daher eine außerordentlich hohe Streck­ grenze und Zugfestigkeit auf. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung als Elektrodenmaterial bietet der genannte Werkstoff den Vorteil einer Kombination der hohen ther­ mischen Belastbarkeit des Wolframs mit der hohen mechanischen Festigkeit, die durch den feinkörnigen Verbundwerkstoff mit einer zähen Nickelbasislegierung gegeben ist. Die Feinkör­ nigkeit des Materials ist dabei in zweifacher Weise von Be­ deutung. Einerseits führt die Feinkörnigkeit des gesinterten Materials zu einer Erhöhung der Streckgrenze gegenüber kon­ ventionell flüssigphasengesintertem Material (Hall-Petch-Be­ ziehung). 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 (Körner) verteilt wird. Im Gegensatz zu grobkörnigem, flüssigphasengesintertem Material, bei dem die Größe der Funkeneinschlagstelle ver­ gleichbar ist zur Gefügegröße, wirkt feinkörniges Ma­ terial auch gegenüber der sehr mikroskopischen Belastung eines Funkeneinschlags als Verbundwerkstoff mit den kom­ binierten Eigenschaften hoher thermischer Belastbarkeit des Wolframs und hoher Festigkeit und Duktilität der Bin­ derlegierung. Aufgrund der Feinkörnigkeit des Materials erfolgt der Abbrand der Elektroden sehr gleichmäßig. Dies bewirkt eine geringe Wanderung des Funken-Fußpunkts auf den Elektroden, so daß bei fokussierender Stoßwellenan­ wendung geringe Druckschwankungen bei aufeinanderfolgen­ den Funkenentladungen im zweiten Fokus auftreten. Grobkörnige Wolfram-Schwermetall-Elektroden, wie sie durch Flüssigphasensinterung erhalten werden, zeigen grob-aus­ bruchartigen Abbrand, der sehr starke Druckschwankungen bei der Fokussierung der Stoßwelle zur Folge hat.

Auch bei konventionell flüssigphasengesintertem, grobkörni­ gem Material ist eine hohe Festigkeit durch mechanische Um­ formung 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 flüssig­ phasengesintertem Material, das durch mechanische Kaltverfor­ mung verfestigt wurde, zu einer Entfestigung durch Rekristal­ lisation.

Der Abbrand derartiger Elektroden ist deutlich größer als von Elektroden mit feinkörnigem Gefüge. Im Rekristallisationsbe­ reich 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 Druck­ schwankungen führen. Hohe Festigkeit auch in dem thermisch be­ lasteten Bereich der Elektrodenspitzen kann daher nur über sehr feinkörniges Material erhalten werden. Physikalische Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit des erfin­ dungsgemäßen Materials unterscheiden sich nicht von grob­ körnigem 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 ⌀ und 60 mm Länge ver­ preßt. Der Preßdruck beträgt 300 . Die Preßlinge werden zu­ nächst in Wasserstoffatmosphäre 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 Durchmesser 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.

Der Abbrand ist gleichmäßig über die Oberfläche im Bereich der Spitze verteilt.

Die äußere Schicht zeigt über eine Tiefe von ca. 25 µm ein Gefüge mit abgerundeten Wolfram­ körnern. Die Abrundung erfolgte durch Schmelzen der Binder­ legierung unter dem Einfluß der Funkenentladung. Dabei erfolgt eine Abplattung der Wolframkörner am äußeren Rand unter dem Einfluß der Druckstöße. Im Kern der Elektrode liegt das typische Festphasen-Sintergefüge mit polygonalen Wolf­ ram-Körnern vor.

Claims (4)

1. Verwendung einer gesinterten, mehrphasigen Wolframlegierung mit hohem Wolframanteil, wobei Wolfram in Form sehr kleiner Körner mit einem mittleren Durchmesser kleiner 5 µm vorliegt, die von einer dünnen Schicht einer Binderlegierung auf Nickel­ basis umhüllt sind, als Elektrodenmaterial für eine Funken­ strecke zur Erzeugung von Stoßwellen, insbesondere in Wasser oder anderen Flüssigkeiten.

2. Verfahren zur Herstellung von Elektrodenmaterial nach Anspruch 1, 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 900°C 10 Stunden vorgesintert und im Vakuum bei 1360°C 5 Stunden fertiggesintert werden.

2% Kobalt und 2% Eisen bei 900°C 10 Stunden vorgesintert und im Vakuum bei 1360°C 5 Stunden fertiggesintert werden.