DE367351C - Metalle und Metallegierungen fuer thermoelektrische Zwecke - Google Patents

Description

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In Technik und Wissenschaft wird zur genauen Messung hoher Temperaturen (600 bis ι 600°) vorwiegend das Platin Platin-Rhodium-Thermoelement nach Le Chatelier benutzt. Die Drähte aus diesen Edelmetallen sind, solange man schädigende Einflüsse, wie Metalldämpfe, Silizium, Kohlenstoff usw., von ihnen fernhält, vollkommen temperaturbeständig, da sie nicht oxydieren. Einzweiter wesentlicher Vorteil dieser Elemente ist der der Austauschbarkeit. Man ist imstande, Platin sowohl wie Rhodium vollkommen chemisch rein und damit stets thermoelektrisch identisch herzustellen. Da beide Metalle bei ihrer Schmelztemperatur an Luft vollkommen unangegriffen bleiben, auch nicht verdampfen und ebenso mit Tiegelmaterialien nicht reagieren, hat man nur nötig, zur Heistellung der Platin-Rhodium-Legierung beide Komponenten genau zusammen zu wiegen und ohne Vorsichtsmaßregeln an Luft miteinander zu verschmelzen. Sobaid man so lange geschmolzen hält, daß die Legierung gleichmäßig geworden ist, ist man sicher, stets Legierungen zu erhalten, die mit allen ihren Vor-

gängern und Nachfolgern thermoelektrisch identisch sind. Beim Platin braucht man nur das chemisch reine Metall selbst niederzuschmelzen und in Draht zu verwandeln. Man gewinnt damit den großen Vorteil, daß man das

elektrische Meßinstrument (Millivoltmeter), mit dessen Hilfe man die Thermokräfte mißt, nur einmal auf die zugehörigen Temperaturen zu eichen braucht, um sicher zu sein, daß alle früher oder später hergestellten Platin Platin-Rhodium-Thermoelemente, an dieses Millivoltmeter angeschlossen, stets genau die gleichen Temperaturangaben ergeben.

Diesen Vorzügen des Platin-RhodiunvElementes stehen nun einige Nachteile gegenüber: Der erste ist die verhältnismäßig geringe Thermokraft, derzufolge man recht empfindliche Meßinstrumente braucht, um genügend große und genau ablesbare Ausschläge zu erhalten, Meßinstrumente, die einmal teuer sind, dann aber auch leicht Beschädigungen unterliegen. Ein weiterer Nachteil der Platin-Rhodium-Thermoelemente ist ihr sehr hoher Preis. Zwar behält das Platin auch bei zerstörtem Element einen gewissen, sehr erheblichen Wert, aber häufig geht zugleich mit der Zerstörung des Elements auch ein Teil des Metalls verloren.

Infolgedessen besteht seit geraumer Zeit das Streben, an Stelle der teueren Platin-Rhodium-Thermoelemente mit kleiner Thermokraft Unedelmetall-Thermoelemente zu finden, die wenigstens bis 1200 oder 1250 ° brauchbar bleiben, große Thermokraft besitzen und billig sind. Man hat auch dafür geeignete Unedelmetalle und Legierungen gefunden und Thermoelemente daraus vielfach benutzt. Es war aber

bisher unmöglich, Unedelmetalle in chemisch reinem Zustande ohne Verunreinigungen in den regulinischen Zustand überzuführen und ebenso Legierungen aus solchen Unedelmetallen mit solcher Präzision herzustellen, daß Chargen verschiedener Herkunft bezüglich Reinheit und Zusammensetzung genau übereinstimmten und damit thermoelektrisch identisch waren. Dies liegt einmal daran, daß Unedelmetalle beim

ίο Schmelzen in Berührung mit Luft, Ofengasen usw. teils oxydieren, teils abbrennen, teils Verunreinigungen aufnehmen, teils auch durch Vermittlung ihrer Oxyde mit den benutzten Tiegelmaterialien reagieren. Dann aber erleiden Legierungen aus solchen Metallen beim Schmelzen in der technisch üblichen Weise Veränderungen ihrer Zusammensetzung, indem die eben erwähnten Umstände auf die verschiedenen Komponenten der Legierungen in verschieden star-

kern Maße und obendrein noch von Fall zu Fall verschieden einwirken. Infolgedessen war es bisher nicht möglich, technisch thermoelektrisch identische Unedelmetalle und -legierungen herzustellen, und man mußte deshalb jedesmal für Thermoelemente aus einer neuen Charge eine Umeichung der Meßinstrumente vornehmen oder sich in der Weise zu helfen suchen, daß man durch passende Vorschaltwiderstände zwischen Thermoelement und Meßinstrument die gleichen Ausschläge auf gleiche Beträge zu reduzieren suchte.

Die angeführten Fehlerquellen werden vermieden, wenn man auf chemischem Wege rein dargestellte Metalle unter stark vermindertem.

Druck elektrisch einschmilzt oder Legierungen aus ihnen herstellt. Damit fehlt ihnen die Möglichkeit, Verunreinigungen aufzunehmen oder sich zu oxydieren; es wird überflüssig, Desoxydations- und Reinigungsmittel anzuwenden, die die Thermokraft beeinflussen können, und es können Legierungen nicht dadurch Veränderungen erleiden, daß ihre einzelnen Komponenten den Schädigungen des Schmelzprozesses in verschiedenem. Maße unterliegen.

Das Vakuumschmelzverfahren erlaubt infolgedessen, chemisch reine Metalle ohne Verschlechterung ihrer Reinheit und Güte in den regulinischen Zustand überzuführen und aus solchen Metallen Legierungen mit einer solchen Präzision der Zusammensetzung herzustellen, daß Schmelzen verschiedener Chargen in ihren physikalischenEigenschaften sowohl wie in ihrer chemischen Zusammensetzung praktisch vollkommen gleich ausfallen und damit auch thermoelektrisch identisch sind. Durch Vornahme der Schmelzung im Vakuum wird die Aufnahme von Verunreinigungen aus Luft und Ofengasen, Abbrand, Oxydation und damit auch Reaktion der Oxyde mit Tiegelmaterialien ausgeschlossen und damit die notwendige Präzision gewährleistet. Ferner erlaubt das Vakuumschmelzverfahren, Metalle und Legierungen beliebig oft ohne Aufnahme von Verunreinigungen und ohne Änderung ihrer mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften umzuschmelzen. Es ist infolgedessen möglich, eine Legierung, die nach dem ersten Schmelzen noch kleine Abweichungen von den geforderten Eigenschaften gezeigt hat, nochmals oder sogar ! noch mehrmals unter Zufügung kleiner Mengen korrigierender Zusätze niederzuschmelzen und

, so die geforderten therm.oelektrischen Eigen- ! schäften mit der erforderlichen Genauigkeit ι innezuhalten. Kurz: durch die Anwendung des Vakuumschmelzverfahrens werden für Thermoelemente aus Unedelmetallen alle diejenigen Möglichkeiten im vollen Umfange eröffnet, die bisher nur für Edelmetall- und speziell für Platin-Rhodium-Thermoelemente vorhanden

waren.

Dazu kommt noch ein weiterer Vorteil: Durch Anwendung des zur höchsten Vollkommenheit durchgebildeten Vakuumschmelzverfahrens werden Metalle und Legierungen erhalten, die frei selbst von mikroskopischen und submikroskopischen Gaseinschlüssen und Porositäten sind. Infolgedessen findet der Sauerstoff der Luft, dem die Thermoelemente beim Gebrauch mehr oder weniger ausgesetzt sind, keine Gelegenheit zum Angriff, außer an der äußersten Oberfläche go der Drähte. Infolgedessen scheint die Zerstörung solcher Elemente langsamer zu erfolgen und in die Tiefe zu dringen als bei Metallen und Legierungen aus technischen Metallen.

Thermoelemente aus Drähten aus vakuumgeschmolzenen Metallen und Legierungen sind in ihren thermoelektrischen Eigenschaften von Charge zu Charge vollkommen identisch, so daß Meßinstrumente keinerlei neuer Eichungen bedürfen, wenn ein Austausch der Elemente nötig wird. Damit fallen auch alle sonst in diesem Zusammenhang benutzten Notbehelfe fort. Es wird überflüssig, einen größeren Vorrat von Thermoelementen aus der gleichen Charge als Reserve zu halten, um solche Neueichungen wenigstens nicht zu häufig vornehmen zu "müssen. Es wird überflüssig, im Lager Drähte aus verschiedenen Chargen getrennt zu halten, und damit werden auch Verwechslungen mit ihren gefährlichen Folgen ein für allemal ausgeschlossen.

Als weiterer Beleg für die Größe-des Fortschritts, der damit erreicht ist, kann folgendes dienen: Es ist möglich, gewissermaßen künstliche Platin·—Platin-Rhodium-Thermoelemente herzustellen, indem man ein Paar ternäre Legierungen fand, die bei Innehaltung der als richtig erkannten Zusammensetzung (allerdings mit einer Genauigkeit von ¹Z₁₀₀ Prozent) nicht nur dem absoluten Betrag, sondern auch der Gestalt der Thermokraftkurve nach mit dem Platin-Rhodium-Thermoelement im ganzen Be-

reich von 600 bis 1200 ° auf etwa 5 Prozent übereinstimmen. Während man also bisher an einem Mehrfach-Registrier-Instrument lauter Platin-Rhodium-Elemente verwenden mußte,

i> auch wenn ein Teil der an dem gleichen Mehrfach-Registrier-Instrument registrierten Temperaturen unterhalb 1 200 ° lag und somit die Anwendung von Unedelmetall-Thermoelementen sehr wohl erlaubt hätte, so kann man heute

to Unedelmetall-Thermoelemente im Verein mit Platin-Rhodium-Thermoelementen nebeneinander arbeiten lassen, ohne an den Meßinstrumenten und deren Aufzeichnungen überhaupt irgendeinen Unterschied zwischen beiden erkennen zu können. Dies ist ein Erfolg, der ohne Anwendung des Vakuumschmelzverfahrens einfach unmöglich sein würde.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Metalle und Metallegierungen für thermoelektrische Zwecke, besonders· zur Herstellung von Thermoelementen, welche im Vakuum, nach dem Verfahren gemäß Patent 345161 elektrisch erschmolzen sind, wodurch stets praktisch vollkommene Identität ihrer thermoelektrischen Eigenschaften erreicht wird.

2. Metalle und Legierungen für thermoelektrische Zwecke, besonders zur Herstellung von Thermoelementen, welche aus chemisch reinen Ausgangsmaterialien im Vakuum elektrisch erschmolzen sind, wodurch stets praktisch vollkommene Identität ihter thermoelektrischen Eigenschaften erreicht wird.