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Verfahren zur Herstellung von Wolfram. Die Erfindung bezieht sich
auf die Herstellung von Wolfram, das in Form gezogener Drähte als Leuchtkörper oder
Fadenhalter in elektrischen Glühlampen Verwendung finden soll.
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Der Zweck der Erfindung liegt darin, ein Wolframmetall zu schaffen,
das in weit höherem Mafle, als bisher bekannt, seine ursprünglichen Eigenschaften
beibehält, nachdem es hohen Temperaturen oder Beanspruchungen ausgesetzt war. Bei
Leuchtkörpern elektrischer Glühlampen kann man infolge der hohen Betriebstemperaturen
häufig eine Lage- und Formveränderung beobachten, und zwar besonders, bei schraubenlinienförmig
gewundenen Leuchtkörpern, welche bei längerem Gebrauch in der Lampe durchhängen.
Bei gasgefüllten Lampen wird dadurch wegen der entsprechend größeren Wirkungsgrad
Abkühlung der Lampe des Leuchtkörpers verringert. Durch der rlie Erfindung wird
das Durchhängen wesentlich beseitigt und das unter der Bezeichnung »Wechselstromeffekt«
bekannte gegenseitige Verschieben von Strukturelementen des Drahtes während einer
normalen Betriebsdauer der Lampen verhindert.
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Gemäß der Erfindung wird zu diesem Zweck dem Wolframmetall bei seiner
Herstellung ein Stoff einverleibt, der das Korngefüge des Metalls entsprechend beeinflußt.
Dabei ist es zweckmäßig, die Ausgangsverbindung, aus der das Wolfram gewonnen wird,
gemeinsam mit der den Zusatz liefernden Verbindung aus einer Lösung auszufällen.
Der Zusatzstoff bleibt nach .der Fällung und nach der darauffolgenden Reduktion
in inniger Verbindung mit dem Metall. Damit während, der anschließenden thermischen
Behandlung der Metallblöcke oder -stäbe der Zusatzstoff sich verflüchtigt, wird
ein solcher Stoff benutzt, der einen genügend hohen Dampfdruck besitzt. Der Verdampfungspunkt
muß jedoch weniger tiefer als der Sinterungspunkt des Metalls liegen.
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Mehr vom physikalischen Standpunkt betrachtet, übt die Gegenwart des
nichtmetallisehen Stoffes einen Einfluß auf die Korngröße des Metalls aus. Wenn
das Metall die Temperatur erreicht, bei welcher ein starkes Kornwachstum für gewöhnlich
stattfinden würde, so übt die Gegenwart des Zusatzstoffes in inniger Mischung mit
den Wolframteilchen eine merkliche Wirkung auf Form und Größe des Wolframkornes
aus.
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Der aus dem zusatzhaltigen Metall hergestellte Wolframblock oder -stab
ist im besonderen Maße einem Kornwachstum während der anschließenden mechanischen
Bearbeitung ausgesetzt, wobei es dahingestellt bleiben mag, ob dies nun darauf beruht,
daß die Körner noch nicht rlie Gleichgewichtsgröße erreicht haben oder auf anderen
Ursachen.
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Der wahrscheinliche Grund dafür, daß nach der Erfindung hergestellte
Leuchtkörper nicht
urchhängen, liegt darin, @laß die lieLlerll_euclitkörper
aus relativ großen Kristallki@rnern hestell;.rl.
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Zurdes Verfahrens wird zweckmäßig ein Zusatzstoff benutzt, -ler rnit
irgen1-welchen für Wolframmetall enthaltenen Metalloxyden oder sonstigen Ver'#indungen
bzw. Verunreinigungen eine verdarnpfbare Schlacke bildet. Trn allgemeinen -empfiehlt
sich lieVerwendung solcher Zusatzstoffe, die eine für Verhältnis züi dem h@rztistellenden
Metallotv1 rattre Verbindung 11il,len, je-lo:ll d:e sonstige;g erforderlichen Eigenschaften
hinsichtlich des @-erlanlpfungspunktes besitzen. Diese Zusatzstoffe weilen dann
in inniger Gemeinschaft finit dein 'Metall gefällt.
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Wie schon erwähnt, muß der dein "Metall innig einverleibte Stoa je
l0;:11 voll solcher Art sein, daß er sich verflfichtigt, kurz bevor das Metall dieTenrperatur
le.s raschen Kornwachstums erreicht hat. Wolfram zeigt oberhalb i 500F C rasches
horlrwaclrstunl. Geeignete Zusatzstoffe. sind Kieselsäure und ihre Verbindungen,
die bereits verflüchtigt rin , wenn glas @Volfrarlr die Sinterungstenrperatur erreicht
hat.
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Nunmehr sei die praktische Ausführung in einem Beispiel nähe;- heschriehen.
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Zunächst wird eine Schmelze aus td.oo g handelsüblicher Wolfrarnsäure,
()20,1,T handelsüblichem \atriunrkarl;onat, 620g lialle-lel3ii':-lichen Kaliunrkarbonat
und 300 g 11a11-lelsÜhlicheiir Natriumnitrat hergestellt. Zu ;Miesem Zweck
werden diese Stoffe mit Wasser zu einem Brei angerührt, wobei lie Hälfte oder noch
mehr von dein Kaliunrkarbonat ,durch :\atriunikarbonat ohne Beeinträchtig-,trig
rler I?rgebnisse ersetzt werden kann. Der Brei wird null auf einer heißen Platte
-etro@ckllet und rnit der Flamme .etwa währen;- t 5 Minuten geschmolzen, worauf
lie Schmelze in Wasser gelöst, filtriert und auf etwa 6 1 verdünnt wird. Diese Flüssigkeit
sei Lösung _' genannt. Dann wird eine "Mischung aus t80 g llandelsiiblicher Kieselsäure,
620 g lgandelsiilgliclle-:ii Kaliurirkarbonat ttml i50 g handelsüblichem
Natriumnitrat hergestellt. Diese Stolte werde;- mit Wasser zu einem Brei verrührt,
der dann getrocknet und geschmolzen wird. Der Zweck hierfür liegt darin, eire Silikat
zu erzeug; n, das der Wolframsäure im weiteren Teile des Verfahrens gut einverleibt
werden kann. Das so hergestellte Alkalisilikat ist gut löslich und für den erwähnten
Zweck besonders wirksarlr. Die Schmelze wird in Wasser gelöst, filtriert und auf
51 verdünnt. Diese Flüssigkeit sei Lösung B genannt.
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Ungefähr 25o ccrn der Lösung B werden zu 3 1 der Lösung A zugesetzt.
Die gesamte Lösung wird dann mit Dampf gekocht und in eine kochende Lösung gegossen,
die ungefähr i 5oo ccrtl Salzsäure un1 i 5oo ccrn Wasser enthält. Man läßt die lal:ei
entstehende Fäl. hing sich absetzen, die Flüssigkeit wird lekantiert, der Niederschlag
a1 filtriert und rnil heißeng Wasser gewaschen, bis das Filtrat nlilchig wird, dann
getrocknet und in einer Quarzs_liale geglüht. Das llat°rial wird darauf irn Wasserstoff
in Schiffchen reduziert, deren jedes etwa roo - enthält. Das so erzeugte Metall
sei Metall A genannt. Das "Metall A wird züi Blücken oder Stäben gepreßt un1 gesintert.
L"m ein noch gleichförmigeres Erzeugnis zu erhalten, kann wie folgt weiter verfahren
«-erden: Ungefähr 1200 g des Metalls A werden rnit e-wa i2oo g -ges Materials gemischt,
aus weichern das -Metall A reduziert wurde. Die -Mischung geschieht sehr gründlich,
und zwar vorzugsweise in einer Kugelmühle o. dgl. Die Mischung wir l dann in der
vorher beschriebenen Art reduziert, wobei aber Beschickurlgerl voll i5og verwendet
werden können. Das so hergestellte Metall sei als 'Metall B bezeichnet. Es wird
dann gesiebt, züi Blöcken oder Stäben gepreßt und, gesintert. Die Stäbe werden darauf
in bekannter `'eise durch mechanische Bearbeitung züi Draht verarbeitet.
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In Abänderung des oben beschriebenen Verfahrens kann Lösung B unmittelbar
der Schmelze zugesetzt wer lerl, aus welcher Lüsttrrg _" hergestellt wird. Dies
geschieht vorzugsweise, indem man, wie vorher festgestellt, die richtige Meng; :ler
I-östrng B bei Herstellung des Breies benutzt, der :lanrl getrocknet, geschmolzen
und aufgelöst Ivirtl, l.trlr Löstnlg _@ züi bilden.
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Das durch das erste Verfahren erhaltene Metall sei der Kürze wegen
>#2t8« genannt. Ehg in Aussehrn unl physikalischen Eigenschaften von >.2t8« abweichendes
'Metall kann n,-)ch ladurch hergestellt werden, daß rnan eine DIrsä urelösung zu
chemisch rirrer @@-olfranlsiiure zusetzt und dann in üblicher Weise einilanrpft,
trocknet. glüht ulr.l reduziert. Das so hergestellte 'ltall ist nach Verarbeitung
zu Draht dein Metall »2i8« hinsichtlich des Nicht--rrchhängens oder der Duktilität
nicht überlegen. Eine Kombination dieses Verfahrens .,her mit dein zur Herstellung
voll »2i8« benutzten, wobei das Reduktionsgut der beiden Verfahren gemischt wird,
ergibt ein der Kürze wegen »Z« genanntes "Metall, das zur Herstellung -formbeständiger,
nicht durchhängender Leuchtkörper beson:=lers brauchbar ist. Zur Herstellung des
'Metalls »Z« kann man i kg des Reduktionsgutes von Metall A mit einer Lösung von
t2,5 g Borsäure in 50o ccrnWasser mischen. Diese Mischung wird eingedampft, getrocknet,
geglüht und reduziert. Das erhalterle Metall »Z« ist schwärzer als »2i8«, rollt
leichter und besitzt ein min_lestens um ein
Drittel größeres Volumen
als »2r8«, obschon es unter genau den gleichen Bedingungen reduziert ist.
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Die gemäß der Erfindung hergestellten Wolframblöcke oder -stäbe sind
feinkörnig; sie besitzen I:eispielsweise zwischen 25oo und 65oo Körner pro Quadratmillimeter..Für
die »218«-Blöcke hat die Analyse ergeben, daß der Prozentsatz an nicht metallischen
Stoffen unter zwei Zehntel eines Prozentes und in manchen Fällen unter einem Zehntel
und sogar unter einem Zwanzigstel eines Prozentes liegt.
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Zur Verwendung in elektrischen Glühlampen wird der aus dem Metall
hergestellte Leuchtkörper zunächst einer geeigneten thermischen Behandlung unterworfen,
durch welche die für das Nichtdurchhängen erforderliche Struktur erzeugt ;wird.
Ein `'erfahren, das bei den gewöhnlichen Lampen für iio bis i 15 Volt gute Ergebnisse
gezeitigt hat, besteht z. B. darin, daß man den Leuchtkörper in der fertigen Lampe
mit 30 Volt 2 Minuten lang belastet und dann die Spannung in Abständen von
j e 2 Minuten um j e 5 Volt bis zu 6o Volt steigert. Darauf wird er 15 Minuten lang
mit einer die normale Lampenspannung um 15Prozent überschreitenden Spannung belastet.
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Bei normaler Anordnung eines schraubenförmigen Leuchtkörpers findet
während dieser thermischen Behandlung der gesamte Durchhang des Leuchtkörpers statt,
ohne sich während des Gebrauchs der Lampe zu vermehren. Er ist jedoch äußerst geringfügig.
Die Verlängerung des Schraubenkörpers bewegt sich in Grenzen von o bis 5 Prozent,
was praktisch ohne Belang ist.
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Es ist zwar an sich bekannt, der zum Spritzen von Wolframfäden benutzten
Masse Oxyde von Silizium, Titan u. dgl. zuzusetzen. Demgegenüber handelt es sich
nach der ErfinJung um den Zusatz zur Masse für gezogene Drähte, und während bei
den älteren Verfahren die Zusatzstoffe in Verbindung bzw. Legierung mit dem Wolfram
im Leuchtkörper veri-)leiben sollen, wird nach vorliegender Erfindung bis zum Herausdampfen
dieser Stoffe gesintert, so daß sie nur als vorübergehende Beiinischung zur günstigen
Beeinflussung des Ge-' I ü,e - s wirken.