DE461960C

DE461960C - Manufacture of monocrystalline bodies from difficult-to-melt metals

Info

Publication number: DE461960C
Application number: DEV20199D
Authority: DE
Original assignee: VER GLUEHLAMPEN und ELEK CITAE
Current assignee: VER GLUEHLAMPEN und ELEK CITAE
Priority date: 1924-12-31
Filing date: 1925-05-05
Publication date: 1928-06-30

Description

Herstellung von Einkristallkörpern aus schwer schmelzbaren Netallen. Bekanntlich werden aus hochschmelzenden Metallen, wie Wolfram, bearbeitbare Stäbe, Blöcke auf die Weise hergestellt, daß das Oxyd des Metalls reduziert und das gewonnene Metallpulver gepreßt wird. Die erhaltenen Formstücke, meist Stäbe, werden dann bei ungefähr i ooo0 »vorgesintert<e, dann mittels Durchleitung von Wechselstrom auf hohe Weißglut erhitzt, »gesintert«. Die mittels dieses bekannten Verfahrens hergestelI-ten gesüiterten Stäbe bestellen aus einem Aggregat verschieden orientierter Kristalle von verschiedener Größe und sind mechanisch bearbeitbar, so daß aus ihnen kalt-duktile Drähte gezogen werden können.Production of monocrystals from hard-to-melt metals. As is known, blocks are made of refractory metals such as tungsten, machinable rods, in such a way that the oxide of the metal is reduced and the metal powder obtained is pressed. The molded pieces obtained, mostly rods, are then "pre-sintered" at around 10,000, then heated to a high incandescence by passing alternating current through them, "sintered". The filtered rods produced by this known method are made from an aggregate of differently oriented crystals of different sizes and can be mechanically processed so that cold-ductile wires can be drawn from them.

Bei der Bearbeitung solcher Stäbe weisen aber die verschiedenen Stellen eines Stabes wegen der verschiedenen Kristallstruktur betreffend Festigkeit Abweichungen auf, %vas die Gleichmäßigkeit des Materials gefährdet.When machining such bars, however, the different points of a rod due to the different crystal structure regarding strength deviations on,% vas endangers the uniformity of the material.

Zur Sicherung der Gleichmäßigkeit eines Stabes in seiner ganzen Ausdehnung und hierdurch der Gleichmäßigkeit des aus diesem hergestellten Drahtes wurden schon seit längerer Zeit Verfahren gesucht, mittels welcher bei der Sinterung ein aus wenigen, am besten aus einem einzigen Kristall bestehender Stab hergestellt wird. Bei der Bearbeitung eines solchen Stabes geht zwar die Einkristallstruktur verloren, es verbleibt aber die vollkommene Gleichmäßigkeit des auf einmal zu verarbeitenden Materials.To ensure the uniformity of a rod in its entire extent and thereby the evenness of the wire made from it were already For a long time sought processes by means of which during sintering a few rods, best made of a single crystal. When processing such a rod, the single crystal structure is lost, However, there remains the perfect uniformity of what is to be processed at once Materials.

Es wurden bereits solche aus wenigen oder aus einem einzigen Kristall bestehende Wolframstäbe hergestellt. Dieses Verfahren führte aber bei der Sinterung, auch nach mehrere Stunden lang andauernder Erhitzung in unmittelbarer Nähe des Schmelzpunktes, oft zu keinem Einkristallkörper, sondern nur zu einem aus Makrokristallen bestehenden Stab, der vor der Weiterverarbeitung am besten in die einzelnen Kristalle mechanisch geteilt werden mußte.There have already been ones made from a few or from a single crystal made of existing tungsten rods. However, this process resulted in sintering, even after several hours of continuous heating in the immediate vicinity of the melting point, often not to a single crystal body, but only to one consisting of macrocrystals Rod, which is best mechanically cut into the individual crystals before further processing had to be shared.

Laut vorliegender Erfindung entsteht der Einkristallkörper unfehlbar bereits nach einer kurz andauernden Sinterung- (5 bis io Minuten), deren Temperatur der allgemein üblichen Sinterungstemperatur entspricht, welche am besten mit 85 bis go '/" der Durchschmelzstromstärke zu kennzeichnen ist.According to the present invention, the monocrystalline body arises infallibly after a brief sintering (5 to 10 minutes), the temperature of which corresponds to the generally customary sintering temperature, which is best characterized as 85 to 1/4 of the melting current.

Bei der Ausarbeitung vorliegender Erfindung wurde von der Voraussetzung ausgegangen, daß im wesentlichen das entsprechende Verhältnis der Kristalle verschiedener Korngröße gefunden werden muß, bei welcher die mit größtem Energiegehalt versehenen kleinsten Körner ein so rapides Kristallwachstum zustande bringen, daß dieses zur Bildung des am meisten stabilen Zustandes, den der Einkristallkörperi irorstellt, führt. Die Versuche haben diese Voraussetzung bestätigt.In working out the present invention, the premise assumed that essentially the corresponding ratio of the crystals different Grain size must be found at which the provided with the greatest energy content smallest Grains bring about such rapid crystal growth that this leads to formation the most stable state that the single crystal body establishes. The tests have confirmed this requirement.

Das Wesen-des neuen Verfahrens besteht darin, daß die Struktur des mittels Reduktion hergestellten Metallpulvers auf die Weise beeinflußt wird, daß hierdurch die Bildung des Einkristallkörpers bereits bei kurz andauernder Sinterung gesichert wird. Die Beeinflussung erfolgt am besten während der Reduktion und besteht im wesentlichen darin, daß das Metalloxyd im Wasserstoffstrom derart durch mehrere Hitzezonen geführt wird, daß es in jedem Abschnitt gesteigerter Temperatur bis zur endgültigen Ausbildung der dieser Temperatur entsprechenden Korngröße belassen wird. Hierdurch wird ein Metallpulver gewonnen, in welchem die Körner in bezug auf Größe Abweichungen aufweisen, die durch das anzuwendende Verfahren beeinflußt werden können. Der aus dem so hergestellten Pulver gepreßte, bei ungefähr 1 0000 vorgesinterte Wolfrainstab ergibt bei einer Sinterung unter 3 0000 innerhalb weniger Minuten den Einkristallkörper.The essence of the new process consists in the fact that the structure of the metal powder produced by means of reduction is influenced in such a way that the formation of the single crystal body is ensured even with brief sintering. The influence is best done during the reduction and consists essentially in that the metal oxide is passed in the hydrogen stream through several heat zones in such a way that it is left in each section of increased temperature until the final formation of the grain size corresponding to this temperature. In this way, a metal powder is obtained in which the grains have deviations with respect to size which can be influenced by the method to be used. The pressed from the thus prepared powder, presintered at about 1 0000 WolfsRain rod results in sintering under 3 0000 within a few minutes the single crystal.

Dieses Verfahren führt auch dann zur Bfldung des Einkristallstabes, wenn der Thoriumoxydgehalt des Metalls, deT meist unterhalb i01, zu sein pfle, bedeutend erhöht wird. Solche Stäbe mit einem mehr als i prozentigen Thoroxydgehaft waren mittels der bisher bekannten Verfahren sehr schwer bearbeitbar. DernIgegenüber sind die Stäbe nach vorliegendem Verfahren ohne Hindernisse zu bearbeiten und bis zu den dünnsten Fäden ziehbar und spiralisierbar. Bei der üblichen mechanischen Bearbeitung geht die Einkristallstruktur allmählich verloren. Die so erhaltenen, kalt duktilen Drähte mit hohem Thoriumgehalt werden mit besonderem Vorteil in Entladungsröhren (Verstärkern usw.) verwendet.This process also leads to the filling of the single crystal rod, when the thorium oxide content of the metal, usually below 10, is usually significant is increased. Such rods had more than 1 percent thoroxide content very difficult to process by means of the previously known methods. Opposite are to machine the rods according to the present method without obstacles and up to the thinnest threads can be pulled and spiraled. With the usual mechanical processing the single crystal structure is gradually lost. The so obtained, cold ductile Wires with a high thorium content are particularly advantageous in discharge tubes (Amplifiers, etc.) are used.

Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens sei in folgendem gegeben: Sorgfältig gereinigte Wolfram säure wird mit einer 1, 8 '/, Thoriumoxyd-gehalt des Wolframmetalls entsprechenden Thornitratlösung gleichmäßig vermengt, dann getrocknet und bei 5ool eine halbe Stunde hindurch erhitzt. Nachher wird die Säure im Wasserstoffstrom durch folgende Hitzezonen gefüht: 700', 7500, 810', 88o', 95o'. Die Dauer der ganzen Reduktion beträgt ungefähr 4 Stunden. In jeder dieser Zonen wird das Material ungefähr gleich lange belassen, wobei die entsprechende Korngrößeverteilung erreicht wird.An embodiment of the method is given in the following: Carefully cleaned tungstic acid is heated for half an hour passes with a 1, 8 /, thorium oxide content 'of the tungsten metal corresponding Thor nitrate solution uniformly mixed, then dried at 5ool. The acid is then passed through the following heat zones in a hydrogen stream: 700 ', 7500, 810', 88o ', 95o'. The entire reduction takes about 4 hours. In each of these zones, the material is left for approximately the same time, with the corresponding grain size distribution being achieved.

Es wird hierbei z. B. ein Wolframpulver erhalten, in welchem die Verteilung der Korngröße die folgende ist: Durchmesser Kornzahl in Mikron: in Prozenten: von 4 bis 3 0,5 3 2 1,0 2 1,5 1,5 1,5 1 7 1 015 20 0,5 0,2 20 o,2 und kleiner 50. Das feinste Pulver mit einem Durchmesser von o,2,u abwärts macht im Gewicht weniger als 0,5 '/" aus.It is here z. B. obtained a tungsten powder in which the distribution of the grain size is the following: Diameter grain number in microns: in percentages: from 4 to 3 0.5 3 2 1.0 2 1.5 1.5 1.5 1 7 1 015 20 0.5 0.2 20 o, 2 and less than 50. The finest powder, 0.2 microns down in diameter, is less than 0.5 '/ "in weight.

Das fertig reduzierte Metall wird zwecks Feststellung der richtigen Beschaffenheit am besten mittels Setzprobe geprüft. Es entspricht nämlich einer jeden Korngrößeverteilung ein gewisser Ablauf des Setzprozesses, der für jedes aus einer Wolframsäurepartie hergestellte Metall experimentell bestimmt wird.The finished reduced metal is used to determine the correct The condition is best checked by means of a settling test. Namely, it corresponds to a each grain size distribution a certain sequence of the setting process, which is made for each a tungstic acid batch of metal produced is determined experimentally.

Das derart hergestellte Metallpulver wird nach bekanntem Verfahren gepreßt, geglüht und, wie oben angegeben, gesintert.The metal powder produced in this way is made by a known method pressed, annealed and, as indicated above, sintered.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the production of single crystal bodies (rods, blocks, etc.) from refractory metals such as tungsten, characterized in that in the metal powder obtained by reduction, e.g. B. during the reduction process, so great differences are caused in terms of grain size that the rod made from the metal powder in the usual way is transformed into a single crystal body within a few minutes during the sintering process.

2. Embodiment of the method according to claim i, characterized in that the metal oxide during the reduction is systematically passed through several higher temperature zones and is left in each individual zone for the purpose of designing the grain size corresponding to this temperature until the metal powder has a grain size after the reduction which enables the conversion into a single crystal body in a few minutes. 3. Application of the method according to claim i and 2 for the production of a sintered tungsten single crystal rod or block with more aJs i% Tlioriumoxide, which can be processed into cold ductile wire by the known hammering and drawing process without difficulty.