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Schmelzen schwer schmelzbarer Metalle unter tunlichster Verhütung
der Aufnahme von Verunreinigungen Es bereitet der Technik große Schwierigkeit, schwer
schmelzbare Metälle, wie Tantal, Wolfram usw., in reinem Zustande zu schmelzen,
denn bei den hochliegenden Temperaturen sind alle Behälter, die geeignet sind, den
Schmelzfluß aufzunehmen, geneigt, eine Verbindungmitdiesemeinzugehen. Die vorliegende
Erfindung vermeidet diesen Übelstand, indem sie den Schmelzfluß mit dem zu schmelzenden
Material selbst umgibt, so daß der Schmelzfluß nur Verbindungen eingehen kann, die
ihn in keiner Weise verändern.
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Dieser Vorteil wird zum Beispiel erreicht, indem man aus dem Pulver
der schwer schmelzenden :Metalle einen Stab formt, vorbrennt und in einer stark
kühlenden Gashülle, etwa Wasserstoff, durch Stromdurchgang sintert. Wird die Stromstärke
über die normale Sintertemperatur gesteigert, so tritt infolge der geringeren Abkühlung
in der Seele des Sinterkörpers ein Fließen des Materials ein, während die äußere
Hülle mechanisch fest bleibt und den Fluß zusammenhält. Geht man nunmehr in der
Stromzufuhr zurück bis zur völligen Abkühlung, so hat man einen 1Xetallkörper erzielt,
dessen Inneres geflossen, dessen äußerer Mantel nur gesintert ist. Nachdem man den
Mantel entweder mechanisch oder auch chemisch entfernt hat, hat man einen Metallkörper
mit dem festen Gefüge des Metallflusses erzielt. Da die mechanische Festigkeit des
gesinterten :Mantels nur gering ist, empfiehlt es sich, während des Schmelzens das
Eigengewicht des Stabes durch eine Kraft zu verringerfi, die dem Gewichtszustand
entgegengesetzt ist.
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Wenn man z. B. nach Art der üblichen Sinterapparate den Schmelzstab
zum Zwecke der Stromzuführung am unteren Ende in Quecksilber tauchen läßt, kann
mit der Kontakteinrichtung in das Quecksilber ein Schwimmkörper tauchen, dessen
Auftrieb den Gewichtszug annähernd aufhebt.
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Arbeitet man mit prismatischen oder zylindrischen Sinterkörpern, so
wird der in Metallfluß überführte Körper dieser Form ähnlich sein, da die nach oben
steigende Wärme eine gleichmäßige Wärmeverteilung im gesamten Sinterkörper verhindert.
Es ergibt sich im allgemeinen ein konisches Schmelzprodukt, das sich nach unten
verjüngt. Um geschmolzene Körper vorgeschriebener Abmessung zu erreichen, empfiehlt
es sich, das oben beschriebene Verfahren dahin abzuändern, daß man zunächst einen
Sinterkörper aus dem schwer schmelzenden Material herstellt, diesen mechanisch verfestigt
und dem zu erzielenden, Endkörper entsprechend formt, etwa durch Schmieden. Der
so hergestellte Körper wird mit dem Pulver des gleichen oder eines noch schwerer
schmelzenden Metalls umgeben, gebrannt und durch Stromdurchgang gesintert. Die Stromstärke
wird so weit getrieben, daß der geformte Körper zum Schmelzen kommt
und
dann abgekühlt, entweder schnell oder langsam, je nachdem welches Gefüge verlangt
wird. Das Endprodukt ist bei diesem abgeänderten Verfahren ein. in seiner Form unveränderter
Schmelzkörper, umgeben mit einer nur gesinterten Hülle. Es läßt sich nämlich erreichen,
daß die ungleichmäßige Verteilung der Wärme in dem gesamten Körper infolge der Wärmeleitung
nach oben nicht mehr schädlich wirken kann, da der in dem Sinterkörper eingebettete,
verfestigte Metallkörper infolge seines dichteren und gerichteten Gefüges die Stromfäden
in sich hineinzieht, während der nur lockere Sintermantel dem Stromdurchgang einen
höheren Widerstand entgegensetzt. Unterstützt durch die geringere Abkühlung der
inneren Teile erzielt man bereits ein Schmelzen des vorgeformten Körpers, bevor
Teile der gesinterten Hülle die zum Fließen erforderliche Temperatur erreicht haben.
Um das Fließen der Innenteile beobachten zu können, empfiehlt es sich, Löcher in
dem Sintermantel vorzusehen, durch die beim Schmelzen der Seele Tropfen auszutreten
versuchen, die aber bei der Berührung mit der kühlenden Gashülle erstarren.
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Es bereitet keine Schwierigkeit, das lockere Sintergefüge von dem
Schmelzfluß entweder mechanisch oder chemisch durch Abbeizen zu trennen, so daß
man einen reinen Schmelzfluß gewünschter Form erzielen kann.
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Bei dem hohen spezifischen Gewicht der schwer schmelzenden Metalle
kann es Schwierigkeit bereiten, den Sintermantel richtig zu dimensionieren. Es empfiehlt
sich in solchen Fällen, den verfestigten und geformten Körper zunächst mit einer
Pulvermasse, wie oben beschrieben, zu umgeben und den so erzielten Körper mit einer
Stütze, evtl. Mantel, zu versehen, deren Schmelzpunkt höher liegt als der des gesinterten-
Körpers. Sollten in diesem Falle Verbindungen mit dem Stützkörper eingegangen werden,
so kommt dieses nur für den Sinterkörper in Frage. Dieses ist aber ohne Belang,
da der Sinterkörper vor der Verwendung des Schmelzflusses entfernt wird.
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Das Schmelzverfahren erfordert keineswegs die Erwärmung durch direkten
Stromdurchgang, sondern kann auch durch Hochfrequenzströme erfolgen.
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Die Verwendung und weitere Verarbeitung des Metallflusses stellt verschiedene
Anforderungen an die physikalischen Eigenschaften des Fließkörpers. So wird für
Röntgenzwecke ein möglichst starres Gefüge, für weitere mechanische Verarbeitung
ein dehnbares Gefüge verlangt. Um diesen verschiedenen Anforderungen zu genügen,
empfiehlt es sich, den Schmelzfluß während des Erstarrens So zu beeinflussen, daß
eine erwünschte Kristalllagerung im erstarrten Körper erreicht wird. Diese Beeinflussung
wird durch bekannte Mittel erzielt, z. B. durch schnelle Abkühlung, langsame Abkühlung
mit mechanischer Erschütterung, Abkühlung im Wärmegefälle USW.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, beim Schmelzen von hochschmelzenden
Metallen diese vor derAufnahme vonVerunrein.igungen dadurch zu schützen, daß man
sie mit einer Hülle desselben Metalles umgibt. Dabei handelt es sich um das Schmelzen
im Lichtbogen. Mit diesem Verfahren ist es aber ausgeschlossen, größere -Mengen
des Metalles in homogener Weise zu durcharbeiten, denn die jeweils zum Fließen gebrachte
Stelle wird ihre Wärme nach benachbarten Teilen in ungeregelter Weise verlieren
und dadurch beim Erstarren ganz ungewollte Spannungen und Kristallbildungen aufweisen.
Demgegenüber handelt es sich erfindungsgemäß darum, Schmelzkörper zu erhalten, die
entweder sofort ihre Endform erhalten oder eine solche Form, die zur Weiterverarbeitung
geeignet ist. Es wird daher von der Verwendung von Tiegeln oder Schmelzgefäßen ganz
abgsehen. Wesentlich ist dabei vor allem, daß das Arbeitsgut in Stabform mittels
durch Stromdurchgang erzeugter Widerstandserwärmung geschmolzen wird. Nur dadurch
wird es möglich, einen im wesentlichen allseitigen Schutz der Schmelze durch den
Pulvermantel zu gewährleisten. Bei dem mit Lichtbogenschmelze im Tiegel arbeitenden
Verfahren liegt naturgemäß die ausgedehnte Oberfläche der Schmelze völlig frei,
was bekanntlich eine ganze Reihe von Nachteilen im Gefolge hat.
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Schließlich ist auch schon versucht worden, aus Wolframpulver gepreßte
Stäbe durch den elektrischen Lichtbogen im Vakuum zu schmelzen. Dieses Verfahren
hat aber ebenfalls nicht zu praktischen Erfolgen geführt und: leidet sinngemäß an
allen obenerwähnten Nachteilen der Lichtbogenschmelzung.