DE562911C - Metallischer Manteldraht - Google Patents

Description

• Metallischer Manteldraht Die Erfindung bezieht sich auf einen metallischen Manteldraht für die verschiedensten Verwendungszwecke, beispielsweise zur Verwendung als Stromeinführungsdraht für elektrische Vakuumgefäße, Glühlampen, Radior öhren, Gleichrichter, Quecksilberröhren und Zündkerzen und, überzogen mit Elektronenemissionsstoffen, auch zur Verwendung als Heizfadenmaterial für Radioröhren.
• Bei solchen Manteldrähten kommt es sehr darauf an, daß der Ausdehnungskoeffizient des metallischen Kerns ein geringer bzw. möglichst gleich ist dem des Materials (Glas), in welches der Manteldraht eingeschmolzen werden soll, und daß der :Mantel des betreffenden Drahtes bei der Einschmelzung eine gute Bindung mit dem Glas eingeht.
• Bei * der Herstellung elektrischer Lampen wurden als Stromeinführungsdrähte ursprünglich Platindrähte verwendet, weil der Dehnungskoeffizient des Platins dem des gewöhnlichen Glases sehr nahe kommt und Glas im geschmolzenen Zustande mit Platin gut bindet, nach der Abkühlung am Platin innig haftet und demzufolge ein hermetischer Abschluß an der Einschmelzstelle gesichert ist. Die Verarbeitung von Platin wird jedoch viel zu teuer, weshalb es schon vorgeschlagen wurde, als Ersatz für Platin Drähte aus Nickeleisen, Nickelstahl oder Chromnickelstahl zu verwenden. Bei einer bestimmten Zusammensetzung von Nickel und Eisen wird bekanntlich der Ausdehnungskoeffizient eines solchen Drahtes dem des gewöhnlichen Glases nahezu gleich. Indes ist bei derartigen Drähten sehr zu beanstanden, daß das im Draht enthaltene Eisen beim Einschmelzen zur Oxydation neigt. Eine sich auf der Oberfläche bildende Oxydschicht macht bekanntlich eine gute Bindung zwischen Draht und Glas unmöglich. Somit war es schwierig, da, wo derartige Drähte in Glas eingeschmolzen wurden, ein gutes Vakuum für die Dauer zu unterhalten.
• Es ist auch schon vorgeschlagen worden, einen Nickeleisendraht mit Kupfer zu ummanteln, weil auf Kupfer aufgeschmolzenes Glas sehr gut bindet. Bei Verarbeitung eines reinen Kupferdrahtes, dessen Ausdehnungskoeffizient ein anderer ist als der des Glases, muß allerdings damit gerechnet werden, daß der Draht bei der Abkühlung sich vom Glas ablöst und die Einschmelzstelle undicht werden läßt. Insofern ist ein Nickeleisendraht mit Kupfermantel weit zweckmäßiger, besonders wenn der Kupfermantel noch mit einer Schicht borsauren Salzes überzogen wird. Drähte dieser Art haben jedoch den Nachteil, daß sie i. beispielsweise bei Quecksilberröhren Verbindungen mit dem Quecksilber eingehen; 2. auf Grund der Gegenwart von Metallen der Kupfergruppe einen relativ niedrigen Verdampfungspunkt im Vakuum und eine relativ hohe Leitfähigkeit besitzen und 3. bei Verwendung als Heizfäden (belegt) nicht gerade sehr zweckmäßig sind, weil das Kupfer auf die Emission einen nachteiligen Einfluß auszuüben bzw. die Emission zu vergiften scheint.
• Der Zweck der Erfindung ist, die obenerwähnten Nachteile zu beseitigen und einen metallischen 'Manteldraht hohen Widerstandes zu schaffen, der bei Verwendung als Heizfaden eine entsprechend höhere Elektronenemission liefert und bei Verwendung als Stromeinführungsdraht in Glas und ähnliche Stoffe eingeschmolzen werden kann selbst da, wo die Temperaturgrenzen ungewöhnlich weit sind. Das letzterwähnte Merkmal ist gegenüber den bis jetzt bekannten Stromeinführungsdrähten von besonderer Bedeutung, da die jetzigen Drähte, in gewöhnliches Glas eingeschmolzen, nur bei Temperaturen von ungefähr 300" C bis Raumtemperatur verwendet «,erden können.
• Gemäß der Erfindung wird ein bekannter Manteldraht, dessen Kern aus Nickeleisen, Nickelstahl oder Chromnickel (Nickel und Stahl) oder Nickel, Chrom und Stahl anteilig so bemessen ist, daß der Ausdehnungskoeffizient möglichst gleich dem des Glases ausfällt und dessen Mantel aus Nickel oder einer Nickellegierung bestehen mag, mit Wasserstoff und unter erhöhten Temperaturen so behandelt, daß der Mantel mit Wasserstoff vollkommen gesättigt wird. Ein so beschaffener Draht ist für die eingangs erwähnte Verwendung als Stromeinführungsdraht., ganz vorzüglich geeignet, aber auch zum Überziehen mit Elektronenemissionsstoffen, z. B. mit Oxyden des Bariums und Strontiums, und ergibt mit einem derartigen Überzug ein vorzügliches Heizfadenmaterial für Radioröhren.
• Der Kern des Manteldrahtes kann, wenn er aus einem Nickelchromstahl besteht, an Nickel ungefähr 4o bis 4.2°/o und an Chrom o,zo bis 5,0°/0 enthalten. Eine solche Zusammensetzung ergibt einen sehr geringen Ausdehnungskoeffizienten. Für Spezialzwecke kann ein größerer oder kleinerer Prozentsatz Nickel vorgesehen werden. Der Ausdehnungskoeffizient wird dann allerdings ein etwas anderer als bei einer Zusammensetzung wie oben angegeben. Der Mantel wird entweder aus reinem Nickel hergestellt oder aus Nickel vermischt mit verhältnismäßig kleinen Mengen eines Metalls, welches eine ausgesprochene Affinität zu Wasserstoff besitzt, wie z. B. Tantal. Auf solche Weise ist es möglich, einen Manteldraht zu schaffen, dessen Ausdehnungskoeffizient gleich ist dem eines verkupferten Drahtes, der selbst aber einen höheren Widerstand und einen höheren Schmelzpunkt besitzt sowie mit einer großen Menge Wasserstoff gesättigt ist. Die Sättigung mit Wasserstoff wird I vorteilhaft in dem Maße ausgeführt, daß sich auf der Oberfläche des Drahtes eine dünne Hydridschicht ergeben muß. Unter den beim Überziehen des Leiters oder beim Einschmelzen in Glas auftretenden Temperaturen wirkt der von dem Draht oder von der Hydridschicht frei werdende Wasserstoff als Flußmittel, welches im ersten Falle das Überziehen des Drahtes günstig beeinflußt und im zweiten Falle die Adhäsion zwischen Draht und Glas so begünstigt, daß eine innige Verbindung und somit ein hermetisch vollkommener Abschluß zwischen Glas und Draht zustande kommt. Der hohe elektrische Widerstand dieses neuen Manteldrahtes ist bei Verwendung des Drahtes als Heizfaden für Radioröhren sehr von Vorteil, da er in solchen Fällen hilft, die für die günstigste Elektronenemission erforderliche Temperatur zu erzeugen und zu unterhalten.
• Die Adhäsion zwischen Manteldraht und Einbettungsmaterial (insbesondere Glas) ist bis zu einem gewissen Grade auch auf den niedrigen Ausdehnungskoeffizienten zurückzuführen, der, sofern der Kern den obenerwähnten Prozentsatz Nickel enthält, noch niedriger ist als der Ausdehnungskoeffizient des Platins. Aber selbst wenn das Nickel in solchen Mengen (mehr als 5o°/0) vorherrscht, daß der Ausdehnungskoeffizient größer ist als der des Platins, so ist er immer noch klein genug, um gute Resultate zu gewährleisten, da das Mantelmaterial zwischen Kern und Einbettungsmaterial als Kissen dient und an beiden unter Temperaturen beträchtlicher Größe noch fest haftenbleibt.
• Zur Herstellung von Manteldrähten gemäß dieser Erfindung wird ein zentraler Kern eines Materials verwendet, dessen Nickelgehalt den gewünschten Ausdehnungskoeffizienten sichert. Ein einen solchen Kern lieferndes Stangenmaterial wird zuerst in ein dünnes Messingblech eingewickelt. Dann wird der Kern mit seiner Umwicklung in ein Rohr gesteckt, das entweder rein aus Nickel oder, wie oben erwähnt, aus einer Nickellegierung besteht.
• Die Abmessungen des Kernmaterials in Bezug auf das Rohr bzw. Mantelmaterial können sich entsprechend dem Zwecke, für den der fertige Draht bestimmt ist, ändern. Für Stromeinführungsdrähte elektrischer Glühlampen oder Radioröhren wird z. B. als Kern eine Stange solchen Durchmessers und ein Rohr bzw. ein Mantel solcher Wandstärke verwendet, daß, wenn die so zusammengesetzte Stange zu einem Draht ausgezogen wird, der Mantel ungefähr 25 bis 30 °/o des den Draht darstellenden Gesamtmaterials ausmacht. Soll der Draht als Stromeinführungsdraht für Zündkerzen verwendet werden, werden die Mengen der Materialien in Bezug aufeinander so eingerichtet, daß das Mantelmaterial xo bis 15 °% des Ganzen ausmacht. Es kann beispielsweise eine Stange mit einem Durchmesser von 17,4 mm und aus einem wenig dehnfähigen :Metall verwendet, auf der Oberfläche sorgfältig poliert, dann mit einer dünnen Schicht '.Messing, Silber oder Kupfer umgeben bzw. umwickelt und schließlich mit einem äußeren Mantel aus Nickel oder einer Nickellegierung (Innendurchmesser ungefähr 1ß mm) versehen werden. Die drei Teile werden dann hinreichend ausgezogen, um die äußere Hülle auf den inneren Kern fest aufzuschrumpfen. Die Stangen werden danach in vertikaler Haltung in einen mit Wasserstoff öder einem anderen inerten bzw. reduzierenden Gas gefüllten Ofen eingesetzt. In dem Ofen werden die Stangen auf einem geeigneten metallischen Halter so gehalten, daß der obere Teil unter eine Temperatur kommt, die das Messingmaterial schmilzt, während der untere Teil verhältnismäßig kühl bleibt, indem er außerhalb der Schmelztemperatur gehalten wird und der Kühlwirkung des erwähnten Halters ausgesetzt ist. Auf diese Weise wird das '.Messingmaterial im oberen Teil der Stange gezwungen, um den Kern herumzufließen; unten kann es aber nicht entweichen. Durch zweckentsprechendes Einrichten der Stangen im Ofen kann schließlich das Messingmaterial auf ganzer Länge der Stange geschmolzen und so eine gleichmäßige Verbindung zwischen dem Mantel und dem Kern hergestellt werden.
• Nach einem anderen Verfahren wird der äußere Mantel mit dem inneren Kern vereinigt, indem der Mantel über den Kern geschoben wird und dann beide Teile ohne Verwendung eines Messingmaterials als Zwischenglied mechanisch bearbeitet, d. h. warm ausgewalzt werden, so daß der :Mantel auf den inneren Kern durch die kombinierte Wirkung von Wärme und Druck gewissermaßen aufgeschweißt wird.
• Das so gewonnene Produkt ist ein Rohstück von ungefähr 6o bis go cm Länge. Aus diesem Rohstück werden durch Walzen und Schmieden nach an sich bekannten Verfahren Stangen oder Drähte hergestellt, die, wenn es verlangt wird, noch weiter, zu Bändern, ausgewalzt werden konnten. Das Endprodukt wird unter hoher Temperatur in reinem Wasserstoff behandelt, darin sorgfältig ausgeglüht, von Sauerstoff befreit und erfindungsgemäß mit Wasserstoff gesättigt. Diese Wasserstoffbehandlung kann so weit geführt werden, daß sich auf der Oberfläche des fertigen Drahtes eine dünne Hydridschicht bildet. Auf jeden Fall wirkt der Wasserstoff da, wo der Draht in Glas dicht abschließend eingeschmolzen werden soll, sehr vorteilhaft, indem er gleich einem Bindemittel das Glas am Draht haften läßt und die Oxyde reduziert. Der Wasserstoff ist ebenfalls von Vorteil da, wo es verlangt wird, Oxydüberzüge oder Überzüge aus anderen Materialien am Nickel zum Haften zu bringen, indem er hier auf die Belegungen (aus einem Oxyd oder einem Karbonat) bei deren Erhitzung eine reduzierende Wirkung ausübt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Metallischer Manteldraht, der aus einem Kern von Nickeleisen, Nickelstahl oder Nickelchromstahl und aus einem metallischen Überzug oder Mantel von Nickel oder einer Nickellegierung besteht, beispielsweise als Stromeinführungsdraht für elektrische Vakuumgefäße, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug oder Mantel mit Wasserstoff gesättigt ist. a. Metallischer Manteldraht nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigung mit Wasserstoff in dem Maße ausgeführt ist, daß sich auf der Oberfläche des Drahtes eine Hydridschicht befindet. 3. Metallischer Manteldraht nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metall, welches eine ausgesprochene Affinität zu Wasserstoff besitzt, z. B. Tantal, dem Nickel oder der Nickellegierung beigefügt ist, aus welchem bzw. aus welcher der Mantel des Drahtes besteht. .I. Metallischer Manteldraht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe mit Elektronen ausstrahlenden Oxyden, z. B. mit Oxyden des Bariums und Strontiums, überzogen ist.