DE642816C - Verfahren zur Erhoehung der Zerreissfestigkeit eines Metalls durch Einverleibung eines als Armierung dienenden festeren Werkstoffs - Google Patents

Description

In Metallkörpern, die starken thermischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, treten, wenn sie sich nicht frei ausdehnen können, plastische Verformungen und Spannungen auf, die häufig zur Folge haben, daß sich in dem Metall, besonders an den Kristallgrenzen, Risse bilden. Diese Rißbildung, die das Material schwächt und manchmal ein Unbrauchbarwerden des Metallkörpers verursacht, wird .z. B. bei Verbundkörpern, die aus Metallen mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten zusammengesetzt sind, beobachtet.

Einen solchen Verbundkörper bildet z. B. die Anode einer Röntgenröhre, die einen Oberflächenteil, auf den die Kathodenstrahlen auftreffen, und einen Träger, durch den die Wärme abgeleitet wird, aufweist. Der Oberflächenteil besteht meistens aus einem hochschmelzenden Metall, wie. Wolfram, und der Träger aus einem Metall, das eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, wie Kupfer.

Beim Betriebe der Röntgenröhren wird an dem Oberflächenteil eine erhebliche Wärmemenge erzeugt, wodurch die Temperatur der Anode steigt. Infolge der großen Verschiedenheit der Aiisdehnung der beiden Metalle werden oft die Kupferkristalle ganz oder teilweise voneinandergerissen. Dies hat hier den Nachteil, daß es die Wärmeleitung des .Kupferkörpers beeinträchtigt.

Man hat bereits versucht, diesen Übelstand dadurch zu beseitigen, daß Drähte oder Stege in Kreuz- oder Ringform in dem ,Kupfer angeordnet werden oder eine Übergangsschicht aus einem anderen Material zwisehen dem Kupfer und dem Wolfram vorgesehen wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das eine Vergrößerung der Zerreißfestigkeit bzw. eine Erhöhung der Fließgrenze eines Metalls bewirkt und besser als die bisher bekannten Maßnahmen zur Verhütung der Rißbildung geeignet ist. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Metall ein räumliches feinfaseriges Gebilde aus einem festeren Material skelettartig einverleibt wird. Am besten eignen sich hierzu Metalle, die einen kleineren Ausdehnungskoeffizienten als das Hauptmetall haben, und es empfiehlt sich die Verwendung eines Metalls, das nicht durch das Hauptmetall aufgelöst wird. Wenn sich nämlich die Fasern in dem Hauptmetall lösen könnten, hat dies einen merklichen Einfluß auf die elektrischen und thermischen Eigenschaften. Das Volumen des Gebildes kann zwischen weiten Grenzen variieren. Zweckmäßig beträgt es nicht weniger als 3 und nicht mehr als 5o<y₀ des Körperinhaltes, während seine Fasern einen Querschnitt von ο, ι mm² aufweisen oder weniger. Als Körperinhalt kommt in

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Gilles Holst in Eindhoven, Holland,

dieser Beziehung nur der Inhalt jenes Metallteiles in Frage, in dem sich das Gewebe befindet.

Durch das skelettartige Gebilde werden die Metallkristalle gegeneinander verankert, und sie werden auch an sich widerstandfähiger. Dagegen bleibt die Leitfähigkeit des Materials für Wärme oder Elektrizität praktisch unverändert. Dies ist ein Vorteil gegenüber ίο der Anwendung von Zusätzen, die Legierungen oder Mischungen bilden, da diese zwar die mechanischen Eigenschaften des Metalls verbessern können, in der Regel aber einen Verlust an Leitfähigkeit bewirken. Das Verfahren findet nicht nur Verwendung für Körper, die aus einem reinen Metall, wie Kupfer oder Silber, bestehen; es können auch Legierungen, wie Messing, gemäß der Erfindung behandelt werden, und die Bezeichnung Metall soll sie mitumfassen.

Erfindungsgemäß ist in einem Verbund-' körper, der aus zwei Metallen verschiedener Wärmeausdehnung besteht, dem Metall mit der größeren Ausdehnungszahl oder einem an ^as andere Metall grenzenden Teil desselben ein dreidimensional sich erstreckendes feinfaseriges Netzwerk aus einem Metall mit geringerer Ausdehnungszahl, vorzugsweise aus dem anderen Metall, einverleibt, das zweckmäßig den obengenannten Inhalt und Faserquerschnitt hat.

Handelt es sich um die Anode einer Röntgenröhre mit einem Oberflächenteil aus einem hochschmelzenden Metall, wie Wolfram,, und einem Träger, der wenigstens an der den Oberflächenteil berührenden Stelle aus einem Metall besteht, das gut wärmeleitend ist und einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als das hochschmelzende Metall hat, wie z. B. Kupfer, so kann die durch Rißbildung gefährdete Wärmeleitung des Trägers dadurch dauernd aufrechterhalten werden, daß das Trägermetall entsprechend der Erfindung wenigstens an der genannten Stelle in allen Richtungen von Drähten, Bändern oder Stäbchen aus dem anderen Metall durchsetzt wird.

Zweckmäßigerweise verwendet man für das Verstärkungsgewebe Metalldraht, der, zu einem Knäuel gepreßt, hinter der Wolframpastille und gegebenenfalls daneben in dem Kupfer angebracht wird. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Drähten sind ganz mit dem Trägermetall gefüllt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kommt auch für die Herstellung von elektrischen Kontakten in Betracht, und ferner kann es dazu angewandt werden, Gegenstände, z. B. Drähte oder Stäbe, von einer gewünschten Ausdehnung, beispielsweise zu Ein- oder Antio schmelzzwecken, zu schaffen, da sich das Material bei geeigneter Wahl des für das Netzwerk verwendeten Metalls auch in duktiler Form herstellen läßt.

Unter Umständen bringt das neue Verfahren den Vorteil mit sich, daß Gußstücke z. B. aus Kupfer gemacht werden können, für die man mit Rücksicht auf die erforderliche Festigkeit sonst Messing oder eine ander'- Legierung wählen und den Nachteil der schlechteren Wärmeleitung usw. mit in Kauf nehmen 7« mußte.

Die Zeichnung zeigt als Beispiel eine Anode für Röntgenröhren, und zwar eine Spezialbauart, nämlich eine Drehanode. Es können aber auch feststehende Anoden nach demselben Verfahren hergestellt werden..

Abb. ι stellt eine Gußform zur Herstellung des Anodenkörpers dar, und

Abb. 2 ist ein Schnitt durch den fertigen Anodenkörper.

Die im Durchschnitt gezeichnete Gußform I, die z.B. aus Kohlenstoff besteht, hat einen der gewünschten Form der Anodenvorderfläche entsprechend geneigten Boden 2. Dieser trägt die ebenfalls im Durchschnitt angegebene ringförmige Wolframpastille 3. Auf dieser Wolframpastille ruht ein Knäuel 4, das aus Wolframdraht gepreßt ist. Zu diesem Zweck kann gezogener Wolframdraht von etwa 0,05 mm Durchmesser dienen, wie dieser für die. Herstellung von Glühkörpern in elektrischen Glühlampen verwendet wird. In der Mitte ist ein zylinderförmiger Raum 5 ausgespart.

LTm den in Abb. 2 dargestellten Anodenkörper herzustellen, wird unter Anwendung der in solchen Fällen gebräuchlichen Schmelz- und Gußverfahren der ganze Raum zwischen den Drähten und um das Knäuel herum mit flüssigem Kupfer gefüllt, so daß nach dem Erstarrungsprozeß ein lückenloses Gebilde erhalten wird. Da die Wolframdrähte in verschiedenen Richtungen durch den Körper verlaufen und von dem Kupfer nicht gelöst werden, sind in einem willkürlichen Querschnitt durch diesen Körper Schnitte durch die Drähte unter allen möglichen Winkeln in dem Teil 7 sichtbar.

Die Anode kann nach dem Erstarren auf die gebräuchliche Weise abgeschliffen und ferner bearbeitet werden. Drehanoden haben meistens eine axiale Durchbohrung für die Lagerung. Die zentrale Aussparung 5 im Knäuel 4 dient dazu, die Ausbohrung bequem anbringen zu können, ohne daß durch das harte Wolfram das Bohrwerkzeug abgestumpft wird. In Abb. 2 ist diese zentrale Bohrung 6 sichtbar. Hinter und neben der Wolframpastille beobachtet man die zahlreichen Schnitte des Wolframdrahtes. Oberhalb des mit Wolfram durchsetzten Teiles 7 setzt sich der Anodenkörper in einem Teil 8

aus reinem Kupfer fort. Gegen einen vorstehenden Rand 9 dieses Teiles liegt ein Eisenring 10 an, der die Drehung im magnetischen Felde erleichtert. Derartige Anoden haben den für hochbelastbare Röntgenröhren sehr wichtigen Vorteil, daß dem Entstehen von Unterbrechungen, welche bei Vollkupferanoden an den Grenzflächen der Kristalle öfters auftreten und die Wärmeübertragung von der Wolframoberfläche 3 nach dem dahinterliegenden Teil 8 behindern, vorgebeugt wird, ohne daß das Zusatzmaterial die Wärmeleitung des Teiles 7 nennenswert herabsetzt. Das Material als Ganzes hat durch den WoIframpfropfen eine größere Zerreißfestigkeit bzw. eine höhere Fließgrenze bekommen und ist den starken Spannungen, die infolge der verschiedenen Ausdehnung des Kupfers und des Wolframs auftreten, besser gewachsen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erhöhung der Zerreißfestigkeit eines Metalls durch Einverleibung eines als Armierung dienenden feste- *' ren Materials, dadurch gekennzeichnet, daß das festere Material aus einem feinfaserigen Material besteht.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebilde aus einem Metall besteht, welches von dem Hauptmetall nicht gelöst wird.

3. Verbundkörper, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Gebildes zwischen ungefähr 3 und 50 0/0 *5 des Körperinhaltes liegt, während der Querschnitt seiner Fasern o, 1 mm² oder weniger beträgt.

4. Verbundkörper nach Anspruch 3 in Form einer Anode für eine Röntgenröhre mit einem Oberflächenteil aus einem hochschmelzenden Metall, wie z. B.' Wolfram, und einem Träger, der wenigstens an der den Oberflächenteil berührenden Stelle aus einem 'Metall besteht, das gut wärmeleitend ist und einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als das hochschmelzende Metall hat, wie z. B. Kupfer, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermetall wenigstens an der genannten Stelle in verschiedenen Richtungen von Drähten, Bändern oder Stäbchen aus dem anderen Metall durchsetzt ist.

5. Verbundkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Metalldraht, zu einem Knäuel gepreßt, hinter dem Oberflächenteil (z. B. Wolframpastille) und gegebenenfalls daneben in dem Metall des Trägers (z. B. Kupfer) angebracht ist und die Zwischenräume zwischen den einzelnen Drähten ganz mit. dem Trägermetall gefüllt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen