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Herstellung eines sauerstofffreien Kupfers hoher Leitfähigkeit Es
ist bekanntgeworden, daß Kupfer, welches vollkommen sauerstoff- und gasfrei ist,
schon im Gußzustand überraschend günstige Eigenschaften hat. Dieses Kupfer ist als
D. O. Kupfer bekannt, jedoch nur mit einem erheblichen Überpreis erhältlich, weil
seine Herstellung mit ganz besonderen Schwierigkeiten verbunden ist. Ein derartiges
Kupfer hat z. B. eine Kerbschlagfestigkeit von 13 bis 14 mkg: mm= gegenüber
einer Kerbschlag,-festigkeit von 2 bis 3 mkg mm2 von .Drahtbarren, die aus in üblicher
Weise raffiniertem Elektrolytkupfer vergossen wurden. Auch der aus sauerstofffreiem
Kupfer hergestellte Draht hat dem aus gewöhnlichen Drahtbarren erzeugten Draht gegenüber
noch beträchtliche Vorteile. So verhalten sich die Torsionswerte an 2mm-Drähteti
etwa wie too : 5o. Es ist daher erklärlich, daß schon viel Versuche unternommen
wurden, um sauerstofffreies Kupfer herzustellen. Die übliche Raffination hat bisher
versagt, weil eine das gewöhnliche .Maß der Raffination übersteigende Desoxydation
durch Polen dem Kupfer zu viel Gase zuführt so daß keine einwandfreien Barren mehxf
gegossen werden können. Es wäre auf der anderen Seite wohl denkbar, das Kupfer im
Vakuum zu entgasen. Dazu sind jedoch sehr kostspielige Einrichtungen erforderlich.
Im allgemeinen würden dann die in den Hütten jetzt vorhandenen Schmelzeinrichtungen
nicht mehr verwendet werden können. Weitere Versuche, derartiges Kupfer herzustellen,
sind z. B. in der britischen Patentschrift 378 oo8 beschrieben. Auch hier läuft
jedoch die Durchführung der Raffination auf die Einschaltung eines elektrischen
Ofens hinaus, in dem unter Ausschaltung der Atmosphäre die Reduktion bis auf das
erforderliche übertriebene Maß hin durchgeführt werden kann.
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Gemäß Erfindung ist es nun möglich, ein weitgehend desoxydiertes'
gasfreies Kupfer ohne große Änderungen der bestehenden Hütteneinrichtungen und ohne
allzu große Erhöhung der Herstellungskosten zu erzeugen.
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Die Erfindung besteht darin, das Kupfer in einem gewöhnlichen Raffinierofen
zunächst in üblicher, Weise durch Einblasen von Luft von allen Verunreinigungen
zu befreien tutd dann den von 1 Bade aufgenommenen Sauerstoff wiederum in an sich
bekannter Weise durch Polen zu entfernen. Während man nun bisher dieses Polen nur
bis zu einem
Sauerstoffgehalt von etwa 0,025 bis o,07% durchführte,
wird gemäß Erfindung das Polen bis au einem Sauerstoffgehalt von nur o,oo5 bis o,oiolo
weitergetrieben. Dabei nimmt naturgemäß das Kupfer Gase auf, für die es bei Abwesenheit
von Sauerstoff ein besonderes Lösungsvermögen hat. Das überpolte Kupfer wurde daher
allgemein als schlecht bezeichnet. Zur Beseitigung dieser Gase wird nun das Kupfer
weiterhin mit Lithium behandelt. Es ist an sich bekannt, Lithium- zur Desoxydation
bzw. Entschwefelung von Kupfer zu verwenden. Im vorliegenden Fall handelt es sich
aber um ein Kupfer, leas von vornherein Schwefel- und sauerstofffrei ist. Es ist
weiterhin nicht` mehr neu, daß Lithium in der Lage ist, Kupfer von Stickstoff oder
überschüssigem Phosphor zu befreien. Nirgends ist aber bisher die Möglichkeit erwähnt,
eine Herstellung von praktisch " Sauerstofffreiem Kupfer in der Art zu bewirken,
daß das flüssige Kupfer überpolt und dann mit Lithitun entgast wird. Gerade dieses
Verfahren hat aber den praktisch ungeheuer wichtigen Vorteil, daß man es in den
üblichen, viele Tonnen fassenden Raffinieröfen ohne Schädigung der elektrischen
Eigenschaften des erhaltenen Kupfers durchführen: kann. Das Verfahren ist wesentlich
billiger, als wenn von vornherein mit Lithium allein desoxydiert würde, weil der
hohe Preis des Lithiums einer Anwendung ih größerem Umfange entgegensteht.
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Gerade die Verbindung einer desoxydierenden Behandlung des Kupfers
durch Polen mit .einer nachträglichen Entgasung durch Litliitun sichert auch im
Gegensatz zu der Desoxydation des Kupfers mit Phosphor und der nachträglichen Entfernung
dieses Elementes mit Lithium die Erhaltung einer elektrischen Leitfähigkeit, welche
den gültigen Normen entspricht.
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Der Zusatz des Lithituns selbst kann bei dem .erfindungsgemäßen Verfahren
entweder im Raffinierofen selbst oder in einem Gießkübel erfolgen. Von besonderer
Wichtigkeit sind aber weiterhin die Maßnahmen, um den erreichten Zustand hochgradiger
l'"einheit und Freiheit des Kupfers von Gasen beizubehalten. Zti diesem Zweck muß
jede Berührung mit Luft bzw. Feuchtigkeit und gasabgebenden Stolfen verhindert werden.
Es genügt z. B. nicht, daß der Gießkübel mit grober Holzkohle abgedeckt wird. Er
mufi mit gepulverter glühender Holzkohle bedeckt werden. Dabei ist nicht etwa gemeint,
daß die Holzkohle durch das Aufbringen auf das flüssige Kupfer ins C',lülicn kommt,
wie es rcgclnüil.üg auch schon bisher der Fall ist. Es muß vielmehr die gepulverte
Holzkohle einige Stunden vorher angezündet werden und. dann die so ausgeglühte Kohle
zur Abdeckung des Gießkübels bzw. der Gießmulde verwendet werden.
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Schließlich ist es auch noch erforderlich, beim Gießen selbst je.en
`Zutritt von Sauerstoff zum Kupferauuschalten. Zu diesem Zweck soll man, wie an
sich .bekannt, Kohlenmonoxyd als Schutzgas mit einem solchen überdruck in die- Kokille
eintreten lassen, daß der Gasstrahl an einer Seite der Kokille bis auf den Boden
geht und dann umkehrend die verdrängte Luft vor sich hertreibt. Hier wird die Kokille
vollständig ausgespült und dann beim weiteren Gießen in an sich bekannter Weise
der Kupferstrahl von dem Schutzgas umhüllt.
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Wendet man alle vorstehend beschriebenen Regeln bei der Raffination
des Kupfers an, so gelingt es, mit Hilfe der bisher üblichen Raffinationseinrichtungen
ein so hochwertiges Erzeugnis zu erzielen, daß von einem wirklich überraschenden
Fortschritt gesprochen werden kann. Bei der schnellen Entwicklung der Technik ist
auch kein Zweifel darüber, daß für derartiges Kupfer neue große Anwendungsgebiete
vorhanden sind. So spielen z. B. im Apparatebau Schwingungserscheinungen, dann bei
Schraubenbefestigungen die Kerbwirkungen immer eine große Rolle. In der Rohrherstellung
ist die Biegefähigkeit mittels Schweißbrennern von, Bedeutung. Die Nietung wird
fast überall, z. B. bei Lokomotivfeuerbuchsen, immer mehr durch die Schweißung von
Kupfer ersetzt. In allen Fällen handelt es sich in erster Linie dartun, das verwendete
Kupfer mit besonders hoher Biegezahl, Torsionsfähigkeit und Kerbzähig-_ heit zu
erhalten.