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Verfahren zur Herstellung zusammenhängender dichter Metallkörper aus
Metallpulver, insbesondere Molybdän oder Wolfram Die vorliegenCe Erfindung betrifft
die Verdichtung von Metallpulver und vor allen Dingen ein Verfahren zum Verbringen
von Metallpulver in geeignete Formen auf wirtschaftlichem Wege.
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Metallpulver sollen auf ptilvermetallurgischem Wege zu Metallkörpern
geformt werden, ohne daß die bisher angewendete und für notwendig erachtete Vorsinterung
und darüber hinaus die Endsinterung bei einer dem Schmelzpunkt naheliegenden Temperatur
erforderlich sind. Im wesentlichen handelt es sich um Mol ' ##l)(1:in- und
Wolframpulver.
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in der Zeichnung zeigt Fig. i einen Ofen zur Behandlung gepulverten
Metalls im Schnitt, Fig. 2 eine 2oofache Vergrößerung einer geätzten Oberfläche
eines Molvbdänbarrens, welcher gemäß der l,"i-lin(Itiiig hergestellt wurde und welcher
eine Korngröße von etwa 20 800 je Quadratmillimeter aufweist; Fig.
3 zeigt zum Vergleich eine ähnliche Vergrößerung der geätzten Oberfläche
eines Molybdänbarrens, welcher nach dem bekannten üblichen Verfahren hergestellt
wurde. Es ist eine Korngröße von 750 je Quadratmillimeter erkennbar.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Molybdän- oder
Wolframstaub o. dgl. zu verdichten, ohne daß eine Versinterungsbehandlung erforderlich
ist, so daß, da noch eine verhältnismäßig weiche Beschaffenheit des bereits verdichteten
Materials vorliegt, eine maschinelle o. dgl. Bearbeitung möglich ist. Eine weitere
Aufgabe, die der Erfindur g
zugrunde liegt, besteht darin, die Endsinterungsbehandlung
bei einer Temperatur vorzunehmen, welche erheblich niedriger liegt, als dies bei
den bekannte.i
Verfahren der Fall ist, und welche die Verwendung
einer reversibel wirksamen, oxydierenden reduzierenden Atmosphäre möglich macht.
Durch die Einwirkung eines im erwähnten Sinne reversibel wirksamen Gases auf die
miteinander zu vereinigenden Stoffe wachsen diese zu einer dichten Masse zusammen.
Die Dichte und die Struktur entsprechen etwa derjenigen, welche eintritt, wenn das
Metallpulver oder das Metall tatsächlich geschmolzen und in Formen gegossen werden.
Der Ablauf der Reaktion vollzieht sich mit der üblichen Geschwindigkeit, dies aber
bei Temperaturen, welche weit unter dem Schmelzpunkt der angewendeten Metalle hegen.
Die Temperaturen sind 5o bis 700/, der Schmelztemperaturen gegenüber go bis
950/, der Schmelztemperatur bei den bekannten Verfahren.
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Die Erfindung besteht also, um es kurz auszudrücken, darin, daß man
Metallteilchen von Molybdän und ' /oder Wolfram nicht mehr ausschließlich
durch eine hohe Hitzehehandlung zusammenwachsen läßt, sondern durch eine niedrige
Hitzebehandlung, jedoch bei gleichzeitiger Anwendung einer Atmosphäre, die oxydierend
und reduzierend wirksam ist. Die Anwendung dieser Atmosphäre steigert die Atombewegung
bei der Hitzebehandlung, und dadurch wird der Bereich der Wirkung und der Anziehungskraft
der Atome erweitert. Die Atome werden in den Bereich der wechselnden gegenseitigen
Anziehung gebracht, mit dem Ergebnis der engeren Bindung, der höheren Dichte und
schließlich eines kristallinen Gefüges. Der erhaltene Körper ist, wie erwähnt, von
solcher Dichte, daß er derjenigen eines Gußstückes gleicht und unter geeigneten
Bedingungen verarbeitet werden kann. Es läßt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine Verdichtung zu solchen Formen herbeiführen, daß eine besondere nachträgliche
Nachbearbeitung nicht mehr erforderlich ist.
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All dies wird erreicht durch die Anwendung der reversibel wirksamen,
oxydierenden reduzierenden Atmosphäre. Durch Verlängerung der Behandlungszeit und
erhebliche Verminderung der Temperatur wird die Wirkung der reversiblen Atmosphäre
erhöht.
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Als reversibel wirksame Atmosphäre kommt in Betracht Wasser enthaltender
Sauerstoff. Das Wasser wird dabei bei der Sinterungstemperatur zu Dampf. .Man kann
auch das Verbrennungsprodukt von Leuchtgas und Luft als reduzierenden Bestandteil
der Atniosphäre verwenden und dieses Verbrennungsprodukt mit Wasserdampf versetzen.
Das Gas, welches den Dampf trägt, muß so beschaffen sein, daß die Reduktion von
Metalloxyden durch den reduzierenden Bestandteil des Gases bei derselben Temperatur
stattfindet wie die Oxydation des Metalls durch den Dampf. Das Gas kann auch außer
Wasserstoff Kohlenoxyd, Kohlenwasserstoff oder ein Gemisch von diesen enthalten.
Man kann mit anderen Worten das sogenannte Wassergas, verbranntes Leuchtgas, dissoziierten
Ammoniak oder andere wasserstofftragende Gemische verwenden, soweit sie Wasserdampf
enthalten und reduzierende Eigenschaften gegenüber dem Oxyd des behandelten Metalles
besitzen. Mit Rücksicht darauf, daß Wasserdampf, nur wenn er als oxydierendes Agens
verwendet wird, dissoziiert und Wasserstoff in Freiheit setzt, muß hier bemerkt
werden, daß im verfahrensgemäßen Falle freier Wasserstoff in dieser Atmosphäre vorhanden
sein muß. Nur wenn solcher Wasserstoff, d. h. ein reduzierendes Agens enthalten
ist, tritt eine Reduktion von Oxyden des Molybdäns und des Wolframs ein, 3helche
vorher durch den Dampf gebildet worden sind, mit dem Ergebnis, daß ein Barren entsteht,
aufgebaut aus nebeneinanderliegenden Kristallen, von denen die einen auf Kosten
der kleineren größer sind.
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Im weiteren wird dieses Verfahren besprochen werden, soweit es sich
um Molybdän handelt. Es wird aber bemerkt, daß das Verfahren ebenso auf Wolfram
anwendbar - ist, d. h. daß Wolframpulver mit einem Gemisch von Wasserstoff
und Dampf behandelt werden kann.
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Unter reversibel wirksamer Reaktion ist im vorliegenden Falle eine
Reaktion verstanden, die bei den genannten Temperaturen in beiden Richtungen wirksam
ist, z. B. für Molybdän: MO + 2 11,0 - Mo, + 2 H2. Das Molybdän
wird durch den Wasserdampf einer Oxydation unterworfen, uild das gebildete Molybdändioxyd
wird durch den Wasserstoff reduziert. Für Wolfram gilt dasselbe.
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Es wird angenommen, daß eine Art Atomphase oder Dampfphase des Metalls
in dem Moment vorliegt, in dem die chemische Reaktion eintritt, so daß die Atome
durch die Kristallisationskraft zu Kristallen zusammehgezogen und miteinander vereinigt
werden. Diese Kräfte sind groß genug, um ein Einschrumpfen des scheinbar starren
Körpers bei Temperaturen zu vollziehen, welche unter dem Schmelzpunkt liegen, und
sind groß genug, um dem Körper mechanische Eigenschaften zu verleihen, welche ohne
weiteres mit denjenigen zu vergleichen sind, welche durch Schmelzen und Gießen des
Metallpulvers erhalten werden. Es wurde, um ein Beispiel anzuführen, ein Molybdänbarren
iti der Weise hergestellt, daß man Molybdänpulver unter üblichen Bedingungen gepreßt
hat. Das gepreßte Molybdänpulver wurde zwei Stunden lang im Ofen einer Wärmebehandlung
von 1630' C unterworfen, und zwar in Gegenwart von Wasserstoff, welcher bei
40' C mit Wasserdampf gesättigt ist. Nach der Entnahme des so behandelten
Molybdänpulvers war eine Schrumpfung zu verzeichnen von 25,4 mm ZU 20,7 mm,
und zwar im Querschnitt. Es lag offensichtlich eine durchgehende Behandlung vor.
Das Produkt war ein Molybdänbarren, der in jeder Beziehung einem in üblicher Weise
hergestellten Barren entspricht.
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Es wurden Molybdänstücke im Sinne der Erfindung I% bis 3 Stunden
bei einer Temperatur von i5oo bis 1700' C in Wasserstoff- und Wasserdampfatmosphäre
behandelt. Dadurch, daß der Ofen bei dieser Behandlung eine gleichmäßige Hitze durch
den gesamten Querschnitt der Molybdänstücke und über die gesamte Länge vermittelt,
ergaben sich Sinterkörper von außerordentlicher Gleichförmigkeit und Gleichmäßigkeit,
obgleich bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen gearbeitet wurde. Dies ermöglicht
es, das erfindungsgemäße Verfahren auf die Herstellung von Körpern verschiedenster
Größe und Form auszudehnen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist also nicht auf die
Herstellung von Stangen oder
Schienen von annähernd gleichem Querschnitt
beschränkt. Gegenüber den bekannten Verfahren, wonach man allein durch Temperaturaufwand
zum Ergebnis kam, unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch die Anwendung
reversibel wirksamer Atmosphäre und der erheblich niedrigeren Temperatur. Die Anwendung
der niedrigen Temperatur erstreckt sich jedoch auf längere Zeit, um der neversiblen
Atmosphäre die Herbeiführung der Vereinigung und Kristallisation zu ermöglichen.
Die Anwendung von Hitze von außen her, an Stelle von innen, bedingt in besonderer
Weise die Gleichförmigkeit des Metalls. Das Ergebnis ist ein Metallbarren von hoher
Gleichförmigkeit und kleinerer Korngröße, als sie erhalten wird, wenn man nach bekannten
Arbeitsweisen verfährt. Das Korn von 31etallbarr#n, die nach den bekannten Verfahren
hergestellt sind, ist verschieden. Es nimmt von außen nach der Mitte zu zunächst
an Größe zu, um sodann wieder an Größe abzunehmen.
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Während nach dem bekannten Verfahren eine Vorsinterung und eine Endsinterung
nahezu in der Höhe der Schmelztemperatur erfolgen mußte, wird nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren weit unter einer Temperatur gearbeitet, die der Endsinterungstemperatur
des bekannten Verfahrens entspricht.
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Das vorliegende Verfahren stellt eine Verbesserung insofern dar, als
trotz der Anwendung niedriger Temperaturen ein besseres Produkt und vor allen Dingen
eine erhebliche Gleichförmigkeit von einem zum anderen Ende erreicht wird. Molybdänbarren,
die nach bekannten Verfahren hergestellt sind, besitzen eine Dichte von
9,6 bis 9,7g/cm3. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Dichte etwa
in der gleichen Höhe erzielt. Es wurde sogar eine Dichte bis zu io g/cm3 erzielt
bei Temperaturen unter 165o'C bzw. i5oo bis 1700' C, im Vergleich zu der
Temperatur von 2200' C, die beim bekannten Verfahren erforderlich sind.
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Die Fig. 2 der eingangs erwähnten Zeichnung zeigt eine starke Vergrößerung
eines nach dem erfindungs--gemäßen Verfahren hergestellten Molybdänbarrens. Der
Barren besitzt eine Korngröße von 28 ooo je
Quadratmillimeter, mit
einem Durchschnitt von etwa 13 000 Körnern jeQuadratmillimeter. DasBildderFig.2
ist durch Ätzung der Oberfläche erhalten. Kein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellter Molybdänbarren besitzt eine Korngröße von weniger als 8ooo Körner
je Quadratmillimeter einer geätzten Oberfläche. Diese hohe Kornzahl eines
schwer schmelzbaren Metalls, wie z. B. Molybdän, ist ein in jeder Beziehung neues
und unvorhergesehenes Ergebnis und wurde auch bei Anwendung anderer Verfahren bisher
nie erreicht.
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In Fig. 3 der Zeichnung ist ein nach bekannten Verfahren hergestellter,
oberflächengeätzter Molybdänblock dargestellt. Er besitzt höchstenfallS 2ooo Körner
je Qtjadratmillimeter oder einen Durchschnitt von Soo Körnern.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich die Betiandlungstemperatur
im Ofen genau einstellen und Überwachen, während eine derartige Überwachung bei
den bekannten Verfahren nicht möglich ist. Die Temperatur bei den bekannten Verfahren
wird durch den den zu bildenden Körper durchfließeriden Strorr bestimmt, und es
ist verständlich, daß Temperaturschwankungen und Veränderungen in erheblichem Maße
vorliegen, so daß sich weder die Korngröße noch die Dichte noch die hohe Kornzahl,
wie nach der Erfindung, erhalten lassen.
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Wenn auch angegeben wurde, daß der Wasserstoff bei 40' C mit
Wasserdampf gesättigt sein soll, so kann die Sättigung auch bei niedrigerer oder
höherer Temperatur durchgeführt werden. So kann z. B. die Sättigung bei einer Temperatur
von 30' C oder sogar bei einer Temperatur vorgenommen werden, die der Zimmertemperatur
entspricht, also 2o' C. Die Ofentemperatur kann ebenfalls niedriger liegen
als 1630' C,
praktisch i55o' C oder weniger, soweit es sich um Molybdän
handelt. je niedriger die Temperatur, um so länger muß die Behandlung sein, und
je länger die Behandlung ist, um so geringer braucht der Feuchtigkeitsgehalt
der Atmosphäre zu sein. Es hat sich als genügend erwiesen, wenn Molybdän in feuchtem
Wasserstoff 2 Stunden lang bei einer Temperatur von i55o' C behandelt wurde.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird nicht nur eine bessere Gleichförmigkeit,
Korngröße und kristalline Struktur erhalten, sondern die notwendige Ausrüstung ist
auch erheblich vereinfacht. Durch die erfindungsgemäße Behandlung wird Kohlenstoff
aus dern Barren beseitigt, und Verkohlung, die während der Behandlungszeit eintreten
könnte, wird verhindert.
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Die vorliegende Erfindung ist keineswegs beschränkt auf die Verwendung
irgendeines besonderen Behandlungsofens. In der amerikanischen Patentschrift 2
367 617 ist ein Öfen geoffenbart, der besonders zur Behandlung von Wolfram
und Molybdän geeignet ist. In dieser Patentschrift ist beschrieben, wie eine Stange
oder Schiene unbestimmter Länge hitzebehandelt wird. Eine ähnliche Behandlung'wird
auch bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung erfolgen. Selbstverständlich
wird an Stelle der dort vorhandenen trockenen Wasserstoffatmosphäre, im vorliegenden
Falle eine wassergesättigte Wasserstoffatmosphäre o. dgl. zur Anwendung gebracht.
Mit Rücksicht auf die anfängliche Zerbrechlichkeit des gepreßten Metallstaubes muß
dieser beim fortlaufenden Passieren durch den Ofen durch eine Unterlage getragen
sein. Der Barren kann dabei auf dem Boden unterstützt sein, wenn es auch zweckmäßig
ist, mit Rücksicht auf die Bespülung der gesamten Oberfläche eine andere Unterstützung
vorzusehen.
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Auch andere Typen von Ofen lassen sich verwenden, z. B. solche, wie
sie in den amerikanischen Patenten 1 894 825 und 2 079 494 beschrieben
sind. An Stelle die Erwärmung innerhalb des dort beschriebenen hohlen Widerstandselementes
vorzunehmen, kann die Erhitzung auch innerhalb eines Alundumrohres vorgenommen werden,
welches durch eine äußere Wicklung von Wolfram- oder Molybdändraht erwärmt wird.
Der zu behandelnde Barren kann dabei auf dem Alundum- oder anderem geeigneten Rohr
ruhen, aber auch auf einem Metall, das dem des Barrens ähnlich ist. Dies ist jedenfalls
besser als das Aufliegen auf einem Kohlenblock oder einer ähnlichen Platte. Solche
Ofen der genannten Patentschriften sind für die Behandlurg
von
Wolfram nicht geeignet, da die Reaktion bei i55o' C äußerst langsam ist und
es mehrere Stunden dauert, bis eine Sinterung zu verzeichnen ist. Bei Wolfram sind
jedoch Temperaturen über 16oo# C,
d. h. Temperaturen von 17oo bis 2000'
C, erforderlich. Zur Herstellung von Preßkörpern komplizierter Formen solcher
Art, daß eine nachfolgende maschinelle Behandlung nicht mehr erforderlich ist, werden
die das zu pressende Pulver enthaltenden und in einem Gummigehäuse eingeschlossenen
Formen in Wasser oder eine andere Flüssigkeit getaucht. Diese Flüssigkeit ist in
einem geschlossenen Behälter untergebracht und wird einem hydraulischen Druck ausgesetzt,
so daß die Druckeinwirkung über die gesamte Formfläch-e einheitlich ist. Für eine
große Produktion und einen großen Ausstoß werden jedoch zweckmäßig Mehrfachformen
zur Anwendung gebracht. Diese Formen brauchen nicht so ausgebildet zu sein, daß
sie einem einseitigen Druck Widerstand zu leisten in der Lage sind, denn beim Gebrauch
ist der Druck von allen Seiten gleichmäßig.
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Zur Herstellung eines Gegenstandes wird beispielsweise Metallpulver
in eine Form gepreßt, um ein Metallstück zu erhalten, das der Form des Endproduktes
entspricht. Das Pulver wird gepreßt, z. B. durch Anwendung eines Kolbens, so daß
es nach Entfernung aus der Preßforrn genügend handlich ist. In Fällen, in denen
ein poröses Produkt erhalten werden soll, braucht der aufgewendete Druck nur so
hoch zu sein, daß das gepreßte Stück eben noch handlich ist.
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So hergestellte Metallstücke 12 läßt man, wie aus Fig. i ersichtlich
ist, den Ofen 14 passieren, worin sie zunächst einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur
ausgesetzt werden. Bei dieser niedrigen Temperatur sind sie jedoch gegen Oxydation
durch eine reduzieiende Atmosphäre geschützt. Als solche reduzierende Atmosphäre
kommt Wasserstoff in Betracht oder Wasserstoff enthaltende reduzierende Gemische,
vorzugsweise mit Wasserdampf beladener Wasserstoff, derart, daß das erhaltene Produkt
eine gewisse Festigkeit aufweist, die groß genug ist, um eine Verformung,
sei es eine maschinelle oder eine andere, vorzunehmen. Diese Festigkeit und
Härte ist nicht so groß, wie sie bei der Endsinterung erhalten wird. Der Punkt,
bei dem eine Schrumpfung beginnt, zeigt an, daß diese vorläufige Festigkeit erreicht
ist. Die Temperatur wird so gehalten, daß sie etwas niedriger liegt als bei dem
Punkt, bei dem die Schrumpfung einsetzt. Bei der Behandlung von Molybdän liegt diese
Temperatur bei etwa iioo bis i2oo' C, wenn eine Behandlungszeit von io bis
20'Minuten oder bei iioo' C, wenn eine Behandlungszeit von ungefähr einer
Stunde gewählt wird. Bei Wolfran werden höhere Temperaturen als 1300' C,
also etwa 13oo bis.1400' C, verwendet, wenn eine Behandlungszeit von 20 Minuten
angewendet wird. Temperaturen der unteren genannten Grenze verlangen eine längere
Behandlungszeit.
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Der Ofen 14 der Fig. i besitzt eine Mittelzone 15,
in der Heizeinrichtungen,
üi diesem Falle ein um die Heizröhre 17 gewickelter Widerstandsdraht 16, vorgesehen
sind. Das Ganze ist innerhalb einer isoliereneen Schicht 18 aus Aluminiumoxyd oder
Magnesia eingeschlossen. Am vorderen Ende ist eine verhältnismäßig kühle Zone ig
vorgesehen, und der rückwärtige Teil des Ofens wird durch einen verhältnismäßig
kühl gehaltenen Tunnel 20 gebildet, dessen wirksame Länge durch einen der
Kühlung dienenden Wassermantel 21 verkürzt werden kann. Abschlußkörper 22 und
23 sind an den beiden EnOen vorgesehen. Das Behandlungsgas, welches im wesentlichen
Wasserstoff oder Wasserstoff enthaltendes Gas, wie z. B. Wassergas, verbranntes
Leuchtgas o. dgl. ist, wird durch ein Rohr 24 eingeführt und strömt durch Rohre
25 und 26 ab. Das reduzierende Gas wird vor dem Eintreten in das Rohr mit
Feuchtigkeit beladen. Das Wasserstoffgas kann auch in verhältnismäßig trockenem
Zustand zugeführt werden und erst innerhalb des Ofens mit Feuchtigkeit geschwängert
werden, z. B. dadurch, daß Wasserdampf durch ein in diesem Falle nicht gezeichnetes
Rohr zugeführt wird. Das Wasserstoffgas kann auch nahe am Ende des Ofens (rechts)
zugeführt werden oder wenigstens in gewisser Entfernung vom Ofenbeginn (links),
derart, daß in der Heißzone 15 des Ofens eine genügend konzentrierte Atmosphäre
vorhanden ist. Nachdem die Formstücke 12, z. B. unter Verwendung einer endlosen
Kette oder von Stoßelementen 25' o. dgl., durch den Ofen hindurchgeführt
sind und gegebenenfalls durch einen Vorwärmeofen geführt oder für eine bestimmte
Zeit in einem solchen gehalten wurden, werden sie entnommen und der gewünschten
spanabhebenden oder sonstigen Bearbeitung unterworfen. Das während dieser Bearbeitung
von den Werkstücken entfernte Material ist im wesentlichen Metallpulver und kann
wiederverwendet werden, und zwar zweckmäßig in Mischung mit MetallfrischpuKer, das
mindestens in 5o0/, der Menge vorhanden sein soll.
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Die spanabhebend oder auf andere Weise bearbeiteten Stücke läßt man
dann einen geeigneten Sinterungsofen passieren, in welchem die Stücke einer Hitzebehandlung
in nasser Wasserstoffatmosphäre bei hohen Temperaturen unterworfen werden, vorzugsweise
bei Molybdän zwischen 1400 und 1700'C. Handelt es sich um Rohre, so können diese
in der erzeugten Größe Verwendung finden, oder diese Rohre können vorhei; nach einem
üblichen Ziehverfahren gezogen werden. Bei Temperaturen von 16oo' C
besteht
die Neigung, keramisches Material zu zerstören, so daß die die Stücke tragenden
Schlitten 28
aus solchem Material nicht bestehen können. Es ist infolgedessen
zweckmäßig, Gleise 27 aus schwer schmelzbarem Material zu verwenden; in Betracht
kommen hierfür Molybdän und Wolfram. Die Gleise 27
durchsetzen den gesamten
Ofen 14 einschließlich des Eintrittsteils ig und des anderen Endes 2o. Ein solches
Gleis kann aus einem Stück oder aus mehreren verschraubten Stücken oder aus anderweitig
miteinander verbundenen Stücken bestehen. Im letzteren Fall ist dafür Sorge zu tragen,
daß sich die Stücke in geeigneter Richtung überlappen, um somit der Bewegung der
Schlitten, die auf ihnen geführt werden, keinerlei Widerstand entgegenzusetzen.
Als Träger für die zu behandelnden Stücke werden vorzugsweise Schlitten
28 o. dgl. aus Molybdän verwendet. Da unter diesen Bedingungen die Gefahr
des Verschmel-
7er',s oder Versinterns der aufeinanderliegend(n
MolybdänoLerflächen besteht, insbesondere wenn mehrere Kontaktpunkte vorhanden sind,
wird man zweckmäßig ein geeignetes Pulver, wie z. B. Magnesia, Thoriumoxyd
, Aluminiumoxyd, oder anderes Pulver von hohem Schmelzpunkt als Zwischenlage
verwenden. Das Pulver muß von solcher Beschaffenheit sein, daß es bei der Temperatur
von 16oo' C und darüber im reduzierenden 'Medium beständig ist.
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Die erste Festigung des gepreßten Staubes kann in einer Atmosphäre
von trockenem Wasserstoff erfolgen. Aber diese Verfestigung wird durch die Gegenwart
von Feuchtigkeit beschleunigt. Auch die anzuwendenden Temperaturen und die aufzuwendende
Zeit werden erniedrigt bzw. verkürzt. Dagegen muß die letzte Hitzebehandlung im
Sinne der vorliegenden Erfindung in einem Medium erfolgen, das reversible, reduzierende
und oxydierende Eigenschaften aufweist. Nur dann erhält man eine hohe Dichte und
eine genügende Festigkeit bei den aufgewendeten, verhältnismäßig niedrigen Temperaturen.
Bei der Herstellung von Barren aus Molybdärt kann sowohl für die Wärmevorbehandlung
als auch die Hitzenachbehandlung ein und derselbe Ofen benutzt werden. Der Unterschied
in den beiden Behandlungsarten liegt ausschließlich in der jeweiligen Behandlungstemperatur
und in der jeweiligen Dauer der Behandlung.
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Soll dagegen Wolfram behandelt werden, dessen Behandlung dieselbe
Dauer wie die Behandlung von Molybdän beansprucht, ist es notwendig, einen Hochfrequenzinduktionsofen
zu benutzen oder aber auch einen Strahlungsofen, damit Sinterungstemperaturen zwischen
16oo und 2000' C erreicht werden.
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Die Herstellung von geformten Metallstücken aus Metallstaub durch
eine Endhitzebehandlung in einem Ofen bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen
ist als erheblicher Fortschritt auf dem Gebiet der Pulvermetallurgie anzusehen.
Derartige Formstücke lassen sich nach dem bekannten Verfahren nicht herstellen,
das darin besteht, daß zunächst eine Vorsinterung und dann eine Endsinterung zwischen
Elektroden erfolgt, bei Temperaturen, die dem Schmelzpunkt sehr nahe liegen. Das
bekannte Verfahren läßt nur die Herstellung von Stücken gleichförmigen Querschnittes
zu. Die Heizelektroden liegen an den Enden der lierzustellenden Stücke an, und an
diesen Enden liegt eine völlige Durchbehandlung des Materials nicht, vor.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren hingegen werden die einzelnen Fornistücke
voll durchbehandelt. Da das Pulver zu den einzelnen Formen gepreßt ist, entsteht
kein Verlust -von unbehandelten Endteilen. Es ist lediglich notwendig, die Möglichkeit
eines Schrumpfens zu belassen, wenn die Endbehandlung einsetzt. Das ist außerordentlich
einfach und nichts Neues in der einschlägigen Technik.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch zur gegenseitigen Verbindung
von den hier erwähnten oder auch anderen Metallen verwenden, vorausgesetzt natürlich,
daß beide Metalle durch die reversibel wirkende Atmosphäre in geeignetem Temperaturbereich
sich beeinflussen lassen. So können z. B. zwei Barren, welche sich mit ihren beiden
Enden berühren, bei Sinterungstemperaturen von 140o bis 1700' C (Molyb(#än),
und zwar in Gegenwart einer feuchten Wasserstoffatmosphäre miteinander verbunden
werden. Damit ist die Möglichkeit eröffnet, zunächst kleinere handliche Stücke herzustellen,
um diese dann zu einem großen Stück zu vereinigen. Die Metallkörper können auch
nichtmetallische Bestandteile oder metallische Verbindungen enthalten. Damit wird
die Kristallstruktur des Endproduktes geändert. Der für die Verarbeitung von Molybdän
erforderliche Temperaturbereich liegt so niedrig, daß Ofen üblicher Art verwendet
werden können. Während nach dem bekannten Verfahren sich nur Schienen und Stangen
herstellen ließen, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verschieden geformte
Gegenstände erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt, Stücke und Formen
von erheblich gesteigerter Größe herzustellen, ebenso wie auch die Form dieser Stücke
eine beliebige sein kann. So lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum
Walzen geeignete Molybdänplatten verschiedenster Größe herstellen. Die Notwendigkeit
eines Querwalzens besteht in diesem Falle nicht mehr.
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Die vorliegende Erfindung nützt den Vorteil der durch den Wassereinfluß
herbeigeführten Kristallisation aus, um die Sinterung oder die Verbindung von Wolfram-Molybdän-Teilen
zu einem dichten verarbeitungsfähigen Körper herbeizuführen. Diese Verdichtung läßt
sich theoretisch bei jeder über dem Minimum liegenden Temperatur durchführen. In
der Praxis muß man jedoch zu höheren Temperaturen greifen. Beim Molybdän z. B. ist
die Minimaltemperatur theoretisch 6oo bis 700' C, beim Wolfram liegen die
Temperaturen nicht viel anders. Sind die Temperaturen jedoch so niedrig, so sind
die gegenseitigen, in Richtung der Vereinigung wirkenden Kräfte nicht groß genug,
die Dichte würde leiden. Die erforderlichen praktischen Temperaturen liegen bei
Wolfram bei i5oo und bei Molybdän bei 1200' C.
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Durch die Erhöhung der Temperaturen steigen die im Sinne der gegenseitigen
Vereinigung und Verdichtung wirkenden Kräfte, und gleichzeitig wird der erforderliche
Zeitaufwand vermindert. je größer im übrigen der anfängliche Preßdruck war, um so
enger werden die einzelnen Metallbestandteile gegeneinandergezogen und um so eher
wird ein verarbeitungsfähiges Metallstück bei diesen verhältnismäßig niedrigen Temperaturen
erhalten. Im übrigen wurde festgestellt, daß der aufzuwendende Preßdruck das Maß
nicht zu übersteigen braucht, das für die Durchführung der bekannten Verfahren erforderlich
ist, obwohl die Behandlungs- oder Sinterungstemperatur um mindestens 5oo'
C gegenüber den bekannten Verfahren erniedrigt wurde.
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Für die Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich
besonders Ofen vom Strahlungstyp, um Wolframstaub oder anderen schwer schmelzbaren
Metallstaub zu verdichten. Die Hitze wird bei diesen Strahlungsöfen durch weißglühende
Widerstände aus Wolfram erzeugt. Die Hitze wird durch geeignete Hitzeverteiler gelenkt.
Das Ganze ist in diesem Falle innerhalb eines Wassermantels angeordnet. Die zu behandelnden
Formkörper unterliegen
auch hier während der Behandlung dem Einfluß
der reversibel wirkenden Atmosphäre, wie z. B. des feuchten Wasserstoffes, der durch
eine obere, mit Regelorgan versehene Röhre eingeführt und durch eine untere Röhre
abgezogen wird.
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Bei geeignetem Material und Einhaltung gewisser Verfahrensregeln ist
es möglich, die Schrumpfung zwischen der ersten Wärmebehandlung und der endgültigen
Hitzebehandlung vorauszubestimmen. Da somit keine Größenveränderung zwischen dem
Pressen und der vorangehenden Wärmebehandlung vorliegt, so kann die Größe der für
das Pressen verwendeten Form mit größter Genauigkeit gewählt werden. Somit läßt
sich auch die Größe der endgültigen Form vorausbestimmen. Die Schrumpfung bei der
Endhitzebehandlung und Endsinterungsbehandlung beträgt bei Molybdän etwa 15 bis
2o0,/" je nach der Größe des Kornes des Metallstaubes, dem aufgewendeten
Preßdruck und der Art des Metallstaubes. Es ist also erforderlich, daß man von einem
Ausgangsmaterial bestimmter Beschaffenheit ausgeht, wenn man die Schrumpfung vorausbestimmen
will.
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Die Formung braucht nun nicht notwendig mit dem Preßvorgang zu erfolgen.
Das Formen kann auch geschehen, nachdem die vorangehende Wärmebehandlung erfolgt
ist, d.h. also zwischen der Wärmebehandlung und der Hitzebehandlung. Wenn ein besonders
hoher Grad von Genauigkeit verlangt wird, ist es zweckmäßig, in Übergröße herzustellen
und durch Schleifen auf die gewünschte Größe zu reduzieren.
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Z. B. können zur Herstellung von Röhren zunächst durch Aufwand eines
Druckes von 550 t, bei einer Metallmenge von 48oo g, Platten oder
Schienen hergestellt werden. Die so hergestellten Platten können in Stangen geschnitten
und der Wärmebehandlung bei einer Temperatur von iioo' C in feuchter Wasserstoffatmosphäre
unterworfen werden. Nach dieser Behandlung sind die Stangen genügend fest, um in
eine Drehbank eingespannt, gedreht und gebohrt zu werden.
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Die so hergestellten Rohre werden in Gegenwart einer feuchten Wasserstoffatmosphäre,
Wasserstoff bei 30' C mit Wasser gesättigt, zwei Stunden lang auf etwa 16oo'
C erhitzt. Die Schrumpfung beträgt etwa 150/, nach allen Richtungen. Die
Röhren werden sodann in eine Drehbank eingespannt, und durch Drehen und Bohren werden
ihnen die endgültigen Maße vermittelt. Schmelztiegel, Ringe o. dgl. wurden auf ähnlichem
Wege hergestellt.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich also zunächst Gegenstände
aus schwer schmelzbarem Material, wie Wolfram und Molyb#dän herstellen, indem man
sie verforint, ehe sie durch die Endsinterung die endgültige Härte erhalten. Vor
dieser Endsinterung lassen sich die Gegenstände leichter verformen, als dies nach
dem bekannten Verfahren der Fall ist. Es lassen sich somit Gegenstände herstellen,
deren Herstellung nach dem bekannten Verfahren äußerst schwierig, wenn nicht unmöglich
war.
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Unter Wasserstoffatmosphäre oder Wasserstoff enthaltender Atmosphäre
ist jedes Medium verstanden, das Wasserstoff in irgendeinem Verdünnungsgrad enthält.
Selbstverständlich lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur Molybdän
und Wolfram verarbeiten, es können auch Legierungen von MolVbdän und Wolfram verarbeitet
werden. Es können auch Gemische aus Molybdän und/oder Wolfram mit anderen Metallen
in so kleinen Mengen verarbeitet werden, daß der Schmelzpunkt des Molybdäns, des
Wolframs oder des Molybdänwolframs nicht wesentlich geändert wird. Unter den angewendeten
Begriffen Molybdän und Wolfram fallen alle Stoffe, die Molybdän und Wolfram einschließen
oder als Legierung enthalten. Unter Legierung ist im vorliegenden Falle das Vermischen
der Metallbestandteile in gepulverter Form verstanden.