EP1998914A2 - Verbund aus intermetallischen phasen und metall - Google Patents

Verbund aus intermetallischen phasen und metall

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Publication number
EP1998914A2
EP1998914A2 EP07764520A EP07764520A EP1998914A2 EP 1998914 A2 EP1998914 A2 EP 1998914A2 EP 07764520 A EP07764520 A EP 07764520A EP 07764520 A EP07764520 A EP 07764520A EP 1998914 A2 EP1998914 A2 EP 1998914A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wire
intermetallic compound
tube
mixture
sheath
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07764520A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Manhardt
David Francis Lupton
Tanja Eckardt
Holger Zingg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Original Assignee
WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WC Heraus GmbH and Co KG filed Critical WC Heraus GmbH and Co KG
Publication of EP1998914A2 publication Critical patent/EP1998914A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/047—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy comprising intermetallic compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/09—Mixtures of metallic powders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/12—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
    • H01T21/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a semifinished product and its preparation for use in spark plugs, in particular as electrodes, electrode tip, overlay or inlay.
  • intermetallic compounds are often hard and chemically resistant.
  • An intermetallic compound or intermetallic phase is a compound of two or more metals. In contrast to alloys, they show lattice structures that differ from those of the constituent metals.
  • the composition of an intermetallic phase is stoichiometrically fixed, corresponding to a fixed mixing ratio.
  • the intermetallic phase is variable within a more or less wide range of homogeneity around the stoichiometric composition. The particular physical and mechanical properties of such compounds result from the particularly strong bond between the dissimilar atoms, which is predominantly metallic with more or less large amounts of other types of bonds.
  • Intermetallic phases with desired high-temperature strength preclude heavy workability due to high brittleness.
  • Intermetallic phases occupy an intermediate position between metallic alloys and ceramics.
  • Intermetallic phases are produced both by powder metallurgy and by conventional melting processes, and it is precisely because of their mechanical properties that production and processing can be difficult. Therefore, the spread of intermetallic phases to industrial series products is very limited.
  • the production of wire or ribbon-shaped semi-finished products from intermetallic phases for automated further processing as spark plug parts is desirable. Flexible and windable wires or bands of intermetallic phases are unknown.
  • DE 30 30 847 A1 discloses a composite material for spark plugs made of a core of ruthenium or iridium or alloys thereof, this material being dispersed in a matrix metal which consists of silver or copper or gold or palladium or nickel or corresponding alloys or mixtures thereof consists.
  • a cladding surrounding this core is made of nickel or nickel alloys.
  • a rod made of powder of the core material is pressed and inserted into a tube made of nickel or a nickel alloy, whereupon the tube ends are closed and the tube diameter is deformed by cold deformation to the desired outside diameter.
  • the object of the present invention is to provide a semifinished product in the form of a continuously feedable wire or strip, which is suitable for automated, inexpensive spark plug production and is competitive in its properties with respect to erosion resistance and electrical conductivity with platinum.
  • an intermetallic compound having a melting point of more than 1700 0 C, in particular mixed RuAl with another metal, in particular Pt, and this mixture is formed into a tube of a ductile material into a wire or ribbon-shaped composite material.
  • this mixture is formed into a tube of a ductile material into a wire or ribbon-shaped composite material.
  • melting or sintering processes are suitable. The production in the arc has proved particularly successful.
  • the milling of the intermetallic phases is suitable for mixing with a further metal powder, in particular platinum powder or Pt-Ir alloy.
  • a powder mixture is formed in a tube of a ductile material, eg platinum, stainless steel or nickel.
  • the deformation of the filled tube is not limited to wire drawing processes.
  • the tube can also be formed by rolling.
  • the wire or tape is further consolidated by sintering prior to winding.
  • the typical diameter of the wire used as a semi-finished product is 0.1 to 2 mm, in particular 0.6 to 1 mm.
  • the volume fraction of the intermetallic phase in the mixture with the further metal is between 5 and 50% by volume, preferably 10 to 30% by volume.
  • Suitable intermetallic compounds A x B y contain for A an element from the group Ru, Ir, Pt, Rh or Pd and for B an element from the group Zr, Al, Y, Hf, Th, Ti, Ta, Sc, V, Nb, Ci 1 W or lanthanide, wherein the ratio x: y is between 0.8 and 5.
  • the mixture may contain various intermetallic compounds, in particular if they are produced side by side in the production, for example Ru 2 Al 3 in addition to RuAI.
  • the metal on the mixture may be a pure metal such as platinum, an alloy such as PtIrI or a mixture of two metals such as platinum and platinum-iridium alloy. What is significant is that at least one metal and one intermetallic phase are mixed together and formed into a microstructure.
  • a particularly preferred intermetallic compound is RuAl and a preferred further metal is platinum.
  • intermetallic phases in the processing according to the invention are directed to wire or ribbon parallel to the axis of the wire or ribbon. This structure with preferred direction of the stored phase ensures a particularly high flexibility of the semifinished product and minimal erosion when used as intended.
  • the composite material according to the invention is suitable as semifinished product for further processing in spark plug parts, such as electrodes, electrode tips, supports or inlays.
  • the tip can be connected to the base electrode by known connection methods, in particular by welding, soldering or sintering.
  • Further fields of use for the semi-finished product according to the invention are switching contacts or sliding contacts, in which high currents lead to discharge and erosion processes in the contact area.
  • the semifinished product is management in high-intensity discharge lamps, where high thermal and corrosive stresses are present with simultaneous passage of electricity, so that the advantages of the material according to the invention fully come into their own.
  • an intermetallic phase which consists of at least one non-precious metal component, reduces the total content of valuable and expensive precious metals without sacrificing performance.
  • novel mixtures of intermetallic phases and metals can be modified by further ceramic or metallic additives, for example by oxidation of the less noble metal, which is optionally present in excess in the intermetallic phase.
  • the material of the tube which is formed during wire production to the wire coat, removed again, especially with acid.
  • a stripped wire can be provided, which has only minor contamination of the former shell.
  • tubes used according to the invention are closed on one side. These tubes designed as a container allow easier filling of the tubes.
  • the covered or stripped wires or tapes of the present invention are cut into small sections prior to their use as a spark plug tip. In this way, particularly resistant electrode tips are produced in a simple manner and with the saving of precious metal.
  • FIG. 1 shows a platinum casing tube filled with a powder mixture of Pt and RuAl.
  • FIG. 2 shows the tip of a spark plug central electrode arranged on a base electrode.
  • FIG. 3 is a schematic representation of the microstructure of the invention
  • the jacket tube 1 according to FIG. 1 and FIG. 3 is a ductile sheath 1, for example of stainless steel, ferritic steel, nickel, platinum, gold, niobium, platinum-iridium alloy. Its tensile strength is greater than 150 MPa, in particular at least 250 MPa. Its elongation is> 10%, especially over 15%.
  • a wire drawn tube according to Figs. 1 and 3 is cut into slices or tube pieces 2 to be used on a base electrode 4 of platinum or nickel alloy as a tip 2 of a spark plug center electrode as shown in Fig. 2.
  • intermetallic phases are arranged in a matrix of metal.
  • the intermetallic phase is aligned according to Figure 3 in a preferred direction 5 parallel to the wire length.
  • Example 2 Analogously to Example 1, an intermetallic phase of 80 wt.% Ru and 20 wt.% Al prepared with 80 vol.% Pt (20 vol.% RuAI) was homogenized in a tumble mixer and in a PtIrI O tube with 7 mm diameter and 1 mm wall thickness filled. The tube was pulled to final diameter.
  • Example 4 Analogously to Example 1, a PtIrI O tube was filled with a homogenized powder mixture of 80 vol .-% Pt (20 vol.% RuAI) and sealed under vacuum, then the tube was hammered at about 700 0 C on a rotary hammers to 3 mm and pulled to final dimensions.
  • Example 4
  • a mixture of 48% by weight of Ru and 52% by weight of Zr was prepared analogously to Example 1 and homogenized with Pt in a ratio of 80% by volume of Pt and 20% by volume of RuZr in a tumble mixer; then hammered analogously to Example 1 to 3 mm and drawn to final dimensions.
  • Example 2 Analogously to Example 1, a mixture of 65 wt .-% Ru and 35 wt .-% Hf was prepared and homogenized with Pt in a ratio of 80 vol .-% Pt and 20 vol .-% RuHf tumble mixer; then hammered analogously to Example 1 to 3 mm and drawn to final dimensions.
  • Example 2 Analogously to Example 1, a mixture of 80 wt .-% Ru and 20 wt .-% AI was prepared. With Pt in the ratio 70 vol .-% Pt and 30 vol .-% RuAI, the powder was homogenized in a tumble mixer and filled in a PtIrI O tube. The tube was hammered at about 700 0 C on a rotary hammers to 3 mm and then pulled to final dimensions.
  • Example 2 Analogously to Example 1, a mixture of 80 wt .-% Ru and 20 wt .-% AI was prepared. With Pt in the ratio 70 vol .-% Pt and 30 vol .-% RuAI the powder was homogenized in a tumble mixer and filled into several Pt tubes. The tubes were hammered on a rotary hammer machine to 3 mm. These tubes were cut to lengths of 400 mm and positioned in a steel tube with an outer diameter of 24 mm and a wall thickness of 3 mm, so that a tight packing is formed. This tube was hammered on a rotary hammer machine to 7 mm and drawn to final dimensions.
  • an intermetallic phase of 80 wt .-% Ru and 20 wt .-% Al was prepared and homogenized in a ratio of 20 vol .-% RuAI and 80 vol .-% Pt in a tumble mixer with Pt.
  • the powder was placed in a stainless steel tube with an outside diameter of 8 mm and a wall thickness of 1, 1 mm filled.
  • the tube was evacuated, closed and hammered at about 700 0 C on a rotary hammers machine to 3 mm and compacted. By wire drawing, the diameter was reduced to 1, 5 mm.
  • the tube was then removed by pickling in 50% HCl at about 50 ° C. and the wire was drawn to a diameter of 0.7 mm.
  • Example 2 Analogously to Example 1, a mixture of 20 vol .-% RuAI and 80 vol .-% Pt was prepared and filled in a cylindrical container closed on one side of stainless steel with outer diameter 40 mm, length 80 mm and wall thickness 1, 5 mm. The open end of the container was sealed by means of a stainless steel disc with intake. The container was evacuated via the nozzle and the nozzle was then squeezed and welded. The container was heated to 700 ° C, precompressed in the closed container of an extruder with a force of 250 tons, and then extruded through a die into a 16 mm diameter rod. The rod was hammered at about 500 0 C on a rotary hammer machine to 3 mm. By wire drawing, the diameter was reduced to 1, 5 mm. The tube was then removed by pickling in 50% HCl at about 50 ° C. and the wire was drawn to a diameter of 0.7 mm.
  • a wire made according to Examples 1 to 10 is rolled into a tape.
  • a wire made according to Examples 1 to 10 or a tape made in Example 11 is cut into small portions used as electrode tips of spark plugs.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Drahtes oder Bandes, insbesondere für die Verwendung als Elektrode oder Elektrodenspitze in Zündkerzen, bei dem folgende Schritte ausgeführt werden: a) Erzeugen einer intermetallischen Verbindung mit einem Schmelzpunkt über 1700°C; b) Aufmahlen der intermetallischen Verbindung; c) Mischen der intermetallischen Verbindung mit Metallpulver; d) Einführen der unter c) erhaltenen Mischung in ein Rohr aus duktilem Material; e) Umformen des nach d) befüllten Rohres zu einem Draht oder Band; sowie einen Manteldraht oder Mantelband, insbesondere Halbzeug für die Fertigung von Elektroden oder Elektrodenspitzen von Zündkerzen.

Description

Patentanmeldung
W.C. Heraeus GmbH
Verbund aus intermetallischen Phasen und Metall
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbzeug und dessen Herstellung zur Verwendung in Zündkerzen, insbesondere als Elektroden, Elektrodenspitze, Auflage oder Inlay.
Die Versuche erosionsbeständige Materialien alternativ zu Platin für Elektroden oder Elektrodenspitzen in Zündkerzen bereitzustellen, sind vielfältig. Keramische Zusätze vermindern jedoch die Leitfähigkeit und führen zu erhöhter Sprödigkeit des Halbzeugs, einhergehend mit Rissbildung, metallische Varianten führen zu leichterer Oxidation.
Es ist auch bekannt, dass intermetallische Verbindungen häufig hart und auch chemisch recht beständig sind. Eine intermetallische Verbindung oder intermetallische Phase ist eine Verbindung aus zwei oder mehr Metallen. Sie zeigen im Unterschied zu Legierungen Gitterstrukturen, die sich von denen der konstituierenden Metalle unterscheiden. Im engeren Sinn ist die Zusammensetzung einer intermetallischen Phase stöchiometrisch fixiert, entsprechend einem festen Mischungsverhältnis. Im weiteren Sinn ist die intermetallische Phase innerhalb eines mehr oder weniger weiten Homogenitätsbereichs um die stöchiometrische Zusammensetzung herum variierbar. Die besonderen physikalischen und mechanischen Eigenschaften solcher Verbindungen resultieren aus der besonders starken Bindung zwischen den ungleichen Atomen, die überwiegend metallisch ist mit mehr oder weniger großen Anteilen anderer Bindungsarten. Intermetallischen Phasen mit gewünschter Hochtemperaturfestigkeit steht eine schwere Verarbeitbarkeit aufgrund hoher Sprödigkeit entgegen. Intermetallische Phasen nehmen eine Zwischenstellung zwischen metallischen Legierungen und Keramiken ein. Hergestellt werden intermetallische Phasen sowohl durch pulvermetallurgische, als auch durch herkömmliche Schmelzverfahren, wobei gerade wegen ihrer mechanischen Eigenschaften die Herstellung und Verarbeitung schwierig sein kann. Deshalb ist die Verbreitung von intermetallischen Phasen zu industriellen Serienprodukten sehr begrenzt. Die Herstellung von draht- oder bandförmigen Halbzeugen aus intermetallischen Phasen zur automatisierten Weiterverarbeitung als Zündkerzenteile ist wünschenswert. Flexible und aufspulbare Drähte oder Bänder aus intermetallischen Phasen sind unbekannt.
DE 30 30 847 A1 offenbart einen Verbundwerkstoff für Zündkerzen aus einem Kern aus Ruthenium oder Iridium oder Legierungen davon, wobei dieses Material in ein Matrix- Metall dispergiert ist, welches aus Silber oder Kupfer oder Gold oder Palladium oder Nickel oder entsprechenden Legierungen bzw. Mischungen davon besteht. Eine diesen Kern umgebende Umhüllung besteht aus Nickel oder Nickellegierungen. Hierzu wird ein Stab aus Pulver des Kernmaterials gepresst und in ein Rohr aus Nickel oder einer Nickellegierung gesteckt, worauf die Rohrenden verschlossen und der Rohrdurchmesser durch Kaltverformung auf den angestrebten Außendurchmesser verformt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Halbzeug in Form eines kontinuierlich zuführbaren Drahtes oder Bandes bereitzustellen, das für eine automatisierte, kostengünstige Zündkerzenfertigung geeignet ist und in seinen Eigenschaften bezüglich Erosionsbeständigkeit und elektrische Leitfähigkeit mit Platin konkurrenzfähig ist.
Lösungen der Aufgabe sind in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird eine intermetallische Verbindung mit einem Schmelzpunkt von über 17000C, insbesondere RuAI mit einem weiteren Metall, insbesondere Pt gemischt, wobei diese Mischung in einem Rohr aus einem duktilen Material zu einem Draht oder bandförmigen Verbundwerkstoff umgeformt wird. Zur Herstellung intermetallischer Phasen eignen sich Schmelzoder Sinterverfahren. Besonders bewährt hat sich die Herstellung im Lichtbogen. Zur Mischung mit einem weiteren Metall eignet sich das Aufmahlen der intermetallischen Phasen zum Vermischen mit einem weiteren Metallpulver, insbesondere Platinpulver oder Pt-Ir-Legierung. Eine derartige Pulvermischung wird in einem Rohr aus einem duktilen Material, z.B. Platin, Edelstahl oder Nickel umgeformt. Es hat sich bewährt, das Rohr nach dem Befüllen der Pulvermischung, unter Vakuum zu verschließen und eine Vorverdichtung, beispielsweise durch Hämmern, vorzunehmen. Bewährt hat sich auch das Pulvergemisch zunächst zu einem Zylinder zu pressen, vorzugsweise durch isostatisches Kaltpressen und anschließend den Zylinder in ein Mantelrohr hinein zu schieben. Der Verbund wird dann ebenfalls vorzugsweise weiter vorverdichtet, um dann zu Draht oder Band umgeformt zu werden. Die bekannten Drahtziehprozesse sind geeignet, um einen Draht zu ziehen. Der als Halbzeug weiterverarbeitbare Draht wird vorzugsweise vor seiner bestimmungsgemäßen Verwendung als Elektrode oder Elektrodenspitze aufgespult. Die Elektroden oder Elektrodenspitzen lassen sich dann beim Abspulen des Drahtes in bekannter Weise, beispielsweise durch Stanzen, herstellen.
Es hat sich weiterhin bewährt, einen Draht zu einem Band zu walzen, welches analog zu Inlays für Zündkerzen verarbeitbar ist. Die Umformung des gefüllten Rohres ist nicht auf Drahtziehprozesse beschränkt. Beispielsweise lässt sich das Rohr auch durch Walzen umformen. Vorzugsweise werden der Draht oder das Band vor dem Aufspulen durch Sintern weiter verfestigt. Der typische Durchmesser des als Halbzeug verwendeten Drahtes beträgt 0,1 bis 2 mm, insbesondere 0,6 bis 1 mm.
Der Volumenanteil der intermetallischen Phase an der Mischung mit dem weiteren Metall beträgt zwischen 5 und 50 Vol.-%, bevorzugt 10 bis 30 Vol.-%. Geeignete intermetallische Verbindungen AxBy enthalten für A ein Element aus der Gruppe Ru, Ir, Pt, Rh oder Pd und für B ein Element aus der Gruppe Zr, AI, Y, Hf, Th, Ti, Ta, Sc, V, Nb, Ci1 W oder Lanthanide, wobei das Verhältnis x:y zwischen 0,8 und 5 liegt. Die Mischung kann verschiedene intermetallische Verbindungen enthalten, insbesondere wenn diese nebeneinander bei der Herstellung anfallen, bespielsweise Ru2AI3 neben RuAI. Das Metall an der Mischung kann ein Reinmetall, wie Platin, eine Legierung, wie PtIrI oder eine Mischung zweier Metalle, wie Platin und Platin-Iridium- Legierung sein. Maßgeblich ist, dass wenigstens ein Metall und eine intermetallische Phase miteinander gemischt werden und zu einem Gefüge geformt werden. Eine besonders bevorzugte intermetallische Verbindung ist RuAI und ein bevorzugtes weiteres Metall ist Platin. In einer Metallmatrix richten sich intermetallische Phasen bei der erfindungsgemäßen Bearbeitung zu Draht oder Band parallel zur Achse des Drahtes oder Bandes aus. Dieses Gefüge mit Vorzugsrichtung der eingelagerten Phase gewährleistet eine besonders hohe Biegsamkeit des Halbzeugs sowie eine minimale Erosion bei bestimmungsgemäßer Anwendung.
Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff eignet sich als Halbzeug zur Weiterverarbeitung in Zündkerzenteilen, wie Elektroden, Elektrodenspitzen, Auflagen oder Inlays. Die Spitze kann durch bekannte Verbindungsmethoden, insbesondere durch Schweißen, Löten oder Aufsintern mit der Basiselektrode verbunden werden. Weitere Einsatzgebiete für das erfindungsgemäße Halbzeug sind Schaltkontakte oder Schleifkontakte, bei denen hohe Ströme zu Entladungsund Erosionsvorgängen im Kontaktbereich führen. Weiterhin ist das Halbzeug als Stromdurch- führung in Hochleistungsentladungslampen anwendbar, wo hohe thermische und korrosive Beanspruchungen bei gleichzeitigem Stromdurchgang vorliegen, so dass die erfindungsgemäßen Vorteile des Werkstoffs voll zur Geltung kommen. Im Vergleich zu reinen Platinelektroden wird durch den Zusatz einer intermetallischen Phase, die aus mindestens einer Nicht- edelmetall-Komponente besteht, der Gesamtgehalt an wertvollen und kostenintensiven Edelmetallen reduziert, ohne dabei an Performance einzubüßen.
Die erfindungsgemäßen Mischungen aus intermetallischen Phasen und Metallen können durch weitere keramische oder metallische Zusätze modifiziert werden, beispielsweise durch Oxida- tion des unedleren Metalls, das gegebenenfalls im Überschuss in der intermetallischen Phase vorhanden ist.
In einer weiteren erfinderischen Weiterbildung wird das Material des Rohres, welches während der Drahtherstellung zum Drahtmantel umgeformt wird, wieder entfernt, insbesondere mit Säure. Auf diese Weise lässt sich ein entmantelter Draht bereitstellen, der nur noch geringe Verunreinigungen des ehemaligen Mantels aufweist. Mit dieser Methode lässt sich wertvolles Rohrmaterial, insbesondere Platin, einsparen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung sind erfindungsgemäß verwendete Rohre einseitig geschlossen. Diese als Behälter ausgebildeten Rohre ermöglichen ein einfacheres Befüllen der Rohre.
Die erfindungsgemäßen ummantelten oder entmantelten Drähte oder Bänder werden vor ihrer Verwendung als Zündkerzenspitze in kleine Abschnitte geschnitten. Auf diese Weise werden besonders widerstandsfähige Elektrodenspitzen auf einfache Weise und unter Einsparung von Edelmetall hergestellt.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die anliegenden Abbildungen verdeutlicht.
Figur 1 zeigt ein Platinmantelrohr gefüllt mit einer Pulvermischung aus Pt und RuAI.
Figur 2 zeigt die auf einer Basiselektrode angeordnete Spitze einer Zündkerzenmittel- elektrode. Figur 3 ist eine schematische Darstellung des Gefüges des erfindungsgemäßen
Werkstoffverbundes.
Das Mantelrohr 1 gemäß» Figur 1 und Figur 3 ist eine duktile Umhüllung 1 , beispielsweise aus Edelstahl, ferritischem Stahl, Nickel, Platin, Gold, Niob, Platin-Iridium-Legierung. Seine Zugfestigkeit ist größer als 150 MPa, insbesondere mindestens 250 MPa. Seine Dehnung ist >10%, insbesondere über 15%. Ein zu einem Draht gezogenes Rohr gemäß Figur 1 und 3 wird in Scheiben oder Rohrstücke 2 geschnitten, um gemäß Figur 2 auf einer Basiselektrode 4 aus Platin oder Nickel-Legierung als Spitze 2 einer Zündkerzen-Mittelelektrode verwendet zu werden. Nach Figuren 1 und 3 sind intermetallische Phasen in einer Matrix aus Metall angeordnet. Die intermetallische Phase ist dabei gemäß Figur 3 in einer Vorzugsrichtung 5 parallel zur Drahtlänge ausgerichtet. Hierdurch wird die Biegsamkeit des Halbzeugs wesentlich verbessert, wobei die minimale Erosion bei bestimmungsgemäßer Anwendung erhalten bleibt.
Beispiel 1
Als Ausgangsstoffe wurden 80 Gew.-% Ru und 20 Gew.-% AI unter Vakuum mittels Lichtbogen erschmolzen. Das resultierende Granulat wurde in einer Scheibenschwingmühle aufgemahlen. Die Röntgenbeugungsanalyse ergab die intermetallische Phase RuAI als Hauptphase. Dieses Pulver wurde mit Platinpulver (Korngröße < 63 μm) im Verhältnis 20 Vol.-% RuAI und 80 Vol.-% Pt in einem Taumelmischer homogenisiert. Anschließend wurde das Pulver in ein Pt-Rohr mit Außendurchmesser 7 mm und einer Wandstärke von 1 mm gefüllt. Unter Vakuum wurden die offenen Enden des Rohres geschlossen. Das Rohr wurde in einer Rundhämmermaschine bis auf 3 mm gehämmert und verdichtet. Danach folgte der Drahtziehprozess bis an Enddurchmesser.
Beispiel 2
Analog Beispiel 1 wurde eine intermetallische Phase aus 80 Gew. % Ru und 20 Gew. % AI hergestellt mit 80 Vol. % Pt (20 Vol. % RuAI) in einem Taumelmischer homogenisiert und in ein PtIrI O-Rohr mit 7 mm Durchmesser und 1 mm Wandstärke gefüllt. Das Rohr wurde bis Enddurchmesser gezogen.
Beispiel 3
Analog Beispiel 1 wurde ein PtIrI O-Rohr mit einer homogenisierten Pulvermischung aus 80 Vol.-% Pt (20 Vol. % RuAI) gefüllt und unter Vakuum verschlossen, dann wurde das Rohr bei ca. 7000C auf einer Rundhämmermaschine auf 3 mm gehämmert und auf Endmaß gezogen. Beispiel 4
Analog Beispiel 1 wurde ein Nickelrohr mit einer homogenisierten Pulvermischung aus
80 Vol.-% Pt (20 Vol. % RuAI) gefüllt und unter Vakuum verschlossen, dann wurde das Rohr bis Enddurchmesser gezogen.
Beispiel 5
Analog Beispiel 1 wurde eine Mischung aus 48 Gew. % Ru und 52 Gew.-% Zr hergestellt und mit Pt im Verhältnis 80 Vol.-% Pt und 20 Vol.-% RuZr im Taumelmischer homogenisiert; anschließend analog Beispiel 1 auf 3 mm gehämmert und auf Endmaß gezogen.
Beispiel 6
Analog Beispiel 1 wurde eine Mischung aus 65 Gew.-% Ru und 35 Gew.-% Hf hergestellt und mit Pt im Verhältnis 80 Vol.-% Pt und 20 Vol.-% RuHf im Taumelmischer homogenisiert; anschließend analog Beispiel 1 auf 3 mm gehämmert und auf Endmaß gezogen.
Beispiel 7
Analog Beispiel 1 wurde eine Mischung aus 80 Gew.-% Ru und 20 Gew.-% AI hergestellt. Mit Pt im Verhältnis 70 Vol.-% Pt und 30 Vol.-% RuAI wurde das Pulver im Taumelmischer homogenisiert und in ein PtIrI O-Rohr gefüllt. Das Rohr wurde bei ca. 7000C auf einer Rundhämmermaschine auf 3 mm gehämmert und dann auf Endmaß gezogen.
Beispiel 8
Analog Beispiel 1 wurde eine Mischung aus 80 Gew.-% Ru und 20 Gew.-% AI hergestellt. Mit Pt im Verhältnis 70 Vol.-% Pt und 30 Vol.-% RuAI wurde das Pulver im Taumelmischer homogenisiert und in mehrere Pt-Rohre gefüllt. Die Rohre wurden auf einer Rundhämmermaschine auf 3 mm gehämmert. Diese Rohre wurden in 400 mm lange Abschnitte abgelängt und diese in ein Stahlrohr mit einem Außendurchmesser von 24 mm bei einer Wandstärke von 3 mm so positioniert, dass eine dichte Packung entsteht. Dieses Rohr wurde auf einer Rundhämmermaschine auf 7 mm gehämmert und auf Endmaß gezogen.
Beispiel 9
Analog Beispiel 1 wurde eine intermetallische Phase aus 80 Gew.-% Ru und 20 Gew.-% AI hergestellt und im Verhältnis 20 Vol.-% RuAI und 80 Vol.-% Pt im Taumelmischer mit Pt homogenisiert. Anschließend wurde das Pulver in ein Edelstahlrohr mit Außendurchmesser 8 mm und einer Wandstärke von 1 ,1 mm gefüllt. Das Rohr wurde evakuiert, geschlossen und bei ca. 7000C auf einer Rundhämmermaschine bis auf 3 mm gehämmert und verdichtet. Durch Drahtziehen wurde der Durchmesser auf 1 ,5 mm reduziert. Das Rohr wurde dann durch Beizen in 50-prozentiger HCl bei ca. 500C entfernt und der Draht auf einen Durchmesser von 0,7 mm weitergezogen.
Beispiel 10
Analog Beispiel 1 wurde ein Gemisch aus 20 Vol.-% RuAI und 80 Vol.-% Pt hergestellt und in einen zylindrischen, einseitig geschlossenen Behälter aus Edelstahl mit Außendurchmesser 40 mm, Länge 80 mm und Wandstärke 1 ,5 mm gefüllt. Das offene Ende des Behälters wurde mittels einer Edelstahlscheibe mit Ansaugstutzen zugeschweißt. Über den Stutzen wurde der Behälter evakuiert und der Stutzen dann zugequetscht und verschweißt. Der Behälter wurde auf 700°C erwärmt, im geschlossenen Rezipienten einer Strangpresse mit einer Kraft von 250 Tonnen vorverdichtet und anschließend durch eine Matrize zu einem Stab mit Durchmesser 16 mm stranggepresst. Der Stab wurde bei ca. 5000C auf einer Rundhämmermaschine bis auf 3 mm gehämmert. Durch Drahtziehen wurde der Durchmesser auf 1 ,5 mm reduziert. Das Rohr wurde dann durch Beizen in 50-prozentiger HCl bei ca. 500C entfernt und der Draht auf einen Durchmesser von 0,7 mm weitergezogen.
Beispiel 11
Ein nach den Beispielen 1 bis 10 hergestellter Draht wird zu einem Band gewalzt.
Beispiel 12
Ein nach den Beispielen 1 bis 10 hergestellter Draht oder ein nach Beispiel 11 hergestelltes Band wird in kleine Abschnitte zerschnitten, die als Elektrodenspitzen von Zündkerzen verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Drahtes oder Bandes, insbesondere für die Verwendung als Elektrode (3) oder Elektrodenspitze (3) in Zündkerzen, bei dem folgende Schritte ausgeführt werden: a) Erzeugen einer intermetallischen Verbindung mit einem Schmelzpunkt über 17000C, b) Aufmahlen der intermetallischen Verbindung, c) Mischen der intermetallischen Verbindung mit Metallpulver, d) Einführen der unter c) erhaltenen Mischung (2) in ein Rohr (1 ) aus duktilem Material e) Umformen des nach d) befüllten Rohres (1) zu einem Draht oder Band.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1 ) aus duktilem Material nach dem Befüllen der Mischung (2) aus der intermetallischen Verbindung und dem Metallpulver verschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gefüllte und verschlossene Rohr (1) vorverdichtet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung (2) aus der intermetallischen Verbindung und dem Metallpulver verdichtet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht oder das Band gesintert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht oder das Band aufgespult wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die intermetallische Verbindung im Lichtbogen erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemahlene intermetallische Verbindung mit Platinpulver gemischt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die intermetallische Verbindung RuAI ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) aus duktilem Material Platin, Edelstahl oder Nickel aufweist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das auf dem Draht verbliebene Rohrmaterial entfernt wird.
12. Manteldraht oder Mantelband, insbesondere Halbzeug für die Fertigung von Elektroden (2) oder Elektrodenspitzen (2) von Zündkerzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtmantel (1 ) oder der Bandmantel (1) eine verdichtete Mischung (2) einer intermetallischen Verbindung mit einem Edelmetallpulver beinhaltet.
13. Manteldraht oder Mantelband nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die intermetallische Verbindung der Formel AxBy entspricht, wobei A aus der Gruppe
Ru, Ir, Pt, Rh und Pd ausgewählt ist, und B aus der Gruppe Zr, AI, Y, Hf, Th, Ti, Ta, Sc, V, Nb, Ce1 W oder der Lanthanide ausgewählt ist, und das Verhältnis x : y zwischen 0,8 und 5 liegt.
14. Manteldraht oder Mantelband nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch (2) im Mantel (1 ) Platin aufweist.
15. Manteldraht oder Mantelband nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (1) Platin aufweist, insbesondere aus Platin besteht.
16. Mantelfreier Draht oder mantelfreies Band, insbesondere Halbzeug für die Fertigung von Elektroden (2) oder Elektrodenspitzen (2) von Zündkerzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht oder das Band eine verdichtete Mischung einer intermetallischen Verbindung mit einem Edelmetallpulver ist.
17. Verwendung eines Drahtes oder Bandes nach einem der Ansprüche 14 bis 16 oder hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Verwendung in Zündkerzen.
18. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht oder das Band als Elektrode (2), Elektrodenspitze (2), Auflage oder Inlay in Zündkerzen verwendet wird.
19. Verwendung des Drahtes oder Bandes nach einem der Ansprüche 13 bis 16 oder hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als Schaltkontakt, Schleifkontakt oder Stromdurchführung.
20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass hohe Ströme zu Entladungs- und Erosionsvorgängen im Kontaktbereich führen.
21. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass hohe thermische und korrosive Beanspruchungen bei gleichzeitigem Stromdurchgang vorliegen.
22. Elektrodenspitze einer Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine ummantelte oder entmantelte verdichtete Mischung (2) einer intermetallischen Verbindung mit einem Edelmetallpulver ist.
23. Elektrodenspitze nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie Verunreinigungen aufweist, die von dem entfernten Mantel stammen.
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