DE1164675B

DE1164675B - Verwendung einer Legierung auf Tantal-, Wolfram- oder Molybdaen-Basis als Werkstoff zur Herstellung von Heizleitern

Info

Publication number: DE1164675B
Application number: DEM35809A
Authority: DE
Inventors: Dr Richard Kieffer; Dr Karl Sedlatschek
Original assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Current assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Priority date: 1957-10-11
Filing date: 1957-11-04
Publication date: 1964-03-05

Description

Verwendung einer Legierung auf Tantal-, Wolfram- oder Molybdän-Basis als Werkstoff zur Herstellung von Heizleitern Die Erfindung betrifft die Verwendung einer hochschmelzenden Legierung als Werkstoff zur Herstellung von Heizleitern in Hochtemperaturöfen, die bei Benutzung im Temperaturbereich von 1400 bis 2000° C bei hoher Kriechfestigkeit nicht verspröden.
Es ist bekannt, in der Glühlampen-, Radioröhren-und Röntgenröhrenindustrie Strukturelemente, insbesondere Heizleiter, Strahl- und Abschirmbleche usw. aus Molybdän, Wolfram und auch neuerdings aus Tantal zu verwenden. Den Heizleitern aus Molybdän und Wolfram haftet jedoch der Nachteil an, daß sie nach mehrstündigem Glühen auf Temperaturen von etwa 1400 bis 2000° C durch Rekristallisation stark verspröden. Durch mechanische Beanspruchungen, z. B. durch Berührung der Heizleiter mit dem Glühgut, und mechanische Erschütterungen kommt es daher sehr leicht zum Bruch solcher Heizleiter. Gegenüber den Molybdän- und Wolfram-Heizleitern haben Heizleiter aus Tantal den Vorteil, daß sie nach längerer Glühdauer auch bei Temperaturen über 2000° C duktil bleiben, doch haftet den Tantal-Heizleitern der Nachteil an, daß sie eine vergleichsweise geringere Kriechfestigkeit aufweisen. Es kommt daher bei Tantal-Heizleitern zu unliebsamen plastischen Verformungen, Durchgängen usw.
Es ist bekannt, daß Zusätze von Wolfram und Molybdän die Festigkeit, Härte und den elektrischen Widerstand von Tantal erhöhen. Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, Tantal mit Zusätzen von Wolfram und Molybdän bis zu 10 Atomprozent für Glühfäden zu verwenden. Dagegen wurde die praktische Verwendung von Tantallegierungen mit mehr als 10 Atomprozent Wolfram oder Molybdän wegen ihrer schwierigen Verarbeitbarkeit bisher nicht in Erwägung gezogen.
Die Erfindung, welche die Nachteile der bekannten Molybdän-, Wolfram- und Tantal-Heizleiter behebt, besteht im Wesen darin, daß die erfindungsgemäß verwendete Legierung 10 bis 900/0, vorzugsweise 40 bis 70% Tantal und als Rest 90 bis 10%, vorzugsweise 60 bis 30'0/a Wolfram und/oder Molybdän enthält.
Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen sind bei sachgemäßer Verarbeitung in weiten Legierungsbereichen ausreichend kalt und warm verformbar. Heizleiter aus sehr schlecht verarbeitbaren Legierungszusammensetzungen können außerdem bereits durch den Preß- und Sinterprozeß auf eine Form gebracht werden, die der endgültigen sehr nahe kommt. Die Legierungen besitzen außerdem hohen elektrischen Widerstand und weisen bei guten Warmfestigkeitseigenschaften, insbesondere guter Kriechfestigkeit, auch nach längeren Glühbehandlungen im Temperaturbereich von 1400 bis 2000° C keine Rekristallisationsversprödung auf.
Bei Tantal-Heizleitern wird auch sehr oft als nachteilig empfunden, daß Tantal durch die Aufnahme von Wasserstoff versprödet und ferner eine sehr hohe Affinität zu Kohlenstoff und Stickstoff unter Karbid-und Nitridbildung aufweist. Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen des Tantals mit Wolfram und bzw. oder Molybdän weisen diese Erscheinungen in erheblich geringerem Maße auf. Eine Legierung aus Wolfram bzw. Molybdän mit etwa 10 bis 15'% Tantal kann z. B. als Heizleitermaterial in Hochtemperaturöfen, die als Schutzgas Wasserstoff verwenden, eingesetzt werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können den erfindungsgemäß verwendeten Legierungen auch noch andere übergangsmetalle der IV. bis VI. Gruppe des Periodensystems, mit denen sie fast ausnahmslos vollkommen mischbar sind, zulegiert werden. Es handelt sich dabei um einen Zusatz von 10 bis 40 % eines oder mehrerer der Metalle Chrom, Vanadin, Niob, Titan, Zirkonium, Hafnium auf Kosten des Gehaltes an Wolfram und/oder Molybdän. Der Widerstand der erfindungsgemäß verwen-1164 675 deren Legierungen kann durch diese Zusätze noch in günstiger Weise erhöht werden.
Als ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäß verwendeten Legierungen hat sich herausgestellt, daß die Schweißverbindungen dieser Legierungen mit dem eigenen Werkstoff und mit Tantal- und Niobstäben und -blechen z. B. hervorragend duktil sind und keine Rekristallisationsversprödung aufweisen. Dieser Vorteil kann besonders bei komplizierten Heizleitern und bei Kombinationen von Heizleitern mit den Stromanschlußklemmen ausgenutzt werden.
Im folgenden sind Beispiele für erfindungsgemäß verwendete Legierungen angeführt. Bei der Bezeichnung »Teile« handelt es sich um Gewichtsteile.
Beispiel 1 Durch Mischen von 70 Teilen Tantal mit 30 Teilen Wolfram, Pressen und Sintern dieser Legierung im Hochvakuum wird ein kaltduktiles Material hergestellt, das sich leicht zu Drähten, Bändern und Blechen verformen läßt. Auch nach mehrhundertstündigem Glühen bei 2200° C tritt praktisch keine Versprödung ein. Beispiel 2 Aus einem Pulvergemenge von 50 Teilen Tantal, 20 Teilen Niob, 15 Teilen Wolfram und 15 Teilen Molybdän wird ein Preßstab hergestellt, der in einem Vakuum von 10-5 bis 10-s Torr bei etwa 2400° C gesintert wird. Diese Legierung zeigt noch eine verhältnismäßig gute Kaltbildsamkeit, läßt sich aber vorteilhaft bei Temperaturen von 300 bis 400° C zu Halbzeug verarbeiten. Dieses Material hat sich besonders als Heizleiter im Temperaturbereich von 1800 bis 2000° C bewährt. Beispiel 3 Durch Hochvakuumsintem eines Pulvergemenges von 50 Teilen Tantal, 10 Teilen Niob, 10 Teilen Chrom und 30 Teilen Wolfram wird ein Sinterstab erzeugt, der eine verhältnismäßig schlechte Kaltduktilität aufweist. Der Sinterstab wird unter Edelgas bei etwa 800° C warm nachgepreßt und nochmals einer Sinterung im Hochvakuum bei 2300° C unterworfen. Nach der doppelten Sinterung läßt sich das Material verhältnismäßig gut durch Schmieden und Walzen warmverformen und zu Heizleitern verarbeiten.

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung einer Legierung, bestehend aus 10 bis 90°/o, vorzugsweise 40 bis 70% Tantal, Rest 90 bis 10%, vorzugsweise 60 bis 30% Wolfram und/oder Molybdän als Werkstoff zur Herstellung von Heizleitern in Hochtemperaturöfen, die bei Benutzung im Temperaturbereich von 1400 bis 2000° C bei hoher Kriechfestigkeit nicht verspröden.
2. Verwendung einer Legierung gemäß Anspruch 1, die jedoch noch 10 bis 40% eines oder mehrere der Metalle Chrom, Vanadin, Niob, Titan, Zirkonium, Hafnium auf Kosten des Gehaltes an Wolfram und/oder Molybdän enthält, für den in Anspruch 1 genannten Zweck. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 882 006, 960 930; schweizerische Patentschrift Nr. 161098; britische Patentschrift Nr. 427 719; »Zeitschrift für Metallkunde (Metallforschung)«, 37 (1946), S. 53 bis 56; »Metallurgia«, 42 (1950), Juni, Nr. 248, S. 3 bis 9.