DE1188301B

DE1188301B - Verfahren zum Entziehen an Zwischengitterplaetzen aufgenommener Gase aus Titan, Zirkonium, Hafnium oder Thorium

Info

Publication number: DE1188301B
Application number: DEN20978A
Authority: DE
Inventors: Gerard Daniel Rieck; Hugo Antoon Christiaan Bruning
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1960-12-23
Filing date: 1961-12-20
Publication date: 1965-03-04

Description

Verfahren zum Entziehen an Zwischengitterplätzen aufgenommener Gase aus Titan, Zirkonium, Hafnium oder Thorium Die Erfindung bezieht sich auf das Entziehen an Zwischengitterplätzen aufgenommener Gase, insbesondere Stickstoff und/oder Sauerstoff, aus Titan, Zirkonium, Hafnium oder Thorium in Form von Stücken, von denen wenigstens eine Abmessung wesentlich kleiner ist als eine der anderen Abmessungen, wie Draht, Band u. dgl.
Sauerstoff und Stickstoff lassen sich aus diesen Metallen in einfacher Weise, unter Beibehaltung der Form der zu behandelnden Metallstücke entfernen. So bleibt längeres Glühen im Vakuum erfolglos. Auch gelingt es nicht, durch eine einfache reduzierende Behandlung im festen Zustand z. B. Sauerstoff aus Zirkonium zu entziehen.
Wenn in einem Gemisch gasförmiger bzw. dampfförmiger Bestandteile, in dem ein Bestandteil in kleinerer Menge vorhanden ist, ein Temperaturgradient auftritt, entstehen durch Diffusion Konzentrationsunterschiede. Wenn das Molekulargewicht dieses Bestandteiles größer ist als das der anderen, so tritt Diffusion von den wärmeren zu den kälteren Stellen auf, und ist das Molekulargewicht kleiner, so erfolgt Diffusion in entgegengesetzter Richtung. Diese Diffusionserscheinung ist als der Ludwig-Soret-Effekt bekannt.
Es ist weiterhin bekannt, daß Kohlenstoff und Stickstoff in Eisen in festem Zustand eine solche thermische Diffusion aufweisen. Dabei bewegt sich der Kohlenstoff bzw. der Stickstoff in Richtung der Stellen mit höheren Temperaturen.
Bei Prüfungen, die zur Erfindung geführt haben, hat sich ergeben, daß an Zwischengitterplätzen aufgenommene Gase in Titan, Zirkonium, Hafnium oder Thorium in festem Zustand unter der Einwirkung eines Temperaturgradienten bei Temperaturen über etwa 1000° C nach Teilen diffundieren, die sich auf den niedrigeren Temperaturen befinden, und zwar so schnell, daß von dieser Diffusionserscheinung vorteilhaft für den oben angegebenen Zweck Gebrauch gemacht werden kann.
Nach der Erfindung wird beim Entziehen an Zwischengitterplätzen aufgenommener Gase, insbesondere Sauerstoff und/oder Stickstoff, aus Titan, Zirkonium, Hafnium oder Thorium in Form von Drahtstücken, Bandstücken od. dgl. im Vakuum bei Temperaturen über etwa 1000° C, jedoch unter der Temperatur dieser Metall-Gas-Systeme, bei der Eutektika bzw. Peritektika auftreten, in der Längsrichtung der Stücke ein Temperaturgradient von wenigstens etwa 50° C pro Zentimeter herbeigeführt. Die Temperaturen werden dann aufrechterhalten, bis die im Zwischengitter aufgenommenen Gase sich durch Diffusion in den Teilen, die sich auf niedrigerer Temperatur befinden, konzentriert haben, worauf diese Teile abgetrennt wurden. Es ist dabei von Wichtigkeit, die im zu behandelnden Stück auftretenden Temperaturen nicht zu niedrig zu wählen, damit die Diffusion schnell genug erfolgen kann.
Zum Behandeln von Stücken größerer Länge kann eine Zone, in der der Temperaturgradient erzeugt wird und die Diffusion erfolgt, in der Längsrichtung der Stücke bewegt werden.
Die erforderliche Erhitzung der Stücke kann durch Stromdurchgang erfolgen. In diesem Falle kann der gewünschte Temperaturgradient durch stellenweise Kühlung bzw. durch stellenweise geringere Erhitzung, z. B. durch geeignete Bemessung der Stromzufuhr, herbeigeführt werden. Auch kann Erhitzung auf induktivem Wege verwendet werden.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Tabelle an Hand einiger Beispiele erläutert.
Die Erhitzung erfolgte in diesen Fällen durch Wechselstrom, wozu die zu behandelnden Stücke an Elektroden aus Molybdänband durch Punktschweißen befestigt sind. Die Erhitzung ist im Hochvakuum von etwa 10-7 mm Hg an Zirkoniumband mit einer Länge von 65 mm, einer Breite von 5 mm und verschiedenen Stärken durchgeführt worden.
Bei Erhitzung mit Wechselstrom erfolgt nur eine Diffusion gemäß dem Ludwig-Soret-Effekt. Bei Verwendung von Gleichstrom kann gleichzeitig, wie an sich bekannt, eine Diffusion unter der Einwirkung des dabei auftretenden elektrischen Feldes erfolgen.
Die in der Tabelle angegebenen Gehalte an Sauerstoff bzw. Stickstoff wurden durch Härtemessungen bestimmt. Der Verlauf der Härte mit dem Gehalt an diesen Gasen wurde dazu vorher an Zirkoniumband gemessen, das bis 1358° C im Vakuum homogenisiert war und in welchem verschiedene genau dosierte Gasmengen durch Erhitzung auf etwa l200° C aufgenommen waren.
Der für die Beispiele angegebene Temperaturunterschied wurde über eine Länge von 20 bis 30 mm verwirklicht.

In der Tabelle sind die Dicke der behandelten Zirkoniumbandstücke in Millimeter und der ursprüngliche Gehalt an Sauerstoff bzw. Stickstoff in Atomprozent verzeichnet. Weiterhin ist der angelegte Temperaturunterschied in Celsiusgraden, die Behandlungsdauer in Stunden und der folglich stellenweise erreichte Mindest- und Höchstgehalt an Sauerstoff bzw. Stickstoff geichfalls in Atomprozenten angegeben.

Nr.

Dicke Ursprünglicher Gehalt Temperaturunterschied Zeitdauer Mindestgehalt Höchstgehalt

mm Atomprozent o C in Stunden Atomprozent Atomprozent

1 0,1 3,2 Sauerstoff 1100 bis 1450 18 1,0 6,2

2 0,2 3,8 Sauerstoff 1000 bis 1460 20 0,3 8,3

3 0,14 6,4 Sauerstoff 1000 bis 1225 21 2,0 7,4

4 0,14 4 Sauerstoff 1400 bis 1700 17 0,3 5,4

5 0,2 2 Stickstoff 1100 bis 1450 20 0,5 2,5

Claims

Patentanpruch: Verfahren zum Entziehen an Zwischengitterplätzen aufgenommener Gase, insbesondere Sauerstoff und/oder Stickstoff, aus Titan, Zirkonium, Hafnium oder Thorium in Form von Drahtstücken, Bandstücken u. dgl., d a d u r c h gekennzeichnet, daß im Vakuum bei Temperaturen über etwa 1000° C, jedoch unter der Temperatur dieser Metall-Gas-Systeme, bei der Eutektika bzw. Peritektika auftreten, in der Längsrichtung der Stücke ein Temperaturgradient von wenigstens etwa 50° C pro Zentimeter herbeigeführt wird und die Temperaturen aufrechterhalten werden, bis die Gase sich durch Diffusion in den auf niedrigeren Temperaturen befindlichen Teilen konzentriert haben, worauf diese Teile abgetrennt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: M. H a n s e n, »Constitution of Binary Alloys«, 1958, S. 990, 996, 1069 und 1079.