DE391874C - Verfahren zur Herstellung von aus einem oder ganz wenigen Makrokristallen bestehenden Bloecken, Staeben, Barren und aehnlichen Formstuecken der hoechstschmelzenden Metalle, wie Wolfram - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von aus einem-oder ganz wenigen fflakrokristallen bestehenden Blöcken, Stäben, Barren und ähnlichen Formstücken der höchstschmelzenden Metalle, wie Wolfram. Die Metalle bestehen aus Kristallkörnern, durch deren Größe und Gestalt ihre Gebrauchseigenschaften in hohem Maße bestimmt iverden. Ein Nachteil ist es, daß die Größe und Gestalt dieser Kristallkörner im Laufe der Zeit, und zwar insbesondere bei erhöhter Temperatur, sich verändert. Diese Erscheinung, Rekristallisation genannt, tritt bei hoher Temperatur schon in sehr kurzer Zeit ein und ist für viele Verwendungszwecke der .\letalle äußerst störend.
• Bei dünnen Fäden, Drähten oder Bändern der höchstschmelzenden Metalle, wie Wolfrani, hat man diese störende- Erscheinung der Rekristallisation dadurch zu vermeiden gesucht, daß man diese" mit einer Geschwindig-Izeit, die gleich oder geringer ist als die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Kristallbildung, durch eine Heizquelle hindurchführte und hierbei so stark erhitzte, daß der Draht, Faden o. dgl. in einen den gesamten Querschnitt desselben ausfüllenden Kristall urngewandelt: wurde. Dieses Verfahren ließ sich mit Erfolg jedoch nicht auf Metallblöcke, -stäbe, -barren und ähnliche Formstücke anwenden, da die Durchführung des Verfahrens bei derartigen Körpern auf durch die Dimensionen verursachte unüberwindbare Schwierigkeiten stößt. Gemäß dem die Erfindung bildenden Verfahren wird es nun möglich, in einfacher Weise auch Blöcke, Stäbe, Barren und ähnliche Formstücke der höchstschmelzenden Metalle, wie Wolfran#i, zu erhalten, die nur aus einem oder ganz wenigen makroskopischen Kristallen bestehen. Das nette Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß aus Metallpulver hergestellte Preßkörper so lange auf eine Temperatur in der Nähe des Schmelzpunktes erhitzt werden, bis die Umwandlung in die Einkristallstruktur erfolgt. Es ist zwar bereits früher vorgeschlagen worden, Wolframmetall bis nahe zum Schmelzpunkt, also bis zur hohen Weißglut zu erhitzen; hierbei handelte es sich jedoch stets nur um ein Zusammensintern der einzelnen Metallpartikelchen, bei dem vorhandene Hohlräume im Metall überbrückt werden. Es wurde angestrebt, einen möglichst homogenen, feinkristallinischen Körper zu erhalten und die Entstehung größerer Kristallkörner zu vermeiden. Bei dem neuen Verfahren wird demgegenüber die Dauer der Erhitzung über das Sinterungsstadiurn hinweg derart bemessen und überwacht, bis die Grenzflächen der mikroskopisch kleinen Kristallpartikelchen verschwunden sind und diese sich zu einem oder ganz wemgen niakroskopischen Kristallen vereinigt haben. --Man erkennt diese Kristalle daran, daß sie bei schwachem Anätzen große, einheitlich reflektierende Oberflächen und nicht von Ort zu Ort verschieden reflektierende Flächen zeigen, daß sie ferner nach natürlichen Spaltflächen spalten und endlich bei stärkerem Abätzen selbst eines runden Stückes sich in gesetzmäßiger Weise kantig ätzen. Diese Körper bleiben in ihren Eigenschaften und ihrer Struktur unverändert wenn sie beliebig lange Zeit beliebig hohen Temperaturen ausgesetzt werden, d.h. sie rekristaliisieren nicht und folgen,in bezug auf ihre Bruchfestigkeit, Dehnbarkeit sowie ihre sonstigen mechanischen Eigenschaften sehr einfachen Gesetzen.
• Die Durchführung des neuen Verfahrens, die je nach der Beschaffenheit des Ausgangsinaterials einige Minuten bis mehrere Stunden, in der Regel jedoch nicht unter eine halbe Stunde in Anspruch nimmt, kann im Vakuum, einer indifferenten oder reduzierenden Gasatlilosphäre erfolgen. Die bei genügend langer Und genügend hoher Hitzeeinwirkung auft retende Kristallbildung vollzieht sich dabei meist in der Weise, daß die mikroskopisch kleinen Kristalle des Preßkörpers zunächst sehr allmählich und nahezu gleichmäßig wachsen, bis an einer Stelle sich ein makroskopischer Kristall bildet, der bedeutend u größer ist als alle übrigen, und der jetzt seine Nachbarn in verhältnismäßig kurzer Zeit, z. B. wenigen Minuten, in sich aufnimmt. Dabei kann der Kristall so schnell weiter wachsen, daß zum Schluß der Körper aus die-.sein einzigen Kristall besteht. Es kann auch der Fall eintreten ' daß, ehe der Kristall sich über den ganzen Preßkörper ausbreitet, an wenigen anderen Stellen ebenfalls solche Kristallkeime entstehen, die dann, jeder für sich, so lange weiter wachsen, bis sie mit den früher gebildeten Nachbarn gleicher Größenordnung zusammenstoßen, init denen sie sich jedoch nicht vereinigen. Der Körper besteht dann aus so viel großen Kristallen, als sich Keime während der Zeit seiner Behandlung hatten, und man kann z. B. durch mechanisches Unterteilen sich daraus mehrere Arbeitsstücke herstellen, von denen jedes nur aus einem einzigen makroskopischen Kristall besteht. Die Zeit bis zum Eintreten der Kristallisation ist uni so kürzer, je höher die Temperatur gewählt wird. Bezüglich der Zahl der Kristalle ergibt sich, daß sie in den aus ein und demselben Metallposten hergestellten gleich großen Barren unter Bleichen Bedingungen nahezu konstant ist.
• Es hat sich ergeben, daß das Verfahren zweckmäßig in einer reduzierenden Atmospäre vorgenommen wird, und daß dann die Zahl der entstehenden Kristalle durch einen gewissen - rin tDe geil Feuchtigkeitsgehalt des Gases beeinflußt werden kann. Zu diesem Zweck leitet man am besten den das Metall unispülenden Wasserstoff durch Schwefelsäure bestimmter Konzentration. Ergeben z. B. die Barren eines Postens Wolframmetall bei Verwendung schärfst getrockneten Wasserstoffes etwa acht bis zehn Kristalle, so bestehen sie beim, Durchleiten des Wasserstoffes durch 5oprozentige Schwefelsäure nur noch aus ärei bis fünf, und steigert man den Feuchtigkeitsgehalt noch weiter, so gelangt man zu einetil einzigen Kristall. Ein zu weites Steigern führt zum Ausbleiben des Effektes.
• Statt dein Wasserstoff einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt zu geben, kann man ihm auch eine bestimmte Menge Sauerstoff oder eines Sauerstoff abspaltenden Gases beimischen. Ausf ührungsbei spiel : Herstellung von Wolframmakrokristall. Man verwandelt kristallisiertes Ainnionparawolframat durch Erhitzen bei Rotglut in Wolframsäure, reduziert diese im Porzellanrohrofen mittels Wasserstoffes bei etwa iooo' zu Wolframmetallpulver, preßt aus je 5oo g dieses Pulvers Barren in einer Preßforrn und erhitzt die Barren, uni ihnen den zur Weiterbehandlung nötigen Zusammenhalt zu geben, eine halbe Stunde bei 1300'. Dann bringt man den so vorgesinterten Körper in einem schärfst getrockneten Wasserstoffstrom durch Hindurchschicken von niedervoltigeni Wechselstrom hoher Amperezahl auf eine Teniperatur bis nahe an den Schmelzpunkt, hält ihn etwa eine halbe Stunde lang auf dieser und läßt ihn dann abkühlen. Durch Anätzen wird festgestellt, ob die Kristallisation eingetreten ist. Dieses Verfahren der Erhitzung und Kontrollätzung wird halbstündlich wiederholt, bis der Körper vollständig in Makrokristalle verwandelt ist. Besteht er aus nur einem Kristall, so erhitzt man die übrigen Barren dieses Postens mit Wasserstoff von derselben Trockenheit dieselbe Zeit lang. Besteht der Barren dagegen aus z. B. zehn Makrokristallen, so leitet man beim nächsten Barren den Wasserstoff durch eine Waschflasche mit 5oprozentiger Schwefelsäure und erhitzt in derselben Weise. Bekommt man dann einen Körper aus einem einzigen Kristall, so arbeitet man in gleicher Weise weiter; anderenfalls variiert man die Konzentration der Schwefelsäure so lati.-.e, bis man dieses Ziel erreicht hat.

Claims (1)

1. PATENT-ANSPRÜCHF: i. Verfahren zur Herstellung von aus einem oder ganz wenigen Makrokristallen bestehenden Blöcken, Stäben, Barren und ähnlichen Formstücken der höchstschmelzenden Metalle, wie Wolfram, dadurch gekennzeichnet, daß aus Metallpulver her-"estellte (Y Preßkörper so lange auf eine Temperatur in der Nähe des Schmelzpunktes erhitzt werden, bis die tm-%vandlung in die Einkristallstruktur erfolgt. 2,. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen in einer ,#',tmosphäre eines reduzierend wirkenden Gases vorgenommen wird, dem eine geringe Menge Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gases, wie Wasserdampf, beigemischt ist.