DE4002973A1

DE4002973A1 - Molybdaenmaterial, insbesondere fuer die lampenherstellung

Info

Publication number: DE4002973A1
Application number: DE4002973A
Authority: DE
Inventors: Cosetta Setti
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1990-02-01
Filing date: 1990-02-01
Publication date: 1991-08-08
Also published as: HU908036D0; HUT62339A; DE59007563D1; KR910021489A; HU210093B; JPH04297543A; ATE113319T1; EP0439776B1; EP0439776A1; ES2060914T3

Description

Diese Anmeldung steht in engem Zusammenhang mit der Parallelanmeldung Nr. ... (Az. GR 90 P 5 501). Die Erfindung geht aus von einem Molybdänmaterial nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Unter dem Begriff Molybdänmaterial sollen im fol genden Vormaterialien verstanden werden, die für verschiedene Zwecke im Lampenbau angewendet werden. Das zunächst als Sinterstab vorliegende Endprodukt der Molybdänherstellung wird anschließend nur noch rein mechanisch weiterverarbeitet, so daß sich an der chemischen Zusammensetzung nichts mehr ändert. Durch Walzen, Hämmern und Ziehen entstehen die gewünschten Vormaterialien. Genauer gesagt entste hen bei diesen Prozessen zunächst Stifte oder Drähte. Röhrchen oder Bandmaterial für die Folien herstellung werden dann als Halbzeug wiederum aus Drähten oder Stiften hergestellt.

Die Dotierung von Molybdänmaterial mit Eisen und/ oder Kobalt ist aus der DD-PS 49 592 bekannt. Diese Maßnahme dient dazu, eine höhere Bruchdehnung und eine höhere Bruchfestigkeit zu erzielen. Es hat sich jedoch in der Zwischenzeit herausgestellt, daß Kobalt ein die Gesundheit gefährdender Stoff ist, für den inzwischen strenge Vorschriften am Arbeits platz gelten (MAK-Werte). Weiterhin hat sich ge zeigt, daß die gewünschten Eigenschaften der Deh nung und Festigkeit nur mit großer Streubreite erzielt werden können, so daß bei der Herstellung ein hoher Ausschuß verkraftet werden muß.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Qualitätsverbesserung der Materialeigenschaften von Molybdän-Halbzeug, insbesondere für die Lampenindu strie, zu erzielen und den Ausschuß zu senken.

Eine weitere Aufgabe ist es, bei Herstellung von Molybdänmaterial ausschließlich gesundheitlich unbedenkliche Stoffe zu verwenden.

Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteil hafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

In den letzten Jahren haben sich die Anforderungen an die thermische und mechanische Belastbarkeit des Molybdänmaterials ständig erhöht, insbesondere im Zusammenhang mit der Entwicklung von PAR-Lampen und von Halogenglühlampen. Dies führte zunächst zu einer weitgehenden Spezialisierung der Molybdänma terialien für verschiedene Einsatzgebiete. Bei spielsweise wurden verschiedene Molybdänmaterialien für Kerndrähte, gasdichte Einschmelzstifte, Halter drähte und Dichtungsfolien hergestellt. Insbesonde re bei Halterdrähten, die eine zwischen Stromzufüh rungen aufgespannte Wendel stützen (vgl. z B. DE-OS 27 46 850) ist eine hohe und konstante Deh nung die wichtigste Eigenschaft. Weiterhin kommt es auch auf eine hohe Bruchfestigkeit und eine hohe Rekristallisationstemperatur an.

Darüber hinaus ergab sich lange Zeit ein scheinbar unlösbares Problem in der hohen Streubreite dieser Eigenschaften, die, um einen hohen Ausschuß zu vermeiden, dazu zwang, ständig die Maschinenpara meter nachzuregeln.

Durch eine geeignete Dotierung mit Aluminium an stelle von Eisen und/oder Kobalt ist es nun gelun gen, diese Schwierigkeiten zu überwinden. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, außer dem sehr geringe Mengen an Kalium zuzusetzen. Dazu ist jedoch eine extrem hohe Reinheit des Molybdän ausgangsmaterials Voraussetzung; sie muß bei min destens 99,97 Gew.-% allgemein und bei mindestens 99,999 Gew.-% in bezug auf Kalium liegen.

Aluminium verdampft während des Herstellungsprozes ses - im Gegensatz zu Kalium - nicht. Somit verhin dert die Zugabe von Aluminium die Streuung der Materialeigenschaften.

Diese positive Eigenschaft wird durch die alleinige Zugabe von Aluminium erzielt, insbesondere durch die Zugabe von 150-800 Gew.-ppm Aluminium; beson ders gute Ergebnisse werden bei Verwendung von 400-600 ppm erzielt. Aus fertigungstechnischen Gründen kann es für die Regulierung der Korngröße vorteilhaft sein, zusätzlich eine sehr geringe Menge an Kalium, insbesondere 5-50 ppm, als Dotie rung einzusetzen.

Ein derartiges Molybdänmaterial ist besonders gut als Halterdraht in der Lampenindustrie geeignet. Das Einsatzgebiet liegt vor allem bei extrem hoher thermischer und chemischer Belastung, wie sie bei bestimmten Typen (PAR-Lampen, Halogenlampen) auf tritt. Als Ausführungsbeispiel sei eine PAR-Glüh lampe mit einer Leistung von 300 W angeführt. Die Halter für den Leuchtkörper sind aus Molybdändraht gefertigt mit einem Durchmesser von ca. 125 µm. Das Molybdän ist mit 500 ppm (Gew.) Al und 15 ppm (Gew.) K dotiert.

Die Dehnung (Δl/l) dieses Molybdändrahtes, in der einzigen Figur dargestellt, ist etwas höher (ca. 21,5%) als die eines entsprechenden Molybdän drahtes, der mit 500 ppm (Gew.) Kobalt dotiert ist (ca. 20,8%). Von besonderer Bedeutung ist jedoch der Umstand, daß die Streubreite der Dehnung bei der Aluminiumdotierung erheblich gegenüber einer Kobaltdotierung reduziert ist. Sie beträgt etwa 2% gegenüber ca. 5% (s. Figur). Auch andere Eigen schaften sind gegenüber den bekannten Dotierungen verbessert. So beträgt beispielsweise die Rekri stallisationstemperatur jetzt ca. 1700°C gegenüber nur 1100°C beim Stand der Technik.

Für reduzierte Anforderungen können andere, insbe sondere geringere Dotierungen verwendet werden. Als Beispiel sei ein Molybdändraht mit einer Dotierung von 250 ppm Aluminium und 15 ppm K genannt. Seine Dehnungskonstanz liegt bei etwa 3,5%.

Das Verfahren zur Herstellung des Molybdänmaterials läuft im Prinzip nach dem Coolidge-Verfahren ab (vgl. hierzu C. Agte/J. Vacek, Wolfram und Molyb dän Akademie-Verlag, Berlin 1959, insbes. Kap. 6): Ausgangsstoff für die Herstellung der Molybdänerzeugnisse ist beispielsweise MoO₃ mit einer Reinheit von 99,97 Gew.-%. Diesem als Pulver vorliegenden Oxid wird als Dotierstoff Aluminium und evtl. eine geringe Menge an Kalium zugegeben. Das Aluminium wird als Nitrat (Al (NO₃)₃) beige fügt. Denkbar wäre auch die Verwendung einer ande ren instabilen Aluminiumverbindung, z. B. AlCl₃. Hingegen ist eine Verbindung hoher Sta bilität, z. B. Al₂O₃, ungeeignet, da das Aluminium bei der anschließenden thermischen Behandlung nicht freigesetzt würde.

Die anschließende zweistufige Reduktion des Molyb dänoxids wird in an sich bekannter Weise mit einem H₂/N₂-Gemisch und reinem H₂-Gas durchgeführt. Vorteilhaft wird ein Drehrohrofen statt eines mit Schiffchen zu bestückenden Vorschubofens verwendet. In zwei Schritten wird das MoO₃ über MoO₂ zu Mo reduziert bei Temperaturen von ca. 500-600°C (1. Schritt) bzw. 1000-1100°C (2. Schritt).

Um die gewünschten duktilen Materialien herstellen zu können, wird das Metall auf hydraulischen Pres sen in Stahlmatrizen verpreßt. Die Sinterung er folgt in einem Durchschubofen bei niedrigen Tempera turen (1700°C). Der dabei gebildete Sinterstab wird anschließend durch Walzen, Hämmern und Ziehen zu Molybdändraht verarbeitet. Dieser Draht kann nun beispielsweise zu Halterdraht oder auch Kerndraht verarbeitet werden.

Claims

1. Molybdänmaterial, insbesondere für die Lampen herstellung, wobei das Molybdän eine Reinheit von mindestens 99,97 Gew.-% besitzt, dadurch gekenn zeichnet, daß als alleiniges Dotiermaterial Alumi nium enthalten ist.

2. Molybdänmaterial nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt zwischen 150 und 800 ppm, bezogen auf das Gewicht, beträgt.

3. Molybdänmaterial nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt zwischen 400 und 600 ppm beträgt.

4. Molybdänmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Molyb dänmaterial zusätzlich mit einer geringen Menge an Kalium dotiert ist.

5. Molybdänmaterial nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kaliumgehalt zwischen 5 und 50 ppm beträgt.

6. Verfahren zur Herstellung von Molybdänmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium als instabile Verbindung, insbesondere als Nitrat, einer pulverisierten Molybdänverbindung zugesetzt wird, die anschließend reduziert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die Molybdänverbindung MoO₃ mit einer Reinheit < 99,97 Gew.-% ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß das reduzierte Molybdän zu einem Stab gepreßt und anschließend ohne direkten Stromdurch gang bei einer Temperatur von ca. 1700°C dichtge sintert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß der Sinterstab aus dotiertem Molybdän anschließend zu Röhrchen, Kerndraht oder Halter draht weiterverarbeitet wird.