CH387823A - Use of a high-melting sintered alloy for heating conductors - Google Patents

Use of a high-melting sintered alloy for heating conductors

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CH387823A
CH387823A CH6375558A CH6375558A CH387823A CH 387823 A CH387823 A CH 387823A CH 6375558 A CH6375558 A CH 6375558A CH 6375558 A CH6375558 A CH 6375558A CH 387823 A CH387823 A CH 387823A
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CH
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tantalum
sintered alloy
tungsten
heating conductors
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CH6375558A
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Nat Kieffer Richard Dr Phil
Karl Dr Sedlatschek
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Plansee Metallwerk
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys

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  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

  

      Verwendung    einer hochschmelzenden     Sinterlegierung    für Heizleiter    Die Erfindung betrifft die Verwendung einer  hochschmelzenden     Sinterlegierung    für     Hochtempera-          turheizleiter.     



  Es ist bekannt, in der Glühlampen-,     Radioröhren-          und        Röntgenröhrenindustrie    Strukturelemente, insbe  sondere Heizleiter, Strahl- und     Abschirmbleche    usw.  aus     Molybdän,    Wolfram und auch neuerdings aus       Tantal    zu verwenden. Den Heizleitern aus     Molybdän     und Wolfram jedoch haftet 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     Glüh-          gut,    und mechanische Erschütterungen kommt es da  her sehr leicht zum Bruch solcher Heizleiter. Gegen  über den     Molybdän-    und     Wolframheizleitern    haben  Heizleiter aus     Tantal    den Vorteil, dass sie nach län  gerer Glühdauer auch bei Temperaturen über 2000  C       duktil    bleiben, doch haftet den     Tantalheizleitern    der  Nachteil an, dass sie eine vergleichsweise geringere  Kriechfestigkeit aufweisen. Es kommt daher bei     Tan-          talheizleitern    zu unliebsamen plastischen Verfor  mungen, Durchhängen usw.  



  Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung  einer hochschmelzenden     Sinterlegierung,    welche die  Nachteile der bekannten     Molybdän-,        Wolfram-    und       Tantalheizleiter    behebt. Diese     Sinterlegierung        enthält          Tantal    in einer Menge von 10 bis 90     Gew.a/o,    (vor  zugsweise 40 bis 70     Gew.o/o)    und     Wolfram    und bzw.

    oder     Molybdän    in einer Menge von 10 bis 90     Gew.o/a     (vorzugsweise 20 bis 40     Gew: /o).    Gegebenenfalls       können        10        bis        40        Gew.%        eines        oder        mehrerer        der     Metalle Chrom,     Vanadin,        Niob,    Titan,     Zirkonium     und     Hafnium    zugeführt sein.  



  Es wird bemerkt, dass Legierungen, die     Tantal,     Wolfram und     Molybdän    enthalten, an sich bekannt  sind. So ist eine Legierung bekannt, die aus 10 bis         70        Gew.1%        Tantal,        0,2        bis    4     Gew        Q/o        Kohlenstoff,     Rest     Wolfram,    besteht und als Werkstoff für Feder  spitzen verwendet wird.

   Eine andere bekannte     Legie-          rung        besteht        aus    1     bis        50        Gew.%        Tantal,        10        bis          50        Gew.%        Chrom        und        20        bis        55        Gew        %,        Wolfram     und dient ebenfalls als Werkstoff für Federspitzen.  



  Ferner ist eine     Molybdän-Wolfram-Legierung    be  kannt, die bis zu 10     Gew.o/o        Tantal    enthält.  



  Es ist aber bis jetzt nicht bekanntgeworden, eine  Legierung, die     Tantal,        Wolfram    und bzw. oder Mo  lybdän in den oben angegebenen Mengen enthält, für       Hochtemperaturheizleiter    zu verwenden.  



  Die     erfindungsgemäss    verwendeten Legierungen  sind kalt und warm verformbar, besitzen hohen elek  trischen Widerstand und weisen bei guten Warm  festigkeitseigenschaften, insbesondere guter Kriech  festigkeit, auch nach längeren Glühbehandlungen  keine     Rekristallisationsversprödung    auf.  



  Bei     Tantalheizleitern    wird auch sehr oft als nach  teilig 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 ver  wendeten     Sinterlegierungen,    die     Tantal    und     Wolfram     und bzw. oder     Molybdän    enthalten, weisen diese Er  scheinungen in erheblich geringerem Masse auf.

   Eine       Sinterlegierung    aus     Wolfram    bzw.     Molybdän        mit    10       bis        15%        Tantal        kann        z.        B.        als        Heizleitermaterial        in          Hochtemperaturöfen,    die als Schutzgas Wasserstoff  verwenden, eingesetzt werden.  



  Nach einer besonderen Ausführungsform der Er  findung können den Legierungen auch noch andere       übergangsmetalle    der 4. bis 6. Gruppe des Perioden  systems, mit denen sie fast ausnahmslos vollkommen  mischbar sind,     zulegiert    sein. Es ist     beipielsweise     möglich, dass sie auch noch 10 bis     400/D    eines oder  mehrerer der Metalle     Chrom,        Vanadin,        Niob,    Titan,           Zirkonium    enthalten. Der Widerstand der erfindungs  gemäss verwendeten 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 Vor  teil kann besonders bei Verbindung von Heizleitern  miteinander oder mit     Stromanschlussklemmen    ausge  nutzt werden.  



  Im folgenden sind Beispiele für die erfindungs  gemässe Verwendung von     Sinterlegierungen    angeführt.  <I>Beispiel 1</I>  Durch Mischen von 70 Teilen     Tantal    mit 30 Tei  len Wolfram, Pressen und     Sintern    dieser Legierung  im Hochvakuum, wird ein     kaltduktiles    Material her  gestellt, das sich leicht zu Drähten, Bändern und  Blechen für     Hochtemperaturheizleiter    verformen lässt.  Auch nach     mehrhundertstündigem    Glühen bei  2200  C tritt praktisch keine     Versprödung    ein.  



  <I>Beispiel 2</I>  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     10-6    bei etwa 2400  C gesintert  wird. Diese Legierung zeigt noch eine verhältnis  mässig gute     Kaltbildsamkeit,    lässt sich aber vorteilhaft  bei Temperaturen von 300 bis     400a    C zu Halbzeug  verarbeiten. Dieses Material bewährt sich als     Heiz-          leiter    im Temperaturbereich von 1800 bis 20000 C.

      <I>Beispiel 3</I>  Durch     Hochvakuumsintern    eines Pulvergemenges  von 50 Teilen     Tantal,    10 Teilen     Niob,    10 Teilen  Chrom, 30 Teilen Wolfram, wird ein     Sinterstab    er  zeugt, der eine verhältnismässig schlechte     Kaltduktili-          tät    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 auf     Heizleiter    verarbeiten.



      Use of a high-melting sintered alloy for heating conductors The invention relates to the use of a high-melting sintered alloy for high-temperature heating conductors.



  It is known to use structural elements, in particular special heating conductors, radiation and shielding plates, etc. made of molybdenum, tungsten and recently made of tantalum in the incandescent lamp, radio tube and X-ray tube industry. The heating conductors made of molybdenum and tungsten, however, have the disadvantage that after several hours of annealing at temperatures of around 1400 to 2000 C they become very brittle due to recrystallization. Due to mechanical stress, e.g.

   B. If the heating conductor touches the incandescent material, and mechanical vibrations, it is very easy for such heating conductors to break. Compared to molybdenum and tungsten heating conductors, heating conductors made of tantalum have the advantage that they remain ductile even at temperatures above 2000 C after a longer glow period, but tantalum heating conductors have the disadvantage that they have a comparatively lower creep resistance. Therefore, unpleasant plastic deformations, sagging, etc. occur with tantalum heating elements.



  The present invention relates to the use of a high-melting sintered alloy which eliminates the disadvantages of the known molybdenum, tungsten and tantalum heating conductors. This sintered alloy contains tantalum in an amount of 10 to 90% by weight (preferably 40 to 70% by weight) and tungsten and / or

    or molybdenum in an amount of 10 to 90 wt. o / a (preferably 20 to 40 wt. / o). Optionally, 10 to 40% by weight of one or more of the metals chromium, vanadium, niobium, titanium, zirconium and hafnium can be added.



  It is noted that alloys containing tantalum, tungsten and molybdenum are known per se. An alloy is known which consists of 10 to 70% by weight of tantalum, 0.2 to 4% by weight of carbon, the remainder of tungsten, and is used as a material for spring tips.

   Another known alloy consists of 1 to 50% by weight of tantalum, 10 to 50% by weight of chromium and 20 to 55% by weight of tungsten and is also used as a material for spring tips.



  Furthermore, a molybdenum-tungsten alloy is known which contains up to 10 wt / o tantalum.



  However, it has not yet become known to use an alloy containing tantalum, tungsten and / or Mo lybdenum in the amounts given above for high-temperature heating elements.



  The alloys used according to the invention are cold and hot deformable, have high electrical resistance and, with good heat resistance properties, in particular good creep resistance, do not exhibit any recrystallization embrittlement even after prolonged annealing treatments.



  In the case of tantalum heating elements, it is also very often felt to be disadvantageous that tantalum becomes brittle when it absorbs hydrogen and furthermore has a very high affinity for carbon and nitrogen with the formation of carbide and nitride. The sintered alloys used according to the invention, which contain tantalum and tungsten and / or molybdenum, have these phenomena to a considerably lesser extent.

   A sintered alloy made of tungsten or molybdenum with 10 to 15% tantalum can, for. B. can be used as heating conductor material in high-temperature furnaces that use hydrogen as the protective gas.



  According to a particular embodiment of the invention, the alloys can also be alloyed with other transition metals from groups 4 to 6 of the periodic table, with which they are almost without exception completely miscible. It is possible, for example, that they also contain 10 to 400 / D of one or more of the metals chromium, vanadium, niobium, titanium, zirconium. The resistance of the alloys used according to the invention can be increased in a favorable manner by these additives.



  A particular advantage of the alloys used according to the invention has been found to be that the welded joints of these alloys with their own material and with tantalum and niobium rods and sheets, e.g. B. are extremely ductile and have no recrystallization embrittlement. This advantage can be used out particularly when connecting heating conductors with each other or with power connection terminals.



  Examples of the use of sintered alloys in accordance with the invention are given below. <I> Example 1 </I> By mixing 70 parts of tantalum with 30 parts of tungsten, pressing and sintering this alloy in a high vacuum, a cold-ductile material is produced that can easily be formed into wires, strips and sheets for high-temperature heating elements. Even after annealing for several hundred hours at 2200 C, there is practically no embrittlement.



  <I> Example 2 </I> A press rod is produced from a powder mixture of 50 parts of tantalum, 20 parts of niobium, 15 parts of tungsten and 15 parts of molybdenum, which is sintered in a vacuum of 10-5 to 10-6 at about 2400 ° C becomes. This alloy still shows relatively good cold formability, but can advantageously be processed into semi-finished products at temperatures of 300 to 400 ° C. This material has proven itself as a heating conductor in the temperature range from 1800 to 20000 C.

      <I> Example 3 </I> By high vacuum sintering a powder mixture of 50 parts of tantalum, 10 parts of niobium, 10 parts of chromium, 30 parts of tungsten, a sintered rod is produced which has a relatively poor cold ductility. The sintered rod is re-pressed warm under noble gas at around 800 C and subjected again to sintering in a high vacuum at 2300 C.

    After double sintering, the material can be thermoformed relatively well by forging and rolling and processed on heating conductors.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verwendung einer hochschmelzenden Sinterlegie- rung, die Tantal in einer Menge von 10 bis 90 Gew.o/o und in einer Menge von 10 bis 90 Gew.o/o minde stens eines der hochschmelzenden Metalle Wolfram und Molybdän enthält, für Hochtemperaturheizleiter. UNTERANSPRÜCHE 1. Verwendung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Sinterlegierung Tantal in einer Menge von 40 bis 50 Gew:oh enthält. 2. PATENT CLAIM Use of a high-melting sintered alloy which contains tantalum in an amount of 10 to 90% by weight and in an amount of 10 to 90% by weight at least one of the high-melting metals tungsten and molybdenum for high-temperature heating elements. SUBClaims 1. Use according to claim, characterized in that the sintered alloy contains tantalum in an amount of 40 to 50 wt: oh. 2. Verwendung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Sinterlegierung an Wolfram und bzw. oder Molybdän 20 bis 40 Gew:1/o beträgt. 3. Verwendung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Sinterlegierung in einer Menge von 10 bis 40 Gew.o/o mindestens eines der Metalle Chrom, Vanadin, Niob, Titan, Zirkonium und Haf- nium enthält. Use according to patent claim, characterized in that the tungsten and / or molybdenum content of the sintered alloy is 20 to 40 wt: 1 / o. 3. Use according to claim, characterized in that the sintered alloy contains at least one of the metals chromium, vanadium, niobium, titanium, zirconium and hafnium in an amount of 10 to 40% by weight.
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