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.