DE1164675B - Use of an alloy based on tantalum, tungsten or molybdenum as a material for the production of heating conductors - Google Patents

Description

Verwendung einer Legierung auf Tantal-, Wolfram- oder Molybdän-Basis als Werkstoff zur Herstellung von Heizleitern Die Erfindung betrifft die Verwendung einer hochschmelzenden Legierung als Werkstoff zur Herstellung von Heizleitern in Hochtemperaturöfen, die bei Benutzung im Temperaturbereich von 1400 bis 2000° C bei hoher Kriechfestigkeit nicht verspröden.Use of an alloy based on tantalum, tungsten or molybdenum As a material for the production of heating conductors The invention relates to the use a high-melting alloy as a material for the production of heating conductors in High-temperature ovens which, when used in the temperature range from 1400 to 2000 ° C do not become brittle with high creep resistance.

Es ist bekannt, in der Glühlampen-, Radioröhren-und Röntgenröhrenindustrie Strukturelemente, insbesondere Heizleiter, Strahl- und Abschirmbleche usw. aus Molybdän, Wolfram und auch neuerdings aus Tantal zu verwenden. Den Heizleitern aus Molybdän und Wolfram haftet jedoch 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 Glühgut, und mechanische Erschütterungen kommt es daher sehr leicht zum Bruch solcher Heizleiter. Gegenüber den Molybdän- und Wolfram-Heizleitern haben Heizleiter aus Tantal den Vorteil, daß sie nach längerer Glühdauer auch bei Temperaturen über 2000° C duktil bleiben, doch haftet den Tantal-Heizleitern der Nachteil an, daß sie eine vergleichsweise geringere Kriechfestigkeit aufweisen. Es kommt daher bei Tantal-Heizleitern zu unliebsamen plastischen Verformungen, Durchgängen usw.It is known in the incandescent, radio tube, and x-ray tube industries Structural elements, in particular heating conductors, radiant and shielding plates, etc. made of molybdenum, Use tungsten and, more recently, tantalum. The heat conductors made of molybdenum and tungsten, however, has the disadvantage that it rises after annealing for several hours Temperatures of around 1400 to 2000 ° C become very brittle due to recrystallization. Due to mechanical stress, e.g. B. by touching the heating conductor with the Annealing material and mechanical vibrations are therefore very easy to break Heating conductor. Compared to the molybdenum and tungsten heating conductors, heating conductors have off Tantalum has the advantage that, after a longer annealing period, it can also be used at temperatures above 2000 ° C remain ductile, but tantalum heating conductors have the disadvantage that they are a have comparatively lower creep resistance. It therefore occurs with tantalum heating conductors to unpleasant plastic deformations, passages, etc.

Es ist bekannt, daß Zusätze von Wolfram und Molybdän die Festigkeit, Härte und den elektrischen Widerstand von Tantal erhöhen. Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, Tantal mit Zusätzen von Wolfram und Molybdän bis zu 10 Atomprozent für Glühfäden zu verwenden. Dagegen wurde die praktische Verwendung von Tantallegierungen mit mehr als 10 Atomprozent Wolfram oder Molybdän wegen ihrer schwierigen Verarbeitbarkeit bisher nicht in Erwägung gezogen.It is known that additions of tungsten and molybdenum reduce the strength, Increase the hardness and electrical resistance of tantalum. It was therefore already suggested tantalum with additions of tungsten and molybdenum up to 10 atomic percent to use for filaments. Against this has been the practical use of tantalum alloys with more than 10 atomic percent tungsten or molybdenum because of their difficult processability not yet considered.

Die Erfindung, welche die Nachteile der bekannten Molybdän-, Wolfram- und Tantal-Heizleiter behebt, besteht im Wesen darin, daß die erfindungsgemäß verwendete Legierung 10 bis 900/0, vorzugsweise 40 bis 70% Tantal und als Rest 90 bis 10%, vorzugsweise 60 bis 30'0/a Wolfram und/oder Molybdän enthält.The invention, which the disadvantages of the known molybdenum, tungsten and remedies tantalum heating conductor, consists essentially in the fact that the inventively used Alloy 10 to 900/0, preferably 40 to 70% tantalum and the remainder 90 to 10%, preferably 60 to 30'0 / a tungsten and / or molybdenum contains.

Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen sind bei sachgemäßer Verarbeitung in weiten Legierungsbereichen ausreichend kalt und warm verformbar. Heizleiter aus sehr schlecht verarbeitbaren Legierungszusammensetzungen können außerdem bereits durch den Preß- und Sinterprozeß auf eine Form gebracht werden, die der endgültigen sehr nahe kommt. Die Legierungen besitzen außerdem hohen elektrischen Widerstand und weisen bei guten Warmfestigkeitseigenschaften, insbesondere guter Kriechfestigkeit, auch nach längeren Glühbehandlungen im Temperaturbereich von 1400 bis 2000° C keine Rekristallisationsversprödung auf.The alloys used according to the invention are, if processed properly Sufficiently cold and hot deformable in a wide range of alloys. Heating conductor off Alloy compositions which are very difficult to process can also already be brought to a shape by the pressing and sintering process, that of the final comes very close. The alloys also have high electrical resistance and have good heat resistance properties, especially good creep resistance, even after prolonged annealing treatments in the temperature range from 1400 to 2000 ° C, none Recrystallization embrittlement.

Bei Tantal-Heizleitern wird auch sehr oft als nachteilig 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 verwendeten Legierungen des Tantals mit Wolfram und bzw. oder Molybdän weisen diese Erscheinungen in erheblich geringerem Maße auf. Eine Legierung aus Wolfram bzw. Molybdän mit etwa 10 bis 15'% Tantal kann z. B. als Heizleitermaterial in Hochtemperaturöfen, die als Schutzgas Wasserstoff verwenden, eingesetzt werden.In the case of tantalum heating conductors, it is also very often perceived as a disadvantage, that tantalum embrittles through the absorption of hydrogen and furthermore a very high one Has affinity for carbon and nitrogen with formation of carbide and nitride. The alloys of tantalum with tungsten used according to the invention and / or Molybdenum has these phenomena to a much lesser extent. An alloy from tungsten or molybdenum with about 10 to 15 '% tantalum can, for. B. as heat conductor material be used in high-temperature furnaces that use hydrogen as a protective gas.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können den erfindungsgemäß verwendeten Legierungen auch noch andere übergangsmetalle der IV. bis VI. Gruppe des Periodensystems, mit denen sie fast ausnahmslos vollkommen mischbar sind, zulegiert werden. Es handelt sich dabei um einen Zusatz von 10 bis 40 % eines oder mehrerer der Metalle Chrom, Vanadin, Niob, Titan, Zirkonium, Hafnium auf Kosten des Gehaltes an Wolfram und/oder Molybdän. Der Widerstand der erfindungsgemäß verwen-1164 675 deren Legierungen kann durch diese Zusätze noch in günstiger Weise erhöht werden.According to a further feature of the invention, the invention alloys also used other transition metals from IV. to VI. group of the periodic table, with which they are almost without exception completely miscible will. It is an addition of 10 to 40% of one or more the metals chromium, vanadium, niobium, titanium, zirconium, hafnium at the expense of the content of tungsten and / or molybdenum. The resistance of the inventively used 1164 675 whose Alloys can be increased in a favorable manner by these additions.

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 Vorteil kann besonders bei komplizierten Heizleitern und bei Kombinationen von Heizleitern mit den Stromanschlußklemmen ausgenutzt werden.As a particular advantage of the alloys used according to the invention has been found that the welded joints of these alloys with the own material and with tantalum and niobium rods and sheets z. B. excellent are ductile and show no recrystallization embrittlement. This benefit can especially with complicated heating conductors and combinations of heating conductors with the power connection terminals are used.

Im folgenden sind Beispiele für erfindungsgemäß verwendete Legierungen angeführt. Bei der Bezeichnung »Teile« handelt es sich um Gewichtsteile.The following are examples of alloys used in the present invention cited. The term "parts" refers to parts by weight.

Beispiel 1 Durch Mischen von 70 Teilen Tantal mit 30 Teilen Wolfram, Pressen und Sintern dieser Legierung im Hochvakuum wird ein kaltduktiles Material hergestellt, das sich leicht zu Drähten, Bändern und Blechen verformen läßt. Auch nach mehrhundertstündigem Glühen bei 2200° C tritt praktisch keine Versprödung ein. Beispiel 2 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-s Torr bei etwa 2400° C gesintert wird. Diese Legierung zeigt noch eine verhältnismäßig gute Kaltbildsamkeit, läßt sich aber vorteilhaft bei Temperaturen von 300 bis 400° C zu Halbzeug verarbeiten. Dieses Material hat sich besonders als Heizleiter im Temperaturbereich von 1800 bis 2000° C bewährt. Beispiel 3 Durch Hochvakuumsintem eines Pulvergemenges von 50 Teilen Tantal, 10 Teilen Niob, 10 Teilen Chrom und 30 Teilen Wolfram wird ein Sinterstab erzeugt, der eine verhältnismäßig schlechte Kaltduktilität 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 zu Heizleitern verarbeiten.Example 1 By mixing 70 parts of tantalum with 30 parts of tungsten, Pressing and sintering this alloy in a high vacuum becomes a cold ductile material manufactured that can easily be formed into wires, strips and sheets. Even after several hundred hours of annealing at 2200 ° C. there is practically no embrittlement. Example 2 From a powder mixture of 50 parts of tantalum, 20 parts of niobium, 15 parts A press rod is made of tungsten and 15 parts of molybdenum, which is in a vacuum sintering from 10-5 to 10-s Torr at about 2400 ° C. This alloy still shows a relatively good cold formability, but can be advantageous at temperatures Process from 300 to 400 ° C into semi-finished products. This material has proven particularly useful as Tried and tested heating conductors in the temperature range from 1800 to 2000 ° C. Example 3 By high vacuum sintering a powder mixture of 50 parts of tantalum, 10 parts of niobium, 10 parts of chromium and 30 Parts of tungsten produce a sintered rod that has a relatively poor cold ductility having. The sintered rod is re-pressed and hot under inert gas at around 800 ° C again subjected to sintering in a high vacuum at 2300 ° C. After the double The material can be sintered relatively easily by forging and rolling thermoforming and processing into heating conductors.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Verwendung einer Legierung, bestehend aus 10 bis 90°/o, vorzugsweise 40 bis 70% Tantal, Rest 90 bis 10%, vorzugsweise 60 bis 30% Wolfram und/oder Molybdän als Werkstoff zur Herstellung von Heizleitern in Hochtemperaturöfen, die bei Benutzung im Temperaturbereich von 1400 bis 2000° C bei hoher Kriechfestigkeit nicht verspröden. Claims: 1. Use of an alloy consisting of 10 to 90%, preferably 40 to 70% tantalum, the remainder 90 to 10%, preferably 60 to 30% Tungsten and / or molybdenum as a material for the production of heating conductors in high-temperature furnaces, those when used in the temperature range from 1400 to 2000 ° C with high creep resistance do not become brittle. 2. Verwendung einer Legierung gemäß Anspruch 1, die jedoch noch 10 bis 40% eines oder mehrere der Metalle Chrom, Vanadin, Niob, Titan, Zirkonium, Hafnium auf Kosten des Gehaltes an Wolfram und/oder Molybdän enthält, für den in Anspruch 1 genannten Zweck. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 882 006, 960 930; schweizerische Patentschrift Nr. 161098; britische Patentschrift Nr. 427 719; »Zeitschrift für Metallkunde (Metallforschung)«, 37 (1946), S. 53 bis 56; »Metallurgia«, 42 (1950), Juni, Nr. 248, S. 3 bis 9.2. Use of an alloy according to claim 1, but still containing 10 to 40% of one or more of the metals chromium, vanadium, niobium, titanium, zirconium, hafnium at the expense of the tungsten and / or molybdenum content, for the one mentioned in claim 1 Purpose. Considered publications: German Patent Specifications No. 882 006, 960 930; Swiss Patent No. 161098; British Patent No. 427,719; "Zeitschrift für Metallkunde (Metallforschung)", 37 (1946), pp. 53 to 56; "Metallurgia", 42 (1950), June, No. 248, pp. 3 to 9.