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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.
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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.
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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.
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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.
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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.