NO137948B - Vindu med tre glassruter og to koplete rammer - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for å forbinde et metallkarbid med en metallflate.

Foreliggende oppfinnelse angår fremgangsmåter for å forbinde et metallkarbid med bærere av metall.

Ved fremstilling av kjerne-raketter, termoelektriske transduktorer og vakuum-rør hvor det brukes karbid-strålere, er det ofte blitt nødvendig å forbinde et ildfast karbid med en fast bærer av metall. Eksempler på slike forbindelser foreligger i konstruksjoner hvor det er brukt katoder av UC, ZrC og faste oppløsninger av UC og ZrC. Disse eletkroder er forbundet med en bærer av tantal eller niob, og foreliggende oppfinnelse går først og fremst ut på fremgangsmåter for utførelse av slike forbindelser.

Det er kjent at det har vært forsøkt

å forbinde UC med en bærer av tantal ved enten å smelte UC direkte på tantalet eller ved å lodde de to materialer sammen med en ildfast legering, f. eks. titan og niob som har et smeltepunkt på ca. 2200° C. Slike forsøk var meget lite tilfredsstillen-de, da det frigjøres uran under smeltingen og det oppnås forbindelser som er umåtelig skjøre når lodding forsøkes.

Det har nå vist seg at det er mulig i praksis å oppnå sterke, faste forbindelser mellom slike ildfaste karbider og ildfaste bærer-metaller under unngåelse av de vanskeligheter som tidligere forelå når det gjaldt frigjøring av uran, samtidig som disse forbindelser ikke har noe av den skjørhet som de tidligere loddete skjøter hadde. Fremgangsmåtene i henhold til oppfinnelsen bygger på sunde termodyna-miske og kinematiske betraktninger, og kan tilpasses overalt hvor det gjelder å forbinde en ildfast metall-forbindelse med et ildfast bærer-metall.

I sin alminnelighet må det i henhold til oppfinnelsen overveies om bærermetallet danner eller ikke danner karbider som er termodynamisk mere stabile enn det karbid som skal forbindes med det. Hvis karbidet av bærermetallet er mest stabilt, trenges et ytterligere trinn før forbindelsen kan fremstilles. Hvis dette trinn ikke tas, vil bærermetallet erstatte metallet i det karbid som skal forbindes og vil frigjøre dette metall. Således trekker tantal og niob uran ut av UC. Selv om reaksjonen foregår temmelig langsomt ved lav temperatur, er den tilstrekkelig rask til å hindre at det oppnås sunde forbindelser ved den temperatur hvor forbindelsen foretas og den vil foregå ennå raskere hvis den ut-settes for temperatur over 1800° C under behandlingen.

Hvis bærermetallet danner karbider sem er mindre stabile enn de karbider som skal forbindes med bæreren, kan fremgangsmåten .i henhold til oppfinnelsen være eller ikke være nødvendig, alt etter oppløseligheten av bærermetallet i det karbid som det forbindes med. Således er TaC mindre stabil enn ZrC og tantal vil ikke trekke ut zirkonium fra ZrC. Imidlertid danner ZrC og tantal et eutektikum med lavt smeltepunkt, 2500 ± 200° C. Selv om forbindelsen kunne fremstilles til-fredsstillende, ville den oppløses ved de arbeidstemperaturer som brukes i f. eks. termoelektriske transduktorer. For slike forbindelser for slik bruk, er fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen uomgjengelig, men den kan sløyfes i de tilfeller hvor bærer-metallet og det karbid som er forbundet med det ikke danner noe slikt eutektikum med lavt smeltepunkt.

Det annet som må overveies er om bærermetallet danner eller ikke danner karbider som er tilstrekkelig oppløselige i det karbid som skal forbindes til at det lett kan dannes en fast oppløsning. Det er således kjent at TaC og NbC danner en sammenhengende rekke faste oppløsnin-ger med UC, ZrC og faste oppløsninger av UC og ZrC. For slike karbider av bærer-metalllet er det en enkel sak å danne en forbindelse med fast oppløsning med de andre nevnte karbider. Det er imidlertid kjent tilfeller av bærermetaller hvis karbider har begrenset oppløselighet i UC og ZrC, og forbindelser mellom dem er meget vanskeligere å fremstille.

Det tredje som må overveies er hvor lett et karbidlag kan dannes på bærer-metallet, og i hvilken grad et slikt lag vil sitte fast på bærermetallet. Det er således kjent at tantal og niob lett kan karbidiseres ved å oppvarme dem i berøring med grafittpulver i vakuum eller en inert atmosfære. De karbidoverflater som oppnås er umåtelig tynne og seige, og er tilsynelat-ende ugjennomtrengelige for vandring av det underliggende bærermetall. Når det gjelder tantal, er det et indre lag nærmest tantalet som består av Ta2C. Det ytre lag, som vanligvis er tynnere, er en TaC-fase. Slik karbidisering kan også oppnås ved å oppvarme bærermetallet i gassblandinger som inneholder hydrokarboner.

Fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse består i det vesent-lige i å oppvarme den avgassete metallbærer i berøring med avgasset grafittpulver til en temperatur på ca. 2000—2200° C i en tid på ca. 15 minutter i en ikke oksyderende atmosfære, (vakuum' eller inert gass), og så enten smelte det karbid som skal forbindes på overflaten . av bærer-metall-karbidet, hvis bærermetallet, dets karbid og dets eutektikum har høyere smeltepunkter enn det karbid som skal forbindes, slik som tilfellet er med en bærer av tantal og UC, eller det karbid som skal forbindes kan sintres på den karbidiserte bærer ved en litt lavere temperatur. Det siste alternativ kan brukes i alle tilfeller, og kan være en sintring av et allerede sam-menpakket karbid på karbid-overflaten av

bærermetallet eller kan være en samtidig

sammenpakking av en masse av karbid-pulver og en sintring av en slik sammen-pakket masse til det karbidiserte bærer-metall. Det har ikke vist seg nødvendig å bruke trykk sammen med den høye temperatur, selv om prosessen blir kortet inn ved bruk av trykk. En raffinering som nedsetter den nødvendige sintringstempe-ratur noe, omfatter bruk av sintringsmid-ler, f. eks. jern, kobolt, eller nikkel i det karbid som skal forbindes. Et slikt sintringsmiddel kan selvsagt bli etterlatt i sluttproduktet, i de tilfeller hvor det ikke gjør noen skade, eller det kan fjernes ved oppvarming til 2000—2200° C i vakuum. Det har vist seg at mindre enn ca. 5 vektprosent sintringsmiddel er alt som med fordel kan brukes, og at større mengder lett vil kunne bevirke sprekkdannelser i slike karbider som UC.

Det skal nå gis et eksempel på utfør-elsen av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Dette eksempel viser frem-stillingen av en brennstoff-stift for bruk i en termoelektrisk generator.

Eksempel.

1) En fast oppløsning av 30 molprosent

U<2:ir,>C, resten ZrC ble fremstillet ved først å fremstille de enkelte karbider og så smelte dem sammen i en lysbueovn.

2) Den faste oppløsning ble så pulverisert

i en «diamant»-morter til -140 til -200 masker. Pulveriseringen ble utført i en tørr kasse med inert atmosfære.

3) Den beregnete mengde av den faste

oppløsning ble veiet opp, og 5 vektprosent eller mindre nikkel ble tilsatt både som bindemiddel og som sintringsmiddel. 4) Pulveret ble overført til en grafitt-form hvor tantalkraven var satt på plass, og anbragt i en vakuumledning. 5) En hvirvelstrøm-konsentrator ble brukt

for å varme formen, pulveret og tantalkraven.

6) Det hele ble evakuert til ca. 10—s mm

Hg og oppvarmingen begynte. Temperaturen var 2000° C ± 200° og trykket 280— 350 kg/cm-. Både trykket og temperaturen ble opprettholdt inntil trykket falt umåtelig langsomt etter at pressehåndtaket ble sluppet.

7) Etter avkjøling ble det pressete stykke

tatt ut av formen og renset.

8) Bindemidlet og sintringsmidlet ble så

fjernet ved oppvarming til 1800—2200° C i vakuum.

Den avkjølte forbindelse som ble opp-

nådd var meget sterk og seig, med bærer-

metallet klart fra de karbider som var forbundet med det og uten noen frigjøring av

metallene i karbidene. Som allerede nevnt, 1

er bruken av nikkelpulver i karbidblandin-

gen ikke uomgjengelig, da lignende forbindelser er blitt utført ved litt høyere

temperatur uten slikt bindemiddel. Trykk-

seettingen er også unødvendig, men den

korter ned den tid som er nødvendig for å

danne forbindelsen. Lignende utformete

forbindelser er blitt dannet mellom tantal

og UC, tantal og ZrC, niob og UC, niob og

ZrC og niob og faste oppløsninger av UC

og ZrC.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for å forbinde et metallkarbid med en overflate av en bærer av metall, karakterisertvedat overflaten av metall-bæreren karbidiseres ved å oppvarme den avgassete metallbærer i berøring med avgasset grafittpulver til en temperatur på ca. 2000—2200° C i en tid på ca. 15 minutter i en ikke oksyderende atmosfære og metallkarbidet forbindes med denne karbidiserte overflate ved sam-mensintring eller ved å smelte metallkarbidet på overflaten av metallbærer-. karbidet.

2. Fremgangsmåte som angitt i påstand 1, karakterisert ved at karbidet er urankarbid eller zirkoniumkarbid.

3. Fremgangsmåte som angitt i påstand 2, karakterisert ved at bærer-metallet er tantal eller niob.