AT275762B

AT275762B - Verfahren zur direkten Herstellung von Fäden un Drähten aus einer Schmelze

Info

Publication number: AT275762B
Application number: AT300766A
Authority: AT
Original assignee: Monsanto Co
Priority date: 1965-03-30
Filing date: 1966-03-30
Publication date: 1969-11-10

Description

Verfahren zur direkten Herstellung von Fäden und Drähten aus einer Schmelze
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Herstellung von Fäden und Drähten aus einer Schmelze mit einer Viskosität, bei welcher die für die Verfestigung des Strahles bei dessen Bildung erforderliche Zeit die Zerfallszeit des Strahles übersteigt.

Die nachstehende Beschreibung betrifft insbesondere die Erzeugung von fadenartigen Gegenständen, deren Seitenverhältnis (Länge zu Durchmesser oder L : D) grösser ist als 1.

Unter dem Begriff Schmelze mit einer Viskosität, bei der die für die Verfestigung des Strahles bei dessen Bildung erforderliche Zeit die Zerfallszeit des Strahles übersteigt, ist eine Schmelze aus solchen Materialien zu verstehen, die in den üblichen Schmelzspinnverfahren unter der Wirkung von Oberflä- chenspannungskräften sehr stark zum Zerfall des Stroms und zur Bildung von Schrot neigen, weil die Viskosität im Verhältnis zu den Oberflächenspannungskräften zu niedrig ist, um einen Zerfall der frei strömenden Flüssigkeit zu verhindern, bis diese in den für viele Verwendungszwecke erwünschten Längen erstarrt.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze in Form eines freien Strahls in eine Atmosphäre eintritt und gleichzeitig auf dem Strahl während der Verfestigung ein stabilisierender Film durch Reaktion der Oberfläche des Strahls mit der Atmosphäre, durch Zersetzung der Oberfläche des Strahls und/oder der Atmosphäre oder durch Ablagerung gebildet wird, welcher den Strahl während der Verfestigung vor einem Zerfall schützt.

Eine direkte Herstellung von Formkörpern aus einer Schmelze war bisher nur möglich, wenn die Schmelze eine ziemlich hohe Viskosität hatte, die kaum weniger als 500 Poise betragen durfte. Die Erfindung betrifft besonders jene zahlreichen und wichtigen Materialien, die eine beträchtlich kleinere oder sogar vernachlässigbar kleine Viskosität besitzen, und ist auf diese Materialien mit besonderem Vorteil anwendbar. Viele dieser Materialien, beispielsweise allgemein die Metalle, haben im schmelzflüssigen Zustand eine Viskosität in dem Bereich von nur wenigen Hundertsteln eines Poises bis zu mehreren Poise.

Die für ein einwandfreies Schmelzspinnen nach üblichen Verfahren erforderliche Mindestviskosität ist unter anderem von der Grösse des Stroms und den physikalischen Eigenschaften der Schmelze, insbesondere der Oberflächenspannung und der Dichte, abhängig, und kann daher nur schwer genau angegeben werden. Pragmatisch betrachtet kann der Ausdruck"niedrigviskos"auf jedes Material angewendet werden, dessen Viskosität, Oberflächenspannung und Dichte in einem solchen Verhältnis zueinander stehen, dass die Bildung von Fäden, insbesondere von kleinem Durchmesser, nach üblichen Schmelzspinnverfahren nicht möglich ist.

Die Viskositätswerte, bei denen die Erfindung vorteilhaft anwendbar ist oder welche die Anwendung der Erfindung unbedingt erfordern, können daher in dem Bereich von praktisch viskositätslosen Schmelzen bis zu Werten von etwa 1000 Poise liegen, wenn es sich um Schmelzen von geringer Dichte und/oder hoher Oberflächenspannung handelt. Man kann auch sagen, dass jene Schmelzen als niedrigviskos bezeichnet werden, die im freien Strom eine Zerfallszeit haben,

die kürzer ist als das lOOOfache der Zerfallszeit eines Stroms, der theoretisch die Viskosität Null hat.

Diese ist durch die Grösse
EMI2.1
gegeben, in der cp = Schmelzdichte, D = Stromdurchmesser und y = Oberflächenspannung der Schmelze.

Die Zerfallszeit wird nachstehend definiert. In der Praxis werden jene Materialien als niedrigviskos be- zeichnet, bei denen die zum Verfestigen des Stroms erforderliche Zeit länger ist als die Zerfallszeit.

Es sind schon beträchtliche Anstrengungen gemacht worden, das seit langem bestehende Bedürfnis nach Verfahren zu befriedigen, die sich für die Massenproduktion von fadenartigen und andern Form- körpern, darunter zahlreichen neuartigen Gegenständen, aus Materialien eignen, deren Schmelzvisko- sität so niedrig ist, dass die üblichen Schmelzspinnverfahren, wie sie allgemein zum Spinnen von Glas und organischen Polymeren von hohem Molekulargewicht und/oder hoher Viskosität angewendet wer- den, nicht anwendbar sind.

Materialien, welche im schmelzflüssigen Zustand eine niedrige Viskosität besitzen, sind beispielsweise die Metalle, ihre Legierungen und intermetallische Verbindungen, die meisten Oxyde, Sulfide und Nitride, sowie andere Salze, sowie die meisten andern anorganischen Substanzen und deren Gemische, ferner viele organische Substanzen und deren Gemische, sowie Gemische der genannten Substanzen. Materialien, die im schmelzflüssigen Zustand eine beträchtliche Viskosität besitzen, sind Glas, Hochpolymere, grossmolekulare Substanzen und andere Materialien, die im flüssigen Zustand so miteinander zusammenwirken, dass sie glasartige Flüssigkeiten bilden.

Zahlreiche der niedrigviskosen Materialien würden natürlich in grossem Umfang verwendet werden, wenn sie auf wirtschaftliche Weise zu Fäden und andern erwünschten Formen verarbeitet werden könnten, besonders in Fällen, wo die Festigkeit, der Modul, die Zähigkeit, die Temperaturbeständigkeit, die elektrische und Wärmeleitfähigkeit, die chemische Beständigkeit, das Reflexionsvermögen und die Undurchlässigkeit für Strahlung wichtig sind. Beispiele derartiger Anwendungszwecke sind Cordgewebe für Luftreifen, Filter, Verbundstoffe mit gewickelten Fäden, verstärkte Verbundstoffe im allgemeinen, hitzebeständige Flächengebilde, verstärkte Metalle, Kunststoffe und Keramik, Bremsbeläge, Sinterverbundkörper, Schichtstoffe usw.

Für einige dieser Anwendungsfälle können neuartige Produkte geschaffen werden, ober aber Produkte mit besserer Eignung.

Besonders bei der Herstellung von Fäden aus Metall ist es bekannt, einen Draht oder einen Stab von relativ grossem Durchmesser durch aufeinanderfolgende Öffnungen von fortschreitend abnehmendem Durchmesser zu ziehen, bis der gewünschte Durchmesser erzielt ist. Die Herstellungskosten für Draht nehmen jedoch mit abnehmendem Durchmesser schnell zu, und es gibt eine Grenze, unterhalb welcher die genannten Ziehverfahren praktisch nicht mit Erfolg angewendet werden können. Endlose Drahtlängen sind auch schon hergestellt worden, indem Metall mit Hilfe eines Kolbens durch eine Düse fliessgepresst wird. Dieses Verfahren ist jedoch nur auf sehr leicht verformbare Materialien und auf Durchmesser anwendbar, die für viele erwünschte Zwecke zu gross sind.

In einem dritten Verfahren zur Herstellung von endlosen Metallfäden od. dgl. wird der Draht gezogen, während er in einer Grundmasse aus einem ungleichartigen Metall eingebettet ist, so dass ein Reissen des Drahtes beim Ziehen verhindert wird. Dieses Verfahren ist, soweit derzeit bekannt, ebenfalls teuer und schwer für die Massenfertigung einzurichten, insbesondere für die Herstellung von sehr feinen Fäden.

In einem andern Verfahren für die Herstellung von endlosen Fäden oder Drähten von kleinem Durchmesser wird das schmelzflüssige Metall gezogen, während es von einem glasartigen Mantel umgeben ist. Dieses Verfahren ist als Glasmantelverfahren bekannt. In vielen Fällen ist jedoch das Vorhandensein des Glasmantels unerwünscht und muss dieser daher entfernt werden, was oft schwierig und teuer ist. Für jedes auf diese Weise verarbeitete Metall besteht ferner das Problem, für den Glasmantel ein Material zu finden, das mit dem schmelzflüssigen Metall chemisch verträglich ist und dessen Viskosität beiTem- peraturen über dem Schmelzpunkt des Metalls so hoch ist, dass der Glasmantel beim Bilden des Fadens nicht reisst. Alle diese Probleme führen dazu, dass auch dieses Verfahren teuer ist.

Es ist auch schon versucht worden, eine Schmelze zu extrudieren. Anscheinend ist aber der Mechanismus des Zerfalls von Strömen geringer Viskosität nicht richtig erkannt und keine praktische Massnahme zur Unterdrückung oder Begrenzung dieses Zerfalls geschaffen worden, so dass man annahm, dass das Extrudieren in eine Kammer erfolgen müsse, die unter einem Druck gehalten wird, der höher ist als der Dampfdruck der Schmelze, oder dass die Kammer auf Temperaturen gehalten werden müsse, die beträchtlich niedriger sind als der Schmelzpunkt des Stranges, oder dass in der Kammer Atmosphären

vermieden werden müssten, die mit dem Strang reaktionsfähig sind.

Wie aus der nachstehenden Be- schreibung deutlich hervorgeht, hat es sich gezeigt, dass die Beachtung dieser Gesichtspunkte für ein einwandfreies Extrudieren von niedrigviskosen Materialien unter Bildung von freiströmenden Schmelzen nach dem erfindungsgemässen Verfahren nicht erforderlich ist.

Die vorstehend angegebenen Verfahren betreffen in erster Linie die Herstellung von fadenartigen
Gegenständen aus metallischen Materialien, doch treten vollkommen analoge Probleme auch bei der
Verarbeitung von andernMaterialien mit geringer Schmelzviskosität auf, beispielsweise bei den vorste- hend genannten Materialien, und können diese Probleme durch analoge Massnahmen gelöst werden.

Aus den Einschränkungen, mit denen die bekannten Verfahren nur angewendet werden können, er- kennt man das Bedürfnis nach neuen, in der wirtschaftlichen Massenerzeugung anwendbaren Verfahren zur Herstellung von fadenartigen und andern Formkörpern aus Materialien von niedriger Schmelzvisko- sität. Diese Forderungen können anscheinend dadurch gelöst werden, dass man Fäden direkt in Form von freien Strömen aus der Schmelze extrudiert. Dies war bisher nicht möglich, weil aus niedrigviskosen
Schmelzen erzeugte Strahlen von kleinem Durchmesser innerhalb einer kurzen Strecke zerreissen und zerfallen, so dass aus der Düse ausgetretenes Material innerhalb des ununterbrochenen Teils des Strahls eine Verfestigung des Strahlstroms verhindert und dieser nicht in die Form eines ununterbrochenen frei- tragenden Körpers übergehen kann.

Da man beobachtet hat, dass die Länge des ununterbrochenen Strahls eine Funktion des Strahldurchmessers ist, können bestimmte dieser Materialien in Form von Stäben mit relativ grossem Durchmesser schmelzextrudiert werden, sofern die blosse Grösse des Stranges einen genü- gend grossen Widerstand gegenüber Zerreisskräften bietet und daher genügend Zeit vorhanden ist, in der sich das in dem Strahl strömende Material wenigstens teilweise verfestigen kann, ehe der Strom zerfällt.

Bei den kleineren Durchmessern, die für viele Zwecke notwendig sind, zerfällt der Strahl dagegen so schnell, dass die Laufzeit des Materials über die Länge des Strahls für ein Erstarren zu Formen von brauchbarer Länge zu kurz ist. Die Zeit zwischen dem Austritt des Strahls und seinem Zerreissen ist natürlich unter anderem von den physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit abhängig, insbesondere von ihrer Viskosität, Dichte und Oberflächenspannung. Die physikalischen Eigenschaften zahlreicher erwünschter Materialien sind nun derart, dass die Materialien nicht verfestigt werden können, ehe sie die Strahllänge zurückgelegt haben, besonders wenn der Durchmesser nicht mindestens mehrere Millimeter oder sogar Zentimeter beträgt.

Es ist daher nicht überraschend, dass das Verfahren des FreistromSchmelzspinnens unter Bildung eines Flüssigkeitsstrahls, in dem das Material verfestigt oder zum Erstarren gebracht wird, so dass ein Gegenstand in der gewünschten Form oder von der gewünschten Abmessung erhalten wird, erfolgreich nur bei relativ viskosen Flüssigkeiten, wie Polymeren und Glas, angewendet worden ist. Bei niedrigviskosen Flüssigkeiten wird das Material von dem Strahlstrom in Form von Tropfen abgegeben, ehe es in Strangform zum Erstarren gebracht werden kann.

Der Zerfall des Flüssigkeitsstrahls wurde erstmalig in grundlegenden Untersuchungen erforscht, die von Lord Rayleigh im Jahre 1878 veröffentlicht worden sind (s. Theory of Sound", Bd. 2, S. 351 ff., First Amer. Ed., Dover PubL, New York, 1945). Diese Erkenntnisse haben auf den verschiedensten Gebieten Anwendung gefunden, beispielsweise in der Metallurgie, zum Emulgieren, zum Einspritzen von Kraftstoff und bei Raketenantrieben.

Um das vollständige Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wird nachstehend kurz die Theorie besprochen, die den Zerfall von freiströmenden Flüssigkeiten von geringer Viskosität erklärt. Die einwandfreie Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens und die mit ihm erzielten neuartigen Ergebnisse hinsichtlich des Verfahrens und der damit erzielten Produkte sind jedoch in keiner Weise von der Richtigkeit der nachstehenden theoretischen Erklärung und von der Art ihrer Anwendung abhängig.

Flüssigkeitsstrahlen zerfallen unter der Wirkung von Kräften, die von normalerweise unvermeidbaren Störungen der Strömung herrühren. Zu diesen gehören die Turbulenz, Schwingungen usw. Daher ist grundlegend jeder Flüssigkeitsstrahl hinsichtlich seiner Oberflächenenergie unstabil. Der Zerfall des Strahls wird durch diese Oberflächenenergie oder Oberflächenspannung unterstützt und durch die Trägheit und Viskosität des Materials behindert. Beim Spinnen von Fäden aus niedrigviskosen Schmelzen muss die auf den"einschnürungsbedingten Zerfall"zurückzuführende Unstabilität des Stroms vermieden werden. Der Ausdruck"einschnürungsbedingter Zerfall"wird nachstehend definiert.

Bei höheren Spinngeschwindigkeiten tritt eine Stromunstabilität in Form eines"wellenförmigen Zerfalls"auf. Selbst wenn der einschnürungsbedingte Zerfall und der wellenförmige Zerfall so weit unterdrückt sind, dass sich der Strom wenigstens bis zu seiner teilweisen Verfestigung selbst zusammenhält, kann eine aerodynamische Bremsung des teilweise oder vollständig verfestigten Stroms zu einem unerwünschten Verformen des Stranges führen. Je niedriger die Dichte des schmelzflüssigen Stranges und/oder je höher

die Dichte der Atmosphäre ist, in welche die Schmelze extrudiert wird, desto grösser ist die Gefahr, dass diese Bremsung zu einem Verformen führt.

In erster Linie wird die Strahllänge jedoch durch den einschnürungsbedingten Zerfall begrenzt, der daher bei jeder gegebenen Spinngeschwindigkeit unter- drückt werden muss, damit eine Strahllänge erzielt wird, mit der Gegenstände mit einem hohen Sei- tenverhältnis hergestellt werden können. Wie noch weiter erläutert wird, fallen der wellenförmige Zer- fall und die aerodynamische Bremsung bei höheren Spinngeschwindigkeiten stärker ins Gewicht.

Es wird angenommen, dass der einschnürungsbedingte Zerfall darauf zurückzuführen ist, dass leicht verdünnte Teile eines Flüssigkeitszylinders unter dem Einfluss der Oberflächenspannung weiter verdünnt werden. Die Oberflächenspannung führt in dem Zylinder zu örtlichen Drücken, welche der örtlichen
Krümmung des Zylindermantel annähernd proportional sind. Ein vollkommen zylindrischer Flüssigkeits- zylinder wäre daher theoretisch stabil. Die unvermeidbaren Veränderungen des Durchmessers längs des
Zylinders führen jedoch zu Druckunterschieden, die einen Transport von Material aus Bereichen mit einem kleineren Durchmesser in benachbarte Bereiche mit einem grösseren Durchmesser bewirken.

Wenn dieser Materialtransport erst einmal eingeleitet ist, schreitet er mit zunehmender Geschwindigkeit fort, bis der Zylinder an den auf diese Weise gebildeten Einschnürungen oder Knoten zerfällt. Dieser Zerfall des Zylinders ist nicht auf die Stelle beschränkt, an der zunächst eine Veränderung des Durchmessers aufgetreten ist, sondern pflanzt sich in beiden Richtungen fort, u. zw. von jedem sich verdünnenden Bereich in beiden Richtungen. Daher nimmt in einem Strahlstrom die zu dessen Zerfall verfügbare Zeit mit dem Abstand vom Ursprung des Strahls zu. Infolgedessen sieht der Strahl zunächst glatt aus. An einer vom Ursprung des Strahls entfernten Stelle des Strahls erkennt man eine Durchmesserabweichung.

Am Ende des Strahls ist die Flüssigkeit in Form einer Reihe von Tropfen vorhanden.

Die erste Störung, die für die Veränderungen des Stromdurchmessers verantwortlich ist, die schliesslich zum Zerreissen des Stroms führen, kann durch zahlreiche kleine Turbulenzen in dem Strom verursacht werden, ferner durch die Wirkung von den den Strom umgebenden, turbulenten Gasen oder durch äussere Schwingungen, eine Wechselwirkung zwischen der Strahlflüssigkeit und der Begrenzungsfläche der Spritzdüsenöffnung u. dgl. Die Zeit vom Austritt des Materials am Ursprung des Stroms bis zum einschnürungsbedingten Zerfall desselben am Ende des Strahls ist daher begrenzt. Die Viskosität hindert das örtliche Wachstum einer Störung und ihre Fortpflanzung in Wellenform.

Bei Materialien mit geringer Schmelzviskosität, beispielsweise schmelzflüssigen Metallen, werden die Degenerationseinflüsse jedoch im wesentlichen nicht gedämpft, sondern pflanzen sie sich mit sehr hoher Geschwindigkeit fort.

Die Weiterentwicklung der Analyse von Lord Rayleigh zeigt, dass die Länge (L) des ununterbrochenen Teils eines niedrigviskosen freien Stroms bis zum Auftreten einer starken einschnürungsbedingten Degeneration annähernd durch die Beziehung
EMI4.1
ausgedrückt werden kann. Dabei ist
L = Länge des ununterbrochenen Stromteils in cm
V = Stromgeschwindigkeit in cm/sec
D = Stromdurchmesser in cm y = Oberflächenspannung in dyn/cm 9'= Dichte in g/cm ?
K = Proportionalitätskonstante.

Die Länge L des Flüssigkeitsstroms nimmt daher mit zunehmender Oberflächenspannung zu. Da die Länge des Stroms der Geschwindigkeit annähernd proportional ist, wird die Laufzeit des Materials in dem Strahl durch eine höhere Geschwindigkeit nicht merklich verlängert. Das heisst, dass die Zerfallszeit vom Eintritt des Materials in den Strahlursprung bis zu der Stelle, an welcher der Strahl zu Tröpfchen zerfällt, über den optimalen Bereich der Extrudiergeschwindigkeit im wesentlichen konstant ist und auf beiden Seiten dieses Bereiches abnimmt. Eine Erhöhung der Extrudiergeschwindigkeit wenigstens bis zu einem gewissen Punkt führt daher zwar zu einer Erhöhung der Strahllänge, hat aber nur einen kleinen Einfluss auf die Zerfallszeit und auf den kurzen Zeitraum, der für die Verfestigung des Strahls zur Verfügung steht.

Bei niedrigviskosen Schmelzen, insbesondere bei relativ hoher Oberflächenspannung und/ oder niedriger Dichte, wird dieser Zeitraum so kurz, dass eine Verfestigung des Strahls vor dem Zerfall bei den üblicherweise erzielbaren Wärmeübertragungsgeschwindigkeiten praktisch unmöglich ist. Selbst beim Extrudieren von niedrigviskosen Materialien mit hoher Geschwindigkeit erhält man daher keine Fäden mit grossem Seitenverhältnis, sondern Schrot.

Natürlich muss man entweder das Material in dem Strom zum Erstarren bringen oder es in diesem ununterbrochenen Bereich irgendwie stabilisieren, damit fadenförmige Körper erhalten werden, die ein für viele mögliche Anwendungen genügend hohes Seitenverhältnis besitzen. Da der durch Knotenbildung bedingte Zerfall in niedrigviskose Ströme so bald nach dem Eintritt des Materials in den Strom beginnt, kann in diesem kurzen Zeitraum von Strömen von relativ kleinem Durchmesser nur eine so kleine Wär- memenge abgeführt werden, dass diese kaum oder überhaupt nicht durch Erstarren in Form eines ununter- brochenen Körpers stabilisiert werden können.

Man kann das Vorstehende wie folgt zusammenfassen :
Wenn die Strömungsgeschwindigkeit von niedrigviskosem Material zu niedrig ist, verhindert die auf die Oberflächenspannungen zurückzuführende Verstärkung und Fortpflanzung von normalerweise unver- meidbaren, wenn auch anfänglich sehr kleinen Störungen in der Strömung die Bildung eines leistungs- fähigen Strahls. Bei mittleren Geschwindigkeiten wird der Strahl durch einschnürungsbedingten Zerfall zerstört. Bei höherer Geschwindigkeit nimmt der Einfluss des wellenförmigen Zerfalls und der aerodyna- mischen Bremsung mit Verformung des Stroms durch Wechselwirkung mit der Atmosphäre zu. Diesen
Störungen wirken die Trägheit und Viskosität des Stroms entgegen.

Viele wünschenswerte Materialien haben aber eine so kleine Viskosität, dass der Strom normalerweise zerfällt, ehe er in den gewünschten
Längen verfestigt oder zum Erstarren gebracht werden kann.

Angesichts der vorstehend angegebenen Probleme und Einschränkungen, die für den Stand der Tech- nik gelten, bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zur Erzeugung von geformten Gegenständen durch Freistrom-Extrudieren von Materialien, deren Viskosität so niedrig ist, dass sie normalerweise nicht imstande sind, während ihrer Verfestigung Formen mit hohem Seitenverhältnis aufrechtzu- erhalten.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht die Herstellung von Produkten mit einem hohen Seitenverhältnis aus Materialien mit niedriger Schmelzviskosität durch die wirksame Bremsung und Unterdrückung der Kräfte, die normalerweise die frei strömende Schmelze vor ihrer Verfestigung stören.

Weiters können nach dem erfindungsgemässenverfahren metallische Formkörper, in denen die Dendritenabstände kleiner sind als in Produkten, die auf übliche Weise verformt worden sind, hergestellt werden. Diese metallischen Gegenstände können schnell durch übliche Wärmebehandlungsverfahren homogenisiert werden.

Im Zuge des erfindungsgemässen Verfahrens werden Formkörper durch Freiström-Schmelzextrudieren von Materialien hergestellt, deren Schmelzviskosität so niedrig ist, dass sie normalerweise vor der Verfestigung des Stroms zerstört wird. Das Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass durch das Extrudieren eines Strahls aus einem derartigen Material in Form eines freien Stroms in bestimmte, gemäss der Erfindung ausgewählte Atmosphären das flüssige Strahlmaterial schnell, fast augenblicklich, mit einem starren oder viskosen Film umgeben werden kann, welcher den Strahl stabilisiert und dessen Zerfall während der Verfestigung des Strahls verhindert. Der Vorgang, der anscheinend für den Zerfall von Strömen mit niedriger Schmelzviskosität verantwortlich ist, wurde offenbar bisher nicht genügend erkannt.

Daher konnte das beim Schmelzextrudieren auftretende Problem bisher praktisch nicht gelöst werden. Das richtige Verständnis des Vorganges, der zum Zerfall des Strahls führt, war daher eine Voraussetzung für die Erkenntnis, dass dieser Vorgang erfolgreich unterdrückt werden kann, wenn man um den naszierenden Strom herum vor seinem Zerfall und während seiner durch normale Wärmeübertragungsvorgänge bewirkten Verfestigung einen sehr dünnen, stabilisierend wirkenden Film bildet. Der stabilisierend wirkende Film kann durch eine oder mehrere Massnahmen gebildet werden. Diese umfassen
1. Filmbildung durch Reaktion, wobei die Oberfläche des Stahlmaterials in eine chemische Reaktion mit der Atmosphäre der Spinnkammer eintritt,
2.

Zersetzung, wobei an der Oberfläche des Stroms und/oder in der Spinnkammer eine gesteuerte Zersetzung erfolgt, beispielsweise durch Pyrolyse, so dass sich an der Oberfläche des Strahls ein dünner Film bildet ;
3. Materialablagerung, beispielsweise durch Aufdampfen oder Zerstäuben.

Bei der Bildung des Films durch Ablagerung wird auf der Oberfläche eine Schicht aus dem Dampf des Materials abgelagert. Zwei Verfahren der Filmbildung durch Materialablagerung sind bekannt. Das erste Verfahren besteht im Aufdampfen. In diesem Verfahren werden das zu überziehende Material und das Überzugsmaterial in einem Vakuum angeordnet. Gewöhnlich wird das Überzugsmaterial oder dessen Quelle dann auf eine Temperatur erhitzt, bei der der Dampfdruck des Materials mindestens 10-2 Torr (1 Torr = 1 mm Hg) beträgt. Die durch die Verdampfung von der Quellenoberfläche abgetrennten Atome oder Moleküle bewegen sich dann in einer geraden Linie. Wenn sie auf eine kühlere Fläche auf-

treffen, kondensieren sie auf dieser unter Bildung einer Überzugsschicht.

Wenn man beim Spinnen von
Metallfäden auf diese Weise eine stabilisierend wirkende Schicht erzeugen will, können mehrere Dampf- quellen erforderlich sein, damit alle Seiten des Stroms gleichzeitig überzogen werden. Dieses Verfah- ren eignet sich natürlich am besten zum Spinnen von hochschmelzenden Materialien, wenn in einer nicht zu grossen Spinnkammer genügende Abstrahlungsverluste erzielt werden können.

Das zweite allgemein bekannte Verfahren zur Materialablagerung ist das Zerstäuben. Dabei wer- den der zu überziehende Gegenstand und das Überzugsmaterial einem Teilvakuum ausgesetzt, das ge- wöhnlich eine Grössenordnung von einem bis mehreren Torr hat. In das System wird eine Elektrode ein- gebracht, und das Quellenmaterial wird ebenfalls als Elektrode geschaltet. Zwischen den beiden Elek- troden wird dann ein hoher Potentialunterschied erzeugt, der zur Bildung von Gasionen führt, die auf die
Quellenoberfläche auftreffen und Atomen oder Molekülen als solche eine Energie erteilen, dass diese als Dampf abgetrennt werden, so dass der Dampf mit den Molekülen des Überzugsmaterials übersättigt wird. Das übersättigte Quellenmaterial in der Gasphase bildet dann einen ziemlich gleichmässigen Überzug auf allen Gegenständen, die sich im Inneren der Umschliessung befinden.

Beim Zerstäuben ge- nügt daher eine einzige Quelle. In diesem Fall ist ein Gas, beispielsweise Wasserstoff, unter einem Druck von einem bis mehreren Torr vorhanden, so dass eine Wärmeabfuhr durch Konvektion möglich ist und das Verfahren auch auf Materialien mit niedrigeren Schmelzpunkten angewendet werden kann. Das
Zerstäubungsverfahren kann in verschiedenen Alternativen durchgeführt werden. Beispielsweise kann man durch Zerstäuben in einer Sauerstoffatmosphäre eine Oxydation des zerstäubten Materials bewirken. Das Zerstäuben von Nickel auf einem Strom in einer Sauerstoffatmosphäre führt beispielsweise zur Bildung einer den Strom stabilisierenden Schicht aus Nickeloxyd. Andere Beispiele sind ohne weiteres erkennbar.

Unabhängig von dem Verfahren, nach welchem der Film hergestellt wird, ist erkannt worden, dass das Filmmaterial je nach dem verwendeten Stahlmaterial bestimmte Eigenschaften haben muss, wenn man optimale Ergebnisse erzielen will.

Die Löslichkeit des Materials des stabilisierend wirkenden Films oder der stabilisierend wirkenden Schicht in dem Material des schmelzflüssigen Stroms soll bei Temperaturen zwischen dem Schmelzpunkt des Strommaterials und der gewünschten Extrudiertemperatur nicht höher sein als 10 Gel.-% des Strommaterials.

Im Rahmen der Erfindung sind jedoch auch Kombinationen von Film- und Strommaterial möglich, bei denen zwischen der Löslichkeit des Filmmaterials, der Geschwindigkeit der Filmbildung und der Diffusionsgeschwindigkeit eine derartige Beziehung besteht, dass Filmmaterialien mit einer Löslichkeit von beträchtlich über 10% mit grossem Vorteil verwendet werden können. Dies geht aus der Erkenntnis hervor, dass die Filmbildung notwendigerweise so schnell erfolgt, dass eine relativ hohe Auflösungsgeschwindigkeit des Filmmaterials in dem zu stabilisierendenstrom leicht durch eine hohe Geschwindigkeit der Filmbildung ausgeglichen werden kann.

Selbst in Fällen, in denen die Geschwindigkeit der Filmbildung gegenüber der Auflösungsgeschwindigkeit des Filmmaterials nicht so hoch ist, dass eine zu hohe Löslichkeit des Filmmaterials ausgeglichen wird, ist ein einwandfreies Arbeiten möglich, wenn man die Schmelze vor oder bei dem Extrudieren teilweise oder vollständig mit dem Material des Films sättigt, oder mit einem andem Material, welches die Auflösung des Filmmaterials in der Schmelze auf zulässige Werte begrenzt. Einige Schmelzen können mit Hilfe des Films am besten stabilisiert werden, wenn man ihnen eine kleine Menge eines Bestandteils zusetzt, dessen Zersetzungs- oder Reaktionsprodukt eine niedrigere Diffusionsgeschwindigkeit oder Löslichkeit in dem Schmelzmaterial hat, wie dies in den Beispielen 27 und 29 erläutert wird.

Wenn der gebildete Film nicht viskos, sondern steif ist, muss der Schmelzpunkt des Filmmaterials höher sein als jener des Strommaterials, damit die Stabilisierung erfolgen kann. Wie zur Herabsetzung der Löslichkeit des Filmmaterials kann der Schmelze eine kleine Menge eines Bestandteils zugesetzt werden, dessen Zersetzungs- oder Reaktionsprodukt einen höheren Schmelzpunkt besitzt als das sonst gebildete Filmmaterial. Zu demselben Zweck kann man die Schmelze so modifizieren, dass Ströme mit niedrigeren Schmelzpunkten erhalten werden, beispielsweise durch Bildung verschiedener Legierungen und Eutektika. Wenn das stabilisierende Filmmaterial nicht steif, sondern viskos ist, muss der Film am Schmelzpunkt des Strommaterials eine Viskosität über 1000 Poise haben.

Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, die den Film bildenden Bestandteile so zu wählen, dass die Bildung von übermässig grossen Mengen von Reaktions- oder Zersetzungsprodukten vermieden wird, deren anschliessende Bewegung in dem Strom zur Zerstörung eines im übrigen einwandfrei gebildeten, stabilisierend wirkenden Films führen kann.

Ein weiterer, sehr wichtiger Gesichtspunkt bei der Durchführung des erfindungsgemässen Stabilisie- rungsverfahrens besteht darin, dass die nachstehend durch den Rayleighschen Parameter ausgedrückte Geschwindigkeit der frei strömenden Schmelze so gesteuert werden soll, dass sie in solchen Grenzen liegt, dass der dimensionslosen Grösse
EMI7.1
(diese Grösse ist die Quadratwurzel der bekanntenWeberschen Zahl ; dabei ist V die Strömungsgeschwindigkeit, D der Stromdurchmesser, cl die Dichte und y die Oberflächenspannung der Schmelze) in dem Bereich von 1 bis 50, vorzugsweise von 2 bis 25, liegt. Es ist gefunden worden, dass beim Extrudieren mit einer Geschwindigkeit, bei der diese Bedingung nicht erfüllt ist, die Zerfallszeit des Strahls so kurz wird, dass der Film keine genügende stabilisierende Wirkung erzielen kann.

Wenn man eine gegebene Schmelzzusammensetzung, deren Oberflächenspannung und Dichte bekannt sind und die zu einem freien Strom mit einem gegebenen Durchmesser extrudiert wird, die optimale Geschwindigkeit, die einem Rayleighschen Parameter im Bereich von 1 bis 50 entspricht, normalerweise experimentell bestimmt, wobei vor allem das Verhältnis zwischen der Dichte der Schmelze und der Dichte der Atmosphäre zu berücksichtigen ist, in welche die Schmelze extrudiert wird, sowie die Beziehung zwischen der Extrusionstemperatur und der Temperatur der Atmosphäre in der Spinnkammer. Im allgemeinen wird die untere Grenze des angegebenen Bereichs des Rayleighschen Parameters durch den einschnürungsbedingten Zerfall bestimmt. Die obere Grenze des genannten Bereichs wird durch den wellenförmigen Zerfall und/oder die aerodynamische Bremsung bestimmt.

Diese bewirkt, dass sich der teilweise oder vollständig verfestigte Strom staucht, so dass Stauchknoten entstehen. Der Parameter nähert sich dem oberen Ende seines Bereichs, wenn das Verhältnis der Dichte der Schmelze zu der Dichte der Spinnkammeratmosphäre zunimmt. Das heisst, je grösser die Dichte der Schmelze und/oder je kleiner die Dichte der Spinnkammeratmosphäre, desto höher ist der Rayleighsche Parameter, bei dem noch einwandfrei gesponnen werden kann. Für ein optimales Arbeiten kann es jedoch notwendig sein, dass der Parameter einen etwas niedrigeren Wert hat.

Die Bedeutung der Extrusionsgeschwindigkeit geht aus den nachstehenden Tabellen I und II hervor, in denen die Ergebnisse von zwei Versuchsreihen angegeben sind, bei denen nur der Extrusionsdruck und daher die Extrusionsgeschwindigkeit abgeändert wurde.

In den Versuchen, über die in der Tabelle I berichtet wird, wurde Zinn mit einer Dichte von etwa 6,8 g/cm in der Schmelze und einer Oberflächenspannung von etwa 573 dyn/cm auf 2600C erhitzt.

Die Schmelze wurde dann in eine Atmosphäre extrudiert, die aus 67% Helium und 331o Sauerstoff bestand und eine Dichte von 0,6 g/l hatte. Die Spritzdüse hatte eine Öffnung mit einem Durchmesser von 100 J1.. Die Ergebnisse waren wie folgt :
Tabelle I
EMI7.2

In den Versuchen, über die in der Tabelle H berichtet wird, wurde flüssiges Blei bei einer Temperatur von etwa 360 C mit einer Oberflächenspannung von etwa 450 dyn/cm und einer Dichte von etwa 10. 5 g/cm3 durch eine Düsenöffnung von 125 p in eine Atmosphäre gespritzt, die aus 8010 Inertgas und 2 o Sauerstoff bestand und eine Dichte von 1, 28 g/l hatte.

Die Ergebnisse waren wie folgt :
EMI8.1

EMI8.2

Diese Versuchsergebnisse zeigen, dass ein gewisser Mindestdruck oder eine ihm entsprechende Geschwindigkeit, ausgedrückt durch den Rayleighschen Parameter
EMI8.3
erforderlich ist, damit eine Strombildung eintreten kann. Bei einem relativ niedrigen Rayleighschen Parameter hat der Faden keine gute Qualität und viele Einschnürungen. Im mittleren Bereich wird in beiden Fällen ein Faden guter Qualität erhalten. Wenn sich der Wert bei Zinn (Tabelle I) der angegebenen oberen Grenze nähert, treten in dem Draht oder Faden infolge der aerodynamischen Verlangsamung Stauchknoten auf.

Bei Blei, das eine höhere Dichte hat (Tabelle Il:), wird die Qualität des Fadens besser, wenn der Rayleighsche Parameter höher ist als 23. Das heisst, dass die optimale Spinngeschwindigkeit oder das Optimum des Rayleighschen Parameters mit der Dichte der Schmelze zunimmt. Es ist berechnet, dass bei einer Bildung von Fäden aus sehr dichten Schmelzen das Optimum des Rayleighschen Parameters sich dem Wert 50 nähert.

Es kann theoretisch möglich sein, einen Strom aus einer niedrigviskosen Flüssigkeit zu bilden, ohne dass irgendeine Stabilisierung vorgenommen wird, doch muss dazu der Durchmesser des Stroms so gross sein, dass der Strom keinen praktischen Wert mehr hat. Dies geht am besten daraus hervor, dass man auf Grund von theoretischen Überlegungen schätzen kann, dass ein nichtviskoser Flüssigkeitsstrom die zur Formhaltigkeit erforderliche Steifheit besitzen könnte, wenn sein Feststoffgehalt höher ist als etwa 30%. In diesem Zustand wäre kein stabilisierend wirkender Film erforderlich, damit der halbflüssige Strom seine Form trotz der Neigung zum einschnürungsbedingten Zerfall hält, der normalerweise infolge der Oberflächenspannung und der freien Oberflächenenergie, d. h. den vorstehend besprochenen Rayleighschen Wellen, eintritt.

Auf Grund von üblichen Kennwerten für die Wärmeübertragung, z. B. der latenten Schmelzwärme, der Stromgrösse, der Dichte, dem Schmelzpunkt, der Oberflächenspannung und den Wärmeübertragungskoeffizienten kann man schätzen, welcher Wärmeverlust pro Längeneinheit bei einem gegebenen schmelzflüssigen Material erforderlich wäre, damit ein Flüssigkeitsstrom extrudiert werden kann, der genügend erstarrt, um sich gegen seinen Zerfall selbst zu stabilisieren. Man kann den Mindestdurchmesser ausrechnen, bei dem ein derartiger Flüssigkeitsstrom rechtzeitig vor dem einschnürungsbedingten Zerfall auf einen Feststoffgehalt von 3 o verfestigt ist, bei dem der halbfeste Strom sich selbst stabilisiert.

Der Wert des Mindestdurchmessers des Flüssigkeitsstroms, bei dem diese Selbststabilisierung auftritt, kann etwas verändert werden durch
1. Veränderungen des Wärmeübertragungskoeffizienten, der etwa durch die Dichte und die Zusammensetzung des Mediums beeinflusst wird, in welches der Flüssigkeitsstrom eintritt ;
2. Veränderungen der Oberflächenspannung des Stroms ; diese ist natürlich von der Zusammensetzung und Temperatur des Materials und manchmal auch etwas von dem Medium abhängig, in das extrudiert wird.

Man kann daher keine absolute Grenze festlegen, wenn nicht alle beteiligten Veränderlichen genau berücksichtigt werden bzw. das ganze System vollständig beschrieben werden kann. Keine der Veränderlichen hat jedoch einen so starken Einfluss, dass sie denMindestdurchmesser sehr wesentlich verändert. Wenn die allgemeinen Spinnbedingungen und die Zusammensetzung des extrudierten Stroms bekannt sind, kann man den Mindestdurchmesser mit guter Annäherung berechnen, wobei relativ beträchtliche Veränderungen der vorstehend angegebenen Veränderlichen nur geringfügige Veränderungen des Mindestdurchmessers bedingen.

Beispielsweise kann man berechnen, dass für ein einwandfreies Gefrierspinnen in ein Inertgas, das auf einer Temperatur von 250C gehalten wird, ohne dass ein stabilisierend wirkender Oberflächenfi1m erforderlich ist, bei Verwendung von Stickstoff als Spinnatmosphäre folgende Mindestwerte für den Stromdurchmesser eingehalten werden müssen :

Tabelle III
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<tb>
<tb> Material <SEP> Latente <SEP> Oberflächen-Dichte <SEP> Schmelzpunkt <SEP> Mindestdurchmesser <SEP>
<tb> Schmelzwärme <SEP> spannung <SEP> g/cm <SEP> C <SEP> p <SEP>
<tb> cal/g <SEP> dyn/cm
<tb> 95 <SEP> 860 <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP> 625 <SEP> 4, <SEP> 8x10* <SEP>
<tb> Cu <SEP> 49 <SEP> 1300 <SEP> 7,9 <SEP> 1058 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> x <SEP> 10' <SEP>
<tb> Fe <SEP> 65 <SEP> 1835 <SEP> 7,2 <SEP> 1510 <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> X <SEP> 1rf <SEP>
<tb> Ni <SEP> 72 <SEP> 1920 <SEP> 7, <SEP> 8 <SEP> 1430 <SEP> 4, <SEP> 3 <SEP> X <SEP> 10' <SEP>
<tb> KC1 <SEP> 74 <SEP> 90 <SEP> 1, <SEP> 98 <SEP> 751 <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> X <SEP> 10' <SEP>
<tb>

Man erkennt daher, dass der kleinste Durchmesser, bei dem Selbststabilisierung eintritt, um mehrere Grössenordnungen grösser ist als die Fadenabmessungen,

die bei Verwendung einer stabilisierend wirkenden Atmosphäre erzielt werden können.

Im Rahmen der Erfindung ist ferner gefunden worden, dass beim Extrudieren von metallischen Schmelzen nach dem erfindungsgemässen Stabilisierungsverfahren Formkörper erhalten werden, die
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Wärmebehandlung. Dies geht ohne weiteres daraus hervor, dass beim Erstarren eines aus mehreren Komponenten bestehenden oder verunreinigten Systems eine oder mehrere der Komponenten oder Verunreinigungen in dem zuerst erstarrenden Material angereichert sind, wogegen sich die übrigen Komponenten oder Verunreinigungen in der flüssigen Phase konzentrieren. Diese Verteilung des Gelösten tritt bei allen Erstarrungsvorgängen auf, mit Ausnahme jener, in denen künstlich eine Erstarrung in einem einzigen Phasenbereich des Phasendiagramms des Systems erzwungen wird.

Diese teilweise Trennung oder Seigerung führt innerhalb der einzelnen Kristalle oder Körner zu Gefügeelementen, welche die Form von dendritenartigen Armen der "reinen" Komponente annehmen und die Bereiche der kleineren Komponente oder der Verunreinigungen voneinander trennen.

Die Eigenschaften von Metallen, z. B. die Bruchfestigkeit, Korrosionsneigung, Verformbarkeit und Oberflächenbeschaffenheit sind von dem Grad der Homogenität der Legierung stark abhängig. Daher ist es bei der Verarbeitung von Metallen vorteilhaft, die durch die Mikroseigerung von Materialien während des Erstarrungsvorganges verursachte Inhomogenität auf ein Minimum herabzusetzen. Dies geschieht gewöhnlich durch Nacherhitzen oder Glühen. Das Glühen bewirkt eine verstärkte wärmebedingte Diffusion, so dass die gestörten Bereiche, d. h. die Bereiche, in denen die Verunreinigungen konzentriert sind, diffundiert und dispergiert werden und die Festigkeit des Materials verbessert und seine Versprödung herabgesetzt wird.

Die Wirkung der Glühbehandlungen ist nun von dem Erstarrungsgefüge des Metalls oder der Legierung abhängig, d. h. von der Grösse der Innengefügeelemente oder Dendriten und der Verteilung des Gelösten in dem Gefüge. Die Homogenisierung oder Dispergierung der Verunreinigungen ist daher von dem Ausmass der Mikroseigerung in dem Ausgangsmaterial und den Strecken abhängig, über welche die Verunreinigungen verteilt werden müssen, damit ein einheitliches Gefüge erzielt wird. Da die Verteilung von Verunreinigungen durch wärmebedingte Diffusion von den Strecken abhängt, über welche eine Umverteilung oder Homogenisierung erfolgen muss, ist es natürlich vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen diesen Dendriten oder Inhomogenitätsbereichen möglichst klein ist.

In Gussstücken normaler Grösse kommen gewöhnlich zwischen den Dendritenarmen Abstände von etwa 100 bis 1000 IL vor. Dagegen hat es sich gezeigt, dass bei der Verformung von Metallen oder Legierungen mit kleinen Verunreinigungen nach dem erfindungsgemässen Verfahren ein sehr ungewöhnliches Innengefüge erhalten wird, in welchem die Dendritenabstände, die ein sichtbares Zeichen der Mikroseigerung von Materialien sind, viel kleiner sind als die bei andem Verarbeitungsverfahren, z. B. beim Giessen, normalerweise auftretenden Abstände und gewöhnlich im Bereich von wenigen Mikron liegen.

Die Abstände sind zwar etwas von der Zusammensetzung und den Extrusionsbedingungen abhängig, liegen jedoch gewöhnlich im Bereich von etwa 5 bis 25 J. Das heisst, dass die Abstände zwischen den Bereichen der kleineren Komponente oder den stärker verunreinigten Bereichen etwa 5 bis 25 bu betragen. In typischen Gussstücken sind diese Abstände normalerweise bis zu 200mal so gross wie in entsprechenden erfindungsgemäss erhaltenen Gefügen.

Ein wichtiger praktischer Vorteil dieser neuartigen Gefüge besteht darin, dass die Nachbehandlung dieser neuartigen gesponnenen Metalle viel schneller durchgeführt werden kann als die kostspieligen und sehr lange dauernden Wärmebehandlungen, die bei Gefügen mit grösseren Dendritenabständen erforderlich sind. Da die Zeit der Umverteilung dieser festen Verunreinigungen durch wärmebedingte Diffusion (Glühen) mit dem Quadrat der Diffusionsstrecke zunimmt, ist bei Dendritenabständen in einer
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Abständen von 100 li erforderlich ist.

Dieser Vorteil wird bei den nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen Metallfäden gegen- über Metalldrähten gleicher Grösse erzielt, die aus grösseren Stäben gezogen worden sind. Bei der Herstellung von grossen Stäben, aus denen Drähte gezogen werden sollen, ist das ursprüngliche, bei der Herstellung von Knüppel erhaltene Dendritengefüge in gewissem Ausmass auch noch in dem gezogenen Draht vorhanden, wenn auch die Mikroseigerung durch das Ziehen oder andere mechanische Zerreissvorgänge etwas herabgesetzt werden kann. In den üblichen Drähten sind die Dendritenabstände daher immer noch ein Mehrfaches der Dendritenabstände in den nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen Fäden, wenn man auch durch Walzen das Material so quetschen oder kneten kann, dass das Dendritengefüge mechanisch zerrissen und eine teilweise Homogenisierung erzielt wird.

Da jedoch das Kneten weniger wirksam ist als das Glühen und ebenfalls einen eigenen Verfahrensschritt erfordert, ist es vorteilhaft, wenn dieser Knetvorgang entfallen kann.

Bei der Wärmebehandlung des in üblicher Weise gezogenen, ungekneteten Drahtes ist daher für eine vergleichbare Homogenisierung der mikrogeseigerten Verunreinigungen oder kleineren Bestandteile mehr Zeit erforderlich als bei der Wärmebehandlung der Fäden.

Zur Feststellung des neuartigen Innengefüges der in mehreren der Beispiele erhaltenen Fäden wurden übliche metallographische Ätzverfahren angewendet.

Nach dem Beispiel 27 hergestellte Metallfäden aus rostfreiem Stahl 406 mit Fadendurchrnessem von etwa 75 p wurden in Transoptic (einem kalthärtbaren Fassungsmaterial auf der Grundlage von Epoxydharz) gefasst und dann trocken geschliffen und poliert, danach nassgeschliffen und mit Siliciumcarbid von 600 mesh, a-Aluminiumoxyd von 0,3 y und Y-Aluminiumoxyd von 0,05 p nasspoliert. Für die drei zuletzt genannten Behandlungen wurden übliche Poliertücher verwendet. Es wurde sorgfältig darauf geachtet, dass jede beträchtliche Erwärmung oder übermässige Verformung der Prüflinge vermieden wurde. Dann wurden die Prüflinge 30 sec lang mit einer üblichen metallographischen Ätzlösung geätzt, die aus 4, 0 g Cuss4, 20 ml konz. HC1 und 20 ml H-0 bestand.

Auf diese Weise wurde das Innengefüge sichtbar gemacht. In Photomikrographien der geätzten Prüflinge wurden Dendritenabstände im Bereich von 5 bis 20 n gemessen. Die Mehrzahl der Abstände betrug 5 bis 10 fl.

Eine Fadenprobe wurde dann 15 min lang auf 970 C erhitzt. Gefasste Proben wurden poliert und geätzt und zeigten keinerlei Dendriten. Daraus ging hervor, dass die Mikroseigerungen in dieser Zeitvollkommen homogenisiert worden waren. Bei grossen Gussstücken muss eine vergleichbare Glühbehandlung mehrere Stunden lang durchgeführt werden.

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Nach Beispiel 22 hergestellte Fäden aus Chromel R wurden gefasst, präpariert und mit einer Lösung von Eisen-in-chlorid in einem Salzsäure-Salpetersäure-Gemisch geätzt. Die Dendritenabstände in den Fäden betrugen etwa 4 bis 5 m.

Nach Beispiel42 hergestellte Goldfäden waren leichtverformbar und konnten nur schwer geschliffen und poliert werden. Gefasste Prüflinge wurden mit einer wässerigen Lösung von 10% Kaliumcyanid und 100/0 Ammoniumpersulfat geätzt und zeigten keine Dendriten. Dies war erwartet worden, weil das Gold sehr rein war, so dass keine erkennbare Mikroseigerung auftrat. Die sehr reinen Zinkfäden nach Bei-
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Zusammenfassend sei daher festgestellt, dass die Erfindung ein Verfahren zum Extrudieren von Materialien mit niedriger Schmelzviskosität in Form von frei strömenden Schmelzen in gewählte Atmosphären betrifft, die zur schnellen Bildung eines auf den Strahl stabilisierend wirkenden Films durch Reaktion, Zersetzung oder Materialablagerung führen. Die Zusammensetzung dieses Films ist so gewählt oder modifiziert, dass er einen höheren Schmelzpunkt hat als das Strommaterial oder dass der Film viskos ist und am Schmelzpunkt des Strommaterials eine Viskosität über 1000 Poise hat. Damit das Verfahren optimal gesteuert werden kann und das Produkt eine optimale Gleichmässigkeit besitzt, soll die Extrusionsgeschwindigkeit in dem Bereich gehalten werden, der durch die Beziehung
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vorzugsweise
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angegeben ist.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäss- ssen Verfahrens an Hand der Zeichnung beschrieben. Diese ist eine vereinfachte Darstellung einer induktionsbeheizten Spinnvorrichtung, die teilweise im Vertikalschnitt gezeigt ist.

Eine derartige Vorrichtung kann eine induktionsbeheizte Spinneinrichtung umfassen, die mit der mit einem Pfeil versehenen Bezugsziffer--10-- bezeichnet und auf einer langgestreckten zylindrischen Auffangkammer --12-- montiert ist. Die Spinneinrichtung umfasst einen Schmelztiegel --14--, der für die nachstehenden Beispiele aus Bornitrid oder Aluminiumoxyd (ALOg) hergestellt war, aber allgemein aus jedem feuerfestenMaterial hergestellt werden kann, das sich als mit der zu verarbeitenden Schmelze verträglich, d. h. indifferent, erweist.

In der Bodenfläche des Tiegels ist eine sorgfältige gebohrte Düsenöffnung --16-- von kleinem Durchmesser oder ein genau bearbeitetes Loch ausgebildet, in dem ein Edelstein, beispielsweise ein Saphir, in Uhrwerksgrösse eingesetzt ist, der mit einer Düsenöffnung von kleinem Durchmesser ausgebildet ist. Der dargestellte Tiegel hat nur eine einzige Düsenöffnung. Die in der Produktion verwendeten Einrichtungen sind natürlich mit mehreren derartigen Düsenöffnungen versehen. Der Tiegel ruht auf einem isolierenden Tragzylinder-18-aus Quarz und dieser auf der Tragplatte --20--.

Wenn nichtleitende und nicht koppelnde Materialien, d. h. Materialien, die nicht direkt induktionsbeheizt werden können, verarbeitet werden sollen, kann der so montierte Tiegel von einem üblichen Induktionsheizkörper--22-- (susceptor) umgeben sein, der mit feuerfesten Schnüren, die nicht gezeigt sind, festgehalten werden kann. Der Tiegel und der Heizkörper sind von einem dickwandigen Gehäuse --24-- umgeben, das aus feuerfestem Glas oder Quarz besteht. Am oberen Ende des Gehäuses --24-- ist ein Stutzen --26-- montiert, an den eine Druckquelle angeschlossen werden kann. Der Stutzen ist mit Hilfe von Stiftbolzen --30-- gasdicht zwischen der oberen Platte --28-- und der Tragplatte --20-- eingespannt.

Mit dieser Anordnung kann über dem im Tiegel zu schmelzenden Material ein inertes Gas unter Druck gehalten werden, das bewirkt, dass das geschmolzene Material durch die Düsenöffnung gespritzt wird. Wie in der Induktionsheiztechnik bekannt ist, umgibt eine Induktionsspule --32-- mit entsprechenden elektrischen Kennwerten den Tiegel und erzeugt durch magnetische Induktion Wärme im Tiegelinhalt.

Zwischen der Spinneinrichtung --10-- und der Aufnahmekammer --12-- ist ein aus Quarz oder Feuerfestem Glas bestehender Tragzylinder --34-- angeordnet, der auf der Grundplatte --36-- steht und an der Tragplatte --20-- für den Tiegel angreift. Zwischen dem Zylinder und der Grundplatte bzw. der Fragplatte sind biegsame Dichtungen --38-- vorgesehen, so dass eine gasdichte Anordnung erhalten

wird. In der Grundplatte-36-ist eine relativ grosse Öffnung --40-- ausgebildet, die in die Auffang- kammer führt und im wesentlichen mit der zentralen Ausnehmung-42-der Tragplatte-20-fluch- tet. Die Auffangkammer-12-ist mit einem Anschluss --44-- versehen, durch welchen die erforder- lichen Spinnatmosphären eingeleitet oder abgezogen werden können.

Ferner ist eine Beobachtungsöffnung-46-vorgesehen, die einen Blick quer durch die Auffangkammer längs eines Durchmessers gestattet, sowie eine reichlich bemessene Zugangsplatte-48--, welche den Einbau und Ausbau von Aufnahmeeinrichtungen am Boden der Auffangkammer erleichtert. Ganz am Boden der Auffangkammer ist eine mit einer Kappe versehene Öfmung-50-für die Produktentnahme vorgesehen.

Die soeben beschriebene Spinnvorrichtung stellt natürlich nur ein Beispiel einer Anordnung dar, mit deren Hilfe das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt werden kann. Dieses ist in keiner Weise auf die Konstruktionseinzelheiten der Vorrichtung eingeschränkt. Beispielsweise können viele der Beispiele auch mit einer widerstandsbeheizten Spinneiniichtung durchgeführt werden.

In den nachstehenden Ausführungsbeispielen wird die Erfindung erläutert, ohne darauf eingeschränkt zu sein. In den Beispielen wurde die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung verwendet. Sofern nichts anderes angeführt ist, sind die Werte für den Extrusionsdruck als Überdrücke und Prozentsätze auf Gewichtsbasis angegeben.

In den Beispielen 1 bis 35 wird erläutert, wie der Zerfall des Stroms durch Bildung eines stabilisierend wirkenden Films vermieden werden kann, der durch eine chemische Reaktion zwischen dem extrudierten, schmelzflüssigen Strom und einer reaktionsfähigen Atmosphäre gebildet wird.

Beispiel l : Das ganze System wurde auf einen Druck von 0. 5 mm Hg evakuiert. Durch Induktionsheizung wurde eine Aluminiumlegierung von 4, 0o Cu, 0, 5% Mn,, 0, 5' ? o Mg und 955o Al, die eine Schmelzviskosität von 0, 03 Poise hatte, auf 700 C erhitzt und dadurch geschmolzen. Nach vollständigem Schmelzen wurde Argon unter 0, 7 atü eingeleitet, so dass die schmelzflüssige Legierung durch eine Düsenöffnung von 180 li in die unterhalb der Düsenöffnung befindliche Vakuumkammer gespritzt wurde.

Diese wurde auf einer Temperatur von 250C gehalten. Wenn keine filmerzeugende Atmosphäre vorhanden war, zerfiel der Aluminiumstrom rasch und konnte sich innerhalb der Fallstrecke von 244 cm bis zum Boden der Spinnkammer nicht verfestigen.

Beispiel 2 : Der im Beispiel l beschriebene Versuch wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch eine Düsenöffnung von 100 fi verwendet, das Vakuum durch Stickstoff unter einem Druck von 1 at ersetzt und der Druck auf die Schmelze auf 1, 16 atü erhöht. Dies ergab eine Extrusionsgeschwindigkeit von 465 cm/ sec.

Wie im Beispiel 1 erfolgte auch in der Stickstoffatmosphäre keine Filmbildung, so dass nur Aluminiumschrot gebildet wurde. Schmelzflüssiges Aluminium reagiert zwar mit Stickstoff unter Bildung von Aluminiumnitrid, das einen stabilisierend wirkenden Film bilden könnte, doch erfolgt diese Reaktion nicht so schnell, dass ein zum Stabilisieren des schmelzflüssigen Stroms genügend dicker Aluminiumnitridfilm gebildet würde. Infolgedessen erhält man keine Fäden.

Beispiel 3 : Der im Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch das Vakuum durch eine Atmosphäre aus Argon unter 1 at ersetzt. Wie in den bisher beschriebenen, ohne filmerzeugende Atmosphäre durchgeführten Versuchen wurden keine Fäden, sondern nur Schrotgebildet.

Beispiel 4 : Das Beispiel 1 wurde wiederholt. Dabei wurde das Vakuum durch eine Atmosphäre ersetzt, die 0,004 at Sauerstoff und 0, 996 at Stickstoff enthielt. In diesem Fall wurde der grösste Teil der gesponnenen Charge in Form von Schrot erhalten. Etwa 1% der Gesamtcharge zeigte eine beginnende Fadenbildung. Daraus ging hervor, dass die Sauerstoffkonzentration zur Bildung eines stabilisierend wirkenden Films nicht ausreichte.

Beispiel 5 : Der im Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch der Strangpressdruck auf l, 4 atü erhöht und das Vakuum in der Spinnkammer durch Reinsauerstoff von 1 at ersetzt. Die Extrusionsgeschwindigkeit betrug etwa 525 cm/sec. Der Sauerstoff wurde eingeleitet, nachdem das glatte Strömen des Stroms aus der schmelzflüssigen Legierung begonnen hatte. Es wurde nämlich festgestellt, dass bei Vorhandensein von Sauerstoff unterhalb der Düsenöffnung während des Schmelzens das in der Düsenöffnung freiliegende Aluminium einen Oxydfilm bildete, welcher die Düsenöffnung verlegte und ein Spinnen verhinderte.

Das Einleiten von Sauerstoff in die Kammer unter der Düsenöffnung nach dem Beginn des Strömens führte zur Bildung eines stabilisierend wirkenden Aluminiumoxydfilms auf der Oberfläche des Stroms aus der Aluminiumlegierung.'Dieser Film verhinderte den Zerfall des Stroms, so dass einheitliche Aluminiumfäden erhalten wurden, die einen Durchmesser von etwa 100 p, eine Zugfestigkeit von 11, 9 kg/mm2 und eine Bruchdehnung von 26, 80/0 hatten. Die Fäden waren glänzend. Ihre Analyse auf Aluminium ergab einen Aluminiumgehalt von 94, 8%. Daraus geht hervor, dass der gebildete Film sehr dünn war.

Beispiel 6 : Der im Beispiel 5 beschriebene Versuch wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch der
Sauerstoffdruck in dem Raum unterhalb der Düsenöffnung auf 0,033 at herabgesetzt. Bei diesem herab- gesetzten Druck in der Spinnkammer wurden Fasern nur in sehr kleinen Längen und in einer sehr kleinen
Menge erhalten, woraus hervorgeht, dass die Sauerstoffkonzentration zu niedrig war.

Beispiel 7 : Der im Beispiel 6 beschriebene Versuch wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch der
Sauerstoffdruck auf 0,067 at erhöht. Aus dem Strom der extrudierten schmelzflüssigen Legierung wur- den Fäden erhalten, welche den in Beispiel 5 beschriebenen ähnelten. Aus dem Beispiel 6 geht daher hervor, dass die Konzentration der reaktionsfähigen Spinnatmosphäre so hoch gehalten werden muss, dass eine genügend hohe Geschwindigkeit der Filmbildung gewährleistet ist.

Beispiel 8 : Der im Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch der
Strangpressdruck auf 1, 05 atü erhöht und das Vakuum durch eine Atmosphäre ersetzt, die aus 4, 50/0 Am- moniak und 95, 5% Argon unter 1 at bestand. Dies führte zur Bildung eines Aluminiumnitridfilms, wel- cher den Strom wirksam stabilisierte. Die gebildeten Fäden hatten einen Durchmesser von etwa 100 p.

Aus der Analyse der Fäden ging hervor, dass die Zusammensetzung der Legierung im wesentlichen un- verändert war, was besagt, dass zum Stabilisieren ein sehr dünner Oberflächenfilm genügt. Man erkennt ferner, dass jedes indifferente Verdünnungsmittel, in diesem Fall Argon, verwendet werden kann, wenn nur das reaktionsfähige Gas, hier Ammoniak, in genügender Konzentration vorhanden ist.

Beispiel 9 : Das Beispiel 8 wurde wiederholt. Dabei bestand jedoch dieAtmosphäre in der Spinnkammer aus 0,9 at Stückstoff und 0, 1 at Schwefelwasserstoff und wurde der Strangpressdruck auf 2, 1 atü erhöht. Die Reaktion mit dem Gas in der Spinnkammer führte zur Bidlung einesAluminiumsulfidfilms, welcher den Strom bis zur Fadenbildung wirksam stabilisierte. Die Fäden hatten durchschnittlich einen Durchmesser von 85 ju.

Beispiel 10 : Das Beispiel 1 wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch an Stelle der Aluminiumlegierung Reinaluminium in elektrischer Leiterqualität verwendet (99, 45% Aluminium). Das Gas in der Spinnkammer bestand aus 0,97 at Stickstoff, 0, 015 at Wasserstoff und 0,015 at Schwefelwasserstoff. Der Strangpressdruck betrug 2, 1 atü. Man erhielt kugelige und langgestreckte Schrotteilchen und Ketten von Perlen. Daraus ging hervor, dass die Konzentration des Schwefelwasserstoffs für eine einwandfreie Fadenbildung nicht ausreichte. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass die Fadenbildung bereits begonnen hatte und der Zerfall des Stroms in einem sehr späten Stadium erfolgte.

Beispiel 11 : Das Beispiel 10 wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch ein Spinngas verwendet, das aus 0,90 at Stickstoff, 0, 033 at Wasserstoff und 0,067 at Schwefelwasserstoff bestand. Es wurden gute Fäden erhalten, woraus hervorgeht, dass eine Konzentration von 0,067 at Schwefelwasserstoff für eine gute Fadenbildung genügt. Dagegen war die im Beispiel 10 verwendete Konzentration von 0,015 at Schwefelwasserstoff ungenügend.

Aus den vorstehend beschriebenen Beispielen 1 bis 11 geht hervor, dass Aluminiumfäden einwandfrei in einer Atmosphäre gesponnen werden können, die zur Bildung eines stabilisierend wirkenden Films auf den Strömen aus schmelzflüssigem Aluminium führt. Diese Versuche zeigen ferner, dass zwar bei der verwendetenSpinntemperatur in bekannter Weise eine Reaktion erfolgen kann (z. B. von Aluminium und Stickstoff zu Aluminiumnitrid), diese Reaktion aber nicht immer eine einwandfreie Erzeugung von Fäden gewährleistet. Dies geht besonders gut aus dem Beispiel 2 hervor. Die Reaktion von schmelzflüssigem Aluminium und Stickstoff unter Bildung von Aluminiumnitrid ist bekannt, doch ist die Reaktionsgeschwindigkeit offenbar zu langsam für die Bildung eines Films, der so dick ist, dass er die für die Bildung guter Fäden erforderliche Stabilisierung bewirkt.

Dagegen genügt die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen Aluminium und Ammoniak (s. Beispiel 8) für eine gute Fadenbildung. Diese Beispiele, insbesondere die Beispiele 4,6 und 10, zeigen ferner, dass die filmerzeugende Atmosphäre in einer bestimmten Mindestkonzentration vorhanden sein muss und die Qualität der Fäden von dieser Konzentration abhängt.

Beispiel 12 : Die Beispiele 12 bis 16 erläutern die Anwendung des mit einer Stabilisierungshülle arbeitenden Spinnverfahrens bei der Herstellung von Fäden aus Metalloiden. Derartige Materialien können mit bekannten Mitteln nur sehr schwer verformt werden. Das Beispiel 12 zeigt ferner, dass ein Film aus Bornitrid eine sehr gute Stabilisierungswirkung hat.

Die Vorrichtung nach Beispiel 1 wurde mit im Zonenschmelzverfahren gereinigtem Bor beschickt, das eine Reinheit von 99, 9995% hatte. Die Vorrichtung wurde auf einen Druck von 50 fil evakuiert. Die Borcharge wurde geschmolzen (Schmelzpunkt etwa 23000C). Dann wurde in den Raum über der Schmelze Argon unter 3,5 atü eingeleitet und das Bor durch eine Düsenöffnung von 150 j. t in ein Gasgemisch stranggepresst, das aus 90 < 1/ù Stickstoff und 10% Ammoniak bestand und unter einem Druck von 1 at ge-

halten wurde. Man erhielt sehr lange Borfäden. Diese waren ziemlich glänzend, glatt und einheitlich.

Sie hatten einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 115 u und eine Zugfestigkeit von mehr als 70 kg/mm2.

Die Beispiele 13 bis 16 zeigen ferner die Notwendigkeit des Einhaltens der verschiedenen besprochenen Grenzen hinsichtlich des Reaktionsvermögens der Atmosphäre, der Löslichkeit der stabilisierend wirkenden Hülle u. dgl.

Beispiel 13 : Es wurde dieselbe Vorrichtung wie in den vorhergehenden Beispielen mit einer Spritzdüsenöffnung von 125 li verwendet. In den Tiegel wurde eine Charge aus Reinsilicium in Form von kleinen Pellets eingebracht. Das System wurde auf einen Druck von weniger als 0, 1 Torr evakuiert und zum Schmelzen auf etwa 14500C erhitzt. Bei dieser Temperatur wurde das unterhalb der Düsenöffnung vorhandene Vakuum durch ein Gasgemisch aus 100/0 Stickstoff und 90T o Ammoniak unter einem Druck von 1 at ersetzt. Gleichzeitig wurde das oberhalb der Düsenöffnung vorhandene Vakuum durch Argon unter 2,45 atü ersetzt. Das schmelzflüssige Silicium begann zwar zu strömen, doch führte die Atmosphäre in der Kammer nicht zur Bildung einer Hülle.

Man erhielt nur Siliciumschrot.

Beispiel 14 : Die Vorrichtung wurde wieder mit Silicium beschickt. Die Arbeitsweise war dieselbe, doch wurde unter einem Argondruck von 5,6 atü in eine Atmosphäre von reinem Ammoniak extrudiert. Man erhielt ziemlich stark eingeschnürte Fäden mit einem Durchmesser von etwa 120 bis 150 but.

Aus diesem Beispiel geht hervor, dass eine Spinnatmosphäre aus 1000/0 Ammoniak gerade genügt, damit durch die Reaktion
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eine genügende stabilisierende Wirkung erzielt wird.

Beispiel 15 : Das im Beispiel 13 beschriebene Experiment wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch das schmelzflüssige Silicium in eiii Gemisch von 201o Sauerstoff und 80% Stickstoff extrudiert. An Stelle von Fäden wurde eine weisse, flaumige, watteartige Masse erhalten, die unter einem optischen Mikroskop bei 30facher Vergrösserung keine Gefügeeinzelheiten zeigte. Offenbar erfolgt die Reaktion von Silicium mit Sauerstoff unter Bildung von Siliciumoxyden sehr schnell, doch konnten diese keinen stabilisierend wirkenden Film bilden, weil sie eine relativ hohe Löslichkeit in dem schmelzflüssigen Silicium hatten und/oder die Oxyde sehr flüchtig waren. Das schmelzflüssige Silicium wurde vollständig in ein flaumiges, weisses Pulver aus Siliciumoxiden umgewandelt.

Beispiel 16 : Die Wirkung der zu hohen Löslichkeit des Filmmaterials in dem schmelzflüssigen Material des Stroms wurde weiter durch ein Experiment nachgewiesen, in dem versucht wurde, einen stabilisierend wirkenden Film aus Kohlenstoff und/oder Siliciumcarbid zu bilden. Kohlenstoff und Silicium bilden bei niedrigen Kohlenstoffkonzentrationen ohne weiteres eine homogene Schmelze. Es entsteht daher weder ein Film aus Kohlenstoff noch ein Film aus Siliciumcarbid in einem solchen Ausmass, dass der Strom stabilisiert wird.

Silicium wurde erneut in die Vorrichtung eingebracht und das Verfahren nach Beispiel 15 wiederholt. Dabei wurde jedoch als unterhalb der Spinndüsenöffnung vorhandenes Gas Propan unter 1 at verwendet. Beim Extrudieren erhielt man nur kleine kugelige Schrotteilchen, woraus hervorging, dass weder der durch die Zersetzung des Propans gewonnene Kohlenstoff noch etwa gebildetes Siliciumcarbid eine stabilisierende Wirkung auf den Strom hatte.

Beispiel 17 : Es wurde nach dem Verfahren des Beispiels 1 gearbeitet. Der Tiegel wurde mit Beryllium beschickt, das geschmolzen und unter einem Argondruck von 3, 5 atü durch eine Düsenöffnung von 220 J1. in eine Spinnkammer gespritzt wurde, die Argon unter einem Druck von 0,87 at enthielt.

Das schmelzflüssige Beryllium wurde während des Spinnens zwischen 1300 und 1350 C gehalten. Es bildeten sich keine Fasern, sondern nur Berylliumschrot.

Beispiel 18 : Der in Beispiel 17 beschriebene Versuch wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch die Argonatmosphäre durch eine Atmosphäre von 17, 3% Sauerstoff und 82, 7% Argon ersetzt. Es bildete sich ein den Strom umgebender Berylliumoxydfilm, welcher den Strom einwandfrei stabilisierte, so dass gute Fäden erhalten wurden. Die Fadenoberfläche war grau und glanzlos.

Beispiel 19 : Es wurde eine Legierung aus 91o einer Aluminiumlegierung und 91% Stahl 1030 erzeugt. Die Endzusammensetzung der Legierung war.

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89, <SEP> 60/0 <SEP> Fe,
<tb> 8, <SEP> 6% <SEP> AI,
<tb> 0, <SEP> 360/0 <SEP> Cu,
<tb> 0, <SEP> 77% <SEP> Mn,
<tb> 0, <SEP> 31% <SEP> C,
<tb> 0, <SEP> 23% <SEP> Si,
<tb> 0, <SEP> 05% <SEP> Mg, <SEP>
<tb> 0, <SEP> 026% <SEP> S <SEP> und
<tb> 0, <SEP> 0130/0 <SEP> P. <SEP>
<tb>

Diese Legierung wurde bei einer Temperatur von 15000C im Vakuum geschmolzen, 5 min lang im schmelzflüssigen Zustand gehalten, abgekühlt und dann durch spangebende Bearbeitung mit einer glat- ten Oberfläche versehen. Diese Legierung wurde in die dargestellte Vorrichtung eingebracht und ge- schmolzen. In der Spinnkammer unter der Düsenöffnung wurde das Vakuum durch Argon unter 1 at er- setzt. Der Argondruck über der Schmelze wurde auf 1,05 atü erhöht und die Schmelze durch eine Dü- senöffnung von 100 u gespritzt. In der Argonatmosphäre wurden keine Fäden gebildet.

Beispiel 20 : Das Beispiel 19 wurde wiederholt. Unterhalb der Düsenöffnung wurde das Argon durch die Sauerstoff-Argon-Atmosphäre nach Beispiel 18 unter 1 at ersetzt. Diese Atmosphäre wurde eingeleitet, nachdem das Strömen der Schmelze begonnen hatte, und bewirkte die Bildung eines stabi- lisierend wirkenden Films aus Aluminiumoxyd auf dem schmelzflüssigen Strom. Nach dem Ersatz des
Vakuums durch die filmerzeugende Atmosphäre erfolgte eine Bildung von Fäden mit einem Durchmes- ser von 90 bis 100 li.

Beispiel 21: Das im Beispiel 19 beschriebene Experiment wurde wiederholt, jedoch mit einer
Legierung von 73, 5% Nickel, 20% Chrom, 3, 5% Aluminium und 3% Eisen. Zur Herstellung der Legierung wurden Metalle mit einer Reinheit von über 99, 5% bei 1560 C geschmolzen ; dann wurde die
Schmelze abgekühlt und die Oberfläche der Legierung spangebend bearbeitet, um Oberflächenzunder zu entfernen. Die Legierung wurde in die Spinnvorrichtung eingebracht. Das System wurde evakuiert, die Legierung geschmolzen und das Vakuum unterhalb der Oberfläche durch Argon unter 1 at ersetzt.

Durch Einleiten von Argon unter 7 atü wurde die Schmelze extrudiert. Es wurden keine Fäden gebildet.

Beispiel 22: Das im Beispiel 21 beschriebene Experiment wurde wiederholt Dabei wurde jedoch das Argon unterhalb der Düsenöffnung durch eine Atmosphäre ersetzt, die 0,2 atSauerstoff und
0,8 at Stickstoff enthielt. Die gebildeten Fasern hatten durchschnittlich einen Durchmesser von 37 p, eine Zugfestigkeit von 49 kg/mmz und eine Dehnung von 9, 8%. Die stabilisierend wirkende Schicht bestand auch hier aus Aluminiumoxyd.

Beispiel 23 : Dieses Beispiel zeigt, dass der stabilisierend wirkende Film auf der strömenden Schmelze schnell gebildet werden muss, damit ein knotiger Zerfall verhindert wird, und dass die Reaktion von Aluminium oder Eisen mit Stickstoff zu langsam erfolgt, als dass dadurch der Strom stabilisiert werden könnte.

Es wurde eine Legierung hergestellt, die aus 90% Stahl gemäss den Angaben des National Bureau of Standards (dieser Stahl enthielt 0, 8% Kohlenstoff) und l o Aluminium in elektrischer Leiterqualität bestand. Die Legierung wurde im Vakuum erschmolzen, 10 min lang im geschmolzenen Zustand gehalten und abgekühlt. Der Metallkörper wurde durch spangebende Bearbeitung mit einer glatten Oberfläche versehen. Die Legierung wurde in die Spinnvorrichtung eingebracht und im Vakuum auf 1345 C erhitzt. Während des Schmelzens wurde der auf die Schmelze ausgeübte Druck auf 1 at erhöht. Bei 1425 C war die Legierung vollständig geschmolzen. Der Argondruck über der Schmelze wurde auf 7 atü erhöht und das Vakuum unterhalb der Düsenöffnung durch 1 at Stickstoff ersetzt.

Durch Düsenöffnungen von 100 u Durchmesser in Saphirdüsen wurden Fäden gespritzt. Infolge der langsamen Reaktion von Aluminium und Stickstoff bildete sich die Umhüllung als Aluminiumnitrid nicht so schnell, wie dies für eine vollständige Stabilisierung des Stroms notwendig gewesen wäre. Man erhielt ein Gemisch aus kugeligem Schrot und perlenartigen Ketten.

Beispiel 24 : Dieses Beispiel zeigt, dass die Reaktion zwischen Aluminium und Ammoniak so schnell erfolgt, dass ein stabilisierend wirkender Aluminiumnitridfilm gebildet wird, der einen Zerfall des Stroms verhindert.

Es wurde eine Legierung hergestellt, die aus 9 o Stahl (Kohlenstoffgehalt 0, lolo) und 101o Aluminium in elektrischer Leiterqualität bestand. Die Legierung wurde im Vakuum erschmolzen, 5 min lang im schmelzflüssigen Zustand gehalten und mit Hilfe eines schwachen Argonstroms gemischt, abgekühlt

und durch spangebende Bearbeitung mit einer glatten Oberfläche versehen. Die Legierung wurde in die Spinnvorrichtung eingebracht und geschmolzen und unter 7 atü Argon in eine Kammeratmosphäre extru- diert, die 0,9 at NH-und 0, l at Stickstoff enthielt, Man erhielt Fäden mit einem Durchmesser von 75 bis 100 , einer Länge bis zu 80 cm, einer Zugfestigkeit von 39 bis 41 kg/mm2 und einer Dehnung von 4,0 bis 4, 6%.

Beispiel 25 : Dieses Beispiel zeigt, dass Thorium und Sauerstoff so schnell miteinander reagieren, dass eine stabilisierend wirkende Umhüllung aus Thoriumoxyd gebildet wird, die eine Herstellung von Fäden ermöglicht.

Zur Herstellung einer Legierung wurden 2,25 gThoriummetall und 20, 19 g Nickel im Vakuum geschmolzen. Beide Komponenten hatten eine Reinheit über 99, 5%. Wenn die Schmelze 1300 C erreicht hatte, wurde ein schwacher Argonstrom durchgeblasen, um eine vollständige Vermischung zu gewährleisten. Die Schmelze wurde 10 min lang auf 1400 bis 15000C gehalten und dann abgekühlt und poliert.

Danach wurde die Legierung in die Spinnvorrichtung eingebracht und im Vakuum geschmolzen. Wenn die Schmelze eine Temperatur von etwa 1400 C erreicht hatte, wurde Argon unter 7 atü in die Kammer eingeleitet und die Legierung in ein Gemisch von 8 o Stickstoff und 20% Sauerstoff unter 1 at extrudiert. Es wurden kurze Fäden oder Fasern erhalten, die glatt, irisierend und mit einem dünnen Film aus dem grauen Thoriumoxyd überzogen waren. Da schmelzflüssiges Thorium eine höhere Oberflächenspannung hat als schmelzflüssiges Aluminium, zeigt dieser Versuch beim Vergleich mit dem Beispiel 24, dass trotz der Beziehung zwischen den Oberflächenenergien der Bestandteile einer frei strömenden Schmelze der stabilisierend wirkende Film notwendig ist, um einen einschnürungsbedingten Zerfall des Films zu verhindern.

Beispiel 26 : Zum Unterschied von den Ergebnissen des Beispiels 23 zeigt dieses Beispiel, dass bei reaktionsfreudigeren Metallen die Reaktion mit Stickstoff so schnell erfolgt, dass ein stabilisierend wirkender Nitridfilm erhalten wird.
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0, boa% Vanadin und mehr als 99, 65% Uran wurde in den Schmelztiegel eingebracht und bei etwa 12000C im Vakuum geschmolzen. Die Schmelze wurde dann unter einen Argondruck von 5,6 atü gesetzt und durch mehrere Düsenöffnungen mit einem Durchmesser von 100 p in Stickstoff unter 1 at gespritzt. Es wurden Fäden in Längen von bis zu etwa 30 cm erhalten. Die Oberfläche der Fäden war teils rauh, teils glänzend und hatte eine graue Färbung. Es wird angenommen, dass die stabilisierend wirkende Umhüllung aus Urannitrid bestand.

Beispiel 27: Dieses Beispiel zeigt, dass bei Verwendung der richtigen, stabilisierend wirkenden Atmosphäre gesponnene Fäden einwandfrei aus Materialien wie rostfreiem Stahl hergestellt werden können.

Rostfreier Stahl vom Typus 406, in Form von Bandstahl der Gauge 25, wurde im Vakuum geschmolzen, abgekühlt und spangebend bearbeitet. Die Legierung enthielt 12, 6% Chrom, 3, 50% Aluminium, 2, 10% Nickel, 0, 25% Mangan, 0, 15% Kohlenstoff, 0, 10% Kupfer und 81, 30% Eisen. Die Legierung wurde in die Spinnvorrichtung eingebracht, im Vakuum geschmolzen und bei einer Schmelztemperatur von etwa 1480 C unter einem Argondruck von 4,55 atü in eine Atmosphäre von 0,8 at Stickstoff und 0,2 at Sauerstoff gespritzt. Die erhaltenen Fäden hatten einen Durchmesser von durchschnittlich 90 bis 100 fi und Längen bis zu mehr als 1 m.

Beispiel 28 : Der im Beispiel 19 beschriebene Versuch wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch eine Legierung verwendet, die etwa 94% Kupfer und 6% Aluminium enthielt. Zur Herstellung der Legierung wurden Elektrolytkupfer (99, 91o) und die Aluminiumlegierung nach Beispiel 1 im Vakuum ge-
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<tb>
<tb> Schmelze <SEP> hatteMetall <SEP> Gel.-%
<tb> Kupfer <SEP> 93, <SEP> 45 <SEP>
<tb> Aluminium <SEP> 5, <SEP> 83 <SEP>
<tb> Magnesium <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP>
<tb> Mangan <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP>
<tb>

Die Legierung wurde mit Königswasser behandelt, gespült und in die Spinnvorrichtung eingebracht.

In dieser wurde die Legierung geschmolzen und die Schmelze unter einem Stickstoffdruck von 1, 05 atü in eine Argonatmosphäre von 1 at extrudiert. Es wurden keine Fäden erhalten.

Beispiel 29 : Der im Beispiel 28 beschriebene Versuch wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch unterhalb der Düsenöffnung die im Beispiel 18 angegebene Sauerstoff-Argon-Atmosphäre unter 1 at verwendet. Auf dem schmelzflüssigen Strom bildete sich ein Aluminiumoxydfilm, der eine einwandfreie Bildung von Fäden mit einem Durchmesser von durchschnittlich 70 u ermöglichte.
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Tiegel eingebracht und dieser in der in der Zeichnung gezeigten Vorrichtung angeordnet. Das System wurde dann geschlossen und auf ein Vakuum von etwa 0, 1 Torr evakuiert. In dem den Tiegel enthalten- den Teil wurde das Vakuum durch Argon unter 0, 35 atü ersetzt. Durch Erhitzen der Probe auf 7600C wurde eine einheitliche Schmelze gebildet. Der Druck über der Schmelze wurde auf 1, 76 atü erhöht.

Der schmelzflüssige Strom der Zinkaluminiumlegierung bildete beim Extrudieren in das Vakuum keine
Fäden.

Beispiel 31 : Der im Beispiel 30 beschriebene Versuch wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch das Vakuum unterhalb der Düsenöffnung durch die Sauerstoff-Argon-Atmosphäre nach Beispiel 18 unter atmosphärischem Druck ersetzt. Es bildete sich ein stabilisierend wirkender Film aus Aluminiumoxyd oder Zinkoxyd. Dabei wurden Fasern erhalten, die einen Durchmesser von durchschnittlich 85 u, eine
Zugfestigkeit von 28 kg/mm2 und eine Dehnung von 3, 5% hatten und eine glatte Oberfläche besassen.

Beispiel 32 : Das Beispiel 30 wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch das Vakuum unterhalb der Düsenöffnung durch Argon unter 1 at ersetzt und an Stelle der Zinkaluminiumlegierung Elektrolytzink (99, 991o Zn) verwendet. Das Metall wurde auf 4700C erhitzt und durch eine Düsenöffnung von 450 it in die inerte Atmosphäre gespritzt. Es bildeten sich keine Fäden.

Beispiel 33 : Das Beispiel 32 wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch die Argonatmosphäre unterhalb der Düsenöffnung durch eine Atmosphäre unter 1 at ersetzt, die aus 17, 5% wasserfreiem Ammoniak und 82, 5% Argon bestand. Es bildeten sich Fäden mit Durchmessern von 160 bis 300 ja. Die Fasern waren sehr leicht verformbar und hatten ein glänzendes Aussehen. Daraus ging hervor, dass der stabilisierend wirkende Film (wahrscheinlich Zinkoxyd) sehr dünn war.

Beispiel 34 : Das Beispiel 30 wurde wiederholt, wobei jedoch an Stelle der Zinkaluminiumlegierung Reinzinn (99, 9''/0 Sn, Schmelzpunkt 232 C) verwendet wurde. Die Düsenöffnung hatte einen Durchmesser von 180 u. In einer inerten Argonatmosphäre bildeten sich keine Fäden, sondern es wurde nur Zinnschrot erhalten.

Beispiel 35 : Das Beispiel 34 wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch die Atmosphäre unterhalb der Düsenöffnung durch eine Atmosphäre von 20% Sauerstoff und 8 o Argon ersetzt. Man erhielt dünne Zinnfäden, die einen Durchmesser von durchschnittlich 120 p hatten. Die gesponnenen Fasem waren leicht verformbar und hochglänzend. Dies zeigte an, dass der stabilisierend wirkende Film aus Zinnoxyd (SnO oder SnO,) nur eine sehr geringe Dicke hatte.

Die nächste Versuchsreihe zeigt, dass Ströme von Flüssigkeiten niedriger Viskosität stabilisiert werden können, wenn die Spinnatmosphäre unter Bildung von stabilisierend wirkenden Filmen zersetzt wird. Diese Massnahme zur Stabilisierung von nichtviskosen Strömen bis zu ihrer Verfestigung unterscheidet sich von der in den vorherigen Beispielen erläutertenMassnahme der Bildung des stabilisierend wirkenden Films durch eine Reaktion zwischen dem schmelzflüssigen Strom und verschiedenen reaktionsfähigen Atmosphären.

Beispiel 36 : Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung wurde zum Schmelzen von Reinmangan (99,96go Mn) verwendet. In den Raum oberhalb der Schmelze wurde Argongas unter 7 atü eingeleitet. Die Schmelze wurde in Argon unter 1 at extrudiert. Das durch eine Düsenöffnung mit einem Durchmesser von 100 gespritzte, schmelzflüssige Mangan bildete keine Fäden.

Beispiel 37 : Das Beispiel 36 wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch in den Raum unterhalb der Düsenöffnung Schwefelkohlenstoff eingeleitet, dessen Druck auf 0,39 at gehalten wurde. Es wurden schwarz überzogene Manganfäden mit einem Durchmesser von durchschnittlich 100 u erhalten. Der Überzug konnte leicht entfernt werden, worauf eine glänzende Fläche erhalten wurde. In diesem Fall bestand der stabilisierend wirkende Film aus Mangan-II-sulfid oder Kohlenstoff.

Beispiel 38 : Reinkupfer (99, 991o Cu) wurde im Vakuum geschmolzen. In den Raum über der Schmelze wurde Argongas unter 7 atü eingeleitet. In den Raum unterhalb der Düsenöffnung wurde Argon eingeleitet und unter einem Druck von l at gehalten. In der inerten Argonatmosphäre bildeten sich keine Faden.

Beispiel 39 : Das Beispiel 38 wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch in den Raum unterhalb der Düsenöffnung an Stelle des im Beispiel 38 verwendeten Argons verdampfter Schwefelkohlenstoff einge-

führt, der unter einem Druck von 0,27 at gehalten wurde. Man erhielt Kupferfäden mit einem Durchmesser von durchschnittlich 80 jolt. Die Fäden hatten einen schwarzen Überzug, der durch Reiben mit einem Baumwollappen leicht entfernt werden konnte. Dabei wurde eine glänzende Kupferoberfläche freigegeben. Es wird angenommen, dass der schwarze Überzug, der vermutlich die stabilisierend wirkende Schicht ist, aus Kohlenstoff besteht. Die Kupferfäden hatten eine Zugfestigkeit von 9,5 kg/mm und eine Dehnung von 22, 0%.

Beispiel 40 : Das Beispiel 38 wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch Gold (99, 97% Au) an Stelle von Kupfer verwendet und die Schmelze auf einer Temperatur von etwa 1100 C gehalten. Nach dem Einspritzen des schmelzflüssigen Goldes in die inerte Argonatmosphäre bildeten sich keine Fäden.

Beispiel 41: Das Beispiel 40 wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch das Argon durch Schwefelkohlenstoff unter 0,33 at ersetzt. Beim Extrudieren des schmelzflüssigen Goldes in die Schwefelkohlen- stoffatmosphäre bildeten sich keine Fäden. Man nimmt an, dass der möglicherweise stabilisierend wir-
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Kohlenstoffilm, der durch die ZersetzungBeispiel 42 : Das Beispiel 40 wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch die Argonatmosphäre durch
Propangas unter 1 at ersetzt. Man erhielt Goldfasern mit einem Durchmesser von 50 jn.

Die Beispiele 43 und 44 zeigen, dass das Verfahren zum Spinnen von niedrigviskosen Materialien mit Unterdrückung der Bildung Rayleighscher Wellen nicht auf Metalle eingeschränkt ist, sondern auch auf organische Substanzen angewendet werden kann. In diesen Beispielen wurde als Substrat nichtsubstituiertes Adipamid verwendet. Die Viskosität von geschmolzenem Adipamid beträgt bei Messung bei
2360C mit einem üblichen Ostwald-Viskosimeter etwa 1 Poise. Diese Viskosität genügt natürlich nicht zum Schmelzspinnen nach üblichen Verfahren, in denen normalerweise polymere organische Substanzen mit Viskositäten über 500 Poise erforderlich sind.

In diesen Beispielen sollte nun auf der Oberfläche des Stroms aus flüssigem Adipamid ein den Strom stabilisierender Film abgelagert werden, u. zw. durch die Reaktion von gasförmigem Bortrichlorid mit der in dem System vorhandenen Feuchtigkeit.

Beispiel 43 : Handelsübliches nichtsubstituiertes Adipamid wurde in einer feuchten Atmosphäre auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 0, 13% gebracht und danach geschmolzen. Ein in der Schmelze aufgehängtes Thermoelement zeigte an, dass die Schmelztemperatur im Laufe des Versuches zwischen 230 und 2600C schwankte. DerDruck über der Schmelze wurde durch Einleiten von Argon auf etwa 0,07 atü eingestellt, um den Wasserverlust der Schmelze herabzusetzen. In den Raum unterhalb der Schmelze wurde Luft unter 0,5 at eingeleitet. Durch Einleiten von Argongas unter 4,2 atü wurde das schmelzflüssige Argon durch eine Düsenöffnung von 100 u gespritzt. Die extrudierte Schmelze bildete keine Fäden, sondern nur Adipamidschrot mit einem Durchmesser von etwa 500 p.

Be is piel 44 : Das Beispiel 43 wurde wiederholt. Nach dem Beginn des Austritts des schmelzflüs- sigen Adipamids aus der Düsenöffnung wurde jedoch Bortrichloridgas unter 1 at in den Raum unterhalb der Düsenöffnung eingeleitet. Man erhielt einen leicht klebrigen, bernsteinfarbenen Faden mit einem Schmelzpunkt von 192 bis 210 C. Durch die Flammenprüfung konnte Bor in der Faser nachgewiesen werden.

Die Beispiele 45 und 46 zeigen, dass das Verfahren zum Spinnen von niedrigviskosen Materialien mit Unterdrückung des einschnürungsbedingten Zerfalls durch einen stabilisierend wirkenden Film, beispielsweise auch auf die feuerfesten anorganischen Oxyde angewendet werden kann. In diesem Fall wurde als anorganisch-oxydisches Material ein Gemisch von Calciumoxyd und Aluminiumoxyd verwendet.

Beispiel 45 : Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung wurde zum Schmelzen der feuerfesten anorganisch-oxydischen Probe verwendet. Zu deren Herstellung wurde ein gründlich gemischtes Pulver aus Calciumoxyd und Aluminiumoxyd geschmolzen. Die abgekühlte Schmelze wurde spangebend bearbeitet und dann bei 1600 C durch Induktionsheizung in einem Graphittiegel geschmolzen. Der Raum oberhalb der Schmelze wurde mitArgongas unter 3,5 atü beschickt. Das schmelzflüssige Gemisch wurde durch eine Düsenöffnung von 225 li in eine Argonatmosphäre extrudiert. Es wurden keine Fäden gebildet, sondern nur Schrot erhalten.

Beispiel 46 : Das Beispiel 45 wurde wiederholt. Dabei wurde jedoch in den Raum unterhalb der DüsenöffnungPropanunterlateingeleitet. AusdemAluminiumoxyd-Calciumoxyd-Gemischwurden Fäden mit einem Durchmesser von durchschnittlich 200 u erhalten. Der stabilisierend wirkende Kohlenstoffilm konnte leicht entfernt werden. Man erhielt auf diese Weise fast durchsichtige Fäden mit einer Zugfestigkeit von 75 kg/mm2.

Beispiel 47 : Das nachstehende Beispiel zeigt, dass mit Hilfe des stabilisierend wirkenden Films auch dann ein einwandfreies Spinnen möglich ist, wenn der extrudierte Strom noch in beträchtlichem Abstand von der Spinndüsenöffnung beträchtlich über seinem Schmelzpunkt gehalten wird. Daraus geht die stabilisierende Wirkung des Films noch besser hervor.

Das System nach Beispiel 1 wurde auf einen Druck von 0,5 mm Hg evakuiert. Wie im Beispiel 34 wurde eine Charge aus Reinzinn verwendet. Das schmelzflüssige Zinn wurde bei einer Temperatur von 260 bis 3250C durch eine Düsenöfmung von 100 li in eine filmbildende Atmosphäre unter 1 at gespritzt, die aus 67'%'Helium und 33% Sauerstoff bestand. Der ganze vorstehend angegebene Temperaturbereich liegt über dem Schmelzpunkt des Zinns, so dass die Verfestigung verzögert wurde. Trotzdem wurden in dem ganzen angewendeten Temperaturbereich gute Fäden erhalten, weil die Reaktion des Stroms aus schmelzflüssigem Zinn mit der sauerstoffhaltigen Atmosphäre zur Bildung einer Zinnoxydschicht führte.

Beispiel 48 : Das nachstehende Beispiel erläutert ebenfalls die Stabilisierung des schmelzflüssigen Stroms durch einen Oberflächenfilm bei Temperaturen, bei denen der Strom nach dem Austritt aus der Düsenöffnung noch über eine beträchtliche Strecke schmelzflüssig bleibt. Ferner wird der ungünstige Einfluss einer Atmosphäre von höherer Dichte gezeigt.

Es wurde dieselbe Vorrichtung wie im Beispiel 47 erneut mit Reinzinn (99, 99% Sn) verwendet. Das System wurde auf einen Druck von weniger als 5 mm Hg evakuiert und das Zinn geschmolzen. Das Vakuum über der Düsenöffnung wurde durch Argon unter 2, 8 atü ersetzt und das Vakuum unterhalb der Düsenöffnung durch ein Gemisch von 80% Stickstoff und 20% Sauerstoff unter 1 at. Die Temperatur der Schmelze wurde im Bereich von 245 bis 4600C variiert. In dem ganzen Temperaturbereich wurden Fäden erhalten. Da das Gemisch von N und 0 dichter war als das 0-He-Gemisch des Beispiels 47, hatten die gespritzten Fäden über ihre Länge eine Anzahl von Stauchknoten oder verdickten Strecken.

Die Beispiele 49 und 50 zeigen, das Fäden mit einem sehr kleinen Durchmesser erzeugt werden können. Das Beispiel 49 zeigt die Wirkung einer zu hohen Spinngeschwindigkeit.

Beispiel 49 : Woodsches Metall wurde bei 1900C durch eine Düsenöffnung von 35 bol in eine Atmosphäre von 67% Helium und 33% Sauerstoff gespritzt. Man erhielt Fäden mit einem Durchmesser von 20 p. Die Spinngeschwindigkeit wurde auf einem solchen Wert gehalten, dass der Rayleighsche Parameter in dem Bereich von 17 bis 24 lag. In dem ganzen Bereich wurden gute Fäden erhalten, deren Länge jedoch bei zunehmender Geschwindigkeit merklich abnahm.

Beispiel 50 : Zinnmetall wurde bei 340 C durch eine Düsenöffnung von 35 in eine Atmosphäre von 67% Helium und 33% Sauerstoff gespritzt. Dabei wurde die Spinngeschwindigkeit so gesteuert, dass der Rayleighsche Parameter in dem Bereich von 6 bis 7 gehalten wurde. Es wurden Fäden mit einem Durchmesser von 25 lui und einer Länge von mehr als 150 cm erhalten.

Wie vorstehend erwähnt wurde, ist ein einwandfreies Spinnen nur möglich, wenn der stabilisierend wirkende Film eine ziemlich niedrige Löslichkeit in dem schmelzflüssigen Metall und einen höheren Schmelzpunkt hat als dieses. In der Tabelle IV sind die relativ niedrigen Löslichkeitswerte verschiedener stabilisierend wirkender Filme in mehreren Metallen angegeben.

Tabelle IV
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<tb>
<tb> Metall <SEP> Filmerzeugende <SEP> Zusammensetzung <SEP> Löslichkeit <SEP> des <SEP> Temperatur
<tb> Atmosphäre <SEP> des <SEP> Films <SEP> Films <SEP> in <SEP> der <SEP> der <SEP> Schmelze
<tb> Schmelze <SEP> *) <SEP> C
<tb> Gew. <SEP> -%
<tb> Zinn <SEP> 02 <SEP> SnO <SEP> oder <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 250 <SEP>
<tb> 51102
<tb> Blei <SEP> 02 <SEP> PbO <SEP> 1 <SEP> xl <SEP> 360
<tb> Aluminium <SEP> 02 <SEP> A1203 <SEP> 4 <SEP> x <SEP> 1'2 <SEP> 670 <SEP>
<tb> Beryllium <SEP> 02 <SEP> BeO <SEP> 0,2 <SEP> 1270
<tb> Kupfer <SEP> CS <SEP> C <SEP> 1, <SEP> 0x10-4 <SEP> 1100 <SEP>
<tb> Mangan <SEP> CS <SEP> MnS <SEP> 0,3 <SEP> 1238
<tb>

Tabelle IV (Fortsetzung)

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<tb>
<tb> Metall <SEP> Filmerzeugende <SEP> Zusammensetzung <SEP> Löslichkeit <SEP> des <SEP> Temperatur
<tb> Atmosphäre <SEP> des <SEP> Films <SEP> Films <SEP> in <SEP> der <SEP> der <SEP> Schmelze
<tb> Schmelze.) <SEP> Oc <SEP>
<tb> Gel.-%
<tb> Gold <SEP> Cs <SEP> C <SEP> 0,3 <SEP> 1063
<tb> Aluminium <SEP> H2S <SEP> AI2S3 <SEP> 8 <SEP> X <SEP> 10-2 <SEP> 670 <SEP>
<tb> Aluminium <SEP> NH3 <SEP> AM <SEP> 4 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 670
<tb>
*) nach M. Hansen, ConstitutionofBinaryAlloys, McGraw-HillBookCo., Inc. (1958).

Das Sulfid des Mangans hat nicht nur den erforderlichen hohen Schmelzpunkt (360 C über dem des Metalls), sondern ist in dem schmelzflüssigen Metall auch relativ unlöslich (s. Tabelle IV). Es wurde versucht, Mangan in 1/3 Atmosphäre Schwefelkohlenstoff zu spinnen, so dass die Reaktion
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möglich ist. Man erhielt Fäden mit einem dünnen, schwarzen Überzug in guter Ausbeute; s. Beispiel 37.

Wahrscheinlich wird der Überzug vor allem durch das Mangansulfid gebildet, weil Kohlenstoff in schmelzflüssigem Mangan löslich ist.

Beim Spinnen von Legierungen kann ein Filmmaterial mit einem genügend hohen Schmelzpunkt und einer genügend niedrigen Löslichkeit verwendet werden, wenn die Legierung wenigstens eine kleine Menge eines Bestandteils enthält, der schnell zur Erzeugung eines einwandfreien, stabilisierend wirkenden Films führt, wie er vorstehend gekennzeichnet worden ist. Bei einem kleinen Zusatz von Aluminium zu Schmelzen, die sonst nur schwer spinnbar sind, wurden unter sonst unveränderten Spinnbedingungen einwandfreie Fäden erhalten.

Bei einem mässigen Zusatz von Aluminium zu Stahl 1030 (Kohlenstoffstahl) konnten in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre Fäden gesponnen werden (s. Beispiel 20). Dies ist besonders bedeutsam, weil das Oxyd des Eisens nicht nur in dem schmelzflüssigen Metall löslich ist, sondern auch einen niedrigeren Schmelzpunkt hat. Ohne Schwierigkeiten konnten Fäden auch aus Chromel R erzeugt werden. Dies ist eine Superlegierung des Nickels mit 3% Aluminium.

In der vorstehenden Beschreibung wurde vorwiegend das vertikale Spinnen unter Druck behandelt.

Man kann im Rahmen der Erfindung den niedrigviskosen Strom aber auch auf andere Weise erzeugen, beispielsweise durch Zentrifugenspinnen mit Hilfe einer Scheibe in einer reaktionsfähigen Atmosphäre. Dabei wird ein mit hoher Drehzahl rotierender Kegel zentral mit der Schmelze beschickt, so dass auf der Basisfläche des Kegels ein gleichmässiger Film gebildet wird, welcher den Umfang des Kegels in Form von Bändern verlässt, die während ihrer Verfestigung durch einen Gasstrom verdünnt werden können. Im Rahmen der Erfindung können auch konjugierte Gebilde extrudiert und mit einem stabilisierend wirkenden Film versehen werden, wobei Schmelzen von zwei oder mehreren diskreten Quellen im Bereich der Spritzdüsenöffnung zum Zusammenfliessen gebracht werden.

Es sei ferner betont, dass der Zeitpunkt der Filmbildung viel wichtiger ist als die genaue Dicke des Films, die sich in praktisch allen Fällen als sehr klein erwiesen hat. Daher ist es häufig vorteilhafter, beträchtlich oberhalb des Schmelzpunktes zu spinnen, damit infolge der dann normalerweise höheren Reaktionsgeschwindigkeit die Filmbildung beschleunigt wird.

Es wurde somit ein neues und äusserst vorteilhaftes Verfahren geoffenbart, mit dessen Hilfe brauchbare und oft neuartige Gegenstände auf wirtschaftliche Weise erhalten werden können. Die Erfindung ermöglicht die direkte Herstellung von extrudierten Gegenständen aus niedrigviskosen Schmelzen, was bisher nur mit grossen Schwierigkeiten möglich war. Infolge der Erkenntnis des Zerfallsvorganges bei niedrigviskosen Strömen ist es möglich, diese Ströme einwandfrei dadurch zu stabilisieren, dass der Strom mit einem Film während dessen Bildung umgeben wird, so dass der Strom während seiner durch normale Wärmeübertragungsvorgänge erfolgenden Verfestigung im wesentlichen zusammengehalten wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur direkten Herstellung von Fäden und Drähten aus einer Schmelze mit einer Viskosität, bei welcher die für die Verfestigung des Strahls bei dessen Bildung erforderliche Zeit die Zerfallszeit des Strahls übersteigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze in Form eines freien Strahls in eine Atmosphäre eintritt und gleichzeitig auf dem Strahl während der Verfestigung ein stabilisierender Film durch Reaktion der Oberfläche des Strahls mit der Atmosphäre, durch Zersetzung der Oberfläche des Strahls und/oder der Atmosphäre oder durch Ablagerung gebildet wird, welcher den Strahl während der Verfestigung vor einem Zerfall schützt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit bis zum Beginn des Zerfalls des frei ausströmenden Strahls maximal EMI21.1 ist, wobei s die Dichte der Schmelze, D der Strahldurchmesser und r die Oberflächenspannung der Schmelze ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die frei zu verströmende Schmelze eine Viskosität von maximal 1000 Poise hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des frei austretenden Strahls nach der Bedingung EMI21.2 vorzugsweise < 30, eingestellt wird, wobei so die Dichte der Schmelze, D der Stromdurchmesser, y die Oberflächenspannung der Schmelze und V die Strömungsgeschwindigkeit ist.

5. VerfahrennachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dassdieStrömungsgeschwindig- keit des frei strömenden Strahls nach der Bedingung EMI21.3 vorzugsweise < 10, EMI21.4