DE1195871B

DE1195871B - Umhuellter Draht fuer Gitter elektrischer Entladungsroehren

Info

Publication number: DE1195871B
Application number: DEJ24763A
Authority: DE
Inventors: Edward George Price
Original assignee: Mond Nickel Co Ltd
Current assignee: Mond Nickel Co Ltd
Priority date: 1962-11-26
Filing date: 1963-11-20
Publication date: 1965-07-01
Also published as: US3271849A; NL300785A; CH411532A; GB983023A

Description

Umhüllter Draht für Gitter elektrischer Entladungsröhren Die Gitter elektrischer Entladungsröhren müssen häufig bei hohen Temperaturen, z. B. bei 1500° C und mehr, arbeiten. Sie werden üblicherweise aus einem Molybdän- oder Wolframdraht hergestellt, der mit Platin überzogen ist. Der Platinüberzug ist in der Lage, die Primärgitteremission sehr niedrig zu halten, eine Eigenschaft, die bei Senderöhren, deren Gitter oft sehr hohe Temperaturen annehmen, von besonderer Bedeutung ist. Platin besitzt nun nachteiligerweise einen erheblichen Dampfdruck. Bei einer Temperatur von etwa 1500° C und mehr beginnt die Oberfläche der Gitter an Platin zu verarmen. Es entsteht auf der Oberfläche der Gitter eine Platin-Molybdän- oder Platin-Wolfram-Legierung, die aus elektronischen Gründen nicht befriedigt.
Bekannt ist -nun, daß Iridium nicht so rasch in Molybdän oder Wolfram diffundiert. Es besitzt eine hohe Elektronenaustrittsarbeit sowie gute Festigkeit bei hohen Temperaturen und einen niedrigeren Dampfdruck als Platin. Bisher war es jedoch nicht möglich, auf Molybdän- oder Wolframdrähten einen Iridiumüberzug herzustellen. So ist es z. B. schwierig, auf galvanotechnische Weise Iridium niederzuschlagen. Anderseits ist Iridium so spröde, daß es sich mechanisch nur schwer bearbeiten läßt.
Von den in Betracht zu ziehenden pulvermetallurgischen Arbeitsverfahren her ist es bekannt, z. B. zum Plattieren von Rundprofilen während eines Ziehvorgangs auf die aufgerauhte Oberfläche eines zu plattierenden Stabes aus dem Plattierungsmetall bestehendes Pulver aufzupressen. Auch können Verbundmetalldrähte dadurch erzeugt werden, daß Stangen oder Blöcke, in -aus Karbonylen gewonnenen Metallpulvern eingebettet, das Ganze durch Wärmebehandlung, gegebenenfalls unter Anwendung von Druck, zu einem Stück verbunden und anschließend auf das gewünschte Maß verformt wird. Schließlich lassen sich bekanntlich auch Metalldrähte, z. B. als Kerndrähte für umhüllte Schweißelektroden, aus einem gesinterten Metallpulverpreßling herstellen, . der durch Hämmern oder Walzen verdichtet und anschließend auf sein genaues Maß gezogen wird.
Die bekannten Verfahren führen zu einer innigen Verbindung von Mantel und Kern der Drähte, die den Diffusionsvorgang besonders begünstigt, so daß , sie für die Herstellung von hohen Temperaturen ausgesetzten Gittern elektrischer Entladungsröhren ausscheiden müssen.
Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber ein aus einem Wolfram- oder Molybdänkern und einem ; Edelmetallmantel bestehender umhüllter Draht für Gitter elektrischer Entladungsröhren, der dadurch gekennzeichnet ist, daß sein Mantel aus Iridium besteht, der mit dem Kern in unmittelbarem Kontakt steht, aber mit ihm nicht festhaftend verbunden ist.
Die Herstellung des Drahtes nach der Erfindung geschieht dadurch, daß der aus Wolfram oder Molybdän bestehende Kern von einem Rohr aus gesintertem Metallpulver in bekannter Weise mit Gleitsitz umgeben, mit dem Rohr zusammen zu einem Stab geschmiedet und danach zu Draht gezogen wird. Nach der Erfindung soll nun das aus gesintertem Iridium bestehende Rohr eine Härte von 220 bis 310 VPN (Vickershärte), der Wolframkern eine Vickershärte von 480 bis 540 und der Molybdänkern eine Vickershärte von 330 bis 400 aufweisen. Wesentlich ist, daß das Rohr und der mit Gleitsitz eingepaßte Kern nur mit einem solchen Schmiede-und Ziehdruck zum Draht verarbeitet werden, daß Mantel und Kern auch nach der Verformung nicht festhaftend miteinander verbunden sind. Der Verformungswiderstand des Rohres und des Kerns muß im wesentlichen der gleiche sein. Er ist in etwa der Zugfestigkeit und Härte des Werkstoffs proportional. Gute Verformungseigenschaften ergeben sich, wenn die Zugfestigkeit sowohl des Rohres als auch des Kerns im Bereich von etwa 3,5 bis 8,5 kg/mm2 liegen. Wenn es aber schwierig ist, die Zugfestigkeit zu messen, während sich die Härte leichter bestimmen läßt, dann empfiehlt es sich,. die erforderliche Beziehung durch die Pyramidendruckprüfung nach V i c k e r s zu ermitteln (VPN). Die Härte des Iridiumrohres soll 220 bis 310 VPN und, falls der Kern aus Wolfram besteht, dessen Härte 480 bis 540 VPN betragen. Ein aus Molybdän bestehender Kern muß eine Härte von 330 bis 400 VPN aufweisen.
Gezogener Wolframdraht besitzt eine zu große Zugfestigkeit und einen zu hohen Verformungswiderstand. Durch Sintern hergestellte Stäbe aus Wolfram können aber sehr wohl Verwendung finden. Es ergab sich, daß gute Erzeugnisse gewonnen werden, wenn die Dichte des gesinterten Iridiums 16 bis 20 g/cm3 und die des gesinterten Wolframs 14 bis 17 g/cm3 betragen. Wenn sich die Sinterdichte des Iridiums in der Nähe des unteren Grenzwertes befindet, dann soll die des Wolframs vorzugsweise ebenfalls in der Nähe des unteren Grenzwertes liegen. Die korrespondierenden Härtewerte betragen für das Iridium 220 bis 280 VPN und für das Wolfram 480 bis 520 VPN.
Da Molybdän als.Metall nicht so fest ist wie Wolfram, kann man gesenkgeschmiedete Molybdänstäbe verwenden, um bezüglich des Verformungswiderstandes die angestrebte übereinstimmung zu erreichen. Vorzugsweise wird der Molybdänstab nach dem Schmieden gezogen, da dann seine Härte und sein Verformungswiderstand der Härte und dem Verformungswiderstand des Iridiums besser angepaßt sind. Die Dichte des Molybdäns soll etwa 10,2 g/em3 betragen. '-Der Kern des fertigen Drahtes besitzt vorzugsweise eine faserige Struktury die er auch im Gebrauch beibehalten soll. Wenn der Stab nun als Gitter in einer elektrischen Entladungsröhre Verwendung findet und hier auf eine Temperatur von etwa 1500° C kommt, dann kann ein aus :reinem Molybdän bestehender Kern rekristallisieren, so daß sein faseriges Gefüge verlorengeht. Wenn aber das Molybdän einen geringen Gehalt an Titan, z. B. 0,5 % Titan, aufweist, dann steigt die Rekristallisationstemperatur. Die Verwendung eines solchen Molybdäns ist daher vorzuziehen. Titan enthaltendes Molybdän besitzt im gesenkgeschmiedeten Stab eine Härte von 337 VPN und im geschmiedeten und gezogenen Stab eine Härte von 372 VPN.
Das gesinterte Iridiumrohr kann durch Pressen des Iridiumpulvers mit anschließendem Sintern des Rohres in Luft oder vorzugsweise im Vakuum hergestellt werden.
Nachstehend sei die bevorzugte Herstellung eines mit Iridium ummantelten Wolframdrahtes beschrieben: Gute Sintereigenschaften aufweisendes Iridiumpulver, d. h. ein Pulver, dessen Oberfläche etwa 0,3 m2/g beträgt, wird mit einem Druck von 23,6 kg/ mm2 um einen aus weichem Stahl bestehenden polierten Formling eines Durchmessers von 6 mm gepreßt. Der Formling, der an einem Ende einen Flansch aufweist, ist mit einer Latex-(Kautschuk-)Hülle umgeben, in die das Pulver eingesetzt wird. Der grüne, d. h. nicht gesinterte Preßling besteht aus einem Iridiumrohr, das eine Länge von etwa 100 mm, einen Innendurchmesser von 6 mm und einen Außendurchmesser von 9 mm aufweist. Das Rohr wird alsdann bei einer Temperatur von 1500° C im Vakuum gesintert. Dabei ergibtaich eine lineare Schwindung von etwa 16 % und ein Rohr, dessen Sinterdichte 18 g/cm3 und dessen Härte 305 VPN beträgt.
Ein gesinterter Wolframstab mit einer Dichte von 15 bis 16 g/cm3 und nicht mehr als 17 g/cm3 wird nun auf ein solches Maß geschliffen, daß er sich mit Gleitsitz in das gesinterte Iridiumrohr einpaßt, und das gefüllte Rohr danach bei einer Temperatur von 1500° C auf einen Durchmesser von 3 mm gesenkgeschmiedet. Zur Vermeidung eines zu großen Wärmeverlustes muß das Schmieden rasch geschehen. Alsdann wird der Stab bei 750 bis 650° C auf einen Draht von etwa 2,5 mm warm gezogen. Darauf erfolgt ein Ziehen des Drahtes bei 600° C auf 0,5 mm und schließlich bei 550 bis 500° C auf 0,25 mm. Die Ziehgeschwindigkeit schwankt zwischen 0,3 und 0,6 m/min zu Beginn und etwa 3,7 m/min, wenn der Drahtdurchmesser 0,5 mm oder weniger beträgt. Bei diesem fertigen, 0,25 mm dicken Draht ist die Iridiumummantelung 0,0125 mm, im allgemeinen aber 0,025 bis 0,050 mm stark. Dünnere Ummantelungen als erwartet werden bei einem Verhältnis der Ausgangsdurchmesser des Iridiums zum Wolfram von 5 : 3 bis 2:1 erzielt, weil sich das Iridium beim Ziehen von 0,75 mm auf 0,25 mm stärker verformt als das Wolfram, und zwar trotz ihrer ähnlichen Verformungswiderstände.
Ein nach diesem Verfahren hergestellter Draht besitzt einen Außendurchmesser von 0,25 mm, einen Kerndurchmesser von 0,18 mm, eine Mantelhärte von 582 VPN und eine Kernhärte von 803 VPN.
Wenn der Wolframkern in das Iridiumrohr eingesetzt wird, dann kann er an jedem Ende mit aus Iridium bestehenden Pfropfen verriegelt werden. Das ist aber nur dann wesentlich, wenn das Erhitzen unter oxydierenden Bedingungen erfolgt.
Wenn der Kern aus Molybdän besteht, dann wird das Iridiumrohr vorzugsweise in der gleichen Weise hergestellt wie bei einem aus Wolfram bestehenden Kern. Das Verhältnis der Außendurchmesser von Rohr und Stab beträgt vorzugsweise 2 : 1. Ein gesintertes Iridiumrohr besitzt beispielsweise einen Außendurchmesser von 3,75 mm. Ein gesenkgeschmiedeter und anschließend gezogener Stab aus 0,5 % Titan enthaltendem Molybdän mit einer Härte von 375 VPN wurde in das Rohr so cingepaßt, daß sich der Stab in unmittelbarem Kontakt mit der aus Iridium bestehenden Oberfläche des Rohres befand. Dann wurden die Enden des Rohres zur Verhinderung der Oxydation mit aus Iridium bestehenden Pfropfen verschlossen und die gefüllten und verschlossenen Rohre dann durch Warmschmieden und Warmziehen auf einen Durchmesser von 0,3 mm gebracht. Der Enddurchmesser des aus Molybdän bestehenden Kerns betrug 0,125 mm, die Härte des umhüllten fertigen Drahtes 698 VPN und die Kernhärte 386 VPN.
Es ergab sich, daß bei den zusammengesetzten Drähten kein Verbund zwischen dem Kern und dem Iridium besteht. Die Ummantelung des Drahtes kann leicht abgeschält werden. Das zeigt, daß zwischen dem Kernmetall und dem Iridium keine Diffusion stattgefunden hat, so daß die Drähte besonders für Zwecke brauchbar sind, bei denen vom elektrischen Standpunkt her eine Diffusion zwischen den beiden Metallen unerwünscht ist.
Die Erfindung umfaßt als neues Erzeugnis einen ummantelten Draht, der aus einem aus Wolfram oder Molybdän hergestellten Kern besteht, der mit einem zusammenhängenden, gesenkgeschmiedeten und danach gezogenen Mantel aus Iridium versehen ist, der zwar in direktem Kontakt mit dem Kern des Drahtes steht, aber nicht fest an diesem haftet.

Claims

Patentansprüche: 1. Umhüllter Draht, bestehend aus einem Wolfram- oder Molybdänkern und einem Edelmetallmantel, für Gitter elektrischer Entladungsröhren, dadurch gekennzeichnet, daß sein Mantel aus Iridium besteht, der mit dem Kern in unmittelbarem Kontakt steht, aber mit ihm nicht festhaftend verbunden ist.
2. Verfahren zur Herstellung des Drahtes nach Anspruch 1 aus einem aus Wolfram oder Molybdän bestehenden Kern, der von einem Rohr aus gesintertem Metallpulver mit Gleitsitz umgeben ist, Rohr und Kern zusammen im Gesenk zu einem Stab geschmiedet werden und der Stab danach zu Draht gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Sintern von Iridiumpulver hergestelltes Rohr mit einer Härte von 220 bis 310 VPN (Vickershärte), ein Wolframkern mit einer Vickershärte von 480 bis 540 oder ein Molybdänkern mit einer Vickershärte von 330 bis 400 verwendet wird, der Kern mit Gleitsitz in das Rohr eingepaßt und der Schmiede- und der Ziehdruck nur auf solches Maß eingestellt wird, daß Mantel und Kern auch nach der Verformung nicht festhaftend miteinander verbunden sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des gesinterten Iridiumrohres 16 bis 20 g/cm3 und die Dichte eines aus Wolfram gesinterten Kerns 14 bis 17 g/cm3 beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem Stab aus im Gesenk geschmiedeten oder gesenkgeschmiedetem und gezogenem Molybdän besteht, dessen Dichte etwa 10,2 g/cms beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ausgangsdurchmesser des Iridiumrohres zum Ausgangsdurchmesser eines Wolframstabes wie 5:3 und zum Ausgangsdurchmesser eines Molybdänstabes wie 2:1 verhält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kernwerkstoff titanhaltiges Molybdän Verwendung findet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 598 766, 958 073; schweizerische Patentschrift Nr. 301059.