Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik - Band I - Metalle und metallisch leitende Werkstoffe [I, 1 ed.]

Table of contents :
Titelseite
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1. Einführung
2. Metallographische Vorbemerkungen
Rekristallisation
Verfestigung durch Kaltverformung ; Duktilität
Kriechgrenze und Formbeständigkeit
Einfluß des Reinheitsgrades
Literatur
3. Hochschmelzende Metalle und Legierungen
3.1 Sinterverfahren
Literatur
3.2 Wolfram
Erzaufbereitung
Metallgewinnung
Rohverarbeitung
Verarbeitung von Wolframdrähten
Warmfestigkeit und Warmbruchdehnung
Elastizitätsmodul und Torsionsmodul
Thermische Daten
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen
Literatur
3.3 Molybdän
Erzaufbereitung
Metallgewinnung
Physikalische Eigenschaften und Bearbeitbarkeit von Mo
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen
Literatur
3.4 Wolfram-Molybdän-Legierungen
Literatur
3.5 Tantal
Pulverherstellung, Pressen und Sintern
Weiterverarbeitung zu duktilem Metall.
Physikalische Eigenschaften und Verarbeitung
Chemische Eigenschaften
Anwendungen des Tantals in der Hochvakuumtechnik
Literatur
3.6 Tantal-Wolfram-Legierungen
Literatur
3.7 Niob
Metallgewinnung
Verarbeitung und physikalische Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen
Literatur
3.8 Rhenium
Literatur
4. Edelmetalle (Platinmetalle, Gold, Silber)
Literatur
4.1 Platin und Platinlegierungen
Gewinnung und Verarbeitung
Physikalische Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen
Literatur
4.2 Palladium und Palladiumlegierungen
Anwendungen von Pd in der Hochvakuumtechnik
Literatur
4.3 Rhodium
Physikalische und chemische Eigenschaften von Rh
Technische Anwendungen
Literatur
4.4 Sonstige Metalle der Platingruppe (Ir, Os und Ru)
Literatur
4.5 Gold
Gewinnung
Physikalische Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen
Literatur
4.6 Silber
Gewinnung
Physikalische Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Anwendungen in der Hochvakuumtechnik
Literatur
4.7 Silberlegierungen
Literatur
5. Unedle Metalle
5.1 Allgemeines
Literatur
5.2 Nickel
Erzaufbereitung und Gewinnung
Rohverarbeitung
Physikalische Eigenschaften und Verarbeitung
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen
Literatur
5.3 Eisen
Erzaufbereitung und Gewinnung
Rohverarbeitung
Physikalische Eigenschaften und Verarbeitung
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen
Literatur
5.4 Kupfer
Erzaufbereitung und Gewinnung
Weiterverarbeitung
Physikalische Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen
Literatur
5.5 Aluminium
Erzaufbereitung und Gewinnung
Physikalische Eigenschaften, Weiterverarbeitung
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen
Literatur
5.6 Beryllium
Gewinnung
Physikalische Eigenschaften und Weiterverarbeitung
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen
Literatur
6. Legierungen und Kompositionen unedler Metalle
Literatur
6.1 Eisenlegierungen
I. Eisen-Nickel-Legierungen "FeNi"
Technische Anwendungen von FeNi-Legierungen
II. Invar (36% Ni, Rest Fe) und Frigidal (33% Ni, 1% Cr, Rest Fe)
III. Fernichrom-Legierungen für Glas-Metall-Verschmelzungen
IV. FeNiCo-Legierungen, "Kovar", "Fernico
Zusammensetzung von Kovar-Legierungen
Herstellung und Weiterverarbeitung
Physikalische Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen
V. Ferritisches Chromeisen für Glaseinschmelzungen
Verarbeitung
Physikalische Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen von CrFe-Legierungen
VI. Austenitisches Chrom-Nickel-Eisen
Technische Anwendungen
Literatur
6.2 Nickellegierungen (mit mehr als 55% Ni-Gehalt)
I. Nickellegierungen mit 90-99% Ni
II. Chrom-(Eisen-)Nickel-Legierungen
III. Kobalt-Nickel-Legierungen mit 15-50% Co
IV. Kupfer-Nickel-Legierungen mit 20-40% Cu. .
Literatur
6.3 Kupferlegierungen (mit mehr als 50% Cu)
I. Cu mit geringen Zusätzen
II. Nickel-Kupfer-Legierungen, insbes. Konstantan mit etwa 55% Cu, 45% Ni
III. Zinn-Kupfer-Legierungen, insbes. Walzbronze mit 94% Cu, 6% Sn
IV. Zink-Kupfer-Legierungen mit 10-45% Zn
V. Phosphor-Kupfer-Legierungen
VI. Silicium-Kupfer-Legierungen
Literatur
6.4 Legierungen unedler Metalle mit hochschmelzenden Metallen
I. Eisen-Molybdän-Kobalt mit 71% Fe, "'" 10% Mo, 19% Co; Handelsname "EMK"
II. Molybdän-Nickel-Eisen-Legierungen
III. Wolfram-Nickel-Kobalt
IV. Wolfram-Nickel-Legierungen
Literatur
6.5 Verbundmetalle
I. Cu mit Ni-Auflage
II. Cu-Draht mit Fe und Ni-Ummantelung
III. Eisenblech mit beiderseitiger Aluminiumplattierung, sog. "P2-Eisen"
IV. Eisenblech mit einseitiger Aluminiumplattierung, andere Seite mit Ni-Plattierung, sog. "PN-Blech"
V. Eisenblech mit einseitiger Al-Plattierung, andere Seite mit Spezialeisen plattiert ("PI-Blech")
VI. Inchromiertes Eisen
VII. Fe-Draht mit Cu-Auflage
VIII. Fe mit Ni-Auflage
IX. FeNi (58/42) mit Cu-Belag, meist "Kupfermanteldraht" , "Dumet"- oder "Fink-Draht" genannt
X. FeNi (52/48)-Draht mit Pt-Auflage, sog. Platinit-Draht
XI. W- oder Mo-Drähte mit Goldauflage
XII. Mo-Draht mit Pt-Auflage
XIII. W-Draht mit Cu-Auflage
XIV. Wolfram-Kupfer
XV. Wolfram-Blei
Literatur
7. Seltene Metalle
7.1 Zirkonium
Gewinnung
Herstellung von Zr-Pulver
Zirkonhydrid-Pulver
Duktiles Zirkonmetall
Physikalische Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen
Literatur
7.2 Titan
Gewinnung
Herstellung von Ti-Pulver
Herstellung von duktilem Ti
Physikalische Eigenschaften
Chemische Eigenschaften von Ti
Technische Anwendungen
Anwendungsbeispiele für kompaktes duktiles Ti
Anwendungsbeispiele für Titan- und Titanhydrid-Pulver
Literatur
7.3 Thorium
Herstellung von Th-Pulver
Herstellung von duktilem Th
Weiterverarbeitung von Sinterbarren aus duktilem Th
Physikalische Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen
Verwendungsbeispiele für Thoriumpulver
Verwendungsbeispiele für massives Thorium
Literatur
7.4 Cerium
7.5 Indium
7.6 Kadmium
Technische Anwendungen
7.7 Gallium
7.8 Wismut
7.9 Thallium
7.10 Chrom
7.11 Selen
Literatur
8. Sonstige Metalle und Kohlenstoff
8.1 Magnesium
Herstellung
Eigenschaften
Technische Anwendungen von Mg in der Vakuumtechnik.
Literatur
8.2 Die Erdalkalimetalle Ba, Sr, Ca
I. Barium und Strontium
II. Calcium
Literatur
8.3 Alkalimetalle
I. Natrium und Kalium.
II. Caesium
III. Lithium
IV. Rubidium
Literatur
8.4 Quecksilber
Gewinnung
Reinigung
Reinheitsprüfung
Physikalische Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Hygienische Maßnahmen bei der Verarbeitung von Hg
Technische Anwendungen
Literatur
8.5 Kohlenstoff
I. Elektrographit
Herstellung
Weiterverarbeitung
Physikalische Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Technische Anwendungen
II. Poröse nichtgraphitierte Kohle
Herstellung
Anwendung
III. Poröse graphitierte Kohle
IV. Suspensionen aus kolloidalem Graphit
Herstellung
Technische Anwendungen von kolloidalen Graphitsuspensionen in der Vakuumtechnik
V. Kohle-Schichten, erzeugt aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen
Literatur
9. Spezielle Verarbeitungsmethoden der Vakuummetalle
9.1 Formgebung und Zusammenbau
Literatur
9.2 Metallentgasung
I. Allgemeine Vorbemerkungen
II. Entgasen des Rohmetalles beim Schmelzen
III. Vorentgasung von Einzelteilen
IV. Entgasung des Elektrodensystems während des Röhrenpumpprozesses
Literatur
9.3 Verbindung von Metallteilen
I. Punkt- und Naht-Schweißung
II. Abbrennschweißung (Stumpfschweißung)
III. Kalt-Preßschweißen
IV. Lichtbogenschweißung
V. Gasschmelzschweißung (Flammenschweißung)
VI. Lötverbindungen in der Vakuumtechnik
VII. Gußverbindungen
VIII. Mechanische Verbindungen
Literatur
9.4 Oberflächenbehandlung von Metallen in der Vakuumtechnik
I. Waschen
II. Beizen
III. Prägen
IV. Sanden, Trommeln, Bürsten
V. Polieren
VI. Galvanische Niederschläge auf Metallen (Elektroplattierung)
VII. Aufsublimieren im Vakuum von Metallüberzügen auf Metalluntergrund
VIII. Eindiffundieren von Fremdmetallen in Metalloberflächen
IX. Oxydieren
X. Karburieren oder Karbidisieren (Bildung von Metallkarbid-Ober:Bächen auf Metalluntergrund)
XI. Bekohlen
XII. Aufwachsverfahren (Gas Plating)
XIII. Oberflächenbedeckungen aus Metall-, Metalloxyd- oder Metallkarbid-Pulver
XIV. Sonstige Oberflächenbehandlungen von Metallen
Literatur
9.5 Anhang: Wichtige zusammenfassende oder vergleichende Darstellungen
Periodisches System der Elemente
Atomgewichte der Elemente
Überblick über die wichtigsten Eigenschaften der Elemente und ihrer Oxyde
Dampfdrucke der Elemente
Häufigkeit der wichtigsten Metalle
Preise der vakuumtechnisch wichtigsten Spezialmetalle
Meterwiderstand der Metalle
Gasdurchlässigkeit von Metallen
Schwarzer Körper, Gesamtstrahlung
Wahre und schwarze Temperatur
Druckeinheiten
Gegenseitige Umrechnung von °C in °F
Siebe, genormte
Verzeichnis der vergleichenden Darstellungen von Eigenschaftenmetallischer Werkstoffe der Hochvakuumtechnik
Literaturverzeichnis zum Anhang
9.6 Nachträge bei der Korrektur
Zusammenfassung (Russisch)
Sachregister

Citation preview

INHALT SVE RZE leHNI S

,rorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2. METALLOGRAPHISCHE VORBEMERKUNGEN................................ Rekristallisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfestigung durch Kaltverformung ; Duktilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kriechgrenze und Formbeständigkeit .......................... Einfluß des Reinheitsgrades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur

XI 1 3 3 8 9 12 13

3. HOCH SCHMELZENDE METALLE UND LEGIERUNGEN 3.1 Sinterverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur 3.2 \Volfram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Erzaufbereitung Metallgewinnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Rohverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Verarbeitung von Wolframdrähten Warmfestigkeit und Warmbruchdehnung Elastizitätsmodul und Torsionsmodul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Thermische Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Chemische Eigenschaften Technische Anwendungen , Literatur 3.3 Molybdän . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Erzaufbereitung Metallgewinnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Physikalische Eigenschaften und Bearbeitbarkeit von Mo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Chemische Eigenschaften. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .. .. Technische Anwendungen.. .. .. . . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . . Literatur 3.4 Wolfram-Molybdän-Legierungen Literatur 3.5 Tantal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Pulverherstellung, Pressen und Sintern Weiterverarbeitung zu duktilem Metall. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Physikalische Eigenschaften und Verarbeitung Chemische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. " Anwendungen des Tantals in der Hochvakuumtechnik

15 15 17 17 17 21 26 29 39 42 43 47 53 70 74 76 79 84 93 97 111 114 116 116 116 123 126 128 132

1. EINFÜHRUNG...............................................................

Literatur

3.6 Tantal-Wolfram-Legierungen Literatur 3.7 Niob Metallgewinnung

140

142 142 142 142

VI

Inhaltsverzeichnis

Verarbeitung und physikalische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Technische Anwendungen Literatur 3.8 Rhenium Literatur

" 145 146 147 149 150 154

4. EDELMETALLE (PLATINMETALLE, GOLD, SILBER) Literatur 4.1 Platin und Platinlegierungen Gewinnung und Verarbeitung Physikalische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Chemische Eigenschaften Technische Anwendungen Literatur 4.2 Palladium und Palladiumlegierungen Anwendungen von Pd in der Hochvakuumtechnik Literatur 4.3 Rhodium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Physikalische und chemische Eigenschaften von Rh Technische Anwendungen , Literatur 4.4 Sonstige Metalle der Platingruppe (Ir, Os und Ru) Literatur 4.5 Gold. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Gewinnung Physikalische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Technische Anwendungen Literatur 4.6 Silber Gewinnung Physikalische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Chemische Eigenschaften Anwendungen in der Hochvakuumtechnik Literatur 4.7 Silberlegierungen Literatur

155 155 156 158 158 164 166 171 173 175 179 180 182 183 184 185 187 187 187 189 190 190 195 195 195 198 200 200 202 203 205

5. UNEDLE METALLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 206 5.1 Allgemeines 206 Literatur 211 5.2 Nickel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 211 Erzaufbereitung und Gewinnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 211 Rohverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 216 Physikalische Eigenschaften und Verarbeitung , 216 Chemische Eigenschaften 229 Technische Anwendungen " 231 Literatur 238 5.3 Eisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 241 Erzaufbereitung und Gewinnung 241 Rohverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 247 247 Physikalische Eigenschaften und Verarbeitung Chemische Eigenschaften 254 Technische Anwendungen .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 254 Literatur , 265 5.4 Kupfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 267 Erzaufbereitung und Gewinnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 267 \Veiterverarbeitung 278

Inhaltsverzeichnis

VII

Physikalische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Chemische Eigenschaften Technische Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur

280 284 288 303

5.5 Aluminium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Erzaufbereitung und Gewinnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Physikalische Eigenschaften, Weiterverarbeitung Chemische Eigenschaften Technische Anwendungen Literatur

305 305 311 :314 316 320

5.6 Beryllium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Gewinnung Physikalische Eigenschaften und Weiterverarbeitung Chemische Eigenschaften Technische Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur _. . . . ..

322 322 325 329 330 337

6. LEGIERUNGEN UND KOMPOSITIONEN UNEDLER METALLE Literatur

340 340

6.1 Eisenlegierungen I. Eisen-Nickel-Legierungen "FeNi" Technische Anwendungen von FeNi-Legierungen 11. Invar (36% Ni, Rest Fe) und Frigidal (33% Ni, 1% Cr, Rest Fe) In. Fernichrom-Legierungen für Glas-Metall-Verschmelzungen IV. FeNiCo-Legierungen, "Kovar", "Fernico" " Zusammensetzung von Kovar-Legierungen Herstellung und Weiterverarbeitung Physikalische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Technische Anwendungen V. Ferritisches Chromeisen für Glaseinschmelzungen Verarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Physikalische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Technische Anwendungen von CrFe-Legierungen VI. Austenitisches Chrom-Nickel-Eisen Technische Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur

340 340 345 353 354 357 357 367 369 375 376 378 380 385 394 400 401 407 409

6.2 Nickellegierungen (mit mehr als 55% Ni-Gehalt) I. Nickellegierungen mit 90-99% Ni , '" 11. Chrom-(Eisen-)Nickel-Legierungen In. Kobalt-Nickel-Legierungen mit 15-50% Co IV. Kupfer-Nickel-Legierungen mit 20-40% Cu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur 6.3 Kupferlegierungen (mit mehr als 50% Cu) I. Cu mit geringen Zusätzen 11. Nickel-Kupfer-Legierungen, insbes. Konstantan mit etwa 55% Cu, 45% Ni In. Zinn-Kupfer-Legierungen, insbes. Walzbronze mit 94% Cu, 6% Sn IV. Zink-Kupfer-Legierungen mit 10-45% Zn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. V. Phosphor-Kupfer-Legierungen .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. VI. Silicium-Kupfer-Legierungen Literatur 6.4 Legierungen unedler Metalle mit hochschmelzenden Metallen I. Eisen-Molybdän-Kobalt mit 71 % Fe, "'" 10% Mo, 19% Co; Handelsname "EMK" 11. Molybdän-Nickel-Eisen-Legierungen In. 'Volfram-Nickel-Kobalt

413 413 417 423 423 428 429 430 433 436 439 444 444 445 445 445 447 451

VIII

Inhaltsverzeichnis

0. 451 IV. Wolfram-Nickel-Legierungen Literatur . 454 6.5 Verbund metalle ..... 454 o' 456 I. Cu mit Ni-Auflage IIo Cu-Draht mit Fe und Ni-Ummantelung o. 456 III. Eisenblech mit beiderseitiger Aluminiumplattierung, sog. "P2-Eisen" ..... 457 IV. Eisenblech mit einseitiger Aluminiumplattierung, andere Seite mit Ni-Plattierung, sog. "PN-Blech" ... 465 V. Eisenblech mit einseitiger Al-Plattierung, andere Seite mit Spezialeisen plattiert ("PI-Blech") 466 VI. Inchromiertes Eisen o' 466 VII. Fe-Draht mit Cu-Auflage 470 VIII. Fe mit Ni-Auflage 470 IX. FeNi (58/42) mit Cu-Belag, meist "Kupfermanteldraht" , "Dumet"- oder "FinkDraht" genannt 472 X. FeNi (52/48)-Draht mit Pt-Auflage, sog. Platinit-Draht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 479 XI. W- oder Mo-Drähte mit Goldauflage 479 XII. Mo-Draht mit Pt-Auflage 479 XIII. W-Draht mit Cu-Auflage " 480 XIV. Wolfram-Kupfer 480 o. 481 XV. Wolfram-Blei Literatur 482 0

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7. SELTENE METALLE

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484

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7.1 Zirkonium .. Gewinnung .... Herstellung von Zr-Pulver Zirkonhydrid-Pulver 0....................................................... Duktiles Zirkonmetall. o. Physikalische Eigenschaften Chemische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Technische Anwendungen Literatur

484 484 488 490 491 497 502 507 511

7.2 Titan Gewinnung 0............................................................... Herstellung von Ti-Pulver Herstellung von duktilem Ti Physikalische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. , Chemische Eigenschaften von Ti Technische Anwendungen . Anwendungsbeispiele für kompaktes duktiles Ti o. Anwendungsbeispiele für Titan- und Titanhydrid-Pulver Literatur o.

514 514 514 520 529 533 534 534 538 538

7.3 Thorium Herstellung von Th-Pulver Herstellung von duktilem Th . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Weiterverarbeitung von Sinterbarren aus duktilem Th Physikalische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Technische Anwendungen. o " Verwendungsbeispiele für Thoriumpulver o. Verwendungsbeispiele für massives Thorium Literatur o.

541 541 544 544 545 545

7.4 Cerium 7.5 Indium 7.6 Kadmium Technische Anwendungen 7.7 Gallium

547 549 553 554 554

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546

546 546 547

Inhaltsverzeichnis

IX

7.8 Wismut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 556 557 7.9 Thallium 7.10 Chrom

558

7.11 Selen 561 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 563 8. SONSTIGE METALLE UND KOHLENSTOFF

566

8.1 Magnesium Herstellung Eigenschaften. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Technische Anwendungen von Mg in der Vakuumtechnik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur

566 566 566 568 568

8.2 Die Erdalkalimetalle Ba, Sr, Ca I. Barium und Strontium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 11. Calcium Literatur

569 570 576 579

8.3 Alkalimetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. I. Natrium und Kalium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 11. Caesium 111. Lithium IV. Rubidium Literatur

580 583 .387 588 589 590

8.4 Quecksilber

591

~:~ii~~~~g

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. : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :: Reinheitsprüfung Physikalische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Hygienische Maßnahmen bei der Verarbeitung von Hg Technische Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur

8.5 Kohlenstoff I. Elektrographit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Herstellung Weiterverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Physikalische Eigenschaften. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Chemische Eigenschaften Technische Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 11. Poröse nichtgraphitierte Kohle Herstellung Anwendung 111. Poröse graphitierte Kohle IV. Suspensionen aus kolloidalem Graphi t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Herstellung Technische Anwendungen von kolloidalen Graphitsuspensionen in der Vakuumtechnik V. Kohle-Schichten, erzeugt aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen Literatur 9. SPEZIELLE VERARBEITUNGSMETHODEN DER VAKUUM1\fETALLE 9.1 Formgebung und Zusammenbau Literatur 9.2 Metallentgasung I. Allgemeine Vorbemerkungen 11. Entgasen des Rohmetalles beim Schmelzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

601 601 602 603 604 610 611 612 612 617 620 627 629 640 640 641 641 641 642 643 645 646 649 649 658

658 658 664

x

Inhaltsverzeichnis IH. Vorentgasung von Einzelteilen IV. Entgasung des Elektrodensystems während des Röhrenpumpprozesses ., Literatur

675 698 721

9.3 Verbindung von Metallteilen I. Punkt- und Naht-Schweißung 11. Abbrennschweißung (Stumpfschweißung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. III. Kalt-Preßschweißen IV. Lichtbogenschweißung V. Gasschmelzschweißung (Flammenschweißung ) VI. Lötverbindungen in der Vakuumtechnik VII. Gußverbindungen VIII. Mechanische Verbindungen Literatur

724 726 742 742 744 753 756 809 813 819

_.. 9.4 Oberflächenbehandlung von Metallen in der Vakuumtechnik I. Waschen 11. Beizen 111. Prägen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. IV. Sanden, Trommeln, Bürsten V. Polieren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. VI. Galvanische Niederschläge auf Metallen (Elektroplattierung) VII. Aufsublimieren im Vakuum von Metallüberzügen auf Metalluntergrund VIII. Eindiffundieren von Fremdmetallen in Metalloberflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. IX. Oxydieren X. Karburieren oder Karbidisieren (Bildung von Metallkarbid-Ober:Bächen auf Metall untergrund) XI. Bekohlen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. XII. Aufwachsverfahren (Gas Plating) XIII. Oberflächenbedeckungen aus Metall-, Metalloxyd- oder Metallkarbid-Pulver XIV. Sonstige Oberflächenbehandlungen von Metallen Literatur

825 825 830 838 838 840 841 849 850 850

9.5 Anhang: Wichtige zusammenfassende oder vergleichende Darstellungen Literatur

851 852 860 862 864 865 869 903

9.6 Nachträge bei der Korrektur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 904 Zusammenfassung (Russisch)

908

Sachregister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 911

768

9.3 Verbindung von Metallteilen

Zustand mit seinem Lötpartner ausgesetzt ist, darf nicht mit dem Grundmetall eine Legierung mit bedeutend niedrigerem Schmelzpunkt als der Löttemperatur bilden, weil sonst diese Legierungen bei dem langdauernden Erhitzungsprozeß im Ofen aus der Lötstelle abfließt und so dort Löcher entstehen. Ein solches Lot "leckt". Wird etwa Cu mit reinem Ag im H 2-Ofen bei etwa 980°C gelötet, so bildet sich an der Kontaktstelle des festen Cu mit dem flüssigen Ag eine Legierungsgrenzschicht, in der sich Cu ununterbrochen in reinem Ag auflöst. Wie das Zustandsdiagramm Ag-Cu in Abb. B 9.3-33 zeigt, sinkt aber mit zunehmendem Kupfergehalt der Schmelzpunkt ....--Ag L9.3]

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CuAbb. B 9.3-33 Zustandsdiagramm SilberKupfer (E: Eutektikum bei 72 % Ag, 28% Cu)

2

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10

12

14 %

Abb. B 9.3-34 Zustandsdiagramm Kupfer-Phosphor (E: Eutektikum bei 91,6% Cu, 8,4% P)

(Liquidus- wie Solidustemperatur) dieser Grenzschichtlegierung rasch, und das aufgelöste Kupfer fließt zusammen mit der gebildeten Legierung aus der Lötstelle ab. Anders liegen die Verhältnisse, wenn man nicht mit reinem Silber, sondern mit einer Kupfer-Silber-Legierung lötet, die in ihrer Zusammensetzung gerade dem aus dem Zustandsdiagramm (Abb. B 9.3-33) ersichtlichen Eutektikum E (etwa 72% Ag + 28% Cu) entspricht, und wenn man den Schmelzpunkt dieses Eutektikums beim Lötprozeß nur um etwa 30°C überschreitet. Unter solchen Bedingungen ist einmal die Auflösungsgeschwindigkeit des Kupfers durch das - schon mit Kupfer stark angereicherte - Eutektikumlot viel geringer, sodann aber bedeutet jede Aufnahme von Kupfer durch Lösung oder Eindiffusion in die Lötzone bzw. jede Ausdiffusion von Silber in den Lötgegenstand keine Erniedrigung des Schmelzpunktes der so gebildeten neuen Legierung. Es kann also kein Leckeffekt auftreten. Aus diesem Grunde (und wegen des meist bequemeren tiefen Schmelzpunktes) zieht man beim Löten in der Vakuumtechnik häufig die Eutektikumlegierungen, die sog. "E-Lote" vor (Beispiele: Abb. B 9.3-33 und B 9.3-34).1) Den gleichen und noch besseren Effekt erzielt man mit Legierungen, die in ihrem Zustandsdiagramm ein Schmelzpunktsminimum aufweisen (s. z. B. Abb. B 9.3-35 1) In manchen Fällen benutzt man in der Praxis kleine Abweichungen von der Zusammensetzung des Eutektikums, um ein allzu rasches Erstarren des Lotes in engen Lotspalten zu vermeiden, benutzt also beispielsweise zur Lötung enger Cu-Spalte ein Lot mit der eutektikumsnahen Zusammensetzung 75% Ag 25~6 Cu oder 80% Ag 20% Cu (vgL a. Tab. T 4.7-3).

+

+

Hartlöten, Vakuumlote

769

und B 9.3-36), wenn das Lot die Zusammensetzung der Legierung an der Stelle des Minimums besitzt (sogenanntes ,,~I-Lot"). Wird beispielsweise bei Verwendung des M-Lotes AuCu (80/20) für Lötungen von Cu-Teilen das Lot im Laufe langdauernder Erhitzung im H 2-Ofen durch Cu-Lösung reicher an Cu, so erhöht sich einwandfrei sowohl die Liquidus- als auch die Solidustemperatur des Lotes: Das Lot erstarrt also von selbst im Laufe der Lötungserhitzung mit höherem Kupfergehalt immer mehr, statt herauszufließen. Da bei binären Legierungen, die einen Eutektikumpunkt besitzen, bei einer nicht eutektischen Zusammensetzung, also z. B. bei AgCu-Loten mit mehr als 280/0 Cu (beispielsweise mit 60% Cu), die Zähigkeit der Lotschmelze - auch bei erheblicher -Au 100

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Abb. B 9.3-35 Zustandsdiagramm GoldKupfer (M: Schmelzpunktminimum bei 81,5% Au, 18,5% Cu)

400~---4-----+---~---4-----~ 200~~

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__~~~~_~_~~__~__~~ 2D 40 60 80 100%

Ni--

Abb. B 9.3-36 Zustandsdiagramm Nickel-Gold (M: Schmelzpunktminimum bei 82% Au, 18% Ni)

Überschreitung der Solidustemperatur merkbar ansteigt!), die Neigung des flüssigen Lotes, aus der Lötstelle abzufließen, also kleiner wird, so benutzt man solche Zusammensetzungen mit Erfolg zum Zulöten breiterer Lotspalte 2 ), bei denen das leichtfließende Lot mit der eutektischen Zusammensetzung herausfließen würde. Dasselbe gilt auch für Lotlegierungen, die kein Eutektikum und kein Schmelzpunktminimum aufweisen und eine ausreichende Differenz zwischen Solidus- und Liquidustemperatur besitzen (z. B. Lotlegierungen der Niqu-Reihe). e) Keine intergranulare Penetration. Das Lot darf nicht im zu lötenden Metall die Erscheinung der "intergranularen Eindringung" aufweisen, wie sie z. B. bei längerdauernden Lötprozessen an Kovar bei Verwendung des niedrigschmelzenden AgCu-Eutektikumlotes vorkommt (s. 6.1, insbes. Abb. B 6.1-19 und 6EsPE). Das Lot tritt dabei bevorzugt zwischen die Korngrenzen des zu lötenden Metalles und splittert sie auf, wodurch die Lötstelle undicht werden kann. Die Erscheinung 1) Bei dem erwähnten Beispiel der AgCu(40j60)-Legierung wegen Vorhandensein fester Cu-Kristalle in der Lotschmelze im Gebiet zwischen Solidus- und Liquidustemperatur! 2) Also bei schlechter "Passung" der Lotpartner, z. B. als Folge verschiedener Wärmeausdehnung. 49

Espe I

[9.3]

816

9.3 Verbindungen von Metallteilen II

[9.3]

.1

Abb. 9.3-52 A Vergrößerte Aufnahme des Holmes eines Kerbgitters ; I nach Einschneiden der Kerben, II nach Einlegen und Einwalzen der Gitterwendel (Werkbild : SIEMENs-Röhrenfabrik)

und mechanische Spannungen beseitigt, sondern auch das gesamte Gitter durch leichteReckung(etwaO,5%) der beiden Haltestäbe geradegerichtet. Erst nach diesem Glühprozeß wird das lange Gesamtgitter in Teilstücke gewünschter Länge zerschnitten. Eine vergleichende photographische Aufnahme eines geschweißten und eines eingewalzten Gitters zeigt Abbildung B 9.3-10, verschiedene derart hergestellte eingewalzte Gitter sind in Abb. B 9.3-53 wiedergegeben. b) Eins chlagen: Verbindung dünner sehr harter Drähte (W) mit dickeren weicheren Haltedrähten (Ni). Der auf den Wickeldorn unter Zwischenlage der Haltedrähte gewickelte WDraht wird durch starken Druck (Exzenterpresse) in das weiche Ni der Haltestäbe eingeschlagen (vgl. Abb. B 9.3-51, Teilbild b, und B 9.3-54).

Abb. B 9.3-53 Einige Ausführungsbeispiele von Kerbgittern (s. a. Abb. B 4.5-3, Teilbild II)

Abb. B 9.3-54 Schlaggitter aus W -Draht (50,u 0) mit Haltestegen aus Vierkant-Ni (1,0 X 0,3mm)

c) Einklemmen: Verbindung von Glühdrähten mit ihren Zuleitungen aus Ni oder Konstantan bei Glühlampen und kleineren Kathoden. Der Halterungsdraht wird vorher flachgedrückt und zu einer Öse vorgeformt, die dann zusammengedrückt wird (vgl. Abb. B 9.3-51, Teilbild Cl und c2 ). Oder die Zuleitung wird durchbohrt und nach Durchfädelung des Glühdrahtes zusammengequetscht (vgl.Abb. B 9.3-51,

Mechanische Verbindungen

817

Teilbild c3 ). Die Halterung kann auch mit Hilfe einer Zwischenschelle von V- oder U-förmigem Querschnitt, die mit dem Glühdraht verklemmt wird, erfolgen (vergleiche Abb. B 9.3-51, Teilbild c4 ). Vielfach wird die Verbindung noch zusätzlich durch Schweißen gesichert (Punkt- oder Lichtbogenschweißung, vgl. a. Abb. B 9.3-21). Flachgitter mit geringen Toleranzen und steglose Gitter für Dezimeterwellen-Röhren klemmt man (zur Vermeidung von thermischem Verziehen beim Schweißen und zur Erzielung guter Kühlung beiderseits zwischen die Schenkel eines Blechstreifens von V-förmigem Querschnitt (vgl. z. B. Assoc. ELECTR. INP USTRIES) oder zwischen 2 Blechplatten ein (vgl. Abb. B 9.3-55). d) Falzen: Verbindung der Nähte geschlossener Anoden bei schwer schweißbaren Metallen, vgl. Abb. B 9.3-51, Teilbild d. e) Voll- bzw. Rohrnieten: Verbindungen von Blechen aus W , Mo und Ta durchMo-Nieten, Verbindungen von Elektrodenteilen mit Glimmer- und keramischen Brücken, vergleiche Abb. B 9.3-51 , Teilbild eCe4, und ferner Abb. B 13-4, Pos. 3.

Abb. B 9.3-55 Stegloses Gitter für Dezimeterwellen-Röhren, hergestellt durch Einklemmen der einzelnen Gitterwindungs-Enden zwischen zwei Metallscheiben [ROTHE]

Abb. B 9.3-56 (nebenstehend) MoAnode eines Senderohres mit Kühlflügeln aus vier durch Lochnietung zusammengehaltenen T eilen; Halteschelle durch Schraubklemmen am Glasfuß befestigt (Hersteller: TELEFUN- •

f) Lochnieten: Anwendung besonders bei Ta. Das eine der zu verbindenden Stücke wird unter Heraustreiben REN) eines Grates vorgelocht, das andere mit ausgestanztem (größerem) gratlosem Loch über das erste gelegt und durch Umbiegen des Grates mit ihm vernietet, vgl. Abb. B 9.3-51 , Teilbild es und es, sowie Abb. B 9.3-56. g) Verschrauben: Befestigen von Schellen auf Glasfüßen, vgl. Abb. B 9.3-51 , Teilbild f, und B 9.3-56. Ein Beispiel für eine im Senderöhrenbau typische Schraubverbindung zeigt Abb. B 5.4-15, Pos. N. h) ;Keil- oder Riegelverbindungen: Befestigung von Gitterdrähten an ihren Haltestäben, besonders bei Senderöhren; vgl. PAYNE , WE STERN, Abb. B 9.3-51, Teilbild gI, und B 9.3-57. i) Abbind e n: Befestigung von Gitterdrähten an ihren Haltestäben und von größeren W-Kathoden an ihren Zuleitungen, vgl. Abb. B 9.3-51, Teilbild h. 52

E sp e I

[9.3]

Wichtige zusammenfassende oder vergleichende Darstellungen

869

9.5 Anhang zum Band I "Metalle" Wichtige zusammenfassende oder vergleichende Darstellungen [9.5]

INHALT 9.5-1

Periodisches System der Elemente

9.5-2

Atomgewichte der Elemente

9.5-3

Überblick über die wichtigsten Eigenschaften der Elemente und ihrer Oxyde

9.5-4

Dampfdrucke der Elemente

9.5-5

Häufigkeit der wichtigsten Metalle

9.5-6

Preise der vakuumtechnisch wichtigsten Spezialmetalle

9.5-7

Meterwiderstand der Metalle

9.5-8

Gasdurchlässigkeit von Metallen

9.5-9

Schwarzer Körper, Gesamtstrahlung

9.5-10 Wahre und schwarze Temperatur 9.5-ll Druckeinheiten 9.5-12 Gegenseitige Umrechnung von

-c in

°F

9.5-13 Siebe, genormte 9.5-14 Verzeichnis der vergleichenden Darstellungen von Eigenschaften metallischer Werkstoffe der Hochvakuumtechnik Literaturverzeichnis zum Anhang