Вольфрамовый порошок на основе трехокисивольфрама,

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

284740

Союз Советскиз

Социалистическиз

Республик

Зависимый от патента №

Заявлено 22Л 111.1967 (№ 1180996/24-7)

Приоритет 14.IX.1966, № МА-1629, ВНР

Кл. 211, 32

МПК Н 01k 1 08

УДК 621.3,032,32:669.27 (088.8) Комитет оо делом изобретений и открыти1 при Совете Мииистрое

СССР

Опубликовано 14.Х.1970. Бюллетень ¹ 32

Дата опубликования описания 6.1.1971

Авторы изобретения

Иностранцы

Тивадар Миллнер и Жено Нойгебауэр (Венгерская Народная Республика) Иностранная фирма

«Егиесулт Иззолампа ес Вилламосаги Режвенитарзазаг» (Венгерская Народная Республика) Заявитель

ВОЛЬФРАМОВЫЙ ПОРОШОК НА ОСНОВЕ ТРЕХОКИСИ

ВОЛЬФРАМА, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕЛ

НАКАЛА ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ

Известен вольфрамовый порошок на основе трехокиси вольфрама, предназначенный для изготовления тел накала лам накаливания и содержащий присадки калия, кремния и алюминия.

Вольфрамовые нити, полученные без посто,ронних примесей, при их накале претерпевают рекристаллизацию, и образующаяся при этом кристаллическая структура не обеспечивает устойчивости формы тела накала. Поэтому в исходное вещество, применяемое для получения вольфр амовой проволоки порошковым методом, добавляют посторонние примеси.

Так, например, к исходному сырью из

Wg0 НзО или WOg добавляют 1%-ную присадку таким образом, чтобы при восстановлении W03 в водороде получаемый порошок вольфрама содержал также КзО, SiOq u

А1зОз. Эти примеси удаляются в большей части при, спекании стержней из металлического порошка, однако они сохраняют влияние на рекристаллизацию сфор мованных стержней.

Такие металлы в специальной литературе называются «допированными», они не являются легированными, но содержат небольшие количества примесей. На практике вводимые посторонние атомы ведут себя так, что, с одной стороны, их окислы до определенной температуры остаются термически стойкими, а с другой стороны, они в условиях практического

2 восстановления вольфрама (при температуре

1000 — 1100 С) не восстанавливаются водородом. При накале вольфрамовой проволоки эти присадки обеспечивают «дисперсионный ингибированный рост зерен», т. е. тонкодисперсная посторонняя фаза препятствует быстрому росту кристаллов, и таким образом (при высокой температуре рекристаллизации) образуется выгодная структура, состоящая из длинных

10 чешуйчатых кристаллов.

Достижение глубококристаллической структуры с устойчивой формой вольфрамового тела накала при помощи таких присадок связано с техническими трудностями. Мелкие сле1 ды посторонних окислов или других отдельных фаз, образующих соединения, значительно затрудняют ооработку (ковку, вытяжку и т. п.) порошковых вольфрамовых металлов.

Известно, что при добавке КзО, $тОе и

А1зОз полученная вольфрамовая проволока значительно хуже тянется, чем чистая без присадок вольфрамовая проволока, несмотря .на то, что эта проволока содержит не более тысячных долей процента следов присадок.

В процессе изыскания выгодных присадок установлено, что в случае применения порошковых вольфрамовых металлов, используемых в электровакуумной технике, например грубокристаллических металлов, полученных при

30 помощи присадок КзО и А1зОз, необходимые

284740 присадки соединений калия, например К О (не восстанавливается водородом), наряду с сохранением других присадок могут быть заменены восстанавливаемыми водородом соединениями таллия, например, ТI20з. В этом случае обрабатываемость стержней значительно облегчается по сравнению с обрабатываемостью стержней, проволок или спиралей с присадкой калия. Температура рекристаллизация проволоки, содержащей таллий, повышается, формоустойчивость спирали при накале и стойкостью к сотрясениям улучшаются.

Все другие благоприятные свойства, обеспечиваемые наличием калийных присадок, сохраняются.

Предлагаемый порошок отличается от известных тем, что калий в нем содержится только в виде естественной примеси в количестве меньше 0,0002 /о и в него введены соединения таллия в таком количестве, чтобы отношение их к трехокиси вольфрама по весу составляло

0,0001 — 0,5 и содержание таллия в вольфрамовой проволоке составляло не меньше

0,0001 0/,, Вольфрамовый порошок может содержать, /О. соединения кремния 0,01 — 0,2, соединения галлия 0,01 — 0,1 и алюминий в виде естественной примеси менее 0,002.

Таллиевые присадки могут с успехом заменить калиевые, так как при выявлении полезных свойств металла (например, при создании грубокристаллических металлических конструкций) в случае применения известных присадок К О, Si02 и А120З главную роль играют не частички окислов, а эффективные атомы К, Si и Al, которые образуются в малых количествах, а в случае применения восстанавливаемых,водородом таллиевых присадок удаляются образующиеся из них окисные частички, затрудняющие обработку, а атомы таллия остаются в достаточном количестве.

Химические и физические причины эффективного замещения основаны на следующих свойствах атомонов таллия. Атом таллия с трехвалентными электронами находится в его многочисленных стабильных соединениях в виде одновалентного элемента TICI> и при слабом накаливании выделяет хлор и переходит в ТIСI, а это стабильное соединение образует с хлоридом калия КСI смешанные кристаллы. С точки зрения металлофизики известно, что диаметр одновалентного иона таллия Тl+ (2,94 А ) очень близок по размерам к одновалентному иону калия К+. Полезные свойства вольфрама проявляются одновременно с восстанавливаемыми водородом присадками. Присадка таллия распределяется равномерно по всей длине проволоки, Кроме того, преимуществом таллиевых присадок по сравнению с калийными является то, что в лампах накаливания на спиралях с таллиевыми присадками при одинаковой конструкции спиралей практически отсутствуют отказы.

При температуре, применяемой в лампах

15 гю

25 зо

so

65 накаливания, изготовленных с калийными присадками, включения калия испаряются или вытесняются. Возникающие при температуре накала нити ионы калия К+ создают в газовом объеме лампы дуговой разряд, вследствие чего лампа разрушается. Вероятность возникновения ионов таллия значительно меньше, так как первый порог ионизации атомов калия составляет 4,34 эв, а атомов таллия — 6,12 эв.

В процессе исследований установлено, что присутствие в вольфрамовых телах накала естественных неочищаемых количеств калия в количестве 0,0002 О/о не оказывает какоголибо вредного эффекта. С другой стороны, для достижения благоприятного эффекта таллиевых присадок вольфрамовое тело накала должно содержать по меньшей мере 0,0001 /о таллия.

П р и,м в р 1. В разбавленную водой массу порошка W03, полученную из аммонийпаравольфрамата прокаливанием, добавляют такое количество таллийкремневольфрамата, которое соответствует в пересчете на 5 /о

TlgH(SIW»Ogp) 0,86 /О Tl и 0,004 /О Si, раствор кремневольфрамовой кислоты, содержащий

2/о H4(SIW»0

Из этой смеси обычным путем сушки и восстановления водородом получают порошкообразный металлический вольфрам, из которого прессуют стержни, подвергаемые спеканию в водородном пламени. В этих стержнях содержится, /О . TI 0,0001 — 0,001, Si около

0,0005 — 0,001 и Al около 0,001.

Пример 2. В разбавленную водой массу порошка W03 Н20, полученную из раствора натрийвольфрамата горячим осаждением соляной кислотой, добавляют раствор хлористого таллия, содержащий 0,5 /О Tl, в пересчете на W03 (на 100 слй содержится 0,34 г TICI, насыщенный при 200 С), раствор H4(SIW»0

Из этой смеси получают путем сушки и восстановления водородом порошкообразный металлический вольфрам, из которого прессуют стержни и спекают .их в водородном пламени.

В полученных стержнях содержится, /о. Tl

0,0001 — 0,0005, Siоколо 0,,001 и Аl 0,001.

В соответствии с примерами 1 и 2 обычной ковкой и вытяжкой изготавливают проволоку, из которой делают биспирали для ламп

220 в, 40 вт.

Спирали, полученные по этим примерам, по сравнению со спиралями, содержащими калийную присадку, добавленную в виде комбинации К20, SIO и А120з, имеют следующие преимущества; а) для получения нитей накала расходуется на 2 — 3 меньше вольфрамового порошка, вследствие лучшей обрабатываемости; б) в лампах накаливания, полученных со спиралями, содержащими таллий, не возникает дугового |разряда, если нити ламп,нагре

284740

Составитель Л. Сольц

Корректор Л Л Евдонов

Редактор А. Пейсочеико

Заказ 3648 5 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2 ваются постепенно до максимальной температуры нити при номинальном напряжении; в) при проведении пробы ламп на прочность по Фаллраду получают почти на 10—

20% лучше результаты, чем для ламп с калийной присадкой, При помощи комбинации присадок Т1аОз, SiO, и йааОз можно получать грубокристаллический вольфрам с улучшенными свойствами. Такой металл соединяет в себе преимущества, получаемые за счет присадки Ga03, с преимуществами, получаемыми за счет таллиевых присадок (например, отсутствие отказов).

Лампы, которые по условиям их назначения работают при высокой температуре, например выше 2500 С, и проекционные лампы с изогнутыми, разветвленными, многослойными спиралями накала выходят из строя во время работы или в конце срока службы вследствие дугового разряда. В этих лампах вдоль спирали и между ветвями спиралей возникает заметное падение напряжения по сравнению с так назывыемыми нормальными лампами. Причиной этого явления являются частые отказы за счет дугового разряда, обусловленного наличием калийной присадки.

В случае применения в проекционных лампах вольфрамовых нитей накала с присадкой таллия вместо калия количество дуговых разрядов, возникающих до истечения срока службы

5 лампы, а также при нормальном износе, значительно сокращается.

Предмет изобретения

1. Вольфрамовый порошок на основе трех10 окиси вольфрама, предназначенный для изготовления тел накала ламп накаливания и содержащий присадки калия, кремния и алюминия, отличающийся тем, что, с целью улучшения обрабатываемости получаемой из него

15 вольфрамовой проволоки и повышения формоустойчивости тела накала, он содержит калий только в виде естественной примеси в количестве меньше 0,0002% и в него введены соединения талия в таком количестве, чтобы

20 отношение их к трехокиси вольфрама составляло по весу 0,0001 — 0,05 и содержание галлия в вольфрамовой проволоке составляло не меньше 0,0001%.

2. Вольфрамовый порошок по п. 1, отяича25 ющийся тем, что он содержит, %. соединения кремния 0,01 — 0,2, соединения галлия 0,01—

0,1 и алюминий в виде естественной примеси менее 0,002,