WERKSTOFFKUNDE DER HOCHVAKUUMTECHNIK

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Karsten Berg
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1 WERKSTOFFKUNDE DER HOCHVAKUUMTECHNIK DR. WERNER ESPE Professor an der Technischen Hochschule Bratislava BAND I Metalle und metallisch leitende Werkstoffe V / Hochschule für Elektrotechnik JlrRenau k»htut/fuiv Lichttechnik sffiv. ß'jf.ß VEB DEUTSCHER VERLAG DER WISSENSCHAFTEN BERLIN 1959

2 INHALTSVERZEICHNIS Vorwort XI 1. EINFÜHRUNG 1 2. METALLOGRAPHISCHE VORBEMERKUNGEN 3 Rekristallisation 3 Verfestigung durch Kaltverformung; Duktilität. 8 Kriechgrenze und Formbeständigkeit 9 Einfluß des Reinheitsgrades 12 Literatur...» HOCHSCHMELZENDE METALLE UND LEGIERUNGEN Sinterverfahren 15 Literatur Wolfram 17 Erzaufbereitung 17 Metallgewinnung 21 Rohverarbeitung 26 Verarbeitung von Wolframdrähten 29 Warmfestigkeit und Warmbruchdehnung 39 Elastizitätsmodul und Torsionsmodul 42 Thermische Daten 43 Chemische Eigenschaften 47 Technische Anwendungen 53 Literatur * Molybdän 74 Erzaufbereitung 76 Metallgewinnung ; 79 Physikalische Eigenschaften und Bearheitbarkeit von Mo 84 Chemische Eigenschaften 93 Technische Anwendungen, 97 Literatur Wolfram-Molybdän-Legierungen 114 Literatur 3.5 Tantal ; Pulverherstellung, Pressen und Sintern 116 Weiterverarbeitung zu duktilem Metall 123 Physikalische Eigenschaften und Verarbeitung 126 Chemische Eigenschaften 128 Anwendungen des Tantals in der Hochvakuumtechnik 132 Literatur Tantal-Wolfram-Legierungen 142 Literatur Niob 142 Metallgewinnung 142

3 YI Inhaltsverzeichnis Verarbeitung und physikalische Eigenschaften 145 Chemische Eigenschaften 146 Technische Anwendungen 147 Literatur Rhenium 15 Literatur 15* 4. EDELMETALLE (PLATINMETALLE, GOLD, SILBER) 155 Literatur Platin und Platinlegierungen 156 Gewinnung und Verarbeitung 158 Physikalische Eigenschaften 158 Chemische Eigenschaften 164 Technische Anwendungen 166 Literatur Palladium und Palladiumlegierungen 173 Anwendungen von Pd in der Hochvakuumtechnik 175 Literatur Rhodium 180 Physikalische und chemische Eigenschaften von Rh 182 Technische Anwendungen 183 Literatur 1 * 4.4 Sonstige Metalle der Platingruppe (Ir, Os und Ru) 185 Literatur Gold : 187 Gewinnung 187 Physikalische Eigenschaften 189 Chemische Eigenschaften 190 Technische Anwendungen 190 Literatur Silber 195 Gewinnung, 195 Physikalische Eigenschaften 198 Chemische Eigenschaften 200 Anwendungen in der Hochvakuumtechnik 200 Literatur Silberlegierungen 203 Literatur UNEDLE METALLE Allgemeines 206 Literatur Nickel 211 Erzaufbereitung und Gewinnung 211 Rohverarbeitung 216 Physikalische Eigenschaften und Verarbeitung 216 Chemische Eigenschaften 229 Technische Anwendungen 231 Literatur Eisen 241 Erzaufbereitung und Gewinnung 241 Rohverarbeitung 247 Physikalische Eigenschaften und Verarbeitung 247 Chemische Eigenschaften 254 Technische Anwendungen 254 Literatur Kupfer 267 Erzaufbereitung und Gewinnung 267 Weiterverarbeitung 278

4 Inhaltsverzeichnis VII Physikalische Eigenschaften 280 Chemische Eigenschaften 284 Technische Anwendungen 288 Literatur Aluminium 305 Erzaufbereitung und Gewinnung 305 Physikalische Eigenschaften, Weiterverarbeitung 311 Chemische Eigenschaften 314 Technische Anwendungen 316 Literatur Beryllium 322 Gewinnung 322 Physikalische Eigenschaften und Weiterverarbeitung 325 Chemische Eigenschaften 329 Technische Anwendungen 330 Literatur LEGIERUNGEN UND KOMPOSITIONEN UNEDLER METALLE 340 Literatur Eisenlegierungen 340 I. Eisen-Nickel-Legierungen FeNi" 340 Technische Anwendungen von FeNi-Legierungen 345 IL Invar (36% Ni, Rest Fe) und Frigidal (33% Ni, 1% Cr, Rest Fe) 353 III. Fernichrom-Legierungen für Glas-Metall-Verschmelzungen 354 IV. FeNiCo-Legierungen, Kovar", Fernico" 357 Zusammensetzung von Kovar-Legierungen 357 Herstellung und Weiterverarbeitung 367 Physikalische Eigenschaften 369 Chemische Eigenschaften 375 Technische Anwendungen 376 V. Ferritisches Chromeisen für Glaseinschmelzungen 378 Verarbeitung 380 Physikalische Eigenschaften 385 Chemische Eigenschaften 394 Technische Anwendungen von CrFe-Legierungen 400 VI. Austenitisches Chrom-Nickel-Eisen 401 Technische Anwendungen 407 Literatur Nickellegierungen (mit mehr als 55% Ni-Gehalt) 413 I. Nickellegierungen mit 90 99% Ni 413 IL Chrom-(Eisen-)Nickel-Legierungen 417 III. Kobalt-Nickel-Legierungen mit 15 50% Co 423 IV. Kupfer-Nickel-Legierungen mit 20 40% Cu 423 Literatur Kupferlegierungen (mit mehr als 50% Cu) 429 I. Cu mit geringen Zusätzen IL Nickel-Kupfer-Legierungen, insbes. Konstantan mit etwa 55% Cu, 45% Ni 433 III. Zinn-Kupfer-Legierungen, insbes. Walzbronze mit 94% Cu, 6% Sn 436 IV. Zink-Kupfer-Legierungen mit 10 45% Zn 439 V. Phosphor-Kupfer-Legierungen 444 VI. Silicium-Kupfer-Legierungen 444 Literatur Legierungen unedler Metalle mit hochschmelzenden Metallen 445 I. Eisen-Molybdän-Kobalt mit 71% Fe, ~ 10% Mo, 19% Co; Handelsname EMK" IL Molybdän-Nickel-Eisen-Legierungen III. Wolfram-Nickel-Kobalt

Inhaltsverzeichnis IV. Wolfram-Nickel-Legierungen 451 Literatur 454 6.5 Verbundmetalle 454 I. Cu mit Ni-Auflage t 456 II. Cu-Draht mit Fe und Ni-Ümmantelung 456 HI.

5 Inhaltsverzeichnis IV. Wolfram-Nickel-Legierungen 451 Literatur Verbundmetalle 454 I. Cu mit Ni-Auflage t 456 II. Cu-Draht mit Fe und Ni-Ümmantelung 456 HI. 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 466 VII. Fe-Draht mit Cu-Auflage, 470 Vni. Fe mit Ni-Auflage 470 IX. FeNi (58/42) mit Cu-Belag, meist Kupfermanteldraht", Dumet"- oder Fink- Draht" genannt 472 X. FeNi (52/48)-Draht mit Pt-Auflage, sog. Platinit-Draht 479 XI. W- oder Mo-Drähte mit Goldauflage 479 XH. Mo-Draht mit Pt-Auflage 479 Xm. W-Draht mit Cu-Auflage 480 XIV. Wolfram-Kupfer.'',..' 480 XV. Wolfram-Blei 481 Literatur SELTENE METALLE Zirkonium 484 Gewinnung 484 Herstellung von Zr-Pulver Zirkonhydrid-Pulver 490 Duktiles Zirkonmetall 491 Physikalische Eigenschaften 497 Chemische Eigenschaften 502 Technische Anwendungen 507 Literatur Titan 514 Gewinnung 514 Herstellung von Ti-Pulver 514 Herstellung von duktilem Ti 520 Physikalische Eigenschaften 529 Chemische Eigenschaften von Ti 533 Technische Anwendungen 534 Anwendungsbeispiele für kompaktes duktiles Ti 534 Anwendungsbeispiele für Titan- und Titanhydrid-Pulver 538 Literatur Thorium 541 Herstellung von Th-Pulver 541 Herstellung von duktilem Th 544 Weiterverarbeitung von Sinterbarren aus duktilem Th 544 Physikalische Eigenschaften 545 Chemische Eigenschaften 545 Technische Anwendungen 546 Verwendungsbeispiele für Thoriumpulver 546 Verwendungsbeispiele für massives Thorium 546 Literatur Cerium Indium Kadmium 553 Technische Anwendungen Gallium 554

6 Inhaltsverzeichnis IX 7.8 Wismut Thallium Chrom Selen 561 Literatur SONSTIGE METALLE UND KOHLENSTOPF Magnesium 566 Herstellung 566 Eigenschaften 566 Technische Anwendungen von Mg in der Vakuumtechnik 568 Literatur Die Erdalkalimetalle Ba, Sr, Ca 569 I. Barium und Strontium 570 II. Calcium 576 "Literatur Alkalimetalle 580 I. Natrium und Kalium 583 IL Caesium 587 III. Lithium, 588 IV. Rubidium 589 Literatur Quecksilber 591 Gewinnung *, 591 Reinigung 591 Reinheitsprüfung 601 Physikalische Eigenschaften 601 Chemische Eigenschaften 602 Hygienische Maßnahmen bei der Verarbeitung von Hg 603 Technische Anwendungen 604 Literatur Kohlenstoff 611 I. Elektrographit 612 Herstellung 612 Weiterverarbeitung 617 Physikalische Eigenschaften 620 Chemische Eigenschaften 627 Technische Anwendungen 629 IL Poröse nichtgraphitierte Kohle 640 Herstellung 640 Anwendung 641 III. Poröse graphitierte Kohle 641 D7. Suspensionen aus kolloidalem Graphit 641 Herstellung 642 Technische Anwendungen von kolloidalen Graphitsuspensionen in der Vakuumtechnik 643 V. Kohle-Schichten, erzeugt aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen 645 Literatur SPEZIELLE VERARBEITUNGSMETHODEN DER VAKUUMMETALLE Formgebung und Zusammenbau 649 Literatur Metallentgasung 658 I. Allgemeine Vorbemerkungen 658 IL Entgasen des Rohmetalles beim Schmelzen 664

7 X Inhaltsverzeichnis HL Vorentgasung von Einzelteilen 675 IV. Entgasung des Elektrodensystems während des Röhrenpumpprozesses 698 Literatur Verbindung von Metallteilen 724 I. Punkt- und Naht-Schweißung 726 II. Abbrennschweißung (Stumpfschweißung) 742 III. Kalt-Preßschweißen 742 IV. Lichtbogenschweißung 744 V. Gasschmelzschweißung (Plammenschweißung) 753 VI. Lötverbindungen in der Vakuumtechnik 756 VII. Gußverbindungen 809 Vm. Mechanische Verbindungen 813 Literatur Oberflächenbehandlung von Metallen in der Vakuumtechnik 825 I. Waschen 825 IL Beizen 830 III. Prägen 838 IV. Sanden, Trommeln, Bürsten 838 V. Polieren. 840 VI. Galvanische Niederschläge auf Metallen (Elektroplattierung) 841 VII. Aufsublimieren im Vakuum von Metallüberzügen auf Metalluntergrund 849 VIII. Eindiffundieren von Fremdmetallen in Metalloberflächen 850 IX. Oxydieren 850 X. Karburieren oder Karbidisieren (Bildung von Metallkarbid-Oberflächen auf Metalluntergrund) 851 XL Bekohlen 852 XII. Aufwachsverfahren (Gas Plating) 860 XIII. Oberflächenbedeckungen aus Metall-, Metalloxyd- oder Metallkarbid-Pulver 862 XIV. Sonstige Oberflächenbehandlungen von Metallen 864 Literatur Anhang: Wichtige zusammenfassende oder vergleichende Darstellungen 869 Literatur Nachträge bei der Korrektur 904 Zusammenfassung (Russisch) 908 Sachregister 911

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