[0001] Diese Anmeldung steht in engem Zusammenhang mit der Parallelanmeldung EP-A-439 775.
Die Erfindung geht aus von einem Molybdänmaterial nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
[0002] Unter dem Begriff Molybdänmaterial sollen im folgenden Vormaterialien verstanden
werden, die für verschiedene Zwecke im Lampenbau angewendet werden. Das zunächst als
Sinterstab vorliegende Endprodukt der Molybdänherstellung wird anschließend nur noch
rein mechanisch weiterverarbeitet, so daß sich an der chemischen Zusammensetzung nichts
mehr ändert. Durch Walzen, Hämmern und Ziehen entstehen die gewünschten Vormaterialien.
Genauer gesagt entstehen bei diesen Prozessen zunächst Stifte oder Drähte. Röhrchen
oder Bandmaterial für die Folienherstellung werden dann als Halbzeug wiederum aus
Drähten oder Stiften hergestellt.
[0003] Aus der JP-A- 60 194 043 ist ein Molybdänmaterial bekannt, das mit mindestens einem
der Elemente Al, Si, K in einer Menge von 50 - 7500 ppm (Gew.) dotiert ist. Damit
läßt sich das Rekristallisationsverhalten von äußeren Stromzuführungen bei Lampen
verbessern.
[0004] Die Dotierung von Molybdänmaterial mit Eisen und/oder Kobalt ist aus der DD-PS 49
592 bekannt. Diese Maßnahme dient dazu, eine höhere Bruchdehnung und eine höhere Bruchfestigkeit
zu erzielen. Es hat sich jedoch in der Zwischenzeit herausgestellt, daß Kobalt ein
die Gesundheit gefährdender Stoff ist, für den inzwischen strenge Vorschriften am
Arbeitsplatz gelten (MAK-Werte). Weiterhin hat sich gezeigt, daß die gewünschten Eigenschaften
der Dehnung und Festigkeit nur mit großer Streubreite erzielt werden können, so daß
bei der Herstellung ein hoher Ausschuß verkraftet werden muß.
[0005] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Qualitätsverbesserung der Materialeigenschaften
von Molybdän-Halbzeug, insbesondere für die Lampenindustrie, zu erzielen und den Ausschuß
zu senken.
[0006] Eine weitere Aufgabe ist es, bei Herstellung von Molybdänmaterial ausschließlich
gesundheitlich unbedenkliche Stoffe zu verwenden.
[0007] Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung findet sich in Anspruch 2.
[0008] In den letzten Jahren haben sich die Anforderungen an die thermische und mechanische
Belastbarkeit des Molybdänmaterials ständig erhöht, insbesondere im Zusammenhang mit
der Entwicklung von PAR-Lampen und von Halogenglühlampen. Dies führte zunächst zu
einer weitgehenden Spezialisierung der Molybdänmaterialien für verschiedene Einsatzgebiete.
Beispielsweise wurden verschiedene Molybdänmaterialien für Kerndrähte, gasdichte Einschmelzstifte,
Halterdrähte und Dichtungsfolien hergestellt. Insbesondere bei Halterdrähten, die
eine zwischen Stromzuführungen aufgespannte Wendel stützen (vgl. z.B. DE-OS 27 46
850) ist eine hohe und konstante Dehnung die wichtigste Eigenschaft. Weiterhin kommt
es auch auf eine hohe Bruchfestigkeit und eine hohe Rekristallisationstemperatur an.
[0009] Darüber hinaus ergab sich lange Zeit ein scheinbar unlösbares Problem in der hohen
Streubreite dieser Eigenschaften, die, um einen hohen Ausschuß zu vermeiden, dazu
zwang, ständig die Maschinenparameter nachzuregeln.
[0010] Durch eine geeignete Dotierung mit Aluminium anstelle von Eisen und/oder Kobalt ist
es nun gelungen, diese Schwierigkeiten zu überwinden. Außerdem wird eine sehr geringe
Menge an Kalium zugesetzt. Dazu ist jedoch eine extrem hohe Reinheit des Molybdänausgangsmaterials
Voraussetzung; sie muß bei mindestens 99,97 Gew.-% allgemein und bei mindestens 99,999
Gew.-% in bezug auf Kalium liegen.
[0011] Aluminium verdampft während des Herstellungsprozesses - im Gegensatz zu Kalium -
nicht. Somit verhindert die Zugabe von Aluminium die Streuung der Materialeigenschaften.
[0012] Diese positive Eigenschaft wird erzielt durch die Zugabe von 150-800 Gew.-ppm Aluminium;
besonders gute Ergebnisse werden bei Verwendung von 400-600 ppm erzielt. Aus fertigungstechnischen
Gründen wird für die Regulierung der Korngröße zusätzlich eine sehr geringe Menge
an Kalium, 5-50 ppm, als Dotierung eingesetzt.
[0013] Ein derartiges Molybdänmaterial ist besonders gut als Halterdraht in der Lampenindustrie
geeignet. Das Einsatzgebiet liegt vor allem bei extrem hoher thermischer und chemischer
Belastung, wie sie bei bestimmten Typen (PAR-Lampen, Halogenlampen) auftritt. Als
Ausführungsbeispiel sei eine PAR-Glühlampe mit einer Leistung von 300 W angeführt.
Die Halter für den Leuchtkörper sind aus Molybdändraht gefertigt mit einem Durchmesser
von ca. 125 µm. Das Molybdän ist mit 500 ppm (Gew.) Al und 15 ppm (Gew.) K dotiert.
[0014] Die Dehnung (Δl/l) dieses Molybdändrahtes, in der einzigen Figur dargestellt, ist
etwas höher (ca. 21,5 %) als die eines entsprechenden Molybdändrahtes, der mit 500
ppm (Gew.) Kobalt dotiert ist (ca. 20,8 %). Von besonderer Bedeutung ist jedoch der
Umstand, daß die Streubreite der Dehnung bei der Aluminiumdotierung erheblich gegenüber
einer Kobaltdotierung reduziert ist. Sie beträgt etwa 2 % gegenüber ca. 5 % (s. Figur).
Auch andere Eigenschaften sind gegenüber den bekannten Dotierungen verbessert. So
beträgt beispielsweise die Rekristallisationstemperatur jetzt ca. 1700 °C gegenüber
nur 1100 °C beim Stand der Technik.
[0015] Für reduzierte Anforderungen können andere, insbesondere geringere Dotierungen verwendet
werden. Als Beispiel sei ein Molybdändraht mit einer Dotierung von 250 ppm Aluminium
und 15 ppm K genannt. Seine Dehnungskonstanz liegt bei etwa 3,5 %.
[0016] Das Verfahren zur Herstellung des Molybdänmaterials läuft im Prinzip nach dem Coolidge-Verfahren
ab (vgl. hierzu C. Agte/J. Vacek, Wolfram und Molybdän, Akademie-Verlag, Berlin, 1959,
insbes. Kap. 6): Ausgangsstoff für die Herstellung der Molybdänerzeugnisse ist beispielsweise
MoO₃ mit einer Reinheit von 99,97 Gew.-%. Diesem als Pulver vorliegenden Oxid wird
als Dotierstoff Aluminium und eine geringe Menge an Kalium zugegeben. Das Aluminium
wird als Nitrat (Al (NO₃)₃) beigefügt. Denkbar wäre auch die Verwendung einer anderen
instabilen Aluminiumverbindung, z.B. AlCl₃. Hingegen ist eine Verbindung hoher Stabilität,
z.B. Al₂O₃, ungeeignet, da das Aluminium bei der anschließenden thermischen Behandlung
nicht freigesetzt würde.
[0017] Die anschließende zweistufige Reduktion des Molybdänoxids wird in an sich bekannter
Weise mit einem H₂/N₂-Gemisch und reinem H₂-Gas durchgeführt. Vorteilhaft wird ein
Drehrohrofen statt eines mit Schiffchen zu bestückenden Vorschubofens verwendet. In
zwei Schritten wird das MoO₃ über MoO₂ zu Mo reduziert bei Temperaturen von ca. 500-600
°C (1. Schritt) bzw. 1000-1100 °C (2. Schritt).
[0018] Um die gewünschten duktilen Materialien herstellen zu können, wird das Metall auf
hydraulischen Pressen in Stahlmatrizen verpreßt. Die Sinterung erfolgt in einem Durchschubofen
bei niedrigen Temperaturen (1700 °C). Der dabei gebildete Sinterstab wird anschließend
durch Walzen, Hämmern und Ziehen zu Molybdändraht verarbeitet. Dieser Draht kann nun
beispielsweise zu Halterdraht oder auch Kerndraht verarbeitet werden.
1. Molybdänmaterial, insbesondere für die Lampenherstellung, wobei das Molybdän eine
Reinheit von mindestens 99,97 Gew.-% besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotiermaterial
nur Aluminium und Kalium enthalten sind, wobei der Aluminiumgehalt zwischen 150 und
800 ppm, bezogen auf das Gewicht, beträgt und wobei das Molybdänmaterial zusätzlich
mit einer geringen Menge an Kalium dotiert ist, die zwischen 5 und 50 ppm beträgt,
wobei der K-Anteil klein gegenüber dem Al-Anteil ist.
2. Molybdänmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt
zwischen 400 und 600 ppm beträgt.
1. Molybdenum material, particularly for making lamps, the molybdenum having a purity
of at least 99.97 % by weight, characterized in that only aluminium and potassium
are present as doping material, the aluminium content being between 150 and 800 ppm
by weight, and the molybdenum material being additionally doped with a small quantity
of potassium which is between 5 and 50 ppm, the K content being small as compared
with the Al content.
2. Molybdenum material according to Claim 1, characterized in that the aluminium content
is between 400 and 600 ppm.
1. Matériau à base de molybdène, notamment pour la fabrication de lampes, dans lequel
le molybdène a une pureté d'au moins 99,97% en poids, caractérisé en ce que comme
substance de dopage ne sont contenus que de l'aluminium et du potassium, la teneur
en aluminium étant comprise entre 150 et 800 ppm en poids, le matériau à base de molybdène
étant doPé en outre par une petite quantité de potassium qui représente de 5 à 50
ppm, la proportion de K étant petite par rapport à la proportion d'Al.
2. Matériau à base de molybdène suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la
teneur en aluminium est comprise entre 400 et 600 ppm.