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Elektrische Glühlampe, deren Leuehtkörper aus dem Karbid des Tantals oder eines Metalles der
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Es wurde schon vielfach versucht, Glühlampen mit einem Leuchtkörper aus Tantalkarbid zu schaffen, da Tantalkarbid einen ausserordentlich hohen Schmelzpunkt besitzt und daher auf eine eine sehr gute Lichtausbeute ergebende hohe Temperatur erhitzt werden könnte. Die bisherigen Vorschläge, welche in der Hauptsache in zwei Richtungen gingen, haben jedoch nicht zu praktisch brauchbaren Ergeb- nissen geführt. Man hat einerseits versucht, Leuchtkörper zu verwenden, die durchwegs aus Tantal- karbid bestanden.
Da es jedoch auf diesem Wege bisher nur gelungen ist, mechanisch wenig feste Tantal- karbidkörper herzustellen, welche stark kristallinisches Gefüge aufweisen, vor allem aber starr und leicht brüchig sind, konnten Lampen mit solchen Leuchtkörpern den an eine Glühlampe zu stellenden An- forderungen nicht genügen.
Der zweite Vorschlag, der im Wesen dahin ging, den Leuchtkörper nicht durchgehend aus Tantalkarbid herzustellen, sondern auf einem Kern aus Metall, u. zw. aus Wolfram,
Tantal oder Rhenium, einen Überzug aus Tantalkarbid zu verwenden, ist gleichfalls nicht geeignet, die günstigen Eigenschaften des Tantalkarbides als Leuchtkörper einer Glühlampe voll auszunutzen, da. sowohl Wolfram als auch Tantal und Rhenium Schmelzpunkte aufweisen, welche beträchtlich unter dem Schmelzpunkt des Tantalkarbides liegen, so dass es bei Anwendung dieser Metalle als Kerndraht von vornherein nicht möglich ist, den Hauptvorteil des Tantalkarbides, das ist seine hohe Erhitzungsmöglichkeit, auszunutzen.
Daneben ergibt sich bei der Verwendung von Wolfram der Nachteil, dass das Wolfram mit dem Tantalkarbid die Verbindung zu Wolframkarbid eingeht und dabei metallisches Tantal freimacht. welches schon bei verhältnismässig sehr niedriger Temperatur verdampft, so dass der Leuchtkörper schon nach kurzer Zeit unbrauchbar wird. Rhenium und Tantal setzen sich zwar mit dem Tantalkarbid nicht zu Verbindungen um, welche die Lampe betriebsunfähig machen würden, doch liegen ihre Schmelzpunkte noch tiefer als jener des Wolframs, so dass in diesen Fällen nur ein sehr unökonomischer Betrieb der Lampe möglich wäre bzw. nur sehr niedrige Leuchtdichte erhalten werden können.
Durch die Erfindung gelingt es nun, einen Leuchtkörper für Glühlampen zu schaffen, welcher die volle Ausnutzung der wertvollen Eigenschaften des Tantalkarbides bzw. des Karbides einer der Metalle der Tantalgruppe gestattet, ohne dass dabei die Nachteile der früheren Vorschläge in Kauf genommen werden müssten. Gemäss der Erfindung wird dabei wieder das Tantalkarbid von einer Seele getragen, doch besteht diese Seele nicht aus Metall, sondern aus einem Material, welches gleichzeitig den beiden im folgenden angeführten Erfordernissen entspricht : Es muss eine Schmelztemperatur aufweisen, welche nicht wesentlich unter, vorteilhaft aber noch über jener des Tantalkarbides liegt, und es darf ferner nicht durch eigene Karburierung eine schädliche Veränderung des Tantalkarbidüberzuges bewirken.
Ein Material, das diesen Anforderungen gleichzeitig genügt und darüber hinaus auch noch einen weiteren Vorteil besitzt, nämlich den, sich etwa im Betrieb bildendes Tantalmetall wieder zu Tantalkarbid zu regenerieren, ist Kohlenstoff in fester Form, welcher daher im Sinne der Erfindung als Träger für den Tantalkarbidüberzug verwendet wird. Der Kohlenfaden setzt sich mit Tantalkarbid nicht um und mit metallischem Tantal nur in höchst wünschenswerter Weise zu Tantalkarbid. Es kann daher weder eine Zerstörung des Tantalkarbidüberzuges noch der Kohlenseele zufolge chemischer Umsetzungen auftreten, im Gegenteil, es wird bei einer etwa auftretenden stellenweisen Bildung von. metallischem Tantal aus dem Tantalkarbid dieses Metall durch den Kohlenstoffgehalt der Seele sogleich wieder zum Karbid regeneriert.
Kohle hat einen beträchtlich über der Schmelztemperatur des Tantalkarbides liegenden
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Schmelzpunkt, so dass die Erhitzung ganz ohne Rücksicht auf die Kohlenseele so weit getrieben werden kann, als dies wegen des Tantalkarbides zulässig, bzw. zweckmässig erscheint.
Die nach der Erfindung ausgebildeten Tantalkarbidleuchtkörper können mit ausserordentlich gleichmässiger Oberflächenschicht hergestellt werden, welche noch die mechanischen Eigenschaften der verwendeten Kohlenseele beizubehalten gestattet. Sorgt man dafür, dass der Tantalkarbidüberzug die Kohlenseele an allen Stellen, also in durchwegs zusammenhängender, d. h. auch rissfreier Schicht, umschliesst, so ist ein Zerstäuben des Kohlenfadens mit. Sicherheit verhindert, auch wenn die angewendete Temperatur noch so hoch über jener liegt, bei welcher dieser Kohlenfaden zerstäuben würde, wenn er beispielsweise freiliegend im Vakuum untergebracht wäre.
Insoweit eine Aufzehrung der Kohlenstoffseele für die Regenerierung der Tantalkarbidschicht während des Betriebes erfolgt, ist dies für die Betriebsfähigkeit des Leuchtkörpers ohne schädliche Wirkung. Selbst wenn die Kohlenseele nach langer Betriebsdauer zum grössten Teile oder sogar zur Gänze zur Bildung von Tantalkarbid verbraucht worden sein sollte, besitzt der dann resultierende reine Tantalkarbidfaden noch immer genügende Elastizität, um technisch verwertbar zu bleiben.
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Kohlenfaden während seiner Herstellung spiralisiert oder derart in enge Schlingen gelegt sein, dass bei dem fertigen Leuchtkörper eine Aufspeicherung der Wärme bzw. eine gegenseitige Aufheizung der einzelnen Windungen erfolgt. Diese Ausbildung bzw.
Anordnung des Glühfadens erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn eine Gasfüllung, die in diesem Falle vorzugsweise eine Edelgasfüllung sein wird, in der Lampe vorgesehen ist. Im allgemeinen wird eine solche Gasfüllung, insbesondere eine Edelgasfüllung, stets empfehlenswert sein, weil sie die Möglichkeit der Bildung von metallischem Tantal durch Dissoziation an der Oberfläche aus dem Tantalkarbid, die zwar an und für sich im vorliegenden Fall sehr gering ist, noch weiter herabsetzt.
Die Herstellung eines Tantalkarbidleuchtkörpers nach der vorliegenden Erfindung erfolgt vorzugsweise derart, dass auf einen Kohlenfaden als Seele zunächst Tantal in metallischer Form als durchgehend zusammenhängender, festhaftender Überzug niedergeschlagen und hierauf in einem weiteren Verfahrensschritt dieses metallische Tantal in das Tantalkarbid übergeführt wird. Um vorerst das metallische Tantal auf den Kohlenfaden niederzuschlagen, wird dieser Kohlenfaden in einer z. B. tantal-halogenhaltigen Atmosphäre erhitzt, wobei in an sieh bekannter Weise das Metall aus der Gasphase auf den glühenden Kohlenfaden niedergeschlagen wird.
Es ist dabei vorteilhaft, in diesem Stadium des Verfahrens den Kohlenfaden nicht zu hoch zu erhitzen, damit nur ein gleichmässig homogener festhaftender Überzug aus dem reinen Tantalmetall gebildet wird, nicht aber schon Karbidbildung eintritt. Nachdem der Tantalmetallüberzug die erforderliche Dichte und Stärke erreicht hat, wird dieses Tantalmetall durch Kohlenstoffzufuhr in das Karbid verwandelt.
Dabei kann diese Kohlenstoffzufuhr entweder ausschliesslich von der Kohlenseele her erfolgen oder aber man kann den Kohlenstoff auch, zumindest zum grössten Teile, von aussen her zuführen. Im letzteren Falle wird der mit metallischem Tantal überzogene Kohlenfaden einer eine oder mehrere Kohlenstoffverbindungen enthaltenden Atmosphäre unter Erhitzung ausgesetzt. während bei Entnahme des zur Karburierung erforderlichen Kohlenstoffes aus dem Kohlenfaden allein dieser mit dem Tantalüberzug versehene Kohlenfaden in einer Edelgasatmosphäre oder im Vakuum
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zirka 1200-1600 Grad und sie kann entweder durch Widerstandserhitzung oder durch Erhitzung in einem Ofen herbeigeführt werden. Die Erhitzung ist vorsichtig und langsam durchzuführen, damit das Tantalmetall nicht verdampft, bevor das Tantalkarbid gebildet wurde.
Besondere Vorsieht ist dabei dann anzuwenden, wenn die Erhitzung im Vakuum erfolgt, während bei Erhitzung in einer Edelgasatmosphäre die Gefahr einer Verdampfung des Tantalmetalles wesentlich geringer ist. Bei der Erhitzung des den Tantalüberzug tragenden Kohlenfadens in einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre kann man das Verfahren durch entsprechende Auswahl der zu zersetzenden Kohlenstoffverbindungen (vorzugsweise Kohlenwasserstoffe) und durch die Art der Erhitzung entweder so leiten, dass sowohl die kohlen-. stoffhaltige Atmosphäre als auch die Kohlenfadenseele in beträchtlichem Masse zur Kohlenstofflieferung herangezogen werden, oder dass die Kohlenstoffaufnahme durch das Tantal ausschliesslich oder zumindest zum allergrössten Teile nur aus der kohlenstoffhaltigen Atmosphäre erfolgt.
Die Methoden der Karburierung von aussen her bzw. der Karburierung von innen und aussen her gleichzeitig, sind der Karburierung bloss von innen her deswegen : vorzuziehen, weil dabei die Oberfläche der Kohlenfadenseele mehr geschont wird.
Es ist selbstverständlich, dass der Kohlenfaden vor dem Überziehen mit Tantal auf das sorgfältigste entgast und gereinigt werden muss, damit keine Schädigung des Überzuges durch aus dem Kohlenfaden bei Temperaturerhöhung austretende schädliche Verunreinigungen erfolge.
Es erweist sich als zweckmässig, die Herstellung des den Tantalkarbidüberzug tragenden Kohlenfadens ausserhalb der Glühlampe vorzunehmen, wenngleich es natürlich auch möglich ist, den Herstellungsprozess in der Glühlampe selbst durchzuführen. Die Herstellung ausserhalb der Glühlampe ist deswegen vorzuziehen, weil es vorkommen kann, dass der Faden nicht an allen seinen Teilen die gleiche Temperatur annimmt und daher der Überzug nicht an allen Stellen des Fadens gleichmässig ist. Insbesondere ist
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in dem Falle von Widerstandserhitzung damit zu rechnen, dass an den Stromzuführungsenden niedrigere Temperaturen vorhanden sind als an den übrigen Teilen des Fadens, so dass diese Enden Fehlerquellen bilden könnten.
Erfolgt nun die Herstellung des Fadens ausserhalb der Glühlampe, so hat man es ohne weiteres in der Hand, derartige nicht ganz einwandfreie Teile des Glühfadens zu entfernen, wobei man nur den Faden ursprünglich etwas länger zu wählen hat, als er in der endgültigen Verwendung in der Glühlampe benötigt wird. Der fertiggestellte Faden wird nun in bekannter Weise in ein Glühlampenfüsschen eingeführt, wobei es vorteilhaft sein kann, die Enden des Fadens und die Stromzuführungen noch besonders durch Auftragen von Tantalkarbid zu schützen.
In analoger Weise, wie eben für das Tantalkarbid beschrieben wurde, können auch die Karbide der Homologen des Tantals, Niob und Vanadium, nutzbar gemacht werden. Diese letzteren Materialien haben allerdings einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Tantalkarbid, so dass die erzielbare Leuchtdichte unter der mit Tantalkarbid erreichbaren bleibt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Glühlampe, deren Leuchtkörper aus einem auf einem Träger aufgebrachten Karbid des Tantals oder eines Metalles der Tantalgruppe besteht, dadurch gekennzeichnet, dass als Träger für das Tantalkarbid fester Kohlenstoff dient.