Die Erfindung betrifft die Herstellung von Fasern aus Platin oder Palladium oder Legierungen auf Platin- oder Palladiumbasis, und von Vliesen oder Netzen daraus.

B. Serole hat ein Verfahren zur Herstellung von Metallpulver beschrieben (EP 0 726 806 B1), bei dem das Material als Schmelze durch Düsen geleitet und schnell abgekühlt wird.

Demgegenüber haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, zu Vliesen verarbeitbare Fasern zu erzeugen. Ziel ist es insbesondere, Edelmetalllegierungen auf der Basis von Platin oder Palladium so zu modifizieren, dass sie im Laufe der Gasverdüsung zu Fasern erstarren.

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Herstellung von Fasern aus einer Legierung auf Pt-Basis durch Gasverdüsung, indem durch Zulegieren von Bor die Viskosität der Pt- Schmelze so eingestellt wird, dass bei der Verdüsung kein Pulver entsteht, sondern Fasern. Erfindungsgemäß können Fasern aus Platin, Palladium oder Legierungen auf Pt- oder Pd-Basis hergestellt werden, die jeweils etwa 2 % Bor enthalten. Dadurch wird sowohl der Schmelzpunkt reduziert als auch die Sinterfähigkeit der Fasern verbessert.

Erfindungsgemäß hergestellte Fasern aus Pt- und Pd-Legierungen eignen sich für gesinterte Vliese, die in katalytischen Prozessen (z. B. Salpetersäureherstellung) verwendet werden.

Ein typisches Beispiel für ein einfaches Gasverdüsungsverfahren wird in der EP 0 726 806 B1 , Figur 7 (Patent ITO-Verfahren, B. Serole) angegeben:

Obwohl diese Abbildung wegen der im o. a. Patent beschriebenen reaktiven Plasma-Verdüsung von Indium-Zinn-Legierung zu Indium-Zinn-Oxid relativ komplex ausgeführt ist, zeigt sie die wesentlichen Merkmale einer sehr einfachen Verdüsungseinrichtung zur Erzeugung von Metallpulver. Ein Gas wird durch den Ringspalt 34, der als Venturidüse ausgelegt ist, mit hoher Geschwindigkeit gefördert. Die Zerstäubungsdüse besteht aus einer oberen Kammer, die in der o. a. Figur parabolisch ausgebildet ist, mit einem Durchlass 31 zu einem konischen Expansionsbereich 35. Die Gasströmung durch den Ringspalt 34 erzeugt im Bereich der Auslassöffnung 33 einen Unterdruck. Experimentell werden die Konizitäts-Winkel des Ringspalts sowie des Expansionsbereichs so eingestellt, dass der Unterdruck im Bereich der Auslassöffnung maximiert wird, damit eine weitere Gasströmung von der oberen Kammer der Zerstäubungsdüse durch den Durchlass 31 in den Expansionsbereich erzeugt wird. Die geometrische Form der oberen Kammer, des Durchlasses sowie des Expansionsbereichs wird anhand von Finite-Elementen-Modellierung sowie experimentell so ausgelegt, dass diese Gasströmung weitestgehend laminar ist.

Die Schmelze wird aus einem Schmelztiegel über ein Kapillarröhrchen oberhalb des Durchlasses in die obere Kammer geleitet. Durch Einstellung des Innendurchmessers des Kapillarröhr- chens sowie der Höhe des Röhrchens oberhalb des Durchlasses wird sichergestellt, dass die Schmelze in der Form eines dünnen kontinuierlichen Fadens in den Durchlass eintritt. Hier wird der Schmelzstrahl von der Gasströmung beschleunigt, bis der Strahl auseinander gerissen wird. Bedingt durch die hohe Oberflächenspannung und geringe Viskosität von Metallschmelzen ziehen sich die einzelnen Tropfen zu kleinen Kugeln zusammen, die rasch erstarren. Dadurch entsteht ein weitgehend kugeliges Pulver.

Überraschenderweise wurde festgestellt, dass durch das Zulegieren von Bor zu Pt und seinen Legierungen (z. B. PtRh-Legierungen) im untereutektischen Bereich (ca. 1 ,5 Gew.-% B im Vergleich zur Zusammensetzung des Eutektikums zwischen BPt ₃ und BPt ₂ bei 2,1 Gew.-% B) bei einer Temperatur etwas oberhalb der eutektischen Temperatur von 790 ⁰ C (s. Zustandsdiag- ramm, Anlage 1) eine extrem zähflüssige, teigige Schmelze erzielt werden konnte. Durch sorgfältige Einstellung der Viskosität entstand bei der oben beschriebenen Gasverdüsung kein kugeliges Pulver, sondern eine Vielzahl feiner Fasern. Zur Ermittlung der Viskosität reicht eine vergleichende Methode aus. Bei den vorliegenden Untersuchungen wurde das im Lehrbuch „Keramische Glasuren und ihre Farben für Studium - Handwerk - Industrie" von Werner Lehnhäuser, Verlag Ritterbach, 4. Auflage, Seiten 477-478, beschriebene Rinnenviskosimeter angewendet, wobei die Rinnenplatte speziell aus Aluminiumoxid angefertigt wurde, um einen Angriff der Rinnenoberfläche durch den Boranteil der Legierung zu vermeiden.

Das Bor wird bevorzugt unter Schutzgasatmosphäre mit dem Metall gemischt. Weiter ist es bevorzugt, dass die Fasern zu einem Vlies oder Netz gesintert werden.

Das Bor wird in einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens thermisch als Oxid aus den Fasern entfernt.

Vergleichsbeispiel 1 Verdüsung zu Kugeln

In Anlehnung an Figur 7 der EP 0 726 806 B1 wird eine Düse aus Bornitrid angefertigt. Anhand von Vorversuchen wird die Ringspaltdüse mit einem halben Öffnungswinkel von 20° ausgelegt. Die Düse wird in eine Verdüsungsapparatur zwischen einer oberen und einer unteren Kammer installiert. In der oberen Kammer ist eine Induktionsschmelzvorrichtung mit einem Tiegel aus Zirkoniumoxid. In den Boden des Tiegels wird ein Kapillarröhrchen aus Aluminiumoxid mit Innendurchmesser 2,5 mm einzementiert. Das obere Ende des Kapillarröhrchens kann während des Aufschmelzvorgangs mit einer Stopfenstange verschlossen werden. Mittels einer Heizwendel wird das Kapillarröhrchen beheizt, um das Einfrieren der Metallschmelze beim Passieren des Röhrchens zu verhindern.

Zum Betrieb der Verdüsungsapparatur wird die Ringspaltdüse mit Stickstoff bei einem Druck zwischen 5 und 6 bar gespeist. Die untere Kammer wird über einen Zyklonabscheider an eine Wasserringpumpe angeschlossen, die in der Kammer einen Unterdruck entsprechend etwa 800 mbar erzeugen kann und so den über die Ringspaltdüse eingeleiteten Stickstoff aus der Kammer befördert.

Der durch den Venturi-Effekt erzeugte Unterdruck in der Nähe der Ringspaltdüsenöffnung führt zu einer Gasströmung von der oberen in die untere Kammer. Über eine geeignete Druckregelung wird die obere Kammer so mit Stickstoff gespeist, dass der Druck zwischen 1000 und 1100 mbar gehalten wird.

Zur Überprüfung der Verdüsungsapparatur wird der Schmelztiegel mit 600 g einer AgCu7,5- Legierung chargiert. Diese Legierung, auch „Sterling Silber" bezeichnet, hat einen Liquidus von ca. 880 ⁰ C und einen Solidus von ca. 770 ⁰ C. Die Legierung wird auf 850 ⁰ C erwärmt und zeigt eine teigige Konsistenz, da sie nicht vollständig aufgeschmolzen ist. Nach dem Einschalten der Wasserringpumpe sowie der Stickstoffversorgung zur Ringspaltdüse und der oberen Kammer wird die Stopfenstange aus dem Tiegel gezogen. Die Metallschmelze strömt durch das Kapillarröhrchen und wird durch die Gasströmung in der Düse beschleunigt. Der Gießstrahl zerteilt sich in kleine Partikel, die größtenteils im Zyklonabscheider aufgefangen werden. Nach dem Verdü- sungsvorgang ist festzustellen, dass die Partikel im Wesentlichen kugelförmig sind und einen mittleren Durchmesser von 27 μm aufweisen.

Ausführungsbeispiel 2 Verdüsung zu Fasern

Zum Vergleich wird eine Legierung aus 98,4 Gew.-% Pt und 1 ,6 Gew.-% B durch Schmelzen in einem Vakuumlichtbogenofen geschmolzen. Diese Legierung hat einen Liquidus von ca. 1000 ⁰ C und einen Solidus von ca. 825 ⁰ C. Anhand von Messungen am Rinnenviskosimeter erreicht diese PtB1 ,6-Legierung bei 950 °C in etwa die gleiche Viskosität wie die Legierung AgCu7,5 bei 850 ⁰ C und kann ebenfalls das Kapillarröhrchen passieren. Nach dem Einschalten der Wasserringpumpe sowie der Stickstoffversorgung zur Ringspaltdüse und der oberen Kammer wird die Stopfenstange aus dem Tiegel gezogen. Die auf 950 ⁰ C erhitzte Metallschmelze strömt durch das Kapillarröhrchen und wird durch die Gasströmung in der Düse beschleunigt. Der Gießstrahl zerteilt sich in kleine Partikel, die größtenteils im Zyklonabscheider aufgefangen werden. Nach dem Verdüsungsvorgang ist festzustellen, dass die Partikel im Wesentlichen faserförmig sind. Die Untersuchung im Rasterelektronenmikroskop zeigt einen kreisrunden Querschnitt mit einem mittleren Durchmesser von etwa 35 μm und eine mittlere Länge von etwa 4,5 mm.

Vergleichsbeispiel 3 Verdüsung zu Kugeln

Die gleiche Legierung wie im Ausführungsbeispiel 2 wird im Schmelztiegel der Verdüsungsap- paratur auf 1020 ⁰ C erhitzt und auf analoge Weise dem Verdüsungsprozess unterzogen. Auch in diesem Fall zerteilt sich der Gießstrahl in kleine Partikel, die größtenteils im Zyklonabscheider aufgefangen werden. Nach dem Verdüsungsvorgang ist festzustellen, dass die Partikel im Wesentlichen kugelförmig sind. Die Teilchen haben eine mittlere Teilchengröße von 32 μm.

Ausführungsbeispiel 4 Verdüsung zu Fasern

Analog dem Ausführungsbeispiel 2 wird aus 98,4 Gew.-% einer vorgefertigten PtRhδ-Legierung und 1 ,6 Gew.-% B im Vakuumlichtbogenofen eine Legierung hergestellt und bei 950 ⁰ C dem Verdüsungsprozess zugeführt. Nach dem Verdüsungsvorgang wird festgestellt, dass die Partikel im Wesentlichen faserförmig sind. Die Untersuchung im Rasterelektronenmikroskop ergibt einen kreisrunden Querschnitt mit einem mittleren Durchmesser von etwa 40 μm und eine mittlere Länge von etwa 5,5 mm.