DE2352063C3

DE2352063C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung von Kupfer mit einem Boratglas

Info

Publication number: DE2352063C3
Application number: DE2352063A
Authority: DE
Inventors: George R. Culver City Blair; Michael R. Los Angeles Elam
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1972-10-30
Filing date: 1973-10-17
Publication date: 1975-10-02
Also published as: DE2352063A1; DE2352063B2; JPS5512101B2; FR2204710A1; FR2204710B1; IT1000099B; US3801367A; GB1402067A; JPS4976918A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Kupfer mit einem Boratglas, bei der das Kupfer auf Rotglut erwärmt und dann in eine Boraxlösung eingetaucht wird.

Das Eintauchen von rotwarmem Kupfer in eine Boraxlösung zur Erzeugung einer Boratglasschicht auf Kupfer ist eine bekannte Technik, die beispielsweise zur Herstellung von sogenannten »Housekeeper«- Schmelzverbindungen zwischen Kupfer- und Glasrohren, beispielsweise bei Radarröhren, verwendet wird. Die auf diese Weise erzielten Glasschichten sind jedoch nicht immer gleichförmig.

Aus »Glas-Email-Keramo-Technik« April 1966, Heft 4, Seiten 124 bis 129, ist es bekannt, daß bei der Anglasung von Kupferrohren die beim Erwärmen des Kupfers entstehende Kupfer(l)-Oxid-Schicht für die Ausbildung der Glasverschmelzung günstig ist, jedoch das Entstehen einer Kupfer(U)-Oxid-Schicht vermieden werden muß. Daher muß bei dem Anglasen von Kupferrohren vermieden werden, daß die zu verschmelzenden Kupferteile unmittelbar einer oxydierenden Flamme ausgesetzt und übermäßig lange auf zu hohe Temperaturen erwärmt werden. Die Anwendung einer Boratglasschicht zur Verbesserung der Schmelzverbindung behandelt diese Druckschrift nicht.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun- 6« de, ein Verfahren zu schaffen, das die Herstellung einer gleichförmigen und flexiblen Boratglasschicht ermöglicht. Mit einem solchen Boratglas beschichtetes Kupfer wäre dann für alle Anwendungszwecke geeignet, bei denen sehr dünne isolierende Schichten mit mittlerem Isolationswiderstand erforderlich sind, beispielsweise für Spulenwicklungen auf Wanderfeldröhren oder Transformatorwicklungen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art das Erwärmen des Kupfers in einer im wesentlichen aus Wasserstoff, Natriumborat und Luft bestehenden Atmosphäre erfolgt, deren Sauerstoffgehalt ausreicht, um Kupfer in CmO umzuwandeln, aber nicht genügt, um CuO zu bilden.

Das erfifidungsgemäße Verfahren eignet sich zur Beschichtung von Kupfer in Band-, Blech-, Draht- und Blockform und ergibt Isolationsschichten aus einem flexiblen BoratgJas. die eine außerordentlich gute Haftfähigkeit aufweist.

Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Gegenstand, bei der das Kupfer in Form eines Stranges fortlaufend durch die Boraxlösung und eine mit der Natriumborat enthaltenden Atmosphäre gefüllte Heizzone hindurchgefühn wird. Bei dieser Vorrichtung ist über einem Boraxlö sung enthaltenden Bad ein Quarzrohr angeordnet und durch das Quarzrohr und die Boraxlösung ein Kupfer strang hindurchgefühn. Das Quarzrohr ist auf einem wesentlichen Teil seiner Länge mit einer Heizeinrich tung umgeben, und es ist die an seinem dem Bad mit der Boraxlösung abgewandten Ende vorhandene öffnung nur wenig größer als der Querschnitt des Kupferstranges, so daß das Quarzrohr eine Kammer für die das Natriumborat enthaltende Atmosphäre ist. die im wesentlichen von dem von der Natriumboratlösung aufsteigenden Dampf gebildet wird.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungs formen des erfindungsgemäßen Verfahrens einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination verwirklicht sein. Es zeigt

F i g. 1 in teilweise schematischer Darstellung einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

F i g. 2 eine Draufsicht auf die teilweise aufgebrochene Damptbeschichtungskammer der Vorrichtung nach F i g. 1 in größerem Maßstab.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung wird ein bandförmiger Kupferstrang 10 von einer Spule 8 über eine Rolle 9 und durch eine verengte öffnung 11 nach unten durch ein Quarzrohr 12 gezogen. Das Quarzrohr 12 ist vorzugsweise aus durchsichtigem Quarz gefertigt, da dieser die von glühenden Heizdrähten 15 ausgesandte Infrarotstrahlung nicht absorbiert. Die Heizdrähte 15 mit den elektrischen Zuleitungen 23, 23a, 23b und 23c sind auf einem aus keramischem Material bestehenden Leiterträger 22 angeordnet. Wie die F i g. 1 zeigt, ist das Quarzrohr 12 in zwei öfen 13 und

14 angeordnet und durch konzentrische öffnungen 16, 17 und 18 derselben hindurchgefühn. Die Heizdrähte

15 in den Öfen erzeugen genügend Wärme, um das Kupfer innerhalb der öfen 13 und 14, also vor dem Eintritt in eine in einem Behälter 20 enthaltene gesättigte Boraxlösung 19, auf Rotglut, d. h. auf etwa 850 bis 900° C zu erwärmen. Das untere Ende 21 des Quarzrohres 12 ist in einem von dem Spiegel der Lösung 19 kritischen Abstand angeordnet, der in Verbindung mit

der Verengung der öffnung 11 eine verminderte Sauerstoffkonzentration innerhalb des Quarzrohres 12 bewirkt Der verminderte Sauerstoffgehalt läßt nur eine Oxydation der Kupferoberfläche .ai Q12O zu. Es ist wichtig, eine Oxydation des Krnfers zu CuO zu verhindern, da dieses die Haftung deV resultierenden Boratglasbeschichtung erheblich beeinträchtigt

An Stelle der in der F i g. 1 veranschaulichten Ausführungsform, bei der zwei bündig aneinander angrenzende öfen verwendet werden, können auch andere jo Ofenanordnungen benutzt werden, vorausgesetzt daß sie es ermöglichen, das Kupfer auf einem kurzen Weg in einer Atoosphäre von Wasserdampf, mitgeführtem Natriumborat und verminderter Sauerstoffkonzentration auf Rotglut zu erhitzen. Wegen seiner hohen Warmeleitfähigkeit glüht das Kupfer etwa dunkelrot, wenn es in der Boraxlösung 19 abgeschreckt wird. Auch kann die Art und Weise, wie das Kupfer lurch die Heizzone geführt wird, je nach der Art des Produkts verschieden sein. Wenn es nicht beabsichtigt ist, die Länge und Form des Kupfermaterials zu verändern, muß das Aufheizen und das Durchziehen des Kupfers derart gesteuert sein, daß dessen Erweichungspunkt nicht erreicht wird, damit das Kupfer durch den Zug nicht gestreckt oder gar abgerissen wird.

Wenn das mindestens dunkelrot glühende Kupferband in die Boraxlösung 19 eintritt bewirkt es ein teilweises Verdampfen der Lösung. Infolgedessen füllt sich das Quarzrohr 12 mit einer Dampfphase, Jie im wesentlichen aus Wasserdampf, in diesem mitgeführtes Natriumborat und einem, wie oben erwähnt, Sauerstoffanteil verminderter Konzentration besteht. Nachdem die Kupferoberfläche zu O12O oxydiert ist, reagiert sie mit dem mitgeführten Natriumborat unter Bildung von Boratglas, das etwa nach der Formel CuO · Na2B-iO7 aufgebaut ist. Diese Glasbeschichtung wird verstärkt, wenn das Kupfer die gesättigte Boraxlösung 19 durchläuft

Das behandelte Kupfer wird über Rollen 24, 25 und 26 mit Hilfe nicht dargestellter Einrichtungen durch die Boraxlösung 19 gezogen, sodann in einer nicht dargestellten Spülvorrichtung abgesprüht und in einer nicht dargestellten Vorrichtung trockengewischt. Die Dicke der Beschichtung eines Drahtes, Sandes usw. liegt nach einem einmaligen Durchgang durch den Ofen und die Lösung in der Größenordnung von 0,0025 mm bis 0,005 mm. Bei Bedarf kann die Dicke durch mehrfache Durchgänge vergrößert werden.

In der Fig.2 ist die gegenseitige Anordnung der verengten öffnung 11, des Quarzrohres 12, des oberen Ofens 13, des keramischen Leitungsträgers 22, der Heizdrähte 15 und einer elektrischen Zuleitung 23 dargestellt

Die Größe der verengten öffnung 11 und der Durchmesser des Quarzrohres 12 können etwas variiert werden und hängen in erster Linie von der Form des zu behandelnden Kupferteils ab. Die öffnung sollte groß genug sein, um das Kupferteil leicht hindurchgleiten zu lassen, und eng genug, um ein Durchströmen des Quarzrohres 12 durch Kamineffekt zu verhindern. Dies ist notwendig, um die Menge des am unteren Ende des Quarzrohres eintretenden Sauerstoffs klein zu halten. Ein gewisser Kamineffekt tritt jedoch am oberen Ende des Rohres auf, wobei die durch die verengte öffnung 11 ausströmenden Gase den Eintritt von Sauerstoff durch diese öffnung wirksam vermindern.

Wenn ein Kupferband von etwa 25 mm Breite und etwa 0,025 mm bis etwa 0,25 mm Dicke beschichtet werden soll, so ist ein Schlitz von etwa 28 mm Länge und 3 mm Breite ausreichend, um ein leichtes Hindurchgleiten des Bandes zuzulassen. Das Quarzrohr 12 wird in diesem Falle vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 30 mm und eine Länge von etwa 600 mm aufweisen, und sein unteres Ende 20 wird etwa 3 bis 6 mm oberhalb des Spiegels der Lösung 19 angeordnet sein. Bei diesen Verhältnissen wird das Kupferband mit einer Geschwindigkeit von etwa 3 m/min bis etwa 18 m/min in das Quarzrohr hineingezogen. Diese Geschwindigkeit wird in einem gewissen Grad von der Dicke des Kupfermaterials abhängen, da ein dickeres Material eine größere Verweilzeit benötigt, um auf Rotglut zu kommen.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Kupfererzeugnisse eignen sich besonders für Spulenwicklungen von Wanderfeldröhren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beschichtung von Kupfer mit einem Boratglas, bei dem das Kupfer auf Rotglut er- S wärmt und dann in eine Boraxlösung eingetaucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen des Kupfers in einer im wesentlichen aus Wasserdampf, Natriurnborat und Luft bestehenden Atmosphäre erfolgt, deren Sauerstoffgehalt ausreicht, um Kupfer in OuO umzuwandeln, afrer nicht genügt, um CuQ zu bilden.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Natriumborat enthaltende Atmosphäre durch Verdampfen der vorzugsweise gesättigten Natriumboratlösung durch Eintauchen des warmen Kupfers und Auffangen der Dampfphase gewonnen wird.

3. Verfahren nach Anspruch J oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer in Form eines Stranges fortlaufend durch die Boraxlösung und eine mit der Natriumborat enthaltenden Atmosphäre gefüllte Heizzone hindurchgeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß über einem Boraxlösung (19) enthaltenden Behälter (20) ein Quarzrohr (12) angeordnet und durch das Quarzrohr (12) und die Boraxlösung (19) ein Kupferstrang (10) hindurchgeführt ist. und daß das Quarzrohr (12) auf einem wesentlichen Teil seiner Länge von einer Heizeinrichtung (13, 14) umgeben ist. und die an seinem dem Behälter (20) mit der Boraxlösung (19) abgewandten Ende vorhandene öffnung (11) nur wenig größer ist als der Querschnitt des Kupferstranges (10).