AT13521U1 - Bauelement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauelement, das mit flüssigem Zinn benetzbar ist, und eine Verfahren zu dessen Herstellung, wobei die zu benetzende Fläche des Bauelements (2a) zumindest eines der folgenden Elemente oder eine Legierung aus einem Refraktärmetall mit zumindest einem der folgenden Elemente aufweist: B, Co, Fe, Hf, Nb, Re, Ru, Si, Ta, Ti, V, Zr.

Description

österreichisches Patentamt AT 13 521 U1 2014-02-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Bauelement, das mit flüssigem Zinn benetzbar ist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

[0002] WO 2012/007146 A1 offenbart Elektroden und Verfahren zur Herstellung von Elektroden für eine Plasmaentladungslampe, bei der die Elektroden während des Betriebs der Lampe mit flüssigem Zinn benetzt werden. Um die Benetzungseigenschaften der Elektrode zu verbessern, wird die zu benetzende Oberfläche der Elektrode mit Nickel, Chrom oder Kupfer beschichtet.

[0003] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine alternative Lösung für ein mit flüssigem Zinn gut benetzbares Bauelement sowie ein Verfahren zur dessen Herstellung bereitzustellen.

[0004] Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 5 gelöst.

[0005] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0006] Gemäß Anspruch 1 wird ein Bauelement bereitgestellt, das mit flüssigem Zinn (Sn) benetzbar ist. D.h. das Bauelement bzw. die zu benetzende Fläche des Bauelements ist gut bzw. vollständig mit flüssigem Zinn benetzbar, so dass sich beim Kontakt mit flüssigem Zinn ein geschlossener bzw. gleichmäßiger Zinn-Film auf dem Bauelement bzw. auf der zu benetzenden Fläche des Bauelements ausbildet. Um eine gute Benetzbarkeit bereitzustellen, weist die zu benetzende Fläche des Bauelements zumindest eines der folgenden Elemente: Bor (B), Cobalt (Co), Eisen (Fe), Hafnium (Hf), Niob (Nb), Rhenium (Re), Ruthenium (Ru), Silicium (Si), Tantal (Ta), Titan (Ti), Vanadium (V), Zirconium (Zr). Alternativ weist die zu benetzende Fläche des Bauelements eine Legierung aus einem Refraktärmetall wie z.B. Wolfram (W), Molybdän (Mo) mit zumindest einem der oben genannten Elemente auf. Beispielsweise weist das Bauelement eine Beschichtung aus zumindest einem der oben genannten Elemente auf, wobei ein Grundkörper aus einem anderen (z.B. preisgünstigeren) Material hergestellt ist. Alternativ ist das Bauelement insgesamt bzw. durchgehend aus zumindest einem der oben genannten Elemente ausgebildet.

[0007] Gemäß einer ersten Ausgestaltung weist das Bauelement einen Grundkörper auf, der aus einem Refraktärmetall oder aus einer Legierung mit Refraktärmetallbasis hergestellt ist. Beispielsweise ist der Grundkörper aus Wolfram oder Molybdän hergestellt oder einer Legierung auf Wolfram- oder Molybdänbasis, z.B. Wolfram mit 1% Lanthanoxid La203 (WL10). Refraktärmetalle sind äußerst hitzebeständig, korrosionsbeständig und weisen einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und damit eine hohe Formbeständigkeit auf. Dadurch sind sie für Anwendungen mit hohen thermischen Belastungen geeignet. Die Benetzbarkeit von flüssigem Zinn auf Refraktärmetallen ist jedoch gering, insbesondere sinkt die Benetzbarkeit mit steigender Korrosionsbeständigkeit.

[0008] Um die Benetzbarkeit des Bauelements zu verbessern, wird daher auf dem Grundkörper eine Beschichtung aufgebracht, die zumindest eines der oben beschriebenen Elemente aufweist. Das Beschichten kann beispielsweise mittels Eintauchen in eine Schmelze aus den jeweiligen Elementen oder mittels Verfahren wie physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) oder chemische Gasphasenabscheidung erfolgen. Insbesondere kann nach dem Beschichten der beschichtete Grundkörper bzw. das Bauelement erhitzt werden, so dass sich nach dem Erhitzen des beschichteten Grundkörpers zumindest in einem Grenzbereich zwischen Grundkörper und Beschichtung eine Legierung ausbildet, z.B. in Form einer intermetallischen Phase oder eines Mischkristalls.

[0009] D.h. das beschichtete Bauelement ist sowohl korrosionsbeständig als auch gut mit Zinn benetzbar. Beispielsweise kann das (entsprechend ausgeformte) Bauelement als Ab- und/oder Zuleitungselement für flüssiges Zinn in Überkopf- bzw. hängenden Anwendungen ausgestaltet werden. Eine gute Benetzung mit Zinn verhindert in diesem Fall ein Heruntertropfen des zu-/abgeleiteten Zinns. Alternativ kann ein entsprechend ausgestaltetes Bauelement als Elektrode zur Zinnplasmaerzeugung verwendet werden. 1 15 österreichisches Patentamt AT 13 521 U1 2014-02-15 [0010] Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann der Grundkörper aus einem preisgünstigen Werkstoff (z.B. Eisen) oder einer preisgünstigen Legierung hergestellt werden, der eine wie oben beschriebene Beschichtung aufweist. Insbesondere bei der Verwendung als Elektrode bei der Plasmaerzeugung wird die Elektrode durch die gute Benetzung bei der Plasmaerzeugung weniger thermisch belastet, so dass weniger korrosionsbeständige (und damit preisgünstigere) Materialien für den Grundkörper verwendet werden können.

[0011] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Bauelement aus einer Legierung eines Refraktärmetalls mit zumindest einem der folgenden Elemente ausgebildet: B, Co, Fe, Hf, Nb, Re, Ru, Si, Ta, Ti, V und/oder Zr, so dass das Bauelement durchgehend aus einer der genannten Legierungen ausgebildet ist. D.h. anstatt zunächst einen Grundkörper herzustellen, der anschließend beschichtet wird, kann in einem (z.B. pulvermetallurgischen) Herstellungsprozess ein Bauelement mit den gewünschten oben beschriebenen Korrosions- und Benetzungseigenschaften hergestellt werden.

[0012] Vorzugsweise weist zumindest der zu benetzende Bereich des Bauelements eine Legierung mit Refraktärmetallbasis auf, wobei die Legierung einen Gew.%-Anteil von 0,1 - 50%, vorzugsweise 0,5 - 45%, besonders bevorzugt 1 - 30%, von zumindest einem der folgenden Elemente aufweist: B, Co, Fe, Hf, Nb, Re, Ru, Si, Ta, Ti, V und/oder Zr.

[0013] Gemäß Anspruch 5 wird ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements bereitgestellt, das mit flüssigem Zinn benetzbar ist, insbesondere eines wie oben beschriebenen Bauelements. In einem ersten Schritt wird ein Grundkörper bereitgestellt, insbesondere ein Grundkörper aus einem Refraktärmetall oder aus einer Legierung mit Refraktärmetallbasis. Anschließend wird eine Schicht aufgebracht, die zumindest eines der folgenden Elemente aufweist: B, Co, Fe, Hf, Nb, Re, Ru, Si, Ta, Ti, V und/oder Zr. Abschließend wird der beschichtete Grundkörper erhitzt, so dass zwischen Grundkörper und Beschichtung eine Verbindung hergestellt wird, z.B. in Form einer intermetallischen Verbindung oder eines Mischkristalls.

[0014] Gemäß einer Ausgestaltung werden vor dem Aufbringen der Schicht Oxide und/oder Verunreinigungen zumindest von der zu beschichtenden Fläche des Grundkörpers entfernt, beispielsweise durch Erhitzen unter Einleitung eines reduzierenden Gases wie z.B. Kohlenmonoxid oder Wasserstoff.

[0015] Anhand der Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen: [0016] Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines mit Zinn gut benetzbaren Bauele ments gemäß einer ersten Ausgestaltung, und [0017] Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Bauelements gemäß einer zweiten

Ausgestaltung.

[0018] Ein Bauelement 2a-b kann an die jeweiligen Anwendung angepasst beliebig ausgeformt sein. Um das Prinzip der Erfindung darzustellen, sind in den Fig. 1 und 2 nicht maßstabsgerechte schematische geschnittene Teilansichten von Bauelementen 2a-b abgebildet.

[0019] Wie in Fig. 1 dargestellt weist das Bauelement 2a einen Grundkörper 4 auf, z.B. aus einem Refraktärmetall wie Wolfram (W) oder Molybdän (Mo), wobei auf seiner Außenseite bzw. auf der mit Zinn zu benetzenden Fläche eine Schicht 6 mit zumindest einem der folgenden Elemente oder eine Legierung mit zumindest zwei der folgenden Elemente angeordnet ist: Bor (B), Cobalt (Co), Eisen (Fe), Hafnium (Hf), Niob (Nb), Rhenium (Re), Ruthenium (Ru), Silicium (Si), Tantal (Ta), Titan (Ti), Vanadium (V), Zirconium (Zr). Durch die Verwendung zumindest eines dieser Elemente ist die beschichtete Fläche des Bauelements 2a gut bzw. vollständig mit flüssigem Zinn benetzbar, so dass das beschichtete Bauelement 2a hervorragende Benetzungseigenschaften aufweist.

[0020] Beispielsweise ist der Grundkörper 4 aus Molybdän hergestellt oder aus einer Legierung auf Molybdänbasis, auf die eine Schicht Niob aufgebracht wird, z.B. mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD). Anschließend kann der beschichtete Grundkörper erhitzt werden, 2/5 österreichisches Patentamt AT 13 521 U1 2014-02-15 so dass sich die Schicht 6 mit dem Grundkörper 4 verbindet bzw. sich (zumindest in einem Grenzbereich) eine Legierung aus dem Material des Grundkörpers und dem Beschichtungsmaterial ausbildet.

[0021] Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausgestaltung eines Bauelements 2b. Hier ist das gesamte Bauelement aus einem der oben genannten Elemente bzw. Legierungen ausgebildet, d.h. das Bauelement 2b ist ebenfalls gut bzw. vollständig mit flüssigem Zinn benetzbar. Beispielsweise kann auf diese Weise das Bauelement 2b zeit- und kostensparend in einem pulvermetallurgischen Herstellungsprozess bereitgestellt werden, d.h. ein zusätzlicher Beschichtungsprozess ist in dieser Ausgestaltung nicht notwendig. BEZUGSZEICHENLISTE 2a-b Bauelement 4 Grundkörper 6 Schicht 8 Legierung 3/5

Claims (5)

1. österreichisches Patentamt AT 13 521 U1 2014-02-15 Ansprüche 1. Bauelement (2a-b), das mit flüssigem Zinn benetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zu benetzende Fläche des Bauelements zumindest eines der folgenden Elemente oder eine Legierung aus einem Refraktärmetall mit zumindest einem der folgenden Elemente aufweist: B, Co, Fe, Hf, Nb, Re, Ru, Si, Ta, Ti, V, Zr.
2. 2. Bauelement nach Anspruch 1, wobei das Bauelement (2a) einen Grundkörper (4) aus einem Refraktärmetall oder einer Legierung mit Refraktärmetallbasis aufweist.
3. 3. Bauelement nach Anspruch 1, wobei das Bauelement (2b) aus einer Legierung eines Refraktärmetalls mit zumindest einem der folgenden Elemente ausgebildet ist: B, Co, Fe, Hf, Nb, Re, Ru, Si, Ta, Ti, V und/oder Zr.
4. 4. Bauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei zumindest der zu benetzende Bereich des Bauelements eine Legierung mit Refraktärmetallbasis aufweist, und wobei die Legierung einen Anteil von 0,1 - 50%, vorzugsweise 0,5 - 45%, besonders bevorzugt 1 - 30%, von zumindest einem der folgenden Elemente aufweist: B, Co, Fe, Hf, Nb, Re, Ru, Si, Ta, Ti, V und/oder Zr.
5. 5. Verfahren zum Herstellen eines Bauelements (2a) geeignet zur Benetzung mit flüssigem Zinn, insbesondere eines Bauelements nach einem der vorergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Grundkörpers (4), insbesondere eines Grundkörpers aus einem Refraktärmetall oder aus einer Legierung mit Refraktärmetallbasis, Aufbringen einer Schicht (6), die zumindest eines der folgenden Element aufweist: B, Co, Fe, Hf, Nb, Re, Ru, Si, Ta, Ti, V, Zr, Erhitzen des beschichteten Grundkörpers (4). Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5