DE1436322C

DE1436322C - Process for producing fine pores in disk-shaped bodies by means of high-energy radiation

Info

Publication number: DE1436322C
Authority: DE
Inventors: Paul Buford Scotia Walker Robert Mowbrey Delanson NY Price (V St A )
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Publication date: 1971-05-06

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen einer Anzahl von Poren mit gleichförmiger, einheitlicher Porengröße in scheibenförmigen Körpern, insbesondere zur Herstellung von Ultrafiltern, durch Anwendung gerichteter energiereicher Strahlung und Abtransport des Porenmaterials. The invention relates to a method for simultaneously producing a number of pores with uniform, uniform pore size in disk-shaped bodies, in particular for the production of Ultrafiltration, through the use of directed high-energy radiation and removal of the pore material.

Zur Herstellung von feinen Poren in scheibenförmigen Körpern sind eine Reihe von Methoden bekannt. Eine bekannte Methode besteht darin, daß ίο mittels eines feingebündelten Elektronenstrahls Löcher in dünne Folien gebrannt werden. Nach diesem Verfahren lassen sich Löcher von 30 bis 3000 Ä in dünne Folien einbrennen. In Analogie zu diesem Verfahren ist es auch bekannt, an Stelle von feinen Elektronenstrahlen Ionenstrahlen zu verwenden, die .auf eine Endbeschleunigung von etwa 50 kV gebracht werden, sich jedoch nur zum Herstellen von relativ großen Poren eignen, weil die Bündelung solcher Ionenstrahlen schwierig ist. Schließlich ist auch ein Verfahren bekanntgeworden, mittels dem feine, kreiszylindrische Bohrungen hergestellt werden können, indem die Folien mit einem Ladungsträgerstrahl beschossen werden, der längs einer Strecke, die wesentlich größer als der Strahldurchmesser ist, kreiszylindrisch ist. Die kreiszylindrische Form des Strahls über die genannte Strecke wird mit Hilfe elektrostatischer . oder elektromagnetischer Linsensysteme erhalten. Dieses Verfahren ist allerdings hauptsächlich dafür geeignet, Löcher von etwa 0,025 mm Durchmesser in relativ dicke Gegenstände, wie z. B. Uhrensteine, zu bohren.A number of methods are known for producing fine pores in disk-shaped bodies. One known method is that ίο Holes can be burned into thin foils by means of a finely focused electron beam. According to this procedure holes of 30 to 3000 Å can be burned into thin foils. By analogy with this It is also known to use ion beams instead of fine electron beams, which .Be brought to a final acceleration of about 50 kV, but only to produce relative large pores are suitable because such ion beams are difficult to focus. Finally there is also a Process has become known by means of which fine, circular cylindrical bores can be produced, by bombarding the foils with a charge carrier beam along a distance that is substantially is larger than the beam diameter, is circular cylindrical. The circular cylindrical shape of the beam over the said route is made with the help of electrostatic. or electromagnetic lens systems receive. However, this method is mainly suitable for making holes of about 0.025 mm Diameter in relatively thick objects, such as. B. watch stones to drill.

Es ist weiterhin auch bereits bekannt, in das Bohrloch Gase einzuführen, die mit beim Bohren entstehenden Umwandlungsprodukten der zu durchbohrenden Substanz oder bei der hohen im Bohrloch herrschenden Temperatur mit der Substanz selbst unter Bildung einer gasförmigen Verbindung reagieren, was den Abtransport des ausgebohrten Materials erleichtert.It is also already known to introduce gases into the borehole which are also produced during drilling Conversion products of the substance to be pierced or in the case of the high in the borehole react at the prevailing temperature with the substance itself to form a gaseous compound, which facilitates the removal of the drilled material.

Nachteile dieser bekannten Verfahren sind darin zu sehen, daß nur Poren oder Löcher mit Durchmessern bis herab zu 30 A hergestellt werden können und daß die Zahl der Löcher, die gleichzeitig in einem Verfahrensschritt ausgebildet werden können, sehr klein ist. Es ist zwar ebenfalls bereits bekannt, durch gleichzeitige Anwendung mehrerer feingebündelter Elektronenstrahlen gleichzeitig mehrere Poren herzustellen oder wenigstens durch Abrasterung der Folienoberfläche mit dem Elektronenstrahl in einem automatischen Verfahren viele Löcher nacheinander auszubilden. Alle diese Verfahren eignen sich jedoch •nicht dazu, in wenigen Minuten Löcherdichten in der Größenordnung von 10"» Löchern/cm² zu erhalten. Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren besteht darin, daß die Durchmesser der Poren nur in relativ engen Grenzen variiert werden können.Disadvantages of these known methods can be seen in the fact that only pores or holes with diameters down to 30 Å can be produced and that the number of holes that can be formed simultaneously in one process step is very small. It is also already known to produce several pores at the same time by simultaneously using several finely focused electron beams or at least to form many holes one after the other by scanning the film surface with the electron beam in an automatic process. However, none of these methods are suitable for obtaining hole densities in the order of magnitude of 10 "» holes / cm ² in a few minutes. Another disadvantage of the known methods is that the diameter of the pores can only be varied within relatively narrow limits .

Der Erlindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen feiner Poren in scheibenförmigen Körpern zu schaffen, das die obengenannten Nachteile nicht besitzt und außerdem mittels einfacher Apparaturen durchgeführt werden kann.The invention is therefore based on the object of a method for producing fine pores in disk-shaped form To create bodies that do not have the above-mentioned disadvantages and also by means of simple apparatus can be carried out.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfuhren besteht dazu die Erfindung darin, daß zunächst die eine Breitseite des Körpers mit etwa senkrecht einfallenden, schweren geladenen Teilchen so hoher Energie beschossen wird, daß die Teilchen bei ihrem Durchgang durch den Körper geradlinige Strahlungsspuren hinterlassen, und daß anschließend die noch in den Strahlungsspuren befindlichen Zersetzungsprodukte selektiv weggeätzt werden.Based on the method described at the outset, the invention consists in that initially one broad side of the body with heavy charged particles falling approximately vertically High energy is bombarded so that the particles rectilinear as they pass through the body Left behind traces of radiation, and that then the decomposition products still in the traces of radiation be selectively etched away.

Als schwere geladene Teilchen kommen beispielsweise α-Strahlen, Sauerstoffionen oder die bei Spaltungsvorgängen anfallenden Spaltprodukte, und als Ätzmittel, wenn es sich um die Ausbildung von Poren in Glimmerblättchen handelt, Flußsäure in Betracht.The heavily charged particles are, for example, α-rays, oxygen ions or those during fission processes resulting fission products, and as an etchant when it comes to the formation of pores acts in mica flakes, hydrofluoric acid into consideration.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich in mehrfacher Hinsicht wesentlich von den bekannten Verfahren. Allen bekannten Verfahren ist beispielsweise gemeinsam, daß die Poren durch thermische Wirkung der mittels Teilchenstrahlen zugeführten Energie, also durch Wegbrennen des Porenmaterials, gebildet werden. Dies wird dadurch erreicht, daß Elektronen- oder Ionenstrahlen relativ geringer Energie, aber hoher Intensität, verwendet werden. Die Erfindung dagegen beruht auf der Erkenntnis, daß es durch Verwendung äußerst energiereicher Teilchenstrahlen bei relativ geringer Intensität möglich ist, in dem beschossenen Material durch chemische Strukturumwandlungen sogenannte Strahlungsspuren zu erzeugen, die sich dadurch auszeichnen, daß sie aus einem Material bestehen, welches im Vergleich zum ursprünglichen Material des bestrahlten Körpers chemisch verändert ist. Ausgehend von dieser Erkenntnis, werden daher beispielsweise Glimmerscheiben mit beispielsweise α-Strahlen beschossen, und anschließend werden mit Hilfe geeigneter Ätzmittel die in den Strahlungsspuren befindlichen Materialien ,selektiv weggeätzt. The method according to the invention differs significantly from the known in several respects Proceedings. A common feature of all known methods, for example, is that the pores are formed by thermal Effect of the energy supplied by particle beams, i.e. by burning away the pore material, are formed. This is achieved in that electron or ion beams are relatively low energy but high intensity can be used. The invention, on the other hand, is based on the knowledge that it is achieved by using extremely high-energy particle beams at a relatively low intensity is possible in the bombarded material through chemical structural changes so-called radiation traces to produce, which are characterized in that they consist of a material which is chemically changed compared to the original material of the irradiated body. Outgoing from this knowledge, for example, mica washers with, for example α-rays are bombarded, and then the materials in the radiation tracks are selectively etched away with the help of suitable etchants.

Die Bezeichnung »selektiv« soll hier und im folgenden angeben, daß die Porengröße in den Endprodukten in Abhängigkeit von der Ätzdauer wählbar ist. Wenn nämlich bei Bestrahlung von beispielsweise Glimmerblättchen mit α-Strahlen Strahlungsspuren von 25 A Durchmesser entstehen, dann gelingt es, durch Wahl der Ätzdauer Poren herzustellen, die kleinere, gleiche oder auch wesentlich größere Durchmesser als die Strahlungsspuren besitzen. Diese Möglichkeit beruht auf der bekannten Tatsache, daß einerseits die unbestrahlten. Teile der Glimmerblättchen wesentlich weniger stark von Flußsäure angegriffen werden als die bestrahlten Teile und daß andererseits einige Ätzmittel, z. B. Flußsäure oder Königswasser mit Bezug auf Glimmer, eine starke Richtungsabhängigkeit besitzen, d. h. die bearbeiteten Blättchen mit einer weit größeren Geschwindigkeit parallel zu den Schichtebenen ätzen als senkrecht zu diesen. Außerdem kann der Porendurchmesser im Endprodukt noch dadurch gesteuert werden, daß der scheibenförmige Körper vor dem Ätzschritt geglüht wird, wodurch die durch die Bestrahlung hervorgerufenen Beschädigungen teilweise wieder beseitigtwerden können, so daß beim nachfolgenden Ätzen Poren mit im Vergleich zu den ursprünglichen Strahlungsspuren kleinerem Querschnitt hergestellt werden. Insgesamt lassen sich Durchmesser von etwa 5 bis 20 000 A erhalten.The term "selective" is intended here and in the following to indicate that the pore size in the end products can be selected depending on the etching duration. If namely with irradiation of, for example Mica flakes with α-rays radiation traces with a diameter of 25 Å arise, then succeed It is possible to produce pores that are smaller, the same or even significantly larger by choosing the etching duration Diameter than the radiation tracks. This possibility is based on the known fact that on the one hand the non-irradiated. Parts of the mica flakes are much less affected by hydrofluoric acid are used as the irradiated parts and that on the other hand, some etchants, e.g. B. hydrofluoric acid or Aqua regia with respect to mica, have a strong directional dependence, d. H. the edited Etch leaves at a much greater speed parallel to the layer planes than perpendicular to them this. In addition, the pore diameter in the end product can be controlled by the fact that the disk-shaped body is annealed before the etching step, whereby the caused by the irradiation Damage can be partially removed again, so that in the subsequent etching Pores are produced with a smaller cross-section than the original traces of radiation will. Overall, diameters of about 5 to 20,000 Å can be obtained.

Ein weiterer wesentlicher Unterschied besteht darin, daß für die Querschnittsfläche einer Pore bei Anwendung der bekannten Verfahren die Querschnittsfläche des Elektronen- oder Ionenstrahls maßgebend ist, während die Querschnittsflüchen der erfindungsgemäß hergestellten Poren einerseits durch die Querschnittsfläche der sogenannten Strahlungsspur eines einzigen Partikels und andererseits durch dieAnother essential difference is that for the cross-sectional area of a pore Using the known methods, the cross-sectional area of the electron or ion beam is decisive, while the cross-sectional areas of the pores produced according to the invention on the one hand by the cross-sectional area of the so-called radiation trace of a single particle and, on the other hand, through the

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Ätzdauer oder durch die Dauer des kombinierten Maske, Teilchenquelle und Dicke des Körpers kannEtching duration or by the duration of the combined mask, particle source and thickness of the body can be

Glüh- und Ätzschrittes gegeben ist. Schließlich ist außerdem das Verhältnis der Zahl an fertigen PorenAnnealing and etching step is given. Finally, there is also the ratio of the number of finished pores

ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Ver- zur Zahl an unfertigen Poren variiert werden.a major advantage of the inventive method for the number of unfinished pores can be varied.

fahrens darin zu sehen, daß durch beispielsweise Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindungdriving to see that by, for example, some embodiments according to the invention

lminutiges Bestrahlen einer Glimmerscheibe mit den 5 werden im folgenden in Verbindung mit der Zeich-Irradiation of a mica disk with the 5 for one minute is described below in connection with the drawing

Spaltprodukten des Urans 235 und anschließendes nung beschrieben.Fission products of the uranium 235 and subsequent information are described.

Ätzen mit ,Flußsäure vpn wenigen Sekunden Poren- F i g. 1 i§t eine perspektivische Ansicht einesEtching with hydrofluoric acid for a few seconds pore size. 1 is a perspective view of a

dichten von 10^1D Poren/cm² erhalten werden, wobei Glimmerblättchens mit zahlreichen, sehr " kleinendensities of 10 ^1D pores / cm ² can be obtained, with mica flakes with numerous, very "small

die Gesamtoberfläche der Glimmerscheiben nur durch Poren;the total surface of the mica discs only through pores;

die Größe der verwendeten Strahlungsquelle be- ίο F i g. 2 ist eine vergrößerte Teilansicht des Blätt-the size of the radiation source used is ίο F i g. 2 is an enlarged partial view of the leaflet

grenzt ist. ' chens nach F i g. 1 in einem Zwischenzustand seineris bordered. 'chens according to Fig. 1 in an intermediate state of his

An Stelle von α-Teilchen können auch positiv ge- Herstellung;Instead of α-particles it is also possible to produce positively;

ladene Teilchen mit größerer Masse oder negativ ge- F i g. 3 ist eine der F i g. 2 ähnliche Ansicht des ladene Ionen mit einer Masse verwendet werden, die fertigen Blättchens nach Fig. 1;
größer oder gleich der von Sauerstoffionen ist. Die 15 Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer VorHerstellung derartiger Strahlungen ist allgemein be- richtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen kannt. Bekannt ist beispielsweise die Spaltung von Verfahrens;charged particles with greater mass or negatively charged. 3 is one of the F i g. Fig. 2 is a similar view of the charged ions used with a mass, the finished leaflet of Fig. 1;
is greater than or equal to that of oxygen ions. Figure 4 is a perspective view of a prior preparation of such radiations is generally known as a way of practicing the present invention. For example, the splitting of proceedings is known;

Uran durch Neutronenbeschuß. Die dabei erhaltenen . F i g. 5 ist eine vergrößerte, perspektivische Teil-Spaltprodukte können direkt auf den zu bestrahlen- ansicht von einem Blättchen, das mit der Vorrichden Körper gerichtet werden. Weiterhin ist es all- 20 tung nach F i g. 4 hergestellt ist;
gemein bekannt, in. Teilchen- oder Ionenbeschleuni- F i g. 6 ist ein Schnitt durch das Blättchen nach gern Strahlen hoher Energie zu erzeugen. Entschei- F i g. 5.Uranium by neutron bombardment. The received. F i g. 5 is an enlarged, perspective partial fission products can be directed directly onto the view to be irradiated of a leaflet, which is directed with the device. Furthermore, it is all in accordance with FIG. 4 is established;
Commonly known in. Particle or ion acceleration F i g. 6 is a section through the leaflet after fond of generating rays of high energy. Deci- F i g. 5.

dend für die Zwecke der Erfindung ist jedoch nicht Ein Glimmerblatt 10 nach Fig. 1 weist eine große die Art der verwendeten Strahlung, sondern, wie Zahl sehr kleiner, geradlinig verlaufender, durchoben bereits erwähnt, die Verwendung von Teilchen- 25 gehender Poren 12 und unfertige, nicht bis zur strahlen so hoher Energie, daß jeder einzelne Par- entgegengesetzten Oberfläche durchgehende Poren tikel des Teilchenstrahls im bestrahlten Körper eine 11 auf. Das Blatt 10 ist etwa in natürlicher Größe Strahlungsspur bildet und daß im Gegensatz zu den dargestellt, während die Größe der Poren der Anbekannten Verfahren nicht der Gesamtstrahl aller schaulichkeit wegen übertrieben groß dargestellt ist, Teilchen zu einer thermischen Verbrennung des be- 30 um besonders die willkürliche Verteilung der Poren strahlten Körpers an den Auftreffstellen des Strahls über die Länge und Breite des Blattes zu zeigen. Das führt. Blatt 10 besteht aus natürlichem Glimmer und weistHowever, a mica sheet 10 according to FIG. 1 has a large size the type of radiation used, but, like the number, very small, linear ones, through-out already mentioned, the use of particle 25 extending pores 12 and unfinished, not up to radiate so high energy that every single par- opposite surface has continuous pores Particle of the particle beam in the irradiated body has an 11. The sheet 10 is approximately natural size Radiation trace forms and that in contrast to that shown, while the size of the pores of the known Procedure, the overall beam is not shown in an exaggerated size because of all clarity, Particles cause thermal combustion of the load, particularly the random distribution of the pores radiated bodies to show at the points of impact of the beam across the length and breadth of the sheet. The leads. Sheet 10 is made of natural mica and has

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des eine gleichförmige Dicke von annähernd 5 μ auf. BeiAccording to a preferred embodiment of the has a uniform thickness of approximately 5 μ. at

erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Erzeugung Blättchen mit einer Dicke von 1 bis 100 μ oderThe method according to the invention is used to produce leaflets with a thickness of 1 to 100 μ or

der Strahlungsspuren ein Glinimerblättchen einem 35 darüber hinaus liegen die begrenzenden Faktoren,of the radiation traces of a glinimer lamina 35 in addition are the limiting factors

Uranblättchen gegenübergestellt, wobei der Raum zwi- abgesehen von den Anwendungsmöglichkeiten fürJuxtaposed uranium flakes, with the space between- apart from the possible uses for

sehen den beiden Blättchen in an sich bekannter die fertigen Blättchen, bei dünneren Blättern in dersee the two leaflets in per se the finished leaflets, with thinner leaves in the

Weise evakuiert und anschließend das Uranblättchen Verfügbarkeit und den Kosten und bei dickerenWise evacuated and then the uranium flake availability and cost and with thicker ones

mit Neutronen beschossen wird. Blättern in der Schwierigkeit, Öffnungen in der ge-is bombarded with neutrons. Scroll through the difficulty of finding openings in the

Nach einer bevorzugten Weiterbildung des erfin- 4° wünschten Dichte herzustellen. Die Porenil und 12According to a preferred development of the inven- tion to produce 4 ° desired density. The Porenil and 12

dungsgemäßen Verfahrens kann das Glimmerblätt- können unterschiedliche kleinste Querschnittsabmes-According to the method, the mica sheet can have different smallest cross-sectional dimensions

chen nach dem Ätzschritt mit einem bevorzugt in sungen von annähernd 5 A bis hinauf zu 20 000 AChen after the etching step with a preferably in solutions of approximately 5 A up to 20,000 A.

axialer Richtung wirksamen Ätzmittel nachbehandelt aufweisen, was vom Verwendungszweck abhängt,have an etching agent that is effective in the axial direction, which depends on the intended use,

werden, um die unfertigen Poren bis zur entgegen- Alle Poren 12 im Blatt 10 haben vorzugsweise einenAll pores 12 in sheet 10 preferably have one

gesetzten Seite des Blättchens zu verlängern. Unter 45 minimalen Querschnitt von etwa 30 A, sind etwaextended side of the leaflet. Under 45 minimum cross-section of about 30 A, are about

»unfertigen« Poren werden hier und im folgenden gleich groß, besitzen unabhängig von ihrer Größe"Unfinished" pores become the same size here and in the following, regardless of their size

solche Poren verstanden, die aus Strahlungsspuren dieselbe Querschnittsfläche und gehen geradlinigunderstood those pores that consist of traces of radiation have the same cross-sectional area and go in a straight line

entstehen, die nicht durch das ganze Blättchen hin- durch das Blatt 10 hindurch. Obwohl die Poren 12arise which do not go through the entire leaflet through the leaf 10. Although the pores 12

durchgehen. Diese unfertigen Poren werden durch der F i g. 2 und 3 durch das Blatt 10 in willkürlichengo through. These unfinished pores are shown in FIG. 2 and 3 through sheet 10 in arbitrary

Teilchen gebildet, deren Energie zur Durchdringung 50 Richtungen hindurchgehen, können sie auch so aus-Particles are formed, the energy of which passes through 50 directions to penetrate, they can also

des ganzen Blättchens nicht ausreicht. Für die Her- gebildet werden, daß sie sehr genau parallel zuein-of the whole leaflet is insufficient. For the produc- tion that they are very precisely parallel to one another

stellung von Poren in Glimmer haben sich als axial ander verlaufen.Position of pores in mica turned out to be axially different.

wirksame Ätzmittel beispielsweise alkalische Lösun- Die Fig. 3 zeigt das Glimmerblatt nach einer gen wie calcinierte Soda bewährt. »Bevorzugt in chemischen Behandlung, während die Fig. 2 das axialer Richtung wirksam« soll hier und im folgen- 55 Blatt in einer Zwischenstufe der Herstellung unmittclden bedeuten, daß das behandelte Blättchen, z. B. bar nach der Bestrahlung darstellt. Infolge der Bc-Giimmer, bevorzugt in Achsrichtung der Bohrungen strahlung des Blattes 10 durch schwere, energetisch und weniger in senkrechter Richtung dazu geätzt geladene Teilchen werden im Blatt 10 mehrere willwird, damit durch diesen Nachbehandlungsschritt kürlich verteilte, aber geradlinig hindurchgehende keine Querschnittsvergrößerung der schon fertigen 60 »Strahlungsspuren« 14 ausgebildet. Diese Spuren Poren bewirkt wird. . laufen in einigen Fällen von der einen zur andereneffective etchants for example alkaline solutions like calcined soda. "Preferably in chemical treatment, while Fig. 2 that effective in the axial direction ”is intended here and in the following sheet in an intermediate stage of manufacture mean that the treated leaflet, e.g. B. represents bar after irradiation. As a result of the Bc-Giimmer, preferably in the axial direction of the bores radiation of the sheet 10 by heavy, energetic and less charged particles etched in the perpendicular direction will be wanted in sheet 10, thus, through this post-treatment step, randomly distributed but straight through no cross-sectional enlargement of the already completed 60 "radiation tracks" 14 formed. These tracks Pores is effected. . run from one to the other in some cases

Die erfindungsgemäß hergestellten Poren verlaufen Breitseite völlig durch das Blatt 10 hindurch, so daß außerordentlich geradlinig durch den gesamten be- das die Spuren bildende Material, ein Zersetzungshandelten Körper. Die Richtung der Poren hängt produkt des ursprünglichen Glimmers, bis an die von der Richtung der einfallenden Partikeln ab, doch 65 Breitseiten reicht. Wird das Blatt 10 im Anschluß an kann die Orientierung der Porenachsen dadurch die Verfahrensstufen nach Fig. 2 mit einer Ätzkontrolliert werden, daß man den bestrahlten Körper lösung in Berührung gebracht, dann wird das die mit einer Maske abdeckt. Durch geeignete Wahl von Spuren bildende Material selektiv aufgelöst und ent-The pores produced according to the invention run broadside completely through the sheet 10, so that extraordinarily straight through the whole of the material forming the traces, a decomposition act Body. The direction of the pores depends on the product of the original mica, up to the from the direction of the incoming particles, but 65 broadsides is enough. Will the sheet 10 following the orientation of the pore axes can thereby be controlled by the process steps according to FIG. 2 with an etch that the irradiated body solution is brought into contact, then that becomes the covering with a mask. Through a suitable choice of material that forms traces, selectively resolved and

fernt und werden überall dort unfertige Poren 11 Gemäß einer anderen Ausführungsform der Anoder fertige Poren 12 gebildet, wo Spuren 14 ur- Ordnung nach F i g. 4 werden diejenigen Strahluhgssprünglich vorhanden waren. Je nach Art des ver- Wirkungen die zur Erzeugung der Poren durch nachwendeten Ätzmittels können die Poren 11 und 12 folgende chemische Bohrwirkung notwendig sind, etwa dieselbe Querschnittsfläche auf ihrer gesamten 5 mit Sauerstoffionen erzielt. Sauerstoffionen werden Länge wie die Spuren 14 der F i g. 2 aufweisen. Sie im Gegensatz zu den Spaltungsprodukten des Urans können aber auch eine beträchtlich größere Quer- . 235 in Form von Ionenstrahlen erzeugt, so daß keine schnittsfläche als die Strahlungsspuren besitzen. In Abschirmung und keine Beabstandung durch einen allen Fällen ist ihre Querschnittsfläche jedoch auf evakuierten Raum erforderlich sind, um ausgerichtete ihrer gesamten Länge und der gesamten Länge und io Poren im Glimmerblättche'n zu erhalten. Wenn das Breite des Blättchens gleichförmig. Gemäß einer an- Glimmerblättchen nur etwa 1 μ dick ist, erzeugen deren Ausführungsform können die Poren jedoch Sauerstoffionen, die eine Energie von etwa 5 MeV auch gleichmäßig einen etwas kleineren, minimalen besitzen, Strahlungsspuren, die völlig durch das Durchmesser und eine kleinere Querschnittsfläche als Blättchen hindurchgehen. Sauerstoffionen mit Enerdie Spuren 14 aufweisen. Schließlich können die 15 gien von 100 bis 150 MeV durchdringen auch Poren einen sich über die Blattdicke ändernden Glimmerblättchen, die eine Dicke von annähernd Querschnitt infolge solcher ungleichförmiger Spuren 100 μ aufweisen.removed and unfinished pores 11 are everywhere there. According to another embodiment of the Anoder finished pores 12 formed where tracks 14 original order according to FIG. 4 are those jet initially were present. Depending on the nature of the effects, those used to generate the pores through Etchant can pores 11 and 12 following chemical drilling action are necessary achieved approximately the same cross-sectional area over its entire 5 with oxygen ions. Oxygen ions become Length as the tracks 14 of FIG. 2 have. They in contrast to the fission products of uranium but can also have a considerably larger transverse. 235 generated in the form of ion beams, so that no have cut surface than the radiation traces. In shielding and no spacing by one In all cases, however, their cross-sectional area is required to be aligned to evacuated space their entire length and the entire length and 10 pores in the mica flakes. If that The width of the leaflet is uniform. According to one an- mica flake is only about 1 μ thick, produce In their embodiment, however, the pores can contain oxygen ions which have an energy of about 5 MeV also evenly have a slightly smaller, minimal trace of radiation that is completely through the Diameter and a smaller cross-sectional area than leaflets pass through. Oxygen ions with energy Have lanes 14. Finally, the 15 gien from 100 to 150 MeV can also penetrate Pores are mica flakes that change over the thickness of the leaf and have a thickness of approximately Cross-section as a result of such non-uniform tracks have 100 μ.

aufweisen, die durch geladene Teilchen von geringer Es können auch Teilchen, die schwerer als a-Teil-particles that are heavier than a-part

Energie erzeugt sind. · chen sind, und Ionen, die schwerer als Sauerstoff-Energy are generated. And ions that are heavier than oxygen

Die unfertigen Poren 11, die durch ein nur teil- ao ionen sind, verwendet werden. Die Auswahl der anweises Eindringen der schweren, energiereichen ge- deren Bestandteile bei der Anordnung nach Fig. 4 ladenen Teilchen in das Blatt 10 und ein anschließen- wird entsprechend getroffen. Die' Abschirmung wird des Auslaugen der in den Spuren befindlichen Zer- in Abhängigkeit davon, ob ein Gegenstand nach Setzungsprodukte entstanden sind, können dadurch Fig. 3 oder 5 erhalten werden soll, beibehalten, entzu von Breitseite zu Breitseite durchgehenden Poren 25 fernt oder durch eine geeignete geometrische Anordumgebildet werden, daß ein weiteres Ätzmittel ge- nung von Quelle zu Werkstück ersetzt. Wenn Sauerwählt wird, das senkrecht zu den Schichtebenen stoffionen, α-Teilchen u. dgl. mit ziemlich geringer schneller chemisch angreift als parallel zu ihnen. Bei Energie verwendet werden, dann ist das Verhältnis diesem chemischen Verfahrensschritt sind somit die der durchgehenden Poren zu den nicht durchgehen-Seitenwände der Poren für das Ätzmittel nahezu un- 30 den oder unfertigen Poren im Endprodukt sehr gedurchlässig, während die Böden der unfertigen ring und liegt z. B. in der Größenordnung von Poren schnell angegriffen und weggelöst werden, bis 1:10000 bei einer typischen Bestrahlung mit Sauersich schließlich Poren mit etwa gleichförmiger Quer- stoffionen. Viele der unfertigen Poren können jedoch schnittsfläche ergeben, die durch das gesamte Blatt bis zur entgegengesetzten Breitseite des Blättchens durchgehen. 35 verlängert werden, indem eine doppelte Ätzung vor-The unfinished pores 11, which are only partially ao ions, are used. The choice of instruction Penetration of the heavy, high-energy components in the arrangement according to FIG. 4 charged particles in the sheet 10 and a connecting one is hit accordingly. The 'shield will the leaching of the Zer in the tracks depending on whether an object is after Settlement products have arisen, Fig. 3 or 5 can thereby be obtained, retained, entzu pores 25 passing through from broadside to broadside or remodeled by a suitable geometric arrangement that another etchant can be replaced from source to workpiece. If Sauer chooses becomes, the material ions, α-particles and the like perpendicular to the layer planes with quite less chemical attacks faster than parallel to them. When energy is used then the ratio is This chemical process step are therefore those of the through pores to the non-through side walls the pores for the etchant are almost impermeable or unfinished pores in the end product are very permeable, while the bottoms of the unfinished ring and lies z. B. on the order of Pores are attacked and dissolved away quickly, up to 1: 10000 with a typical irradiation with Acid finally pores with roughly uniform cross-material ions. However, many of the unfinished pores can cut surface that goes through the entire leaf to the opposite broad side of the leaflet go through. 35 can be extended by double etching

Ein Glimmerblättchen 19 kann z. B. durch eine genommen wird.A mica flake 19 can, for. B. is taken by a.

Maske oder Abschirmung aus Aluminium (nicht ge- Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah-Mask or shield made of aluminum (not used when using the method according to the invention

zeigt) mit den Spaltprodukten des Urans bestrahlt rens wird vorzugsweise ein Glimmerblättchen ver-shows) irradiated with the fission products of uranium, preferably a mica flake is used.

werden, indem ein Uranblättchen 17 von einer wendet, das in einem ersten Verfahrensschritt mitare by turning a uranium lamina 17 from a, which in a first process step with

Quelle 18 aus mit Neutronen beschossen wird, so 40 den Spaltprodukten des Urans 235 beschossen wird,Source 18 is bombarded with neutrons, so 40 is bombarded with the fission products of uranium 235,

daß die Längsachsen der sich bildenden Strahlungs- In einem nächsten Verfahrensschritt wird es dannthat the longitudinal axes of the forming radiation In a next process step it will then

spuren und somit der Poren etwa parallel zueinander mit einer vorzugsweise 20%igen Flußsäurelösung intraces and thus the pores approximately parallel to each other with a preferably 20% hydrofluoric acid solution in

liegen. Wie in F i g. 4 gezeigt ist, kann das Blatt 19 Berührung gebracht, damit das die Strahlungsspurlie. As in Fig. 4, the sheet 19 can be brought into contact so that the radiation trail

auch in einem gewissen Abstand von dem Uran- bildende Material selektiv aufgelöst oder ausge-also at a certain distance from the uranium-forming material selectively dissolved or

blättchen 17 angeordnet sein, so daß nur diejenigen 45 waschen und aus dem Glimmerblättchen entferntLeaflets 17 may be arranged so that only those 45 wash and remove from the mica flakes

Spaltprodukte, die auf Bahnen wandern, die parallel wird. Es können zwar auch Königswasser und andereFission products that travel on paths that become parallel. It can also do aqua regia and others

zur direkten Verbindungslinie zwischen den Blatt- Säuren verwendet werden, und auch konzentrierteto be used as a direct line connecting the folic acids, and also concentrated

chen 17 und 19 liegen, auf das Glimmerblättchen oder verdünntere Flußsäurelösungen (HF) ergebenChen 17 and 19 lie on the mica flakes or more dilute hydrofluoric acid solutions (HF)

auftreffen. Gemäß F i g. 5 und 6 liegen die Achsen gute Ergebnisse. Eine 2O°/oige Flußsäurelösung hathit. According to FIG. 5 and 6 the axes have good results. Has a 20% hydrofluoric acid solution

der Strahlungsspuren 20 bzw. der unfertigen und 50 sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, weil bei ihr diethe radiation traces 20 or the unfinished and 50, however, proved to be advantageous because with her the

durchgehenden Poren 21, 22 etwa senkrecht zu den Vorteile einer hohen Ätzgeschwindigkeit und einercontinuous pores 21, 22 approximately perpendicular to the advantages of a high etching speed and a

ebenen Breitseiten des Blättchens 19. angenehmen Handhabung besser als bei anderenflat broadsides of the leaflet 19. pleasant handling better than others

Die Anordnung mit dem Werkstück 19 und dem Konzentrationen oder Säuren kombiniert sind. An-Uranblättchen 17 wird in eine evakuierte Kammer schließend wird mit Wasser gewaschen und die (nicht gezeigt) eingebracht, und die Neutronen der 55 korrodierende, gefährliche Flußsäurelösung vom Quelle 18 werden so auf das Uranblättchen gerichtet, Blättchen entfernt. In einem weiteren gegebenenfalls daß die entstehenden Spaltprodukte des Urans 235 angewendeten Verfahrensschritt kann die Tiefe der ungehindert durch den evakuierten Bereich hindurch- unfertigen Poren im Glimmerblättchen noch vertreten und auf das Blättchen 19 treffen, so daß sich größert werden.The arrangement with the workpiece 19 and the concentrations or acids are combined. An-uranium flakes 17 is closed in an evacuated chamber is washed with water and the (not shown) introduced, and the neutrons of the 55 corrosive, dangerous hydrofluoric acid solution from Source 18 are thus directed at the uranium flake, flakes are removed. In another if necessary that the resulting fission products of the uranium 235 applied process step can reduce the depth of unhindered through the evacuated area - unfinished pores still represented in the mica flakes and hit the leaflet 19 so that they become larger.

in diesem Strahlungsspuren ausbilden, die an- 60 In den nun folgenden Beispielen sei das Verfahren schließend ausgewaschen werden, damit die ge- gemäß der Erfindung näher erläutert,
wünschten Poren entstehen. Ein Vorteil dieser An- „ . .
Ordnung im Vergleich zu einer Anordnung, bei der Beispiel I
zusätzlich eine Maske benutzt wird, besteht darin, Ein scheibenförmiges Schichtgebilde aus AIudaß Teilchen geringerer Energie verwendet oder 65 minium, natürlichem Uran und natürlichem (Musdickere Blättchen bei gleichbleibender Energie be- kovit-)Glimmer wird dem Neutronenfluß eines Kernarbeitet werden können. Ein Nachteil ist das Erfor- reaktors ausgesetzt. Die Uranscheibe hat eine Dicke dernis einer Vakuumkammer. von annähernd 2 μ, während die Aluminium- undin this form radiation traces, which are then washed out in the following examples, so that the invention is explained in more detail.
desired pores arise. One advantage of this “. .
Order compared to an arrangement in Example I.
In addition, a mask is used, consists of a disk-shaped layer structure made of Alud that particles of lower energy or 65 minium, natural uranium and natural (thick flakes with constant energy, bekovite) mica will be able to work with the neutron flux of a nucleus. The Erfor reactor is exposed to one disadvantage. The uranium disk has a thickness similar to that of a vacuum chamber. of approximately 2 μ, while the aluminum and

Glimmerscheiben annähernd 100 μ dick sind. Nach einer Bestrahlungszeit von einer Minute wird das scheibenförmige Gebilde aus dem Reaktor herausgenommen und die Glimmerscheibe von der Aluminium- und der Uranscheibe abgelöst, die sie einschließen. Blättchen von etwa 2000 A Dicke werden von der Glimmerscheibe abgenommen. Die Strahlungsspuren der Spaltprodukte können im Elektronenmikroskop beobachtet werden. Der Durchmesser dieser Spuren, die bei dieser Bestrahlung erzeugt werden, beträgt etwa 25 A. Bei 10¹⁰ Spuren/cm² entspricht dies etwa 0,04% der Blättchenoberfläche. Die Blättchen werden in eine 20%ige wäßrige Flußsäurelösung von etwa 38° C eingetaucht. Nach einigen Sekunden Eintauchzeit werden sie aus der Ätzlösung herausgenommen und mit Wasser abgespült, um die anhaftende Säure zu entfernen und das Ätzen zum Stillstand zu bringen. Die auf diese Weise hergestellten Blättchen haben, wie man beobachtet hat, zahlreiche, geradlinig durch sie hindurchlaufende Poren. Der Durchmesser oder die kleinstmöglichen Querschnittsabmessungen der Poren hängen von der Berührungszeit der Blättchen mit der Ätzlösung ab, da das Ätzen über die vollständige Entfernung des die Spuren bildenden Materials hinausgehen kann. Außerdem werden von der Glimnierscheibe Blättchen von etwa 10 μ Dicke abgenommen und derselben Ätzbehandlung unterzogen. Es werden im Elektronenmikroskop Poren beobachtet, die vollständig durch die Blättchen von 10 μ Dicke hindurchgehen. Unfertige Poren durch Störungen sind ebenfalls vorhanden.Mica wafers are approximately 100 μ thick. After an irradiation time of one minute, the disk-shaped structure is removed from the reactor and the mica disk is detached from the aluminum and uranium disks that surround it. Leaflets about 2000 Å thick are removed from the mica disk. The radiation traces of the fission products can be observed under the electron microscope. The diameter of these tracks, which are produced during this irradiation, is about 25 A. At 10 ¹⁰ tracks / cm ² , this corresponds to about 0.04% of the surface of the leaflet. The leaflets are immersed in a 20% aqueous hydrofluoric acid solution at about 38 ° C. After a few seconds of immersion time, they are removed from the etching solution and rinsed with water in order to remove the adhering acid and to bring the etching to a standstill. The leaflets produced in this way have been observed to have numerous pores running straight through them. The diameter or the smallest possible cross-sectional dimensions of the pores depend on the contact time of the flakes with the etching solution, since the etching can go beyond the complete removal of the material forming the traces. In addition, leaflets about 10 μ thick are removed from the mica disk and subjected to the same etching treatment. Pores are observed in the electron microscope which pass completely through the 10 μ thick leaflets. There are also incomplete pores due to disturbances.

Example II

Bei einem Verfahren, das im wesentlichen dem nach Beispiel I entspricht, wird eine Scheibe aus natürlichem (Phlogopit-)Glimmer von 100 μ Dicke einer Bestrahlung ausgesetzt, die dadurch entsteht, daß eine Uranscheibe von etwa 2 μ Dicke wie im Beispiel I einem Neutronenfluß ausgesetzt wird. Infolge eines Abstandes zwischen Glimmer- und Uranscheibe von annähernd 76 mm erreichen und durchdringen nur diejenigen Teilchen die Glimmerscheibe, die etwa senkrecht auf diese zulaufen. Somit werden im Glimmer Spuren erzeugt, die im wesentlichen parallel zueinander im rechten Winkel zu den Breitseiten der Scheibe verlaufen. Das Ätzen erfolgt wie im Beispiel I, worauf mit Wasser gespült wird. Die Glimmerblättchen werden dann in eine 5%ige wäßrige Lösung von calcinierter Soda 5 Minuten lang bei etwa 38⁰C eingetaucht. Die Vergrößerung der unfertigen Poren in den Glimmerblättchen führt zur Umwandlung einiger unfertiger Poren zu voll durchgehenden Poren, ohne daß jedoch gleichzeitig eine merkbare Querschnittsvergrößerung der ursprünglichen fertigen oder unfertigen Poren in den Blättchen zu beobachten ist. In a process which essentially corresponds to that of Example I, a disk made of natural (phlogopite) mica of 100 μ thickness is exposed to irradiation, which is produced by exposing a uranium disk approximately 2 μ thick as in Example I to a neutron flux will. As a result of the distance between the mica and uranium discs of approximately 76 mm, only those particles reach and penetrate the mica disc that are approximately perpendicular to it. Thus, tracks are produced in the mica which run essentially parallel to one another at a right angle to the broad sides of the disk. The etching is carried out as in Example I, followed by rinsing with water. The mica flakes are then immersed in a 5% strength aqueous solution of calcined soda at about 38 ^° C. for 5 minutes. The enlargement of the unfinished pores in the mica flakes leads to the conversion of some unfinished pores into fully continuous pores without, however, at the same time a noticeable increase in cross section of the original finished or unfinished pores in the flakes being observed.

Die gemäß der Erfindung gefertigten Blättchen finden einen breiten Anwendungsbereich. Sie können als Molekularsiebe zur Trennung von Molekülen unterschiedlicher Größe, z. B. von Proteinen, hochpolymeren Stoffen und Viren, benutzt werden. Außerdem können, sie als geeichte Sickerstellen für Vakuumsysteme, als Wasserreiniger und als Kollimatoren zur Herstellung punktförmiger Quellen für verschiedene Strahlungsarten, z. B. Elektronenstrahlen von geringer Energie, verwendet werden.The leaflets produced according to the invention have a wide range of applications. You can as molecular sieves for separating molecules of different sizes, e.g. B. of proteins, high polymers Substances and viruses. They can also be used as calibrated drainage points for Vacuum systems, as water purifiers and as collimators for the production of point sources for different types of radiation, e.g. B. low energy electron beams can be used.

Claims

Patent claims:

1. A method of simultaneously making a number of pores with uniform, more uniform Pore size in disc-shaped bodies, especially for the production of ultrafilters, through the use of directed high-energy radiation and removal of the pore material, characterized in that . first one broad side of the body with heavy charged particles falling approximately vertically so high an energy is bombarded that the particles pass through the body leave straight traces of radiation, and that subsequently the decomposition products still in the traces of radiation are selective be etched away.

2. The method according to claim 1, characterized in that a mica flake (19) is a uranium flake to generate the radiation traces (17) compared, the space between the two leaflets is known per se Way evacuated and then the uranium flake is bombarded with neutrons.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that particles are used, that are at least as heavy as α-particles, or ions that are at least as heavy as oxygen ions are.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the mica flakes is aftertreated with an etching agent that is preferably effective in the axial direction in order to remove the unfinished pores up to the opposite one Lengthen side of the leaflet.

1 sheet of drawings