DE2012312A1

DE2012312A1 - Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE2012312A1
Application number: DE19702012312
Authority: DE
Inventors: Henry Renee Paul Jules Francois Marie Colette Jette Brabant Schoumaker (Belgien)
Original assignee: La Soudure Electrique Autogene, Procedes Arcos, S.A., Brüssel
Priority date: 1969-03-19
Filing date: 1970-03-16
Publication date: 1970-09-24
Also published as: CA919529A; US3578943A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma unter Verwendung reaktionsfähiger Gase, welche mindestens eine Düsenelektrode aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung.

Wenn man bei Vorrichtungen zur Erzeugung von Plasma mittels eines Wechselstromes, der einem Äufrechterhaltungsstrom für das Plasma überlagert wird und zwischen zwei oder mehr Düsenelektroden strömt, reaktionsfähige Gase mit hoher Temperatur verwendet, können die mit den reaktionsfähigen heißen Gasen in Berührung kommenden Vorderseiten der Düsenelektroden stark korrodieren. ■■

Beispielsweise oxydieren die Vorderseiten der Düsenelektroden dann, wenn es sich bei den reaktionsfähigen Gasen um Oxydatoren handelt. Gegebenenfalls bilden dann die

00 98 39/1565

oxydierten Teile der Vorderseiten der Düsenelektroden Stellen, welche den überlagerten Wechselstrom derart beeinflussen, daß die angelegte Überlagerungsspannung nach einigen Betriebsstunden unstabil wird.

Ber Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher dieser Nachteil weitgehend vermieden wird.

_ Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen, daß die Vorderseite jeder Düsenelektrode eine Schutzschicht gegen Angriffe der reaktionsfähigen Gase aufweist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Schutzschicht aus Metallen oder Metallegierungen gebildet ist, die ein elektrochemisches Redox-Potential gegenüber Wasserstoff von weniger als 0,8 V besitzen. Bei Werten unterhalb dieses Potentials ist die Affinität von Metallen und Metallegierungen zu den reaktionsfähigen Gasen außerordentlich gering.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemaßen Vorrichtung besteht darin, daß die Schutzschicht aus dem einen und/oder anderen der Metalle Gold, Platin, Palladium, Osmium, Iridium, Rhodium und Ruthenium oder Legierungen derselben besteht. Eine bevorzugte Legierung zur Bildung der Schutzschicht wird von 5-10 $ Iridium und 95-90% Platin gebildet,

009839/15 65

Erfindungsgemäö ist bei der neuen Vorrichtung ferner vorgesehen^ daß' xßie Schutzschicht -inritorm-einer Platzierung an der

Dttsenelektrode angeordnet ist.

Hinsichtlich der Herstellung der neuen Vorrichtung sieht die Erfindung schließlich noch vor, daß die Schutzschicht an der .,-■· Vorderseite jeder Busenelektrode durch Plasma sprit zen^^f-gejtra-. . gen wird* .,.·■-. .

Zur-weiteren Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung . schematisch ein^ Äusfiihrungsbeispiel einer einfachen Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma unter Verwendung reaktionsfähiger Gase dargestellt.

Diese Vorrichtung besteht, im wesentlichen aus einer anodisehen Düsenelektrode 1 und einer in der Achse derselben liegenden, einenDeckel 3 sowie eine von einem Körper 5 gebildete Kammer 4 durchsetzenden Vollelektrode 2. Die Kammer 4 ist über eine Leitung 6* und .deren Verlängerung 7 mit einer Quelle eines nichtreaktionsfähigen Gases, verbunden. Die Düsenelektrode 1 und die Vollelefctrode 2 stehen Jeweils in elektrischer Verbindung mit einer Phase einer Stromquelle 8, um zwischen der Vollelektrode 1 und, der Düsenelektrode 2 einen elektrischen Lichtbogen 9 zu erzeugen. . ;■ . . - .... ....-.-. ,,-..,.■__- , . . .. .

Die Vorderseite der Düs^ne^ektrode 1 ist mit einer durch starke Linien dargestellten sowie von einem Schutzmetall gebildeten Schutzschicht 10 überzogen, welche die Vorderseite der Düsen«

elektrode gegen die Wirkung reaktionsfähiger Gase schützt, die durch nicht dargestellte MIttel der Plasmaflamme zugeführt werden.

Als Schutzmetall zur Bildung der Schutzschicht eignen sich Gold, Platin, Palladium, Osmium, Iridium, Rhodium und Ruthenium. Diese Elemente haben jedoch ungleiche Werte bezüglich ihrer Widerstandsfähigkeit gegen chemische Angriffe, hinsichtlich ihres Schmelzpunktes, ihres spezifischen elektrischen Widerstandes und ihrer physikalisch-mechanischen Eigenschäften, wie dies in der nachstehenden Tabelle angegeben ist.

009839/1565

Tabelle

Elemente	Widerstands fähigkeit gegen starke Säuren	Schmelz punkt ⁰C	Dichte g/dm³	linearer Ausdeh- nungs- koeffi- zient JL 10⁶	therm. Leitfähig keit W/m°C	spez. Wärme J/gk°C	elektr. Leitungs^ wider stand bei 20⁰C SL m	elektro- chem. Redöx- Potential V	physikal. mechani sche Eigen schaften
Kupfer Silber	" angreifbar durch ,Salpeter säure	1.083 960,5	8,910 10,500	16,20 18,80	395 420	385 23O	1,724 1,58	-0,337 -0,521 -0,7991	weich weich
Palladium		1.550	11,500	11,76	700	250	10,80	-0,987	weich I
Osmium		2.500	22,500	5,80	- .	130	9,50	-1,000.	*hart Ί**
Gold Platin .	)angreifbar I durch fKönigs- J wasser	1.063 1.773	19,300 21,450	14,30 8,99	300 71	130 130	2,21 10,50	ca-1,50 ca-1,68 -1,20	weich weich
Rhodium Ruthenium	praktisch nicht angreifbar durch	1.970 1.950	12,400 12,260	8,30 9,10	85,2	247 . 238	4,51 7,60	ca-0,8 ca-1,0 ca-0,86	hart hart
Iridium		2.400	22,400	6,80	58,5	133	5,30	-0,8	hart ° N) OO
									N)

In dieser Tabelle sind die Elemente in der Reihenfolge ihrer Widerstandsfähigkeit gegen starke Säuren angeordnet, weil diese den kritischen Wert für die Widerstandsfähigkeit gegen agressive Chemikalien angibt. Ferner erfolgte in der Tabelle zu Yergleichszwecken eine Angabe der Kennwerte von Kupfer und Silber, und zwar wegen ihrer außerordentlich hohen Wärmeleitfähigkeit und ihres sehr geringen spezifischen elektrischen Leitungswiderstandes .

Aus der Tabelle ergibt sich, daß Gold und Kupfer sehr ähnliche Schmelztemperaturen und vergleichbare spezifische elektrische Leitungswiderstände haben.

Versuche mit drei elektrolytisch mit Gold beschichteten Düsenelektroden, bei welchen die Schichtstärke an der Vorderseite der Düsenelektroden 0,02 mm betrug, zeigten bei Berührung mit Sauerstoff bei Temperaturen von 1500 bis lßOO°C insofern eine beträchtliche Verbesserung, als die Stabilität der Spannung des überlagerten Wechselstrom-Lichtbogens regelmäßiger war und praktisch keine Erosion eintrat.

Da bei Kupfer und Platin die Schmelzpunkte sehr weit auseinanderliegen, wobei Platin weit hitzebeständiger ist, und die spezifischen elektrischen Leitungswiderstände dieser Metalle ebenfalls sehr unterschiedlich sind, wobei der Leitungswiderstand von Platin größer ist als derjenige von Kupfer, erwies es sich zur Begünstigung des Auftretens des überlagerten Wechselstronlicht-

009839/1565

"" 7 —

bogens in dem Kanal der Düsenelektrode am günstigsten, eine Düsenelektrode" aus Kupfer zu verwenden und diese an ihrer Vorderseite mit Platin zu beschichten. Nichtsdestoweniger können bei der Anwendung der Vorrichtung für Heizzwecke, bei welchen die Arbeitsbedingungen extrem schwierig sind, diese Ergebnisse noch vervollkommnet werden.

Wie die Tabelle zeigt, liegt der Schmelzpunkt von Platin, Rhodium, Ruthenium und Iridium in der Reihenfolge ihrer Nennung höher. Andererseits besitzen die Elemente Rhodium, Ruthenium und Iridium die größte chemische Widerstandsfähigkeit. Legierungen dieser vier Elemente.^untereinander sind, für die Schutzschicht außerordentlich interessant, da ihre Widerstandsfähigkeit gegen aggressive Chemikalien unter ungünstigen Bedingungen viel stärker ist als diejenige der einzelnen Elemente. Dies gilt beispielsweise für eine Platin-Iridium-Legierung mit 5-10 % Iridium. Diese Legierung wird von den genannten Chemikalien selbst bei Bedingungen nicht angegriffen, unter welchen von diesen Platin allein angegriffen würde. ^

Die Beschichtung der Vorderseite der Düsenelektrode, auf welche das reaktionsfähige Gas wirkt, kann durch Elektrolyse, durch Explodierung oder auch durch Plasmaspritzen od. dgl. unter Verwendung von Mitteln erfolgen, wie sie in dem belgischen Patent 623 218 und in den deutschen Patentanmeldungen P 19 50 132.7 und P 20 04 738.5 beschrieben sind.

00 9839/1565

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann es sich im übrigen um eine solche handeln, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 19 50 132.7 beschrieben ist.

009839/ 1 565

Claims

Patentansprüche ■

/i JL Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma unter Verwendung reaktionsfähiger Gase, welche mindestens eine Düsenelektrode aufweist, d. ä d u r c h gekennzeichnet, daß die Vorderseite jeder Düsenelektrode (1) eine Schutzschicht (10) gegen Angriffe der reaktionsfähigen Gase aufweist. ' ■

2. -Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (10) aus Metallen" oder Metallogierungen gebildet ist, die ein elektro-chemisches Redoxpotential gegenüber Wasserstoff von weniger als 0,8 Volt besitzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (10) aus dem einen und/oder anderen der Metalle Gold, Platin, Palladium, Osmium, Iridium, Rhodium und Ruthenium oder Legierungen derselben besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, daduroh gekennzeichnet, daö die Sohutzsohioht (10) aus einer legierung von 5-1 Q~jL Iridium und-95-90 $ Platin besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Anaprüohe 1 bis 4» daduroh gekennzeichnet, daß die Sohutzsohioht (10) in form einer Plattierung an der Vorderseite jeder JXiöenelektrode angeordnet 1st.

009839/1565

6. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht an der Vorderseite jeder Düsenelektrode durch Plasmaspritzen aufgetragen wird.

009839/1565