DE2456515C2 - Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung elektrisch leitender Werkstücke - Google Patents
Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung elektrisch leitender WerkstückeInfo
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Description
25
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung, insbesondere die Zerspanung,
elektrisch leitender Werkstücke mit einer einen Teil der Elektrodenoberflächo bedeckenden halbleitenden
Schicht.
Die Genauigkeit des elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens, die an sich nicht sehr groß ist, wird
dadurch erheblich verbessert, daß eine Isolierung an denjenigen Stellen der Eleknode angebracht wird, an
denen kein Stromdurchgang erwüns^.it ist. Wenn eine große Genauigkeit der Bearbeitung erwünscht ist, ist es
von Bedeutung, daß die Isolierschicht möglichst dünn, z. B. mit einer Dicke von 0,01 mm oder weniger, gewählt
wird.
Verschiedene Isoliermaterialien wurden bereits vorgeschlagen. Schichten aus Epoxidharzen mit verschiedenartigen
Härtungsmitteln weisen den Nachteil auf, daß sie gegen Wasserabsorption empfindlich sind. Während
der Ablagerung absorbieren sie Wasser aus der Umgebung, das zwar bei Erhitzung wieder verschwindet,
dabei aber Porosität und die Bildung von Hohlräumen herbeiführt. Silikonharze sind in dieser Hinsicht
etwas günstiger, aber doch nicht ausreichend. Polyurethanschichten weisen den Nachteil auf, daß sie Wasserstoff
absorbieren, wodurch sie sich zersetzen. Auch Polyesterimidschichten weisen diesen Nachteil auf,
wenn auch in erheblich geringerem Maße. All diese organischen Überzüge können außerdem nur angebracht
werden, wenn die Form der Elektrode nicht zu verwikkelt ist. Schließlich sind diese Schichten bei den für genaue
Bearbeitungen erforderlichen Schichtdicken nicht genügend isolierend und neigen dazu, sich infolge der
dann auftretenden Wasserstoffentwicklung abzulösen.
Isolierschichten aus einem anorganischen Material können mit erheblich geringeren Schichtdicken, und
zwar im allgemeinen mit Dicken zwischen 0,1 Und 5 μηΐ,
verwendet werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese Schichten einen derart großen Leckstrom besitzen,
daß ihre Lebensdauer stark herabgesetzt wird. Bei den Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben,
wurden folgende Möglichkeiten geprüft: Auf verschiedene Weise anodisch aufgebrachte Aluminiumoxid-
und Tantaloxidschichten, Emailschichten und SiIiciumoxidschichten,
die durch Oxidation gasförmiger Silane an der erhitzten Elektrodenoberfläche erhalten
wurden.
Es ist auch bekannt, bei einer Elektrode für die elektrochemische
Bearbeitung zur Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit an der Seitenfläche statt einer dielektrischen
Isolierschicht eine Halbleiterschicht vorzusehen, die hinsichtlich der Verbesserung der Genauigkeit
dieselbe Wirkung wie eine dielektrische Schiebt haben kann (US-PS 34 76 674). Neben dieser an den Seitenflächen
angebrachten Schicht ist bei der bekannten Elektrode auch stimseitig eine halbleitende Schicht vorgesehen,
die als Spannungsregulierende Diode wirkt, wozu die Zenerspannung überschritten werden muß.
AJs halbleitendes Material ist Cadmiumsulfid (CdS) und allgemein ein Halbleiter, dessen Widerstand mit steigender
Spannung abnimmt, vorgesehen.
Als ein Material mit dieser Eigenschaf· ist auch Siliciumkarbid
bekannt (Valvo-Datenblätter »Spannungsabhängige
Widerstände«, Januar 1964, Seite 437).
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine stellenweise bzw.
teilweise isolierte Elektrode mit einer im Vergleich zu Elektroden mit der oben beschriebenen Isolierung erheblich
längeren Lebensdauer und mit einem Leckstrom, der auch bei geringer Schichtdicke vernachlässigbar
klein ist, zu schaffen.
Diese Aufgabe wirci nach der Erfindung dadurch gelöst,
daß bei einer Elektrode der eingangs genannten Art die halbleitende Schicht aus mindestens zwei aufeinanderliegenden
Teilschichten besteht, die aus Halbleitermaterialien verschiedener Art und/oder verschiedenen
Leitfähigkeitstyps bestehen.
Die Erfindung hat außerdem den Vorteil, daß Elektroden mit verwickelten Oberflächen leicht überzogen
werden können.
Bei einer günstigen Ausführungsform der Erfindung besteht die halbleitende Schicht aus zwei Teilschichten,
von denen eine aus einem Halbleitermaterial vom p-Leitfähigkeitstyp in Kontakt mit der Etektrodenoberfläche
und die andere aus einem Halbleitermaterial vom n-Leitfähigkeitstyp in Kontakt mit der Oberfläche des
p-leitenden Halbleitermaterials besteht
Sehr günstige Ergebnisse werden mit Siliciumcarbid erzielt.
Beispiele von Ausführungsformen von Elektroden nach der Erfindung werden anhand einer Zeichnung und
ihrer Herstellung beschrieben.
Die Zeichnung zeigt eine Elektrode zur Bildung von Löchern. Darin bezeichnet 1 das Werkstück, 2 die Elektrode,
3 einen Kanal zum Zuführen von Elektrolyten und 4 die Isolierung der Elektrode.
Ein aus Wolfram bestehender Stab mit einer Länge von 15 cm und einem Durchmesser von 0,5 mm wird bei
einer Temperatur von 1175° C einem Gasstrom von
5,6 l/min ausgesetzt, der aus Wasserstoff mit 5,2 Vol.-% Methyltrichlorsilan (CH3SiCI3) besteht Durch Pyrolyse
bildet sich SiC auf der Elektrodenoberfläche. Wenn dem Gasstrom ein Wasserstöffström mit 1 Völ.-% B2H6 mit
einer Geschwindigkeit von 40 cmVmin zugesetzt wird, wird p-leitendes SiC erhalten. Eine η-leitende Schicht
wird dadurch erhalten, daß dem Gasstrom statt des mit B2H6 gemischten Wasserstoffs Stickstoff mit einer Geschwindigkeit
von 30cm3/min zugesetzt wird. Ein pn-Übergang
wird dadurch erhalten, daß nacheinander mit
B2H6 und Nj dotiert wird.
Eine Elektrode mit einer Länge von 1 cm, die aus dem auf diese Weise erhaltenen Stab besteht und eine
Schicht mit einer Dicke von 15 μίτΐ aufweist, die zu einer
Hälfte aus p- und zur anderen Hälfte aus n-leitendem SiC besteht, wird in der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsform verwendet, wobei die Schicht an der Endfläche und an der Stelle der Einklemmung auf mechanischem
Wege entfernt ist um Stromdurchgang bzw. elektrischen Kontakt zu ermöglichen. Als Elektrolyt
beim elektrolytischen Zerspannungsvorgang wird eine wässerige NaClO3-Lösung mit einer Leitfähigkeit
von 0,15 Ω-' cm-' verwendet, die mit einer Geschwindigkeit
von 20 m/sec umgepumpt wird. An der Stelle der unüberzogenen Elektrodenoberfläche beträgt die
Stromdichte 250 A/cm2 und an der Stelle der Doppelschicht 0,2 A/cm2.
Bei der Bildung von Löchern mit einem Durchmesser von 0,6 mm in Chrom-Nickel-Stahl war nach einer Bearbeitungslänge
von 600 mm keine wahrnehmbare Abnutzung aufgetreten. Bei einer gleichen Schichtdicke eines
Epoxidharzes war nach einer Bearbeitungsiär.ge
von 2 mm die Schicht bereits völlig verschwuren.
Eine Elektrode mit einer einzigen p-leitenden SiC-Schicht
mit einer Dicke von 20 μπι weist bei einer Betriebsspannung
von 5 V ein Verhältnis der Stromdichten an der Stelle des unüberzogenen Wolframs und an der
Stelle der p-leitenden SiC-Schicht von mehr als 5 auf.
B e i s ρ i e I 2
Ein aus Molybdän bestehender Stab mit einer Länge von 10 cm und einem Durchmesser von 03 mm wird bei
einer Temperatur von HOO0C einem Gasstrom von 12 1/
min, bestehend aus Wasserstoff mit 0,15Vol.-°/o S1H4
ausgesetzt. Durch Pyrolyse bildet sich auf der Elektrodenoberfläche eine Siliciumschicht. Indem dem Gasstrom
ein Wasserstoffstrom mit 10-7Vol.-% B2H6 mit
einer Geschwindigkeit von 15cm3/min zugesetzt wird,
wird p-leitendes Silicium erhalten.
Eine n-lei^ende Schicht wird dadurch erhalten, daß
dem S1H4 enthaltenden Gasstrom statt des mit B2H6
gemischten Wasserstoffs ein Wasserstoffstrom mit 10-; Vol.-% PH3 (Phosphin) mit einer Geschwindigkeit
von 15 cnWmin zugesetzt wird.
Der pn-übergang wird dadurch erhalten, daß nacheinander mit B2Hb und PH3 dotiert wird.
Eine Elektrode mit einer Länge von 1 cm, die aus dem auf diese Weise erhaltenen Stab besteht und eine
Schicht mit einer Dicke von 30 μπι aufweist, die zu einer
Hälfte aus p- und zur anderen Hälfte aus n-leitendem Silicium besteht, weist eine Lebensdauer auf, die die
einer mit einem Epoxidhaiz überzogenen Elektrode erheblich
übersteigt.
55
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
60
Claims (3)
1. Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung elektrisch leitender Werkstücke mit einer einen Teil
der Elektrodenoberfläche bedeckenden halbleitenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß
die halbleitende Schicht aus mindestens zwei aufeinanderliegenden Teilschichten besteht, die aus Halbleitermaterialien
verschiedener Art und/oder verschiedenen Leitfähigkeitstyps bestehen^
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitende Schicht aus zwei Teilschichten
besteht, von denen eine aus einem Halbleitermaterial
vom p-Leitfähigkeitstyp in Kontakt mit der Elektrodenoberfläche und die andere aus
einem Halbleitermaterial vom n-Leitfähigkeitstyp in Kontakt mit der Oberfläche des p-Typ-Halbleitermaterials
besteht.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleitermaterial aus Siliciumcarbid besieht
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| DE1589834A1 (de) | Varaktor mit vergroessertem Kapazitaetsbereich |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OD | Request for examination | ||
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: PIEGLER, H., DIPL.-CHEM., 2000 HAMBURG |
|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |