DE2909382C2

DE2909382C2 - Quecksilberkontakt und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2909382C2
Application number: DE19792909382
Authority: DE
Inventors: Vladimir Petrovi&ccaron; Gladkov; Valerij Ivanovi&ccaron; Moskva Petrov; Vladimir Ivanovi&cacute; Vyschimov; Anatolij Vasiljevi&ccaron; Zakurdaev
Original assignee: MOSKOVSKIJ INSENERNO-FIZICESKIJ INSTITUT MOSKVA SU
Current assignee: MOSKOVSKIJ INSENERNO-FIZICESKIJ INSTITUT MOSKVA SU
Priority date: 1979-03-09
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1983-07-07
Also published as: DE2909382A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Quecksilberkontakt und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Ein Quecksilberkontakt dient hauptsächlich zur Verwendung in Schaltern.

Weitgehend bekannt sind Quecksilberkontakte für Umschaltungsgeräte, die einen aus Platin, Palladium, Eisen, Nicke! oder Metallen der Chrom-Gruppe wie Wolfram, Molybdän hergestellten Metallträger enthalten, und Verfahren zur Herstellung dieser Kontakte, die in der Benetzung der gereinigten Oberfläche des Mitallträgers (aus Eisen und Nickel) mit dem Quecksilber durch dessen abwechselndes Eintauchen in ein flüssiges, das Quecksilber enthaltendes Medium besteht (DE-OS 19 59 945).

Die als Metallträger der bekannten Quecksilberkontakte dienenden Edelmetalle neigen zur Bildung der Zwischenphasen und chemischen Verbindungen mit dem Quecksilber, die bei ihrer Ansammlung am Kontaktübergang eine Verschlechterung der elektrischen und dynamischen Eigenschaften des Quecksilberkontaktes und demzufolge auch eine Herabsetzung der Zuverlässigkeit und Betriebsdauer des letztgenannten verursachen.

Der bekannte Quecksilberkontakt, dessen Metallträger das Eisen darstellt, wird durch das abwechselnde Eintauchen des im voraus gereinigten Eisenträgers in so Natriumamalgam über eine schwache Lösung einer Mineralsäure oder Wasser hergestellt (s. beispielsweise P.P. Pugatschewitsch »Arbeit mit dem Quecksilber unter Labor- und Betriebsverhältnissen«, Verlag »Nauka«,Moskau1972,S.183). _S5

Das Eisen sowie Nickel und Metalle der Chrom-Gruppe gehen praktisch keine Reaktion mit dem Quecksilber ein. Jedoch weisen diese Metalle eine thermodynamische Instabilität wegen ihrer elektrochemischen Aktivität auf, die beim lnkontakttreten mit dem ein erhöhtes positives Potential enthaltenden Quecksilber im v/esentliehen zunimmt,

In diesem Zusammenhang können am Kontaktübergang elektrochemische Vorgänge verlaufen, die zu einem teilweisen oder vollkommenen Verlust an Aneinanderheften des Metalls mit dem Quecksilber führen. Die Wahrscheinlichkeit und Intensität dieser Vorgänge hängt mit der Qualität der Ausgangsbefiet-

zung des festen Metalls mit dem Quecksilber zusammen.

Das bekannte Verfahren sichert keine erforderliche Benetzungsqualität' der Oberfläche der genannten Metalle mit dem Quecksilber, da an der Kontaktübergangsstelle im allgemeinen unter der Quecksilberschicht Mikrohöhlen zurückbleiben, die ein im elektrochemischen Sinne aktives Medium wie Säure-, Wasserrückstände und Rückstände anderer am Verfahrensvorgang teilnehmender Elektrolyte enthalten.

Diese Mikrohöhlen sind Ausgangsstellen der elektrochemischen Zerfallsvorgänge, durch weiche die Stabilität und Betriebsdauer des Kontaktüberganges festes Metall-Quecksilber herabgesetzt werden.

Gemeinsam ist den beiden zu vergleichenden Verfahren nur, daß der metallische Träger des Kontaktes in ein flüssiges Medium eingetaucht wird, das Quecksilber enthält

Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird der metallische Träger des Kontaktes aus iAfitallen, dj_e amalgamieren, in das Quecksilber durch ein Säurebad, z. B. Salzsäure, eingetaucht und bedarfsweise gleichzeitig gebürstet (DE-OS23 54 989).

Dem Stand der Technik ist an keiner Stelle zu entnehmen, daß bei der Vorbearbeitung eines Berylliumträgers eine spezielle Mischung aus Fluorwasserstoff und Chromsäureanhydridlösung eingesetzt werden muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Quecksilberkontakt, dessen metallischer Träger eine hohe physikalisch-mechanische Trägheit in bezug auf das Quecksilber aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Quecksilberkontaktes zu entwickeln, durch welches eine erforderliche Qualität der Benetzung der Oberfläche des metallischen Trägers mit dem Quecksilber erreicht wird, wodurch auch eine erhöhte Stabilität und verlängerte Betriebsdauer des Kontaktüberganges festes Metall-Quecksilber gesichert wird.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Metallträger, der mit dem Quecksilber benetzt ist, erfindungsgemäß aus Beryllium hergestellt ist

Die gestellte Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß im Verfahren zur Herstellung des Quecksilberkontaktes, das in einem Eintauchen des gereinigten Metallträgers in ein flüssiges Medium besteht, das das Quecksilber enthält, sowie Säure, erfindungsgemäß das flüssige Medium aus chemisch reinem Quecksilber sowie einem Gemisch aus einer gesättigten Chromsäureanhydridlösung in Wasser und 40%igen wässerigen Lösung von Fluorwasserstoffsäure durchgeführt wird, das im Volumenverhältnis 1 :1 genoronen wird.

Der erfindungsgemäße Quecksilberkontakt und das Verfahren zu dessen Herstellung sichern die erforderliche Qualität der Benetzung der Oberfläche des Metallträgers mit dem Quecksilber (es fehlen Mikrohöhlen) und setzen dadurch die elektrochemische Aktivität des Metallträgers bei dessen Inkontakttreten mit dem Quecksilber wesentlich herab, wodurch die Stabilität und Betriebsdauer des Quecksilberkontaktes erhöht und verlängert wird.

Als Metallträger wird Beryllium genommen, das mit dem Quecksilber nicht reagiert. In einem erweiterten Temperaturbereich bis auf mehrere Hunderte Grad besitzt dieses Metall eine im Vergleich mit Eisen, Nickel, Wolfram und Molybdän im Durchschnitt über eine Größenordnung kleinere Löslichkeit im Quecksilber.

Die Betriebsdauer und Stabilität des Kontaktüberganges Beryllium —Quecksilber hängt unter Verhältnis-

sen einer völligen Abspbließung des Kontaktes in einer vorgeschriebenen Atmosphäre nur von der Qualität der Ausgangsbenetzung der Berylliumoberfläche mit dem Quecksilber ab, d, h, von der Größe des Benetzungsnmdwinkels Θ, die sich aus der Beziehung ergibt >

cos θ=((5, -δ₂)/δι,

in der O₁ Oberflächenenergie auf der Trennungsgrenze Festkörper-Gas, S₂ Oberflächenenergie auf der Trennungsgrenze Festkörper—Flüssigkeit und O₃ Oberflä- m chenenergie auf der Trennungsgrenze Flüssigkeit-Gas bedeuten.

Der Wert cos θ nimmt mit der Vergrößerung des örWerts und der Verkleinerung der <5rGröße zu, während die Qualität des Kontaktes der Quecksilberschicht mit der Oberfläche des Metallträgers mit der Aktivierungsstärke der Berylliumoberfläche unmittelbar vor deren Berührung mit dem Quecksilber zusammenhängt.

Das von der Oxidhaut gereinigte Beryllium besitzt eine erhöhte Oberflächengrenze dt auf der Trennungsgrenze Feststoff-Gas, wodurch an dessen Oberfläche die Quecksilberschicht mit einem kleineren Benetzungsrandwinkel θ zu liegen kommt und demzufolge durch Adhäsionskräfte mit dem Hartmetallträger festgekoppelt wird.

Das Gemisch des Chromsäureanhydrides und der Fluorwasserstoffsäure reinigt unter dessen Komplexeinwirkung am Beryllium und Quecksilber deren Oberflächen gut und aktiviert sie. Die infolge der stattfindenden jo Reaktion gebildeten Fluoride und Chromate des Berylliums und Quecksilbers verkleinern unter dem Eingriff ihrer oberiUchensaktiven Eigenschaften die Oberflächenenergie δζ auf der Trep ',ungsgrenze des Quecksilbers und Gases, indem sie dadurch dessen Benetzungsvermögen verbessern.

Zur Bereitung des Gemisches werden eine gesättigte Lösung des Chromsäureanhydrids in Wasser und 40%ige wässerige Lösung der Fluorwasserstoffsäure genommen, wobei diese Mischung im volumetrischen Verhältnis 1 :1 bereitgestellt wird.

Eine katalytische Einwirkung auf den Benetzungsvargang übt auch der dabei entwickelte atomare Wasserstoffaus,

Die Stabilität des in dem genannten Verfahren hergestellten Quecksilberkontaktes bleibt eine längere Zeit unter Abdichtung des hergestellten Kontaktes in einem nicht tiefen Vakuum (etwa 10-' mm Quecksilbersäule) oder in einer Atmosphäre des inerten Betriebsgases beibehalten.

Die Zuverlässigkeit und Betriebsdauer des e~findungsgemäßen Quecksüberkontaktes werden bei seiner Verwendung in den Quecksilberumschaltgeräten dadurch aufrechterhalten, daß an der Kontaktübergangsstelle keine unerwünschten physikalisch-chemischen Veränderungen auftreten, die zur Zerstörung des Kontaktes führen. Zwecks besseren Verständnisses der Erfindung werden die Ausführungsbeispiele des Herstellungsverfahrens des Quecksilberkontaktes nachstehend wiedergegeben.

Beispiel 1

Ein Bauteil aus Beryllium der erforderlichen Form mit der im voraus in Aceton entfetteten Oberfläche wird ins chemisch reine Quecksilber mehrmals eingetaucht, das sich in einem Gefäß unter der Gemischschicht aus gesättigter Chromsäureanhydridlösung in Wasser und 40%iger wässeriger Lösung der fluorwasserstoffsäure befindet, die im volumefrischen Verhältnis ί : 1 genommen wird.

Das Eintauchen dauert bis zur vollkommenen Benetzung der Oberfläche des Berylliums mit dem Quecksilber, wonach de»· benetzte Bauteil in Wasser und Alkohol gewaschen und im Vakuumthermostat getrocknet wird.

Beispiel 2

Ein im voraus durch ein organisches Lösungsmittel gereinigter Bauteil aus Beryllium wird in ein Gefäß mit Quecksilber und dem Säuregemisch eingebracht, wonach man das geschlossene Gefäß umdreht und leicht schüttelt

Claims

Patentansprüche:

1, Quecksilberkontakt, der einen mit Quecksilber benetzten Metallträger enthält, dadurch ge-₅ kennzeichnet, daß der Metallträger aus Beryllium besteht

Z Verfahren zur Herstellung eines Quecksilberkontaktes nach Anspruch 1, das in einem Eintauchen eines gereinigten Metallträgers in ein flüssiges Medium besteht, das das Quecksilber sowie Säure enthält, wobei der Metallträger nach der Säure vom Quecksilber benetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium aus chemisch reinem Quecksilber sowie einem Gemisch aus einer gesättigten Chromsäureanhydridlösung in Wasser und 40%iger wässeriger Lösung von Fluorwasserstoffsäure, das im Volumenverhältnis 1 :1 genommen ist, besteht

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