DE3306880C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer selektiv wärmestrahlenden Oberfläche durch Bedecken eines Metallkörpers mit einer für Wärmestrahlung zumindest teildurchlässigen Schicht, bei dem diese Schicht durch elektrochemische Umwandlung der Metalloberfläche erzeugt wird.

Selektive Wärmestrahler werden bevorzugt zum Abführen von Verlustwärme bei Raumflugkörpern eingesetzt. Sie sollen auch bei Sonneneinstrahlung in der Lage sein, genügend Wärme abzustrahlen. Bekannt ist es, als solche selektiv strahlenden Oberflächen Aluminium mit aufgebrachten Al₂O₃-Schichten zu verwenden. Es ist auch bekannt, daß Al₂O₃ durch einen Eloxierprozeß herzustellen.

Die Wärmeabstrahlung solcher sogenannter Solarreflektoren ist um so besser, je kleiner das Verhältnis ist, wobei α_s die Solarabsorption und ε die thermische Emissivität ist.

Man ist also bestrebt, ein möglichst großes ε zu erhalten. Es hat sich dabei gezeigt, daß das ε mit zunehmender Schichtdicke der Al₂O₃-Schicht zunimmt.

Es ist zwar auch möglich, Aluminiumoxid z. B. durch Flammspritzen oder als Pigment zusammen mit einem Bindemittel aufzubringen, jedoch hat es sich als günstiger erwiesen, diese Schicht auf einem Aluminiumkörper durch Eloxieren zu erzeugen. Nachteilig ist jedoch, daß bei Schichtdicken über 10 µm bereits die Gefahr beginnt, daß eine Rißbildung in der Schicht auftritt, was die Zuverlässigkeit und den Wirkungsgrad solcher Wärme abgebenden Flächen nachteilig beeinflußt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren anzugeben, das die Gefahr einer Rißbildung auch bei dickeren durch Eloxieren aufgebrachten Al₂O₃-Schichten verringert.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf die Metalloberfläche ein Gittermuster aus einem Material aufgebracht wird, das eine Umwandlung der darunterliegenden Metalloberflächenbereiche verhindert und dessen Öffnungen so klein gewählt sind, daß die bei dem nachfolgenden Umwandlungsprozeß der freiliegenden Metalloberflächen erzeugten Schichtelemente auch bei Schichtdicken über 10 µm keine Rißbildung zeigen und daß dann das Gittermuster entfernt wird.

Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens ist es ohne Schwierigkeiten möglich, Al₂O₃-Schichten mit einer Dicke größer als 50 µm, z. B. 90 µm, aufzubringen, wobei man ein ε von etwa 0,9 ohne weiteres erreichen kann. Die aufgebrachten Schichten sind weitgehend rißfrei und besitzen eine hohe Beständigkeit.

An Hand der Fig. 1 bis 5 wird nachfolgend der Verfahrensablauf näher erläutert.

Die Erläuterung erfolgt an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, bei dem der Metallkörper aus Aluminium und die Oberflächenschicht aus durch Eloxieren aufgebrachtem Aluminiumoxid besteht.

Auf der zur Wärmeabstrahlung vorgesehenen Oberfläche des Aluminiumkörpers 1 wird ein wabenförmiges oder gitternetzförmiges Gittermuster 2 aus einem säurebeständigen Material, wie z. B. Fotolack, Siebdruckfarbe, Gold, Blei oder Siliziumdioxid aufgebracht. Das Material dieses Gitters muß den verwendeten Säuren und Temperaturen beim Eloxieren standhalten, so daß die unterhalb dieser Gitterstruktur befindlichen Oberflächen des Aluminiumkörpers 1 vom Eloxieren ausgespart werden.

Die Öffnungen in dieser Gitter- oder Wabenstruktur 2 sind so groß zu wählen, daß bei der gewünschten durch Eloxieren entstehenden Schichtdicke in den erzeugten Inseln 3 keine Risse entstehen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ermittelt man die Größe der Öffnungen in diesem Gittermuster in der Weise, daß man auf einem Probestück Aluminium eine durchgehende Schicht der gewünschten Dicke, z. B. von 80 µm Dicke aufbringt. Man stellt fest, daß diese aufgebrachte Eloxalschicht eine Vielzahl von Rißlinien aufweist. Man mißt nunmehr den Abstand dieser Rißlinien voneinander und erhält dadurch ein brauchbares Maß für die Größe der Öffnungen in der Gitter- oder Wabenstruktur. Eine Rißbildung wird mit größter Sicherheit dann vermieden, wenn der Durchmesser dieser Öffnungen kleiner ist als der durchschnittliche Abstand zweier benachbarter Rißlinien.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung wird nun einem Eloxierprozeß ausgesetzt, und es wird so lange eloxiert, bis sich in den Öffnungen der Gitterstruktur zwei Al₂O₃-Inseln 3 der gewünschten Dicke gebildet haben. Diese Verfahrensstufe ist in Fig. 2 dargestellt.

In der Fig. 3 ist eine Verfahrensstufe gezeigt, in der dann das Gittermuster 2 entfernt wurde, so daß zwischen den Elementen 3 freie Aluminiumoberflächen 5 entsprechend der entfernten Gitterstruktur zurückbleiben.

Wird eine zusammenhängende Eloxalschicht gewünscht, so kann das Verfahren um die in den Fig. 4 und 5 gezeigten Verfahrensschritte erweitert werden. Man eloxiert z. B. den in Fig. 3 gezeigten Körper nach, wodurch sich eine zusätzliche Eloxalschicht 4 ganzflächig bildet, die sowohl die freien Stellen 5 als auch die Schichtelemente 3 überdeckt. Diese Schicht wird jedoch nur so dünn aufgebracht, daß noch keine Rißbildung entsteht, vorzugsweise kleiner als 15 µm, insbesondere kleiner als 10 µm dick. Man erhält dann eine Oberfläche, die an den Stellen mit den Elementen 3 z. B. eine Schichtdicke von 88 µm und an den dazwischenliegenden Gitterstellen eine Schichtdicke von 8 µm aufweist.

Die Gitterstäbe oder Wabenstäbe 2 sind so schmal wie möglich zu machen. Sie sollen lediglich verhindern, daß die Schichtelemente 3 miteinander verwachsen und dadurch reißen können. Man erhält dadurch eine Oberflächenbedeckung, die zu über 90% mit einer dicken Al₂O₃-Schicht bedeckt ist und nur zu einem ganz geringen Teil mit einer dünnen Al₂O₃-Schicht kleiner 10 µm bedeckt ist.

Wenngleich die Erfindung an Hand von Aluminium mit einer eloxierten Aluminiumoxidschicht beschrieben ist, so ist es auch möglich, andere Materialien zu verwenden, wenn diese, wie z. B. Magnesium, sich in gleicher Weise mit einer für Wärmestrahlung transparenten Schicht bedecken lassen.

Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht an das Verfahren der anodischen Oxidation gebunden. Das Aufbringen einer für Wärmestrahlung transparenten Schicht kann auch durch Aufdampfen, Kathodenzerstäubung oder CVD-Prozesse erfolgen. In diesen Fällen geschieht gemäß bekannten Verfahren der Halbleitertechnologie die Erzeugung des Gittermusters durch ein während der Beschichtung aufgelegtes Metallgitter. Eine zusammenhängende Deckschicht wird erhalten, wenn nach Entfernen des Metallgitters die Beschichtung ganzflächig bis zur gewünschten Schichtdicke fortgesetzt wird (Fig. 5).

Zusammenfassung der Erfindung Verfahren zum Herstellen einer selektiv wärmestrahlenden Oberfläche

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer verbessert selektiv wärmestrahlenden Oberfläche angegeben, bei dem eine durch Rasterung verstärkte Schicht aufgebracht wird.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen einer selektiv wärmestrahlenden Oberfläche durch Bedecken eines Metallkörpers mit einer für Wärmestrahlung zumindest teildurchlässigen Schicht, bei dem diese Schicht durch elektrochemische Umwandlung der Metalloberfläche erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche ein Gittermuster (2) aus einem Material aufgebracht wird, das eine Umwandlung der darunterliegenden Oberflächenbereiche (5) verhindert und dessen Öffnungen so klein gewählt sind, daß die bei dem nachfolgenden Umwandlungsprozeß der freiliegenden Oberflächen erzeugten Schichtelemente (3) auch bei Schichtdicken über 10 µm keine Rißbildung zeigen und daß dann das Gittermuster (2) entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Entfernen des Gittermusters ein weiterer gleichartiger Umwandlungsprozeß vorgenommen wird, bei dem sowohl die nunmehr freigelegten Oberflächenbereiche (5) als auch die Schichtelemente (3) mit einer weiteren zusammenhängenden Schicht (4) bedeckt werden (Fig. 5).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörper (1) aus Aluminium besteht und die elektrochemische Umwandlung durch Eloxieren erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenhängende Schicht (4) eine Schichtdicke kleiner 30 µm, insbesondere kleiner 15 µm aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenhängende Schicht (4) eine Schichtdicke aufweist, die kleiner als das 0,5fache, insbesondere kleiner als das 0,25fache der Schichtdicke der Schichtelemente (3) beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet zur Herstellung von Kühlflächen für der Sonnenstrahlung ausgesetzte Wärmestrahler, insbesondere auf dem Gebiet der Luftfahrt und Raumfahrt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet zur Herstellung von Kühloberflächen für Wanderfeldröhren für Satellitenzwecke.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Öffnungen in dem Gittermuster (2) derart gewählt ist, daß der Durchmesser dieser Öffnungen kleiner ist, als der mittlere Abstand zweier benachbarter Rißlinien in einer gleichartig erzeugten großflächigen Schicht, deren Dicke der gewünschten Dicke der aufzubringenden Schichtelemente (3) entspricht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst eine durchgehende Schicht (4) mit einer Dicke kleiner als 15 µm, insbesondere kleiner als 10 µm, und dann die dickeren Schichtbereiche (3) aufgebracht werden (Fig. 4).