DE629014C - Verfahren zur thermischen Nachbehandlung von Kupferoxydulschichten - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
21. APRIL 1936

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21g GRUPPE 1102

s Ί 04345 viii ei21g

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. April 1932 ab

Die Kupferoxydufschichten der bekannten Kupferoxydulgleichrichterplatten werden durch Glühen von Kupfer, z. B. bei etwa 1000⁰ C, in sauer stoff hai tiger Atmosphäre hergestellt. Das geschieht auch nach bekannten Verfahren in der Weise, daß das Kupfer zunächst in neutralen oder reduzierenden Gasen oder im Vakuum erhitzt wird, wobei nach Erreichen der Formierungstemperatur Sauerstoff geregelten Druckes zugeführt wird. Dieses Verfahren hat bekanntlich den Zweck, die Bildung von Kupferoxydul zu verhindern, um die nachträgliche umständliche und nicht immer einwandfrei zu bewirkende Entfernung desselben zu ersparen. Die mit Kupferoxydul versehenen Platten werden meist noch einer thermischen Nachbehandlung unterzogen, die z. B. nach Abschrecken der Platte mit einem Kühlmittel, wie Wasser, in sauerstoffhaltiger Atmosphäre, Erhitzung auf mittlere Temperatur und darauf wieder erfolgenden Abkühlung ihren Abschluß findet. Durch diese Verfahren soll der Flußwiderstand der Gleichrichterscheiben möglichst herabgesetzt und der Sperrwiderstand im Verhältnis zum Bahnwiderstand möglichst hochgetrieben werden. So hergestellte Gleichrichterscheiben haben im allgemeinen aber nur einen spezifischen Sperrwiderstand von 1 bis mehreren tausend Ohm/cm² bei den bisher niedrigen Spannungen von einigen Volt. Die nach diesem Verfahren hergestellten Trockengleichrichter eignen sich nur für die Gleichrichtung von geringen Wechselspannungen, z. B. von V₁₀ Volt an. Dagegen treten oberhalb 10 Volt prinzipielle Schwierigkeiten auf, da die Sperrschichten für so hohe Spannungen nicht mehr durchschlagsicher sind. Die Gleichrichter gehen infolge der hohen inneren Feldstärken wahrscheinlich an einem Wärmedurchschlag zugrunde. Die Gleichrichtung hoher Spannungen wird nur durch die Hintereinanderschaltung einer unverhältnismäßig großen Zahl solcher Gleichrichterscheiben, also nur mit erheblichem Aufwand erreicht. Abgesehen von den dadurch bedingten erhöhten Kosten ist bei der großen Anzahl notwendiger Scheiben mit einer ungleichmäßigen Verteilung der Spannung auf die einzelnen Scheiben zu rechnen. Dadurch kann es sich bei angespannter Belastung leicht ereignen, daß zunächst diejenige Scheibe mit der höchsten Spannung durchschlägt und dann die andern folgen.

Gemäß der Erfindung werden die Kupferoxydulplatten einer besonderen thermischen Nachbehandlung unterzogen, die darin besteht, daß die Platten sowohl bei einer besonderen Erhitzung von etwa 1000⁰ C wie bei der nachfolgenden Abkühlung extrem geringem Sauerstoff druck, z. B. einem Vakuum

*) Von dem Patentsttcher ist als der Erfinder angegeben worden:'

Dr. Ferdinand Waibel in Berlin-Charlottenburg.

oder einer sauerstofffreien. Atmosphäre, aus gesetzt werden; vermutlich befindet sich dabei der restliche Sauerstoff mit dem gebildeten Kupferoxydul bei- Beginn "der Abkühlung im Gleichgewichtszustande. Das Verfahren kann z. B. derart durchgeführt werden, daß man zunächst in an sich bekannter Weise in einem unter stark vermindertem Sauerstoffdruck stehenden Gefäß eine Anzahl von Kupferblechen anordnet und diese z. B. auf elektrischem Wege sehr schnell auf eine oberhalb iooo° C liegende. Temperatur erhitzt. Die Scheiben überziehen sich dabei bekanntlich mit einer dünnen Oxydulschicht, die so lange weiter wächst, als noch genügende Mengen Sauerstoff im Gefäß enthalten sind. Nach der Erfindung erfolgt hierauf sowohl das Nachglühen der Platten wie die Abkühlung der Platten auf Zimmertemperatur, z. B. durch Abpumpen bei extrem niedrigem Sauerstoffdruck. Diejenigen Flächen, die nicht der Oxydation unterworfen werden sollen, werden zweckmäßig vor der Erhitzung abgedeckt. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann in der Weise durchgeführt werden, daß man die Platten zunächst in einem Gefäß erhitzt, in dem überschüssiger Sauerstoff vorhanden ist, daß man jedoch, nachdem der Glühprozeß eine kurze Zeit gedauert hat, den ganzen im Gefäß vorhandenen Sauerstoff schnell abpumpt und noch für eine kurze Zeit weiterglüht. Auch die Verwendung eines Gasgemisches, indem man dem Sauerstoff andere weitgehend inaktive Gase beimengt, hat sich in vielen Fällen als vorteilhaft herausgestellt. Man kann z. B. ein Gemisch von Sauerstoff mit Stickstoff zur Anwendung bringen, in dem der Partialdruck des Sauer-■ stoffes nur einige Zentimeter beträgt. Es hat sich gezeigt, daß Gleichrichter, die aus solchen nach der Erfindung hergestellten Kupferoxydullamellen durch Aufbringen von Elektroden hergestellt werden, außerordentlich hochohmig sind und dabei gleichzeitig sehr hohe Durchschlagsfestigkeit besitzen. Der Sperrwiderstand solcher Gleichrichter beträgt etwa 10 Megohm pro Quadratzentimeter. Er kann zuweilen noch gesteigert werden. Diese Gleichrichter sind imstande, Spannungen von der Größenordnung von etwa 100 Volt einwandfrei zu sperren. Gegenüber den bisher bekannten Kupferoxydulgleichrichtern bedeutet das aber eine ganz gewaltige Verkleinerung des notwendigen Aufwandes für Hochspannungsgleichrichter und macht derartige Trockengleichrichter wirtschaftlich für die Gleichrichtung hoher Spannungen überhaupt erst brauchbar.

Andererseits sind die nach dem neuen Glühverfahren hergestellten Kupferoxydullamellen gut geeignet zur Herstellung von Sperrschichtphotozellen, wenn man eine geeignete lichtdurchlässige Elektrode auf die Oxydulschicht aufbringt. Es ist in diesem Falle allerdings erforderlich, an die Zelle eine erhebliche Spannung anzulegen, die bis zu etwa 100 Volt betragen kann. Alsdann ist es jedoch möglich, beim Auf treffen von Licht eine weit höhere Leistungsabgabe der Zelle zu erzielen als mit den bisher bekannten ZeI-len. Die Leerlaufspannung der neuen Zellen unter- der bloßen Einwirkung des Lichtes kann bis zu mehreren Zehntelvolt betragen. Besonders vorteilhaft sind sie auch aus dem Grunde, weil sie ohne Zwischenschaltung eines Übertragers an den Gitterkreis eines Verstärkerrohres angepaßt werden können. Die Wirkung des neuen Herstellungsverfahrens beruht vielleicht darauf, daß durch das Glühen unter vermindertem Sauerstoffdruck und die Durchführung des Glühprozesses in der Weise, daß der Sauerstoff vollkommen verbraucht wird, sehr sauerstoffarme Oxydulschichten entstehen, die einen besonders hohen Widerstand zu besitzen scheinen. Die gleichzeitige Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit findet vielleicht darin ihre Erklärung, daß gleichzeitig die Dicke der sauerstoffarmen Schicht wesentlich stärker ist als bei dem normalen Herstellungsverfahren. go

Bei der Herstellung der neuen Zellen ist vorteilhaft darauf zu achten, daß der Sauerstoffdruck während des Glühprozesses so niedrig ist, daß keine Bildung einer oberflächlichen Oxydhaut stattfindet, so daß die Zellen ohne Anwendung eines Ätzprozesses oder eines anderen Arbeitsganges, in dem das Oxyd mechanisch entfernt wird, zur Weiterbearbeitung geeignet sind. Auf diese Weise gelingt es am besten, auf die Oxydulschicht eine nichtsperrende Elektrode aufzubringen, ohne die Eigenschaften des Gleichrichters in irgendeiner Weise zu verschlechtern.

Eine weitere Verbesserung der neuen Sperrschichtzellen kann noch dadurch herbeigeführt werden, daß man im Kupfer während des Oxydationsprozesses ein Temperaturgefälle aufrechterhält. Zur Durchführung eines derartigen Verfahrens kann man z. B. die Platten während der Oxydation auf einer stark gekühlten Unterlage anordnen und sie durch kräftigen induzierten Wechselstrom oder durch Bestrahlung heizen. Die gleichzeitige Kühlung und Heizung können in einfacher Weise derart bemessen werden, daß sich die Vorderseite des Kupfers auf der für die Oxydation notwendige Temperatur von über looo° C befindet, während die Temperatur an der Rückseite nur etwa 800 bis 900 ° C beträgt.

Die nach dem neuen Verfahren hergestellten, eine hohe Sperrwirkung besitzenden

Oxydulschichten können auch für andere Zwecke Anwendung finden. Man kann z. B. die Isolation von Kupferdrähten in der Weise vornehmen, daß man sie einem kurzzeitigen Glühprozeß in einem Raum mit geringem Sauerstoffgehalt unterwirft. Sie überziehen sich dann mit einer dünnen Oxydulschicht, die den Vorteil besitzt, bis zu hohen Temperaturen widerstandsfähig zu sein.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur thermischen Nachbehandlung von Kupferoxydulschichten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines besonders hohen Sperrwiderstandes sowohl die thermische Nachbehandlung des Kupferoxyduls bei hoher Temperatur von etwa 1000⁰ C wie die Abkühlung im Vakuum oder in sauerstofffreier Atmosphäre erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß im Kupfer während des Glühens ein Temperaturgefälle derart aufrechterhalten wird, daß die Vorderseite des Kupfers auf der notwendigen Oxydationstemperatur von über 1000⁰ C, während die nicht zu oxydierende Rückseite auf etwa 800 bis 900 ° C gehalten wird.