DE862471C - Verfahren zur Umkristallisation von Metallscheiben fuer die Herstellung von Trockengleichrichtern - Google Patents

Description

• Verfahren zur Umkristallisation von Metallscheiben für die Herstellung von Trockengleichrichtern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Umkristallisation von Metallscheiben zur Herstellung von Trockengleichrichtern, denen Elektrodenbleche einer Glühvnrbehandlung derart unterworfen werden, daß sie je nach der gewünschten Gleichrichterart ein entsprechendes kristallines Gefüge erhalten. Das Gefüge kann- fein-,- grob-- oder .großkörnig. sein.
• In der Patentschrift 497 974 ist bereits vorgeschlagen worden,. für die Herstellung von Trockengleichrichtern, insbesondere Kupferoxydulgleichrichtern, als Ausgangswerkstoff Kup f er2inkristalle zu verwenden. Die: chemische Umsetzung der Kupferbleche in de Sperr- und Halbleiterschicht soll durch Regelung. der Glühtemperatur, Glühdauer und Abkühlgeschwindigkeit derart geführt werden, daß das entstehende Kupferoxydul die Struktur des darunter befindlichen Einkristalls beibehält. Über die Art der Regelung dieser Faktoren sind in der Patentschrift keine Angaben gemacht. Kupfereinkristalle als Werkstoff für die Herstellung von Kupfero.xydulgleichrichtern haben den Vorteil, daß das Material außerordentlich rein ist, weil durch die Herstellung des Einkristalls aus der Vakuumschmelze die unerwünschten Beimengungen auf ein Mindestmaß herabgedrückt sind. Bei Einkristallen fehlt auch die elastische Nachwirkung. Die Gleichheit in der Raumgitteranordnung hat für Trockengleichrichter vor ;allem den Vorteil; daß die elektrische Leitfähigkeit in der D.urchlaßrichtung hoch und in der Sperrichtung verschwindend gering ist. Die hierdurch bedingte Verminderung der Wärmeverluste im Gleichrichter ermöglicht infolgedessen eine höhere. Belastung und seinen ununterbrochenen gleichäßigen Betrieb des Gleichrichters, falls zwischen der Gegenelektrode und dem Halbleiter ein genügend haftfester Kontakt hergestellt ist. Der Einkrstallgleichrichber hat trotz der angegebenen Vorteile in die Fertigung keinen Eingang gefunden. Der Grund liegt darin, daß die Herstellung von Metalleinkristallen geeigneter Größe aus der Vakuumschmelze sein siorgfältig innezuhaltendes Behandlungsverfahren voraussetzt und damit für eine Massenherstiellung auch zu kostspielig ist. In der Patentschrift 512818 ist daher versucht worden,, eine Verbesserung der Kristallstruktur der Gleichrichter :dadurch zu erhalten, da.ß .das Herstellungsverfahren für die Gleichrichter in zwei: Stufen zerlegt wurde. In,der Bersten Stufe wird durch Glühen der Kupferscheiben in Luft die Kupferoxydulschicht in der gewünschten Dicke hergestellt. In der zweiten Stufe wird der Gleichrichter in dem gleichen .oder einem besonderen Glühofen bei etwa iooo° C geglüht, und zwar in neutraler Atmosphäre. Durch diese Glühbehandlung nach der Oxydation soll die Kristallstruktur des Gleichrichters verbessert, dagegen die Dicke der Oxydulsch1cht nicht mehr wesentlich vergrößert werden. Diese Homogenisierung kann zu seiner Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Gleichrichters führen. Sie kann aber an die Struktur .des Einkristallgefüges auch nicht näherungsweise herankommen. Eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Gleichrichters in dieser Richtung muß daher auf anderem Wege vorgenommen werden.
• Die Erfindung geht für die Herstellung von Metalltrockenglezchrichtern, insbesondere Kupferoxydulgleichrichtern, von dem Anlieferungszustand der Elektrodenbleche, d. h. von dem Zustand der angelieferten ,ausgewalzten Kupferbleche, aus, auf welche. die an sich bekannten Grundsätze der Rekristallisatlonangewendet werden, um das gewünschte kristalline Gefüge herzustellen. Nach der Erfindung wird das Ausgangsgefüge der Kupferbleche zunächst seiner Glühvorbehandlung in einem Vakuumofen oder einem elektrisch beheizten Glühofen in neutraler Atmosphäre unterworfen, durch die das Ausgangsgefüge in das gewünschte kristalline Gefüge und danaclh die so vorbiehandelten Elektrodenbleche, z. B. in oxydierender Atmosphäre, in das Gleichrichterelem@ent übergeführt werden: Es ist bekannt, daß zum Einsetzen der Rekristallisation, ,d. h. der Neugitberung des Ausgangsgefüges, eines bestimmten Metalls seine bestimmte untere Temperatur notwendig ist. Diese sogenannte Rekristallisatiönstemperatur ist von dem Verformungsgrad des Materials abhängig. Je stärker de Kaltverformung des Materials war, um so tiefer liegt die Temperatur des Beginns der Rekristallisation und um so feinkörniger wird das neu @entstehende Gefüge. Je höher die Temperatur steigt und je länger die Glüh-Behandlung dauert, um so grobkörniger wird.--das Gefügte. Diese Beziehungen zwischen dem Verformungsgrad, der zu rekristallisierenden Korngröße und der Temperatur sind für die verschledeneni Metalle durch das jedem Metall, zugehörige Rekristellisationsdiagramrn gegeben. Sie können aus ihm entnommen werden, um die Umkristallisation des Ausgangsgefüges in das neu gewünschte Gefüge für eine bestimmte Gleichrichtertypedurchzuführen. Die Rekristallisation wird dann durch Erhitzung in Stufen,so lange fortgesetzt, bis das Ausgangsgefüge z.-B. in sein grobkörniges Gefüge umkristallisiert ist. Der Verformungsgrad des Ausgangsgefüges wird für die angelieferten Elektrodenbleche durch eine Schliffprohe und das Ende der Rekristallisation ;gleichfalls durch eine Schliffprobe festgestellt.
• Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel für den Fall beschrieben, daß die angelieferten Kupferbleche zur Herstellung von Kupferoxydulgleichrichtern vor der Oxydation in sein großkristallines Gefüge übergeführt werden. Die Grundlagen für die Fertigung werden durch eine Probe festgelegt. Für die betriebsmäßige Fertigung werden die Kupferbleche m einem elektrisch beheizten Vakuumofen bei einem Druck von i mm Quecksilbersäule oder in seinem Durchlaufofen in Stickstoffatmosphäre mit einer Anfangstemperatur von aoo bis 3oo° C erhitzt und längere Zeit auf dieser Temperatur gehalten. In dieser ersten Stufe geht die Bildung der neuen feinen Körner vor sich, :deren Menge mit der Zeit zunimmt, bis das kalt gereckte Gefüge völlig aufgezehrt ist. In den weiteren Stufen" die um etwa je ioo° C je Stufe erhöht werden können, beginnen zwischen 3oo bis 6oo° C immer mehr von den kleinen Körnern sich zu. größeren Individuen zu vereinigen. Durch weitere stufenweise Steigerung der Temperatur bis hart an die Solidusgrenze und längere Glühdauer wird immer wieder eine Vergrößerung im Wachstum der Kristalle eintreten, und zwar so lange, bis sämtliche Restspannungen zur Auslösung gekommen sind und bis sich sein dieser Temperaturentsprechender Gleichgewichtszustand im neuen Gefüge eingestellt hat. Die Glühdauer ist, wie erwähnt, durch Versuche mittels Schliffprobe festgestellt. Sie ist von der Dicke des Materials abhängig. Die neu gegitterten Kupferscheiben werden danach ,abgekühlt. Die Abkühlung wird im Abachreckmittel zweckmäßig so langsam geführt, daß alle Teile der Kupferscheiben stets bei gleicher Temperatur bleiben, da bei langsamer Abkühlung das Gefüge noch grobkörniger wird: Die Abkühlgeschwindigkeit, die-etwa ioo bis zoo° C je Stunde betragen kann, ist gleichfalls durch Versuche mit der Probe und durch Schliffprobe festgelegt.
• Nach erfolgter Abkühlung können die Kupferbleche durch Kaltwalzen einer schwachen Verformung unterworfen und danach nochmals bei etwa iooo° C längere Zeit neutral geglüht werden. Durch das Kaltwalzen werden die Körner gestneckt und die Kristallite in der Längs- und Querrichtung verschieden ;gebildet. Durch die anschließende Glühbehandlung bei etwa aooo° C werden die Kristalle eingeformt und besonders große Kristalle erhalten, wenn die Kupferbleche längere Zeit auf dieser Temperatur gelassen werden. Von dieser Temperatur als Härtetemperatur werden die Kupferbleche, z. B. in mäßig erwärmtem Wasser oder Natronlauge, abgeschreckt, um auch eine etwa vorhandene Zunderschicht zu entfernen.
• Nach Abschluß der Vorbehandlung der Kupferblecheerfolgt die Herstellung der Sperr- und Halbleiterschicht durch Glühen in oxydierender Atmosphäre. Damit das Oxydul tunlichst in die großkristalline Struktur übergeht und sich an das großkristalline, darunter befindliche Gefüge anschließt, wird zweckmäßig eine oxydierende Atmosphäre mit O. bzw. Ozon gewählt, das (ein Oxydul mit einem gleichmäßigen Korn liefert. Über die glühende Gleichrichterplatte kann auch in bekannter Weise ein Stromkreis geschlossen sein, der über die Kupferbleche als die eine und eine weitere im Ofen befindliche Elektrode ;geschaltet ist. Es genügt eine Stromstärke von einigen Milliampere.
• Das Verfahren, das Ausgangsmaterial für Trokkengleichrichter vor der Oxydation einer Umkristallisation zu unterwerfen, hat gegenüber dem Verfahren, Einkristalle für Trockengleichrichter aus der Schmelze herzustellen, eine Reihe von Vorteilen. Durch :eine Schliffprobie kann der Anlieferungszustand der handelsüblichen Metallbleche und aus dem zugehörigen Rekristallisationsdiagramm die gewünschte Korngröße und zugehörige Temperatur für die Umkristallisation entnommen werden. Dias Verfahren durch stufenweisses Erhitzen mit mehr oder weniger langer Glühdäuer, Abkühlen, schwaches Kaltwalzen, Anlassen und Abschrecken ist einfacher und durch Sehliffproben besser zu überwachen als die Herstellung von Einkristallen aus dein Schmelzfluß, da solche Kristalle aus der Schmelze nicht ohne weiteres entstehen. Biei Kupferoxydulgleichrichtern kann der Fertigung geeignetes handelsübliches Kupfer zugrunde gelegt werden, da die Vorbehandlung die Kupferbleche hart an die Solidwsgrenze führt, so daß unerwünschte Beimengungen beseitigt werden. Ebenso werden auch alle Beschädigungen des Gefüges mechanischen Ursprungs beim Stanzen der Scheiben vor dem Oxydationsglühen beseitigt, so daß die Oberfläche der Bleche keine Risse enthält, durch die das Wachstum der Oxydulschicht gestört wird. Durch die geordnete Atomverteilung und Raumgitteranordnung des Gefüges werden bei großkristalliner Umkristallisation die elektrischen Eigenschaften des Kupfereinkristalls mit seinen vorteilhaften gleichrichtenden Eigenschaften praktisch erreicht.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Umkristallisation von Metall-- sch:eiben für die Herstellung von Trockengleichrichtern, dadurch gekennzeichnet, daß die zu ,oxydierenden Elektrodenbleche je nach ihrem Verformungsgrad und der gewünschten Korngröße zunächst einer Rekristallisation und- danach einer Oxydation zur Herstellung der wirksamen Halbleiterschicht unterworfen werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines großkristallinen Gefüges von Kupferblechen für Kupferoxydulgleichrichter die Rekristallisation in einem Vakuum- oder einem Glühofen mit neutraler Atmosphäre stufenweise bis hart an die Solidusgrenze geführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferbleche einer langsamen oder stufenweisen Abkühlung unterworfen werden. q..
4. Verfahren nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferbleche durch Kaltwalzen leicht verformt -und danach einer Glühbehandlung bei etwa iooo° C längere Zeit unterworfen werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferbleche nach erfolgter Glühbehandlung in reduzierender Flüssigkeit abgeschreckt werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferbleche in sauerstoff- oder ozonhaltiger Atmosphäre oxydiert und die glühenden Bleche in :einen elektrischen Stromkreis geschaltet werden.