DE911049C - Verfahren zur Herstellung eines Trockengleichrichters - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Trockengleichrichters

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DE911049C DES4116D DES0004116D DE911049C DE 911049 C DE911049 C DE 911049C DE S4116 D DES4116 D DE S4116D DE S0004116 D DES0004116 D DE S0004116D DE 911049 C DE911049 C DE 911049C
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Description

Es ist ein Verfahrest! zur Herstellung eines Trockengleichrichters vorgeschlagen worden, dessen Elektroden durch einen Leiter und einen Halbleiter gebildet werden und bei dem die Sperrschicht, die nach dem Zusammenbau der Elektroden den elektrischen Strom im wesentlichen nur in einer Richtung durchläßt, schon vor dem Zusammenbau der beiden Elektroden, und zwar vorzugsweise auf der metallischen Leiterelektrode, hergestellt wird. Dies hat den Vorteil, daß man die Dicke der Sperrschicht sowie ihre sonstigen Eigenschaften weit besser bestimmen und beeinflussen kann, als wenn die Bildung dieser Schicht dem Zusammenwirken des Leiters und des Halbleiters mit oder ohne Einwirkung des elektrischen Stromes überlassen bleibt. Ein bevorzugtes Verfahren nach jenem Vorschlag besteht darin, die Metallelektrode mit einer Sperrschicht zu versehen und die Halbleiterelektrode in geschmolzenem oder wenigstens erweichtem Zustand auf die Sperrschicht aufzubringen, so daß eine innige Berührung mit der Sperrschicht sichergestellt ist.
Eine besonders gute Ausführungsform des Gleichrichters nach dem Vorschlag entsteht z. B. dadurch, daß eine Aluminiumschicht mit Aluminiumoxyd als Sperrschicht überzogen wird, auf diese Sperrschicht Selen aufgeschmolzen und dann durch Wärmebehandlung in den leitenden Zustand übergeführt wird. Die Selenschicht wird dann mit einer Ableitungselektrode versehen. Die Bildung der Aluminiumoxydschicht geschieht dabei vorzugsweise auf elektrolytischem Wege, ζ. B. nach dem bekannten
Eloxalverfahren. Zwischen der Selenschicht und der z. B. durch Aufspritzen hergestellten metallischen Ableitungselektrode kann noch eine Graphitschicht angeordnet sein. Hierdurch wird u.a. verhindert, daß zwischen der Selenschicht und der Ableitungselektrode unbeabsichtigt eine zweite Sperrschicht entsteht. Die so erhaltenen Gleichrichterzellen sind für eine verhältnismäßig hohe Sperrspannung (bis zu 30 V) geeignet, besonders wenn vor dem Aufbringen des Selens die Aluminiumoxydschicht zwecks Schließung der Poren noch in einem geeigneten Bad behandelt wird. An Stelle von Aluminiumoxyd kann für die Sperrschicht auch das Oxyd von Magnesium, Tantal, Ger, Niob, Eisen oder einem Schwermetall verwendet werden. Allgemein sind solche isolierenden Verbindungen, besonders Oxyde, Sulfide, Silikate, geeignet, die sich in dünnsten, zusammenhängenden und gut haftenden Schichten auf einer Metalloberfläche herstellen lassen. Zweckmäßig verwendet man das Metall, dessen Verbindung als Sperrschicht benutzt werden soll, als eine Elektrode, da man die Sperrschicht unmittelbar auf ihr aufwachsen lassen kann. Man kann aber auch zwecks Herstellung der Sperrschicht zunächst die metallische Komponente auf irgendeine Metallelektrode aufbringen, z. B. durch Aufdampfen im Vakuum, auf galvanischem Wege, durch Kathodenzerstäubung oder nach einem sonstigen bekannten Verfahren.. Die so hergestellte dünne Metallschicht wird dann auf chemischem Wege in die nicht leitende Verbindung übergeführt, die als Sperrschicht verwendet werden soll. Dieses Verfahren empfiehlt sich aus Ersparnisgründen, wenn die Verbindungen, teurer Metalle, wie z. B. solche von Tantal, als Sperrschicht benutzt werden.
Als Halbleiter können an Stelle von Selen z. B. auch Schwefel, Tellur, deren Gemenge oder gut leitende Verbindungen dieser Stoffe verwendet werden.
Gemäß der Erfindung gelangt man unter Benutzung des vorgeschlagenen Verfahrens zu Trockengleichrichtern von bisher unerreicht hoher Sperrspannung, nämlich bis zu etwa 75V pro Zelle, indem man für die metallische Leiterelektrode AIuminiummetall mit einem Reinheitsgrad von über 99>5°/o> zweckmäßig 99,6 bis 99,90.0, und zur elektrolytischen Bildung der Metalloxydschicht verdünnte Schwefelsäure verwendet. Bei Anwendung von Gleichstrom mit rund 15 V Badspannung beträgt die Schwefelsäurekonzentration des elektrolytischen Bades beispielsweise 15 Volumprozent, die Behandlungsdauer 30 Minuten, bei Anwendung von Wechselstrom mit rund 30 V Badspannung beträgt die Schwefelsäurekonzentration etwa 4 Gewichtsprozent, die Behandlungsdauer ebenfalls 30 Minuten. Es kann jedoch mitunter von Vorteil sein, noch etwas höhere Schwefelsäurekonzentrationen zu wählen.
Als Ursache dafür, daß es gerade mit AIuminiummetall von einem Reinheitsgrad über 99,5°/o gelingt, Selengleichrichterzellen für Sperrspannungen bis zu 75V zu erzielen, dürfte der außerordentlich geringe Kupfergehalt der aus so reinem Aluminium unter Anwendung verdünnter Schwefelsäure elektrolytisch erzeugten Aluminiumoxydschicht j anzusehen sein. Der Kupfergehalt läßt sich, wie Versuche gezeigt haben, bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung leicht auf eine Größenordnung von etwa 0,001 o/q herabdrücken.
Zu ähnlich günstigen Ergebnissen, wie vorstehend geschildert, gelangt man auch, wenn man das Aluminium teilweise oder auch ganz durch Magnesium ersetzt, das bekanntlich auch nur wenig durch Kupfer verunreinigt zu sein pflegt. Da jedoch j Magnesium in verdünnter Schwefelsäure löslich ist, muß man in diesem Falle einen alkalischen Elektrolyt anwenden, der beispielsweise so zusammengesetzt sein kann, wie es bei der Durchführung des bekannten elektrolytischen Oxydationsverfahrens für Magnesium üblich ist.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein so hergestell ter Trockengleichrichter als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei die Dicke der verschiedenen Schichten der Deutlichkeit wegen stark über trieben gezeichnet ist. Auf der Aluminiumplatte 1, die aus sehr reinem Aluminium besteht, ist auf elektrolytischem Wege eine Schicht 2 aus Aluminiumoxyd gebildet, unter Verwendung von verdünnj ter Schwefelsäure als Elektrolyt. Auf diese Oxydschicht 2 ist eine Selenschicht 3 aufgeschmolzen und dann durch Wärmebehandlung in den leitenden Zustand übergeführt. Auf diese Selenschicht 3 wird dann eine Ableitungselektrode gebracht. Im allgemeinen wird es unerwünscht sein, daß bei der Verbindung der Selenschicht mit der Ableitungselektrode eine zweite Sperrschicht unbeabsichtigt entsteht. Um dies zu vermeiden, wird z. B. die punktiert dargestellte Graphitschicht 4 auf die Selenschicht 3 aufgebracht und auf die Graphitschicht 4 wird eine metallische Ableitungselektrode 5 aufgespritzt. Sie kann auch angepreßt werden.
Verbindet man die Aluminiumplatte 1 mit einem Zuleitungsdraht 6 und die Ableitungselektrode 5 mit einem Zuleitungsdraht 7, so läßt das dargestellte Gleichrichterelement einen positiven Strom zum Zuleitungsdraht 7 über die Schichten 5, 4, 3, 2, 1 zum Zuleitungsdraht 6 hindurchfließen, während in entgegengesetzter Richtung der Strom gesperrt oder wenigstens auf einen kleinen Rest beschränkt ist.
Wesentlich ist, daß die Aluminiumschicht 1 vor der Bildung der Oxydschicht 2 aufgerauht wird, beispielsweise durch ein Sandstrahlgebläse oder durch chemische Ätzung. Diese aufgerauhte Schicht 2 wird oxydiert, und hierauf hält die aufgeschmolzene Selenschicht 3 wesentlich besser und zuverlässiger als auf glatter Unterlage. Außerdem vergrößert die Aufrauhung die Oberfläche und damit die Leitfähigkeit der Kontaktfläche.
Der Gleichrichter gemäß der Erfindung kann beispielsweise auch so hergestellt werden, daß, wie iao in Fig. 2 dargestellt, auf die Aluminiumplatte 11 mit der Oxydschicht 12 eine dünne Selenschicht 13 aufgeschmolzen wird und daß auf eine Ableitungselektrode 15, die z. B. aus Eisen, Nickel oder Kobalt oder auch aus einer vernickelten Eisenplatte besteht, ias die Selenschicht 14 in dünner Schicht aufgeschmol-
zen wird. Die beiden so entstandenen Teile werden dann bei erhöhter Temperatur mit den Selenschichten 13 und 14 gegeneinandergelegt. Durch entsprechend bemessenen Druck kann man überschüssiges Selen in geschmolzenem Zustand herauspressen, so daß die entstehende einheitliche Selenschicht eben gerade die gewünschte Stärke erhält. Nach der Erstarrung wird dann die Selenschicht durch Wärmebehandlung in die leitende Form übergeführt.

Claims (2)

  1. Patentansprüche:
    i. Verfahren zur Herstellung eines Troekenplattengleichrichters, dessen Elektroden durch einen Leiter und einen Halbleiter gebildet werden und bei dem die vorzugsweise aus Selen bestehende Halbleiterelektrode auf die vorzugsweise aus Aluminium oder Magnesium bestehende und elektrolytisch, z. B. nach dem bekannten. Eloxalverfahren, mit einer Oxydschicht bedeckte Leiterelektrode aufgeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die metallische Leiterelektrode Aluminiummetall mit einem Reinheitsgrad von über 99,5% und zur elektrolytischen Bildung der Metalloxydschicht verdünnte Schwefelsäure verwendet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die metallische Leiterelektrode Magnesiummetall oder eine Magnesium-Aluminium-Legierung, z. B. Elektron, und zur elektrolytischen Bildung der Metalloxydschicht ein alkalischer Elektrolyt verwendet wird.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    © 9517 4.54
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