ES2568243T3 - Electrodo de diamante y procedimiento para fabricarlo - Google Patents

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ES2568243T3 ES07024925.5T ES07024925T ES2568243T3 ES 2568243 T3 ES2568243 T3 ES 2568243T3 ES 07024925 T ES07024925 T ES 07024925T ES 2568243 T3 ES2568243 T3 ES 2568243T3
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Abstract

Procedimiento para fabricar un electrodo de diamante con las siguientes etapas del procedimiento: - volver rugosa la superficie del cuerpo del electrodo mediante chorreado con arena, - mordentar la superficie que se ha vuelto rugosa y - constituir la capa de diamante sobre el cuerpo del electrodo, caracterizado porque se realiza un mordentado no oxidativo del cuerpo del electrodo con ácido fosfórico concentrado (>70%) a una temperatura entre 140 y 180 ºC, preferiblemente de 150 a 160 ºC tal que se realiza un arranque de material del cuerpo del electrodo debajo de la superficie que se ha vuelto rugosa de más de 5 μm.

Description

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ELECTRODO DE DIAMANTE Y PROCEDIMIENTO PARA FABRICARLO
DESCRIPCION
La invencion se refiere a un procedimiento para fabricar un electrodo de diamante con las siguientes etapas del procedimiento:
- volver rugosa la superficie del cuerpo del electrodo mediante chorreado con arena,
- mordentar la superficie que se ha vuelto rugosa y
- constituir la capa de diamante sobre el cuerpo del electrodo.
La invencion se refiere ademas a un electrodo de diamante fabricado segun ese procedimiento.
Los electrodos de diamante se han acreditado ya debido a la gran sobretension que puede generarse con los mismos para numerosas aplicaciones electroqmmicas y se auguran buenas perspectivas para otras numerosas aplicaciones, debido a sus caractensticas superiores.
La fabricacion de tales electrodos de diamante se realiza de forma conocida constituyendo bajo condiciones de entorno definidas una capa de diamante sobre un cuerpo de electrodo metalico. Entonces existe el problema de que debe procurarse una union estable entre la capa de diamante y el cuerpo del electrodo. Para mejorar esa union se conoce el bombardeo de la superficie del cuerpo del electrodo mediante un proceso de chorreado con arena con partfculas de un tamano de 20 a 100 pm, para generar asf una superficie de topograffa irregular y con ello una mayor superficie de contacto con la capa de diamante. Las partfculas utilizadas para ello pueden estar formadas por cualquier material suficientemente duro, que no reacciona con el material del cuerpo del electrodo. Un material preferido es SiC.
No obstante, la adherencia de la capa de diamante constituida al cuerpo del electrodo con una tal superficie que se ha vuelto rugosa no presenta en algunos casos de aplicacion la estabilidad deseada. En particular pueden aparecer desprendimientos de la capa de diamante procedentes del cuerpo del electrodo.
Mediante ensayos se ha observado que una causa de los desprendimientos reside en que en el proceso de chorreado con arena una cantidad nada despreciable de partfculas del chorro de arena quedan ancladas en la superficie del cuerpo del electrodo, con lo que tras el chorreado con arena existen entre 103 y 104 partfculas del chorro en cada centfmetro cuadrado de la superficie del electrodo. Las partfculas del chorro estan entonces mas o menos fijamente ancladas en la superficie, pudiendo ser las partfculas del chorro ancladas sueltas una causa del desprendimiento de la capa de diamante constituida.
Por lo tanto se ha propuesto mordentar la superficie tras el chorro de arena con un agente corrosivo oxidativo usual, como acido fluorfudrico (HF) o acido mtrico (HNO3). En la practica se ha logrado mediante el mordentado con acido fluorfudrico reducir la cantidad de partfculas del chorro por centfmetro cuadrado de la superficie del electrodo a menos de 5. No obstante esta medida no ha conducido a electrodos de diamante mejores. Por un lado se forma al mordentar un oxido metalico, que en un cuerpo de electrodo de niobio utilizado preferentemente es por lo tanto oxido de niobio, que solo permite una peor adherencia de la capa de diamante. La superficie del electrodo que se ha vuelto fragil al mordentar origina ademas despegues de la capa de diamante. Tales publicaciones se encuentran en los documentos US 5,900,127, DE 10 2006 036 084 A1 y US 2005/0014066 A1.
Un problema existente segun el estado de la tecnica consiste asf en que una gran parte de los electrodos de diamante fabricados quedan inservibles debido a desprendimientos de la capa de diamante, con lo que debe realizarse una comprobacion escrupulosa. Esto encarece considerablemente los electrodos de diamante. Ademas deben tratarse los electrodos de diamante muy cuidadosamente, ya que los mismos tienden tambien durante el uso a desprendimientos en la capa de diamante.
La presente invencion tiene por lo tanto el objetivo basico de mejorar la fabricacion de electrodos de diamante tal que quede garantizada una mejor adherencia sobre la capa de diamante del cuerpo del electrodo, con lo que la tasa de faltas en la fabricacion de los electrodos de diamante pueda reducirse claramente y los electrodos de diamante sean menos sensibles durante su utilizacion.
Para lograr este objetivo se caracteriza segun la invencion un procedimiento de tipo citado al principio porque se realiza un mordentado no oxidativo del cuerpo del electrodo con acido fosforico concentrado (>70%) a una temperatura entre 140 y 180 °C, preferiblemente de 150 a 160 °C, tal que se realiza un arranque de material del cuerpo del electrodo debajo de la superficie que se ha vuelto rugosa de mas de 5 pm.
El procedimiento correspondiente a la invencion se basa en conocimientos de los inventores obtenidos mediante amplios ensayos y en medidas que han conducido a efectos sorprendentes.
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La realizacion de un procedimiento de mordentado no oxidativo se ha considerado en el mundo especializado como con pocas perspectivas. La presente invencion se basa en el conocimiento de que un mordentado no oxidativo en el cuerpo del electrodo puede tener exito cuando los parametros de mordentado se ajustan de manera adecuada. Al respecto se realiza con el proceso de mordentado un arranque de material del cuerpo del electrodo por debajo de la superficie que se ha vuelto aspera en mas de 5 pm. Esta medida se basa en el conocimiento sorprendente de que la causante principal de los desprendimientos de la capa de diamante no es la union entre la capa de diamante y el material del cuerpo del electrodo, sino que estos desprendimientos son atribuibles a danos en el material, en particular en forma de grietas, que se presentan en el material macizo del cuerpo del electrodo al chorrear con arena y por lo tanto debajo de la zona de la superficie en la que mediante el chorreado con arena ha quedado una topograffa de sobreelevacion y valle. El desprendimiento de la capa de diamante lo causan, al menos en parte, danos en el material del cuerpo del electrodo, que se encuentran debajo de la parte mas baja del valle de la topograffa que resulta al provocar la rugosidad. En el proceso de mordentado correspondiente a la invencion se realiza un arranque homogeneo del material, con lo que la topograffa rugosa se conserva en gran medida. Ademas se arranca el material - incluso en la base de los valles de la topograffa - en mas de 5 pm, preferiblemente en al menos 10 pm, con lo que se eliminan danos que existan en el material que se extiendan hasta esa profundidad. Los ensayos han dado como resultado que los danos - en funcion de los parametros de las etapas del tratamiento precedentes - llegan hasta un maximo de 10 pm en el material macizo, con lo que mediante un arranque de aproximadamente 10 pm en el material macizo se eliminan los danos. Puesto que las diferencias de altura al provocar la rugosidad en la superficie (entre cima de la sobreelevacion y fondo del valle) son de unos 10 pm y las grietas pueden extenderse bajo las puntas de la topograffa, resulta en una velocidad de mordentado ajustada segun la invencion de entre 5 y 15 pm, preferiblemente de unos 10 pm, una duracion del mordentado de aprox. 1,5 a 2,5 horas, habiendose acreditado una duracion del mordentado de 2 horas en la practica para una velocidad de mordentado de unos 10 pm por hora. Evidentemente tiene tambien el mordentado no oxidativo realizado segun la invencion el efecto de que las parffculas del chorro de arena alojadas en el material del cuerpo del electrodo se eliminan por completo o casi por completo y por lo tanto no pueden ser una causa de problemas de adherencia de la capa de diamante al cuerpo del electrodo.
El proceso de mordentado correspondiente a la invencion se realiza con acido fosforico concentrado con una concentracion >70%, preferiblemente de 85%, a una temperatura entre 140 y 180 °C. Una gama de temperaturas preferente es de 150 a 160 °C. A una temperatura inferior a 140 °C no tiene lugar el proceso de mordentado. A una temperatura superior a 180 °C se expulsa con demasiada rapidez el agua contenida en el acido fosforico, con lo que se realiza una polimerizacion del acido fosforico para formar acido polifosforico y se detiene el proceso de mordentado.
Al acido fosforico se le anaden con preferencia aditivos en forma de agentes complejantes. Son agentes complejantes adecuados el acido cftrico y el EDTA.
Se ha comprobado en la practica que es conveniente rellenar durante el proceso de mordentado con acido fosforico concentrado, para mantener la concentracion elegida para el proceso de mordentado en el marco de las tolerancias prescritas. Mediante el proceso de mordentado se consume acido fosforico, con lo que la concentracion del acido fosforico puede reducirse durante el proceso de mordentado mas alla de la zona de tolerancia razonable. Puede buscarse remedio a ello anadiendo acido fosforico concentrado.
El proceso de mordentado correspondiente a la invencion puede realizarse en el procedimiento batch, es decir, con un preparado adecuado del agente corrosivo, en particular acido fosforico. Es posible tambien integrar el proceso de mordentado en un proceso continuo. En ese caso es necesario ajustar la concentracion de acido rellenando con agua que se evapora y rellenando para compensar acido usado hasta una concentracion de consigna. Ademas debe evacuarse el material mordentado.
Como cuerpo de electrodo para los electrodos de diamante fabricados segun la invencion se utilizan con preferencia cuerpos de electrodo de niobio puro. Alternativas adecuadas son en particular cuerpos de electrodo de tantalio, volframio o - con limitaciones — titanio.
Los electrodos de diamante fabricados segun la invencion presentan una adherencia bastante mejor de la capa de diamante sobre el cuerpo del electrodo. Mediante el proceso de mordentado previsto segun la invencion queda el cuerpo del electrodo de diamante correspondiente a la invencion por debajo de la topograffa formada al provocar la rugosidad al menos en gran medida libre de destruccion y de grietas que hayan aparecido durante el proceso de chorreado con arena.
La figura 1 muestra una imagen del microscopio electronico de barrido de una superficie que se ha vuelto rugosa mediante chorreado con arena de un cuerpo de electrodo de niobio. En el dibujo puede observarse que la superficie presenta grietas 1 y que en la superficie estan
ancladas partfculas del chorro de arena 2. Los coeficientes de rugosidad Rz y Ra determinados segun DIN se encuentran entre 15 pm y 25 pm (Rz) y entre 2 pm y 4 pm (Ra).
La figura 2 muestra una toma del microscopio electronico de barrido de la superficie de la figura 1 tras el 5 proceso de mordentado correspondiente a la invencion. Puede observarse que la superficie
esta libre de partfculas de chorro de arena y tambien practicamente libre de grietas 1. Los coeficientes de rugosidad no han variado de forma significativa para Rz. El valor para Ra se ha reducido en aprox. 10% mediante el proceso de mordentado. Puede observarse que mediante el mordentado se ha formado una topograffa redondeada.
10
El electrodo de diamante correspondiente a la invencion se diferencia asf de electrodos de diamante tradicionales y presenta las caractensticas de adherencia claramente mejores antes descritas.
El electrodo de diamante correspondiente a la invencion contiene en la superficie del cuerpo del electrodo 15 un enriquecimiento en agente corrosivo. La figura 3 muestra valores de analisis para una profundidad de analisis de unos 100 nm para el contenido en P en la superficie del cuerpo del electrodo.
En la zona derecha de la figura 3 se representa el contenido en fosforo del cuerpo del electrodo de niobio no tratado. En el marco de la incertidumbre de medicion resulta una superficie practicamente libre de 20 fosforo.
Correspondientemente presenta la superficie del cuerpo de electrodo mordentada con acido fosforico segun la invencion un contenido en fosforo claramente mayor, que en promedio es de 0,08 % en atomos.

Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para fabricar un electrodo de diamante con las siguientes etapas del procedimiento:
    - volver rugosa la superficie del cuerpo del electrodo mediante chorreado con arena,
    - mordentar la superficie que se ha vuelto rugosa y
    - constituir la capa de diamante sobre el cuerpo del electrodo,
    caracterizado porque se realiza un mordentado no oxidativo del cuerpo del electrodo con acido fosforico concentrado (>70%) a una temperature entre 140 y 180 °C, preferiblemente de 150 a 160 °C tal que se realiza un arranque de material del cuerpo del electrodo debajo de la superficie que se ha vuelto rugosa de mas de 5 pm.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1,
    caracterizado porque el mordentado se realiza con una velocidad de mordentado de entre 5 y 15 pm por hora.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque se utiliza un acido fosforico al 85%.
  4. 4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 3,
    caracterizado porque al acido fosforico se le anaden aditivos en forma de agentes complejantes.
  5. 5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4,
    caracterizado porque en el mordentado se realiza un arranque de material de 10 pm o mas, con preferencia entre 15 y 25 pm.
  6. 6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 5,
    caracterizado porque el mordentado se realiza durante mas de 0,5 horas, con preferencia 1 hora o mas, en particular entre 1,5 y 2,5 horas.
  7. 7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 6,
    caracterizado porque durante el proceso de mordentado se rellena con acido fosforico concentrado, para mantener una concentracion elegida para el proceso de mordentado en el marco de tolerancias prescritas.
  8. 8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se utiliza un cuerpo de electrodo de niobio puro.
  9. 9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 7,
    caracterizado porque se utiliza un cuerpo de electrodo de tantalio, volframio o titanio.
  10. 10. Electrodo de diamante fabricado segun un procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 9.
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