DE1131481B - Aluminiumoxyd- oder Berylliumoxydfolie als Fenster fuer den Durchtritt von Strahlung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Aluminiumoxyd- oder Berylliumoxydfolie als Fenster fuer den Durchtritt von Strahlung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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DE1131481B
DE1131481B DEH32568A DEH0032568A DE1131481B DE 1131481 B DE1131481 B DE 1131481B DE H32568 A DEH32568 A DE H32568A DE H0032568 A DEH0032568 A DE H0032568A DE 1131481 B DE1131481 B DE 1131481B
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beryllium
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Dr Ulrich Hauser
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ULRICH HAUSER DR
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ULRICH HAUSER DR
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02Anodisation
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    • C25D11/02Anodisation
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Description

  • Aluminiumoxyd- oder Berylliumoxydfolie als Fenster für den Durchtritt von Strahlung und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf eine Aluminiumoxyd- oder Berylliumoxydfolie für den Durchtritt von Strahlung, insbesondere von Quanten- oder Partikelstrahlung und ferner auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Folien.
  • Es ist bekannt, daß Alun-üniumoxydfolien für Partikel- oder Quantenstrahlung geringer Energie auf Grund ihrer geringen Massenbelegung und niedrigen mittleren Ordnungszahl gut durchlässig sind, daß sie chemisch und thermisch beständig sowie röntgenstrukturlos sind. Es ist ferner bekannt, Aluminiumoxydfolien durch anodische Oxydation von Aluminiumfolien herzustellen. Alunliniumoxydfolien fanden bisher keine Anwendung in der Technik, weil es äußerst schwierig ist, Aluininiumoxydfolien von z. B. 21000 A Dicke unzerstört, glatt und unverspannt auf einen festen Rahmen zu bringen. Ferner war es im allgemeinen nicht möglich, Fenster porenfrei, gasdicht sowie widerstandsfähig gegenüber einem gewissen überdruck herzustellen.
  • Zur Vermeidung der genannten Nachteile wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, eine Aluminium oxyd- oder BeryUiumoxydfohe für den Durchtritt von Strahlung, insbesondere von Quanten- oder Partikelstrahlung zu verwenden, welche einen innerhalb der Folie anodisch oxydierten, örtlich begrenzten Teil besitzt, der als Fenster für die Strahlung dient. Der als Rahmen für das Fenster dienende Teil ist für den Einbau entsprechend vorbereitet.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumoxyd- oder Berylliumoxydfolie nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der dem Fenster entsprechende, örtlich begrenzte Teil eines Aluminium-oder Berylliumbleches durch mechanische Bearbeitung bis auf eine dünne Schichtstärke abgetragen, das Blech ein- oder beidseitig anodisch oxydiert und die verbleibende Aluminium- oder Berylliumschicht und bei beidseitiger Oxydation auch die auf der Seite der mechanischen Bearbeitung liegende Oxydschicht durch chemische Mittel entfernt wird.
  • Als Elektrolyt für die anodische Oxydation wird eine Lösung von Ammoniumzitrat und Zitronensäure im Verhälnis 1: 1 in bidestilliertem Wasser verwendet.
  • Die Konzentration des Elektrolyten wird für die anodische Oxydation so gewählt, daß entsprechend der benötigten Oxydationsspannung einerseits keine elektrischen Durchschläge auftreten und andererseits der Badwiderstand nicht zu groß ist. Die Oxydationsspannung wird in an sich bekannter Weise entsprechend der gewünschten Schichtdicke der Oxydfolie gewählt. Die Folie nach der Erfindung läßt sich als Fenster für Quanten- oder Partikelstrahlung, insbesondere für Strahlung geringer Energie, verwenden.
  • Eine oder mehrere Folien lassen sich auch als Fenster für den Durchtritt von Quanten- oder Partikelstrahlung bei Zählrohren, lonisationskammern oder Szintillationszählem verwenden. Sie lassen sich ferner als Trägerfolie und auch als Unterlage für aufgedampfte Materialschichten verwenden.
  • Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung erhält man Oxydfolien von wenigen Angström Dicke, die spannungsfrei mit dem Herstellungsrahmen verwachsen sind.
  • Das Verfahren wird im folgenden für die Herstellung von Aluminiumoxydfolien beschrieben. Für Berylliumoxydfolien ist der mechanische Teil des Verfahrens der gleiche, während bei der chemischen Weiterbehandlung die dem Beryllium entsprechenden bekannten Oxydations- und Lösungsmittel zu verwenden sind.
  • An Hand der Fig. 1 soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt Aluminiumbleche 1, 2, 3, die etwa eine Dicke von einigen Millimetern besitzen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, Aluminium von 990/9 Reinheit in weicher, halbharter oder harter Ausführung oder Aluminium von 97% Reinheit, das überwiegend mit Magriesium legiert ist, zu verwenden.
  • Alununiumblech wird zweckmäßig gleich für die betreffende Apparatur passend geformt und mit eventuell zur Befestigung notwendigen Bohrungen versehen. Die für die Folie vorgesehene Fläche soll möglichst unverkratzt und unverbogen sein. Man erhält besonders saubere Folien mit hochglanzgewalztem Blech, weil die Oberfläche der Oxydschicht der des ursprünglichen Aluminiums entspricht.
  • 4, 5, 6 stellen Schnitte entlang der Linie A-A durch die Aluminiumbleche 1, 2, 3 dar, aus denen das Aussehen der Folienträger nach der mechanischen Bearbeitung durch einen Spiralbohrcr, durch Drehen oder Fräsen ersichtlich ist.
  • 7, 8, 9 sind fertige Folienträger mit Folien, nach der anodischen Oxydation und der chemischen Behandlung.
  • Damit sich die Aluminiumstücke einwandfrei oxydieren lassen, werden sie vorteilhaft vorher in bekannter Weise in siedende, konzentrierte Salpetersäure (reinst) getaucht. Dazu werden sie zweckmäßigerweise an einem Aluminiumdraht befestigt. Sobald nach einigen Sekunden die Alunüniumoberfläche gleichmäßig aufschäumt, werden die Alunüniumstücke, aus dem Säurebad entfernt und gründlich mit destilliertem Wasser gespült. Beim nachfolgenden Abspritzen mit destilliertem Wasser muß sich die ganze Oberfläche benetzen lassen, sonst war die Einwirkung der Salpetersäure zu kurz. Bei zu langer Behandlung mit Salpetersäure wird die Oberfläche des Aluminiums rauh.
  • Bei der anodischen Oxydation ist an den Elektrolyten die Anforderung zu stellen, daß dieser Aluminium möglichst wenig löst, damit für Folien brauchbare Oxydfilme entstehen. Es hat sich gezeigt, daß sich mit Ammoniumzitrat und Zitronensäure, im Verhältnis 1: 1 in bidestilliertem Wasser gelöst, besonders saubere Oxydschichten bilden. Legt man an das elektrolytische Bad, in welchem das zu oxydierende Alunüniumstück Anode ist, eine bestimmte Spannung, so nimmt die Stromstärke rasch ab, und nach kurzer Zeit ist keine wesentliche weitere Dickenzunahme der Oxydschicht feststellbar. Die so erreichte Dicke ist bekanntlich der angelegten Spannung proportional. Es war aber bisher im allgemeinen nicht möglich, vakuumdichte und druckfeste Folien zu erhalten. Die anodische Oxydation des Aluminiums erfolgt bis zu einer bestimmbaren Oxydschichtdicke, es erfolgt jedoch keine Durchoxydation.
  • Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Bereich, innerhalb dessen man bei der Verwendung von Ammoniumzitrat und Zitronensäure arbeiten muß, um vakuumdichte und druckfeste Folien zu erhalten. Auf der Ordinate ist die Oxydationsspannung (in Volt) und auf der Abszisse die Konzentration des Elektrolyten (in Gramm Substanz pro Gramm Wasser) aufgetragen. Unter der Kurve 1 ist der Elektrolytwiderstand, der von der Badgeometrie. abhängig ist, zu hoch. Oberhalb der Kurve 2 erfolgen elektrische Durchschläge durch das Aluminiumoxyd. Die Kurve 3 stellt eine zweckmäßige obere Begrenzung für einwandfreies Arbeiten dar, so daß das erfindungsgemäße Arbeitsgebiet 4 zwischen den Kurven 1 und 2 liegt. Für andere, Elektrolyten kann das Arbeitsgebiet durch experimentelle Bestimmung der von der Art des Elektrolyten abhängigen Konstanten A, B in der Beziehung erfolgen, wobei U.", den Maximalwert der Oxydationsspannung bedeutet, bei dem bei konstanter Stromdichte gerade noch keine Durchschläge auftreten, und c die Konzentration des Elektrolyten. Wird also innerhalb des oben definierten Arbeitsgebiets gearbeitet, so kann die Dicke, der herzustellenden Alunüniumoxydfolie innerhalb eines verhältnismäßig großen Intervalls gewählt werden, ohne daß dabei die Gefahr besteht, daß die Folien durch elektrische Durchschläge für die meisten Zwecke unbrauchbar werden.
  • Störungen trotz richtiger Konzentration des Elektrolyten können sich dann ergeben, wenn nicht auf größte Reinheit des Elektrolyten geachtet wird. Es sollen deshalb nur Reinsubstanzen und bidestilliertes Wasser verwendet werden. Alle, Teile sind vor dem Eintauchen gründlich zu reinigen. Die Säurebehandlung darf nicht im selben Raum durchgeführt werden. Auf Chlorfreiheit ist besonders zu achten. Bei Spannungen oberhalb 350 Volt kommt die Elektrolytkonzentration in die Größenordnung der unvermeidlichen. kleinen Verunreinigungen. Dort muß die Konzentration durch Beobachtung der Grenze des Durchschlagsgebietes bei jedem Bad überprLift und gegebenenfalls korrigiert werden. Da bei der Oxydation gleichzeitig ein kaltes Leuchten erscheint, muß sehr genau (im verdunkelten Zimmer) beobachtet werden. Funken an den Kanten des Aluminiumstücks und im durch Benetzung hochgezogenen Flüssigkeitsrand können schon unter der eigentlichen Durchschlagsspannung vorkommen. Wird die gesuchte Grenze überschritten, so bedeckt sich die Aluminiumoberfläche mit wachsender Spannung mehr und mehr mit kleinen Funken. Beim Arbeiten in stark verdünnter Lösung ist das Bad häufig zu erneuern. 500 Volt lassen sich auf diese Weise noch ohne großen Aufwand erreichen.
  • Als Kathode dient zweckmäßig Graphit, Kathoden-fläche und Badvolumen sind so zu wählen, daß die Wärmeentwicklung nicht stört. Das Aluminiumstück wird so ins Bad getaucht, daß die für die Folie vorgesehene, Fläche vertikal steht, damit die Oxydbildung durch anhaftende Gasblasen und sich absetzende Verunreinigungen nicht gehemmt wird.
  • Kleine Anfangsströme und lange Oxydationszeiten verursachen schlechte Folien. Brauchbar sind Anfangsströme von 10 bis 100 mA/cm2. Die erforder-Echen Zeiten richten sich nach Oxydationsspannung und Anfangsstrorn.
  • Um eine gleichmäßige, Ablösung des Aluminiums zu ermöglichen, kann beispielsweise ein Glasgefäß, wie in Fig. 3 dargestellt, mit einem Kollophonium-Bienenwachs-Gemisch mittels eines Lötkolbens aufgekittet werden. Die abzulösende Schicht muß waagerecht liegen, damit der Wasserstoff leicht nach oben abziehen kann. Sehr kleine Bohrungen sind nach oben zu erweitern, damit Gasblasen nicht haften. Wegen der allseitig aufgebrachten Oxydschicht wird zunächst konzentrierte Natronlauge in das Glasgefäß gebracht, bis die Oxydschicht an der betreffenden Stelle einwandfrei entfernt ist. Dann füllt man konzentrierte Salzsäure (320h) ein, deretwa 0,051% Cuc.]., beigegeben sind, weil mit CuCI., die an-geätzte Fläche feinkörnig bleibt. Durch das ÜUC'2 kann sich eine sehr dünne Cu-Schicht auf der Folie bilden. Falls die Cu-Schicht bei gewissen Anwendungszwecken stört, kann diese quantitativ durch eine kurze Behandlung mit konzentrierter Salpetersäure entfernt werden.
  • Besonders vorteilhafte Anwendungen der erfindungsgemäßen Aluminiumoxydfolie ergeben sich überall dort ' wo es darauf ankommt, für Quanten-oder Partikelstrahlung geringer Energie durchlässige Fenster zu haben. Als Beispiele seien Fenster für Zählrohre, lonisationskammern oder Szintillationszähler genannt, für die bisher stärker absorbierende oder weniger druckfeste Fenster verwendet worden mußten. In gewissen Fällen wird es zweckmäßig sein, die Wand eines Zählrohrs aus -einer größeren Anzahl von Fenstern mit Aluminiumoxydfolien zusammenzusetzen. Als weitere vorteilhafte Anwendungsgebiete seien Fenster für Röntgenröhren, insbesondere für sehr weiche Röntgenstrahlung, genannt sowie für Röntgenspektographen usw. Die Verwendung als Trägerfohe für radioaktive Präparate ergibt den besonderen Vorteil, daß praktisch weder Rückstreuung noch Absorption erfolgt. Dies ist insbesondere wichtig, wenn eine 4.,c-Geometrie wünschenswert ist. Weitere Vorteile bietet die Verwendung als Aufdampfschicht für Materialuntersuchungen mit Röntgen- oder Elektronenstrahlen. In gewissen Fällen ist -auch die gute chemische und therrnische Beständigkeit des Aluminiumoxyds von Bedeutung, z.B. bei der Verwendung in einer chemisch aggressiven Atmosphäre oder beim Durchgang sehr hoher Strahlungsintensitäten. Ohne die Erfindung auf die bisherigen Ausführungs- und Anwendungsbeispiele beschränken zu wollen, sei schließlich noch die Möglichkeit genannt, Aluminiumoxydfolien, die aus irgendeinem Grund ohne Rahmen Verwendung finden sollen, an den Ort ihrer Verwendung mit einem Rahmen zu transportieren und erst dort die Folie von dem Rahmen abzutrennen. So ergibt sich eine sehr bequeme Möglichkeit, Aluminiumoxydfolien zu transportieren, was bisher wegen der außerordentlichen Empfindlichkeit solcher Folien gegen irgendwelche mechanischen Einflüsse äußerst schwieri- und zeitraubend war.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Aluminiumoxyd- oder Berylliumoxydfolie für den Durchtritt von Strahlung, insbesondere von Quanten- oder Partikelstrahlung bei Zählrohren, Ionisationskammern oder Szintillationszählern, gekennzeichnet durch einen innerhalb der Folie anodisch oxydierten, örtlich begrenzten Teil, der als Fenster für die Strahlung dient.
  2. 2. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr als Rahmen für das Fenster dienender Teil für den Einbau entsprechend vorbereitet ist. 3. Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumoxyd- oder Berylliumoxydfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Fenster entsprechende, örtlich begrenzte Teil eines Aluminium- oder Berylliumbleches durch mechanische Bearbeitung bis auf eine dünne Schichtstärke abaetragen, das Blech ein- oder beidseitig anodisch oxydiert und die verbleibende Aluminium- oder Berylliumschicht und bei beidseitiger Oxydation auch die auf der Seite der mechanischen Bearbeitung liegende Oxydschicht durch chemische Mittel entfernt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt für die anodische Oxydation eine Lösung von Ammoniumzitrat und Zitronensäure im Verhältnis 1 : 1 in bidestilliertem Wasser verwendet wird. 5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die anodische Oxydation die Konzentration des Elektrolyten so gewählt wird, daß entsprechend der benötigten Oxydationsspannung einerseits keine elektrischen Durchschläge auftreten und andererseits der Badwiderstand nicht zu groß wird. 6. Verfahren nach Ansprach 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydationsspannung in an sich bekannter Weise entsprechend der gewünschten Schichtdicke der Oxydfolie gewählt wird. 7. Verwendung einer Folie nach Anspruch 1 oder einem der folgenden als Trägerfohe. 8. Verwendung einer Folie nach Anspruch 1 oder einem der folgenden als Unterlage für aufgedarnpfte Materialschichten.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1621121B1 (de) * 1966-01-27 1970-06-25 Philips Nv Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxidhäuten durch anodische Oxydation einer Aluminiumfolie
US3671410A (en) * 1970-02-16 1972-06-20 Philip Morris Inc Method for making metal oxide membranes
US3850762A (en) * 1973-08-13 1974-11-26 Boeing Co Process for producing an anodic aluminum oxide membrane

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