DE2352063A1

DE2352063A1 - Verfahren und vorrichtung zur beschichtung von kupfer mit einer boratglasur

Info

Publication number: DE2352063A1
Application number: DE19732352063
Authority: DE
Inventors: George R Blair; Michael R Elam
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1972-10-30
Filing date: 1973-10-17
Publication date: 1974-05-22
Also published as: FR2204710B1; DE2352063C3; FR2204710A1; GB1402067A; IT1000099B; JPS5512101B2; JPS4976918A; DE2352063B2; US3801367A

Description

Anmelderin: Stuttgart, 15» Oktober 1973

Hughes Aircraft Company P 2780 S/nu Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., Y₀St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung von Kupfer mit einer Boratglasur

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Kupfer mit einer Boratglasur, bei der das Kupfer auf Rotglut erwärmt und dann in eine Boraxlösung einge^ taucht wird.

Das Eintauchen von rotwarmem Kupfer in eine Boraxlösung

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zur Erzeugung einer Boraxglasur auf Kupfer ist eine bekannte Technik:, die beispielsweise zur Herstellung von sogenannten "Housekeepeiy-Schmelzverb indungen zwischen Kupfer- und Glasrohren, beispielsweise bei Radarröhren, verwendet wird. Die auf diese Weise erzielten Glasurschichten sind jedoch nicht immer gleichförmig.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das die Herstellung einer gleichförmigen und flexiblen Boratschicht ermöglicht. Mit einer solchen Boratglasur beschichtetes Kupfer wäre dann für alle Anwendungszwecke geeignet, bei denen sehr dünne isolierende Schichten mit mittlerem Isolationswiderstand erforderlich sind, beispielsweise -für Spulenwicklungen auf Wanderfeldröhren oder Transformatorwicklungen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art das Erwärmen des Kupfers in einer im wesentlichen aus Wasserstoff, Natriumborat und Sauerstoff bestehenden Atmosphäre erfolgt, deren Sauerstoffgehalt ausreicht, um Kupfer in CupO umzuwandeln, aber nicht genügt, um CuO zu bilden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Beschichtung von Kupfer in Band-, Blech-, Draht- und Blockform und ergibt Isolationsschichten aus einer flexiblen Boratglasur, die eine außerordentlich gute Haftfähigkeit aufweisen.

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Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Gegenstand, bei der das Kupfer in Form eines Stranges fortlaufend durch die Boraxlösung und eine mit der Natriumborat enthaltenden Atmosphäre gefüllte Heizzone hindurchgeführt wird. Bei dieser Vorrichtung ist über einem Boraxlösung enthaltenden Bad ein Quarzrohr angeordnet und durch das Quarzrohr und die Boraxlösung ein Kupferstrang hindurchgeführt. Das Quarzrohr ist auf einem wesentlichen Teil seiner Länge mit einer Heizeinrichtung umgeben, und es ist die an seinem dem Bad mit der Boraxlösung abgewandten Ende vorhandene Öffnung nur wenig größer als der Querschnitt des Kupferstranges, so daß das Quarzrohr eine Kammer für die das Natriumborat enthaltende Atmosphäre ist, die im wesentlichen von dem von der Natriumboratlösung aufsteigenden Dampf gebildet wird.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination verwirklicht sein. Es zeigen

Pig. 1 in teilweise schematischer Darstellung einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

und

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Pig. 2 eine Draufsicht auf die teilweise aufgebrochene Dampfbeschichtungskammer der Vorrichtung nach Fig. 1 in größerem Maßstab.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung wird ein bandförmiger Kupferstrang 10 von einer Spule 8 über eine Rolle 9 und durch eine verengte Öffnung 11 nach unten durch ein Quarzrohr 12 gesogen. Das Quarzrohr 12 ist vorzugsweise aus durchsichtigem Quara gefertigt, da dieser die von glühenden Heizdrähten 15 ausgesandte Infrarotetrahlung nicht absorbiert. Die Heisdrähte 15 sind auf einem aus keramischem Material bestehenden Leiterträger 22 angeordnet. Wie die Fig. 1 zeigt, ist das Quarzrohr 12 in zwei öfen 13 und 14 angeordnet und durch konzentrische öffnungen 16, 17 und 18 derselben hindurchgeführt. Die Heizdrähte 15 in den öfen erzeugen genügend Wärme, um das Kupfer innerhalb der öfen 1$ und 14, also vor dem Eintritt in eine in einem Behälter 20 enthaltene gesättigte Boraxlösung 19» auf Rotglut, d. h. auf etwa 850 bis 900°C zu erwärmen. Das untere Ende 21 des Quarzrohres 12 ist in einem von dem Spiegel der Lösung 19 kritischen Abstand angeordnet, der in Verbindung mit der Verengung der öffnung 11 eine verminderte Sauerstoffkonzentration innerhalb des Quarzrohres 12 bewirkt. Der verminderte Sauerstoffgehalt läßt nur eine Oxydation der Kupferoberflache zu CuqO zu. Es ist wichtig, eine Oxydation des Kupfers zu CuO zu verhindern, da dieses die Haftung der resultierenden Boratbeschichtung erheblich beeinträchtigt.

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Anstelle der in der Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform, bei der zwei bündig aneinander angrenzende öfen verwendet werden, können auch andere Ofenanordnungen benutzt werden, vorausgesetzt, daß sie es ermöglichen, das Kupfer auf einem kurzen Weg in einer Atmosphäre von Wasserdampf, mitgeführtem Natriumborat und verminderter Sauerstoffkonzentration auf Rotglut zu erhitzen. Wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit glüht das Kupfer etwa dunkelrot, wenn es in der Boraxlösung 19 abgeschreckt wird. Auch kann die Art und Weise, wie das Kupfer durch die. Heizzone geführt wird, je nach der" Art des Produkts verschieden sein«, Wenn es nicht beabsichtigt ist, die Länge und Form des Kupfermaterials au verändern, muß das Aufheizen und das Durchziehen des Kupfers derart gesteuert sein, daß dessen Erweichungspunkt nicht erreicht wird, damit das Kupfer durch, den Zug nicht gestreckt oder gar abgerissen wird,,

Wenn das mindestens dunkelrot glühende Kupferband in die Boraxlösung 19 eintritt, bewirkt es ein teilweises Verdampfen der Lösung. Infolgedessen füllt sich, das Quarzrohr 12 mit einer Dampfphase, die im wesentlichen aus Wasserdampf, in diesem mitgeführtes Natriumborat und einem, wie oben erwähnt, Sauerstoffanteil verminderter Konzentration besteht. Nachdem die Kupferoberfläche zu Cu₂O oxidiert ist, reagiert sie mit dem mitgeführten Natriumborat unter Bildung von Boratglas, das etwa nach der Formel CuO · Na^B^On aufgebaut ist. Diese Glasbeschichtung wird verstärkt, wenn das Kupfer die gesättigte Boraxlösung 19 durchläuft.

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Das behandelte Kupfer wird über Rollen 24, 25 und 26 mit Hilfe nicht dargestellter Einrichtungen durch die Boraxlösung 19 gezogen, sodann in einer nicht dargestellten Spülvorrichtung abgesprüht und in einer nicht dargestellten Vorrichtung trockengewischt. Die Dicke der Beschichtung eines Drahtes, Bandes usw. liegt nach einem einmaligen Durchgang durch den Ofen und die Lösung in der Größenordnung von 0,0025 mm bis 0,005 nun. Bei Bedarf kann die Dicke durch mehrfache Durchgänge vergrößert werden.

In der Fig. 2 ist die gegenseitige Anordnung der verengten Öffnung 11, des Quarzrohres 12, des oberen Ofens 13, des keramischen Leitungsträgers 22, der Heizdrähte 15 und einer elektrischen Zuleitung 2$ dargestellt.

Die Größe der verengten öffnung 11 und der Durchmesser des Quarzrohres 12 können etwas variiert werden und hängen in erster Linie von der Form des zu behandelnden Kupferteiles ab. Die öffnung sollte groß genug sein, um das Kupferteil leicht hindurchgleiten zu lassen, und eng genug, um ein Durchströmen des Quarzrohres 12 durch Kamineffekt zu verhindern. Dies ist notwendig, um die Menge des am unteren Ende des Quarzrohres eintretenden Sauerstoffs klein zu halten. Ein gewisser Kamineffekt tritt jedoch am oberen Ende des Rohres auf, wobei die durch die verengte Öffnung 11 ausströmenden Gase den Eintritt von Sauerstoff durch diese öffnung wirksam vermindern.

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Wenn ein Kupferband von etwa 25 mm Breite und etwa 0,025 nun bis etwa 0,25 mm Dicke beschichtet werden soll,, so ist ein Schlitz von etwa 28 mm Länge und 3 mm Breite ausreichend^ um ein leichtes Hindurchgleiten des Bandes zuzulassen» Das Quarzrohr 12 wird in diesem Falle vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 30 mm und eine Länge von etwa 600 mm aufiveisen, und sein unteres Ende 20 wird etwa 3 bis 6 mm oberhalb des Spiegels, der Lösung 19 angeordnet s_ein_o Bei diesen Verhältnissen wird das Kupferband mit einer Geschwindigkeit von etwa 3 m/min bis etwa 18 m/min in das Quarzroiip hineingezogene Diese Geschwindigkeit wird in einem gewissen Grad von der Dicke des Kupfermaterials abhängen, da ein dickeres Material eine größere Verwoilzeit benötigt, um auf Rotglut zu kommen.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Kupfererzeugnisse eignen sich besonders für Spulenwicklungen von Wanderfeldröhren.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Beschichtung von Kupfer mit einer Boratglasur, bei der das Kupfer auf Rotglut erwärmt und dann in eine Boraxlösung eingetaucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen des Kupfers in einer im wesentlichen aus Wasserdampf, Natriumborat und Sauerstoff bestehenden Atmosphäre erfolgt, deren Sauerstoffgehalt ausreicht, um Kupfer in CUpO umzuwandeln, aber nicht genügt, um CuO zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Natriumborat enthaltende Atmosphäre durch Verdampfen der vorzugsweise gesättigten Natriumboratlösung durch Eintauchen des warmen Kupfers und Auffangen der Dampfphase gewonnen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer in Form eines Stranges fortlaufend durch die Boraxlösung und eine mit der Natriumborat enthaltenden Atmosphäre gefüllte Heizzone hindurchgeführt wird.

4-. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß über einem Boraxlösung (19) enthaltenden Behälter (20) ein Quarzrohr (12) angeordnet und durch das Quarzrohr (12) und die Boraxlösung (19) ein Kupferstrang (10) hindurchgeführt ist und daß das Quarzrohr (12) auf

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einem wesentlichen Teil seiner Läng© von einer Heizeinrichtung (13? 14·') umgeben una die aa seißem dem Behälter (20) mit der Boraxlösung (19) abga-> wandten Ende vorhandene öffnung (11) nur wenig größer ist als der Querschnitt des Kupferstrangsa (10).

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