Spôsob výroby elektródového prvku pre plazmové horáky

Číslo patentu: E 5173

Dátum: 05.03.2003

Autori: Laurisch Frank, Krink Volker, Möhler Wolfram, Lotze Gerd, Löbl Helmut

Je ešte 2 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Spôsob výroby elektródového prvku pre plazmové horáky0001 Vynález sa týka spôsobu výroby elektródových prvkov pre plazmové horáky. Podobný elektródový prvok je zvlášť vhodný na rezanie plazmou, pri ktorom sa ako plazmový plyn0002 Tieto elektródy sú pri použití vplazmových horákoch vysoko elektricky a tepelne namáhané, takže majú len obmedzenú životnosť a v kratších alebo dlhších časových odstupochje nutná ich nákladná Výmena.0003 Zvlášť vysoká termická záťaž pri teplotách až do 50 000 Kelvinov vyžaduje vhodnúkonštrukciu a vhodnú voľbu materiálov použitých pre túto elektródu.0004 Preto sa pre rezaní plazmou s použitím kyslíka ako plazmového plynu až doposial používali elektródy pozostávajúce prevažne zhafnia steplotou topenia okolo 2 220 °C. Hafnium vykazuje na rozdiel od mnohých iných elektricky vodivých kovov nízku výstupnúprácu, takže je pre toto použitie zvlášť vhodné.0005 Obvykle sa tieto hafniove elektródy V tvare kolika používajú s medenou objímkou apritom sa využíva vysoká tepelná a elektrická vodivosť medi.0006 Pri takom uskutočnení sa však musí korózia vdôsledku silnej korózie elektrickým prúdom (elektromigrácia) a difúzia, ktorá zvyšuje prechodový odpor medzi hafniom a meďou, udržať na nízkej úrovni.0007 Zvlášť pri rezaní plazmou s použitím oxidačných plynov, ako je to pri už uvedenom kyslíku, dochádza pri medi k oxidácii, čo negatívne ovplyvňuje tepelnú vodivosť a elektrickýprechodový odpor medzi meďou a hafniom.0008 V dôsledku vysokej korózie elektrickým prúdom a oxidácie dochádza na styku medi ahafnia ku zvýšenej premene výkonu, takže procesy starnutia pokračujú urýchlene.0009 V dôsledku zvýšenej tvorby oxidu medi na medenom plášti sa pri vyšších teplotách v bezprostrednej blízkosti hafniového jadra navyše zmenší výstupná práca medi, a preto môžu byť elektróny emitované aj z medi. Pritom dochádza k miestnemu roztaveniu medi, a tým aj kvyradeniu tejto plazmovej elektródy.0010 Aby sa týmto problémom predišlo, používa sa podľa doterajšieho stavu techniky striebro a zliatiny striebra. Striebro tiež vykazuje dobrú tepelnú a elektrickú vodivosť a vyššiu výstupnúprácu. Hlavne je však pri striebre v porovnaní smeďou nižšia tvorba oxidu pri vyšších0011 Zodpovedajúce riešenie sa opisuje vEP 0980197 A 2. Vňom sa používa medený držiak, do ktorého je do upnutia vyhotoveného ako slepý otvor vlisované strieborné puzdroz vybranej striebornej zliatiny, ktore má uzavreté dno smerujúce dovnútra medeného držiaka. 0012 Do tohto puzdra sa potom zalisuje hafniová elektróda v tvare kolika.0013 Táto konštrukcia má mnoho nedostatkov. Týkajú sa v prvom rade nákladnej výroby, pri ktorej sa jednotlivé prvky vyrábajú oddelene a sčasti s použitím obrábania rezaním. Tieto tri oddelené diely sa potom musia spojit do jedného prvku, pričom sa musia splniť vysoké nároky pri spájaní a manipulácii kvôli pomeme malým rozmerom strieborného puzdra a hafniového kolíka. Okrem toho sa musí mechanické zalisovanie striebomého puzdra a hafniového kolika0014 Podobne riešenie je známe tiež z EP 0 437 915 A 2. Pri tom je na elektróde vložka tvoriaca katódu z kovu alebo kovovej zliatiny s nízkou výstupnou prácou z puzdra z kovu alebo kovovej zliatiny s vyššou výstupnou prácou, ktore sú spojené metalurgicky. Podobne vytvorená elektróda je tiež známa z 1 272 013 A 2. Aj tu je prvok ako katóda z kovu alebo kovovej zliatiny s nízkou výstupnou prácou obklopený vo fonne puzdra kovom (Ag, Au, Cu, Al) alebo kovovou zliatinou s vyššou výstupnou prácou. Valcový upínač pre tento prvok sa môže v kove v tvarepuzdra vytvoriť vŕtaním alebo vytlačovaním.0015 Tiež riešenia opísané v US 6 130 399 a US 5 767 478 sa týkajú elektród pre plazmové horáky.0016 V EP 0 334 981 Al sa opisuje materiál pre elektródy.0017 Napriek tomu sa môže dosiahnuť len miestne obmedzený styk medzi meďou, striebrom a hafniom, takže sa hlavne tieto bodové dotyky prejavujú negatívne na už skôr uvedenú koróziu elektromigráciou a samozrejme je V zodpovedajúcej miere negatívne ovplyvnená tepelná0018 Vtejto súvislosti sa pomocou podobného riešenia dosiahnuté nepatrné zvýšenie životnosti (v porovnaní s elektródami doposiaľ známymi a V plazmových horákochpoužívanými) ďalekosiahlo kompenzuje výrazne zvýšenými výrobnými nákladmi.0019 Preto je úlohou tohto vynálezu navrhnúť vhodný spôsob výroby, ktorým by bolo možnéznížiť výrobné náklady pri súčasnom zvýšení životnosti.0020 Podľa vynálezu sa táto úloha rieši elektródovým prvkom, ktorý vykazuje znaky uvedené v nároku 1. Výhodné spôsoby uskutočnenia a zdokonalenia vynálezu je možné dosiahnuťpomocou znakov uvedených V závislých nárokoch.0021 Elektródový prvok podľa vynálezu pre plazmový horák, ktorý je predmetom vynálezu,vykazuje aspoň jedno jadro z kovu alebo kovovej zliatiny s menšou výstupnou prácou než má kov alebo kovová zliatina, z ktorého alebo z ktorej je vytvorený plášť obklopujúci aspoň jednojadro, pričom jedno prípadne viac jadier tvorí vlastnú elektródu zaradenú ako katóda.0022 Medzi rozdielnymi materiálmi, t. j. povrchom jadra a plášťom je V jednej alternatívnej možnosti vynálezu medzná vrstva vytvorená V gradovanej forme, ktorá vznikla zo zmesných0023 V druhej altematíve pre elektródový prvok vytvorený podľa vynálezu je vytvorená medzivrstva medzi povrchom jadra a materiálom plášťa z ďalšieho kovu alebo ďalšej kovovej zliatiny s väčšou výstupnou prácou než má materiál jadra, pričom medzivrstva teraz tvorí v smere od jadra k plášťu gradovaný prechod vo forme medzných vrstiev vytvorených0024 Ako zvlášť vhodný materiál pre jadro sa môže použiť hafnium prípadne hafniovázliatina, pričom podiel legujúcich zložiek je možne udržiavať na pomerne nízkej úrovni.0025 Okrem hafnia prípadne jeho zliatin sa však môžu ako materiály pre jadro použiť tiežwolfrám, zirkónium alebo tantal, prípadne zliatiny týchto prvkov. 0026 Výhodným materiálom pre plášt°ový diel je med, prípadne zliatina medi. 0027 Medzivrstva sa naproti tomu môže vytvoriť zo striebra alebo zliatiny striebra.0028 Medzné vrstvy, vyskytujúce sa podľa vynálezu pri elektródovom prvku, ktoré vytvárajúpostupne prechody rôznych materiálov, sú v prípade riešení známych podľa doterajšieho stavutechniky, aké napriklad opisuje EP 0 980 197 A 2, nedostupné z konštrukčných a výrobných0029 Ešte väčším prekvapením bolo, že sa elektródové prvky podľa vynálezu môžu jednoducho a za priaznivú cenu vyrábať spôsobmi tvárenia a spájania s využitím tlakových síl(lisovacích tlakov), pričom sa môžu vytvárať zodpovedajúce medzne vrstvy spostupnými prechodmi bez doplnkových technologických stupňov. Výroba pritom prebieha na0030 Nebolo teda bez ďalšieho možné očakávať vytvorenie zmesných kryštálov V jedinej medznej vrstve medzi uvedenými materiálmi jadra a plášťa (napríklad Cu a Hi), pretože rozdiel medzi teplotami topenia oboch na to použitých kovov je značný a leží v blízkosti asi 1 000 °K. Pri riešení podľa vynálezu sa môžu bez použitia medzivrstvy podľa jednej alternatívy elektródového prvku podľa vynálezu vytvárať zmesne kryštály z medi a hafnia, takže je možné dosiahnuť postupný prechod zvlášť pre elektrickú a tepelnú vodivosť nielen bodovo, ale pre0031 Ako predvýrobky pre jedno alebo tiež viac jadier, plášťových dielov a/alebo medzivrstvu sa môžu použiť zodpovedajúce prvky v tvare tyče, drôtu alebo puzdra zpríslušných kovov alebo kovových zliatin, ktoré sú potom vytvarovane pomocoupretlačovacieho lisu na elektródový prvok podľa vynálezu.0032 Existuje tiež možnosť pre tieto prvky použit príslušný kov prípadne kovovú zliatinu v práškovej forme. Hlavne na vytvorenie medzivrstvy je použitie prášku, napríklad striebra,veľmi vhodné. Takto sa môže medzipriestor medzi medeným dielom v tvare puzdra a aspoň jedným prvkom V tvare tyče prípadne drôtu tvoríacim jadro vyplniť strieborným práškom a vytvorit zodpovedajúcu medzivrstvu s jedným príslušným postupným prechodom v smere povrch jadra - plášťový diel účinkom tlakových síl pôsobiacich vpretlačovacom lise. V medzných vrstvách sa vytvorí zmesná vrstva prestúpená jednotlivými zmami východiskového práškového materiálu z oboch príslušných kovov prípadne kovových zliatin, ktorá jehomogénna na celej ploche, ktorá je k dispozícii.0033 Inou možnosťou je použiť pre jadro a plášť aj iné zodpovedajúce prášky. Použité východiskové prášky sa potom môžu pomocou lisovania, výhodne izostatickým lisovaním zastudena, jednotlivo a prípadne postupne jeden po druhom spracovať na predvýrobky zaisťujúce

MPK / Značky

MPK: H05H 1/26

Značky: prvků, plazmové, výroby, hořáky, spôsob, elektrodového

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/10-e5173-sposob-vyroby-elektrodoveho-prvku-pre-plazmove-horaky.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob výroby elektródového prvku pre plazmové horáky</a>

Podobne patenty