Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_4256
.pdf
Стенка этой камеры, окружающей катод, выполнена из пористого непроводящего материала, проницаемого
для электрического тока при насыщении электролитом, который выступает в качестве проводящей среды
между анодом и катодом. Пористая стенка камеры служит эффективным направляющим элементом для
потока электролита с высокой скоростью между ней и катодом, одновременно позволяя небольшой заранее
определенной доле электролита, скажем, десяти процентам, проходить через нее и формировать второй
поток с меньшей скоростью, протекающий через анодный отсек или отсеки. Этот туннелеобразный катодный
отсек должен 125 соответствовать по поперечному сечению катода, заключенного внутри него. При
использовании ленточного катода, как предполагается, отсек в поперечном сечении будет иметь форму узкого
щелевого отверстия размером 130 252 320, имеющего зазор не более одной шестнадцатой дюйма с каждой
стороны ленточного катода. Предполагается, что электролитный раствор будет подаваться под давлением с
помощью насоса или головки электролита через этот узкий катодный канал.
Можно использовать потоки от трех до тридцати футов, при этом скорость потока через катодное отделение
может достигать от десяти до сорока футов в секунду, а падение давления при прохождении электролита
через отделение будет незначительным после достижения такой скорости потока. В то же время пористость
окружающей стенки действует как редукционный клапан, позволяя небольшой части электролита,
необходимой для просачивания через нее, проникать в анодный отсек или отсеки, которые находятся под
атмосферным давлением и в которых скорость потока значительно снижена.
Согласно настоящему изобретению, с помощью данного процесса можно добиться удовлетворительного
осаждения меди, например, при скорости до 2000 ампер на квадратный фут, хотя очевидно, что при таких
скоростях напряжение, необходимое для осаждения, будет увеличиваться в зависимости от условий ячейки.
Изобретение также включает в себя устройство для осуществления описанного ниже и заявленного процесса.
На прилагаемых чертежах, где одинаковые ссылки указывают на одинаковые детали на всех видах, в целях
наглядности показано оборудование, с помощью которого может быть осуществлен данный процесс.
40_ На указанных чертежах: Рис. 1 — вид сбоку, частично в вертикальном разрезе, иллюстрирующий аппарат,
приспособленный для осуществления описанного процесса; Рис. 2 — поперечный разрез электролитической
ячейки, являющейся частью аппарата, выполненный по линии 2-2 на рис. 1; Рис. 3 — поперечный разрез по
линии 3-3 на рис. 1; Рис. 4 — поперечный разрез по линии 4-4 на рис. 1; Рис. 5 — план аппарата, частично в
разрезе, но без поднятого резервуара для создания напора для электролита; показан разрез подающей трубы
насоса к указанному резервуару и стояка, отходящего от него; Рис. 6 — разрез по линии 6-6 на рис. 5, вид
влево; Рис. 7 — поперечный разрез фрагмента туннелеобразного катодного отсека примерно во всю ширину;
и Рис. 8 — продольный разрез фрагмента катодного отсека.
Представленное здесь устройство показано на рисунках.
1
Вариант 5, подходящий для реализации описанного процесса, состоит из следующих основных элементов, а
именно: собственно электролитической ячейки 10 с некоторыми непосредственно соединенными с ней
элементами; поддона для сбора капель или емкости 11 для приема электролита, отводимого из ячейки;
приподнятого резервуара 12 для удержания определенного уровня электролита; насоса 1.3 с впускной трубой
14, идущей от поддона 11, и выпускной трубой 15, подающей электролит в приподнятый резервуар 12; стояка
16, предназначенного для подачи электролита из резервуара 12 в ячейку и через нее с высокой скоростью;
катушки 17 для подачи рулона лентообразного катода неопределенной длины и приводной катушки 18 для
намотки составной полосы, включающей катодную ленту и прилегающие слои осажденного металла, и
протягивания катодной полосы с любой заданной скоростью через ячейку.
Элемент 10, а также другие детали, контактирующие с электролитом, могут быть изготовлены из любого
подходящего кислотостойкого материала, известного для этой цели.
Стенки ячейки O90 могут быть изготовлены, например, из дерева, облицованного свинцом, из мыльного
камня, кислотостойкого кирпича или черепицы, стекла или вулканита; а некоторые элементы, контактирующие
с электролитом, 95 могут быть изготовлены из любого из упомянутых материалов или любых других
подходящих веществ.
Собственно ячейка 10 заключена в боковые стенки 19, переднюю торцевую стенку 20, заднюю торцевую
стенку 21 и дно 22 вытянутого ящика размером 100. Передняя торцевая стенка 20 и задняя торцевая стенка
21 имеют вертикальные пазы. Прорезь в задней стенке 21 обозначена цифрой 23 на рис. 3. Предпочтительно,
чтобы оба слота имели одинаковый размер и форму и были расположены под углом 105 градусов,
предпочтительно в вертикальной средней плоскости ячейки. Пазы 23 предназначены для приема катодной
ленты 24, обеспечивая ее прохождение через ячейку и позволяя электролиту 25–110 входить и выходить из
ячейки. По размерам прорези точно соответствуют поперечным размерам катодной ленты 24, будучи лишь
немного длиннее ширины ленты и имея ширину 115, что обеспечивает не более одной шестнадцатой дюйма
пространства с каждой стороны ленты. Лента может быть изготовлена из стандартного рулонного материала
шириной восемь дюймов, толщиной пять тысячных дюйма и неопределенной длины. Эти размеры.
Были найдены подходящие для моих целей варианты, но можно использовать любые практически
осуществимые размеры катодной ленты.
Вдоль всей ячейки, в соответствии с пазами 23, расположен катодный отсек туннелеобразной формы 27,
полностью отделенный от анодного отсека, который занимает оставшееся пространство внутри ячейки. Этот
туннелеобразный катодный отсек выполнен в виде плоской трубки продолговатого сечения, концы которой
плотно прилегают к пазам 28 на торцевых стенках 20 и 21. Проход или камера 26 внутри туннельного отсека
имеет практически те же размеры в поперечном сечении, что и щели 23.
Внутри прохода 26 отсека 27 предпочтительно имеются центрирующие направляющие 28.
имеют V-образные выемки для направления и облегчения центрирования катодной ленты внутри отсека. Эти
направляющие могут быть изготовлены из агата или другого твердого, кислотостойкого вещества. Чтобы
избежать, по какой-либо случайной причине, контакта между сторонами ленточного катода и стенками
туннеля, в указанные стенки могут быть частично встроены другие направляющие из агата или подобные им
направляющие в форме кнопок. Внизу прохода может находиться три или более проводников, а вверху —
такое же количество. Стенки катодного туннеля должны состоять из материала, достаточно пористого, чтобы
пропускать через него медленное прохождение электролита, и я называю его здесь материалом,
полупроницаемым для электролита. Он должен быть плохим проводником электричества, но легко пропускать
электрический ток при насыщении электролитом. Одним из веществ, удовлетворяющих этим условиям,
является измельченный карборунд, гранулы которого скреплены подходящим цементом, например,
веществом, известным под торговой маркой бакелит.
Что касается его функциональной эффективности, катодный отсек может быть отлит из цельного массива или
состоять из пластин. Для удобства изготовления я соорудил его из собранных плит, скрепленных цементом в
местах соединений. Уже говорилось, что катодный туннель приблизительно соответствует по поперечному
сечению катодной ленты, будучи лишь немного шире толщины указанной ленты. Три фута — подходящая
длина, но этот размер может изменяться, как и другие, в зависимости от потребностей использования.
Анодный отсек занимает пространство по обеим сторонам катодного отсека, а электролит, когда устройство
работает, находится выше уровня катодного отсека и полностью погружает его. Анодный материал «.5»
занимает значительную часть пространства в анодном отсеке по обе стороны от туннелеобразного катодного
отсека. В случае необходимости нанесения слоев меди, в качестве анода может использоваться «медная
дробь» или небольшие шарики диаметром 6,0 мм, 29, расположенные между стенками катодного отсека 27 и
медными пластинами 30 и прилегающие к ним, к которым подключается положительный провод от любого
подходящего источника тока.
Электричество, возможно, подключено. Для предотвращения перелива электролита через края ячейки
предусмотрены дренажные трубы 31. Эти устройства поддерживают постоянный уровень электролита во
время работы, который находится выше верхней части катодной камеры, и отводят излишки в накопительный
бак 70 11.
Из отсека 31 в расположенном на возвышении резервуаре 12 электролит 25 опускается по стояку 16, набирая
скорость по мере прохождения через сужение 32 в 75 ответвлений 33. Каждый ответвление 33 подает
электролит к одному из сопел 34, каждое из которых имеет характеристики Вентури или такие характеристики,
которые позволяют подавать поступающий в него электролит через узкое входное отверстие 80 35 в щель 23,
а затем в катодный туннель с чрезвычайно высокой скоростью. Как показано на рис. 5 (i-a), одно сопло 34
подает ток в щель с одной стороны катодной ленты 24, 85, а другое сопло подает ток в щель с другой стороны
указанной ленты. Сопла 34 разделены друг от друга узким проходом 36, размеры которого позволяют
катодной ленте перемещаться между ними. На рис. 5 показаны сопла, вид сверху, верхняя пластина частично
отломана. Они могут быть изготовлены из стекла, вулканита, кислотостойкого металла, глазурованного
фарфора или другого подходящего материала и могут быть цельными или состоять из частей, склеенных или
сплавленных вместе, в зависимости от удобства изготовления.
Электролит, подаваемый в узкий катодный туннель с чрезвычайно высокой скоростью с каждой стороны
катодной ленты, помогает удерживать гибкую ленту по центру туннеля, поскольку давление одинаково с обеих
сторон и вполне достаточно для выпрямления любых небольших выпуклостей или изгибов металлической
ленты. Электролит перемещается с высокой скоростью и под высоким давлением.
При поднятии резервуара 12 на высоту от трех до тридцати футов, электролиту в катодном отсеке может
передаваться энергия со скоростью от десяти до сорока футов в секунду. Весь электролит поступает в
катодный отсек, и большая его часть проходит через этот отсек с высокой скоростью, выходя через щель 23 в
задней торцевой стенке 21 ячейки.
Небольшая часть электролита проходит через пористую стенку катодного отсека и попадает в анодный отсек,
протекая через него гораздо медленнее в виде отдельного потока, при этом указанный анодный отсек открыт
для атмосферы. Количество электролита, протекающего через анодное отделение 125, должно составлять
примерно десять процентов от количества электролита, протекающего в катодном туннеле, и этот процент
может быть достаточно точно достигнут путем использования гранул соответствующего размера и
подходящего связующего вещества в месте соединения стенок туннеля. Из-за высокого давления,
существующего в последнем, электролит в анодном отсеке не может вернуться в поток катодного отсека.
- Поскольку давление электролита лишь незначительно падает при прохождении через катодный отсек, -
после достижения полной скорости потока он с большой скоростью вырывается 1.1) из щели 23 в задней
торцевой стенке -21 ячейки. Для рассеивания кинетической энергии в струе электролита на заднем торце
ячейки 10 предусмотрен отсек 37 с перегородками. Задняя стенка 39 этого отсека имеет прорезь 38, которая
практически совпадает с прорезями 23 на торцевых стенках ячейки; через нее проходит катодная полоска.
Съемная пластина 40 закрывает верхнюю сторону отсека 37, а задняя стенка 39 имеет вырез, как показано на
рисунке 41, образуя выходное отверстие или перелив для электролита, который не выходит через щели 38
вокруг катода, а поднимается вверх в камере. Другой отсек с перегородками 42, имеющий отверстие 43 в дне
и заднюю стенку 44, снабженную прорезью 45 для прохождения теперь уже составной полосы 24%,
предотвращает разбрызгивание электролита, выходящего из прорези 38, который сталкивается с массой,
падающей через верхний край стенки 39 в вырезе 41, а затем с задней стенкой 44 самой задней камеры с
перегородками.
— Электролит, вытекающий из катодного отсека, теперь стекает через нижнее отверстие 43 в резервуар 11,
где соединяется с электролитом, поступающим из анодного отсека через переливные трубы 31.
Резервуар для сбора 11 предпочтительно имеет дно 46, наклоненное вниз к отстойнику 45 в передней части,
откуда электролит удаляется через впускную трубу 14 кислотостойкого насоса 13, который проталкивает его
через трубу 15 в поднятый резервуар 12. Возвышенный резервуар 12 показан как 50_, разделенный
перегородкой 47, которая не доходит до верха резервуара, на отсеки 48 и 8'1. Ниже верхнего края
перегородки 47 показана фильтрующая пластина или лейвер 49, которая может быть изготовлена из
кварцевого песка, гранулированного карборунда или другого подходящего материала. Электролит
фильтруется через указанную фильтрующую пластину в отсек 31, откуда под действием силы тяжести
попадает в стояк 16. Таким образом, электролит может быть очищен от осадка путем отстаивания в отсеке 48
и фильтрации в этом же отсеке. 31.
- Катод 24, как уже указывалось ранее, может иметь неограниченную длину. В продаже имеются прокатные
медные полосы промышленного назначения толщиной пять тысячных дюйма, длиной до 400 футов. Такая
полоса в виде катушки может быть установлена на катушке 17, которая может вращаться с любым желаемым
сопротивлением трению на своей подставке 50. Один конец указанной катодной полоски может быть продет
через элемент и прикреплен к катушке 18. Для достижения наилучших результатов катушку 18 следует
равномерно вращать со скоростью, заранее определенной в зависимости от требуемой толщины осадка и
используемой плотности тока.
Я представил, несколько традиционным способом, силовой привод, включающий двигатель 51, скорость
которого может точно регулироваться, приводящий, при необходимости, через редуктор, червяк 52,
зацепленный с червячным колесом 53 на вертикальном валу 54, с которым вращается катушка 18. Катодная
полоска может быть покрыта любым из покрытий, обычно используемых для катодных поверхностей.
Сульфид натрия был признан подходящим для этой цели.
После того, как вся длина катодной ленты будет покрыта напылением с обеих сторон (90 градусов) и
намотана на катушку 18, катушку из композитного или трехслойного металлического полотна можно снять,
обработать по желанию, а слои отделить от катодной ленты в виде отдельных полос или листов
необходимого металла (95 градусов).
Устройство работает таким образом, который теперь станет ясен, для осуществления описанного выше
процесса. «Будет видно, что электролит протекает через ячейку двумя потоками с разницей давлений: поток
высокого давления, контактирующий с катодом, и поток низкого давления, контактирующий с анодом 105 или
материалом анода; что катод заключен и полностью отделен от материала анода перегородкой, свободно
проницаемой для электрического тока, но более труднопроницаемой для электролита; что в катодном отсеке
может быть достигнуто практически любое желаемое давление, с учетом ограничений, накладываемых
прочностью используемых материалов, и, следовательно, достигаются очень высокие скорости замены
электролита 11,5, контактирующего с катодом; ни один электролит в анодном отсеке не может соединиться с
потоком в катодном отсеке из-за разницы давлений в двух потоках». Таким образом, чрезвычайно высокая
плотность тока, значительно превышающая 300 ампер на квадратный фут, может быть использована для
быстрого получения электролитических отложений.
Система, состоящая из множества или 125 батарей блоков описанного типа, обеспечивает значительную
экономию при электроосаждении металлов по сравнению с обычной практикой, использующей относительно
низкие плотности тока. Для достижения той же производительности требуется значительно меньше места,
меньше электролита, гораздо меньший запас анодного металла, и требуется меньше рабочей силы.
Размер каждой ячейки составляет лишь малую долю от размера тех ячеек, которые пришлось бы
использовать при обычных низких плотностях тока. Количество используемого электролита можно уменьшить
пропорционально увеличению плотности тока. Количество "мертвого" металла в виде анодного материала,
которое необходимо хранить в резерве, может быть значительно уменьшено. Для достижения заданного
объема производства в день требуется меньше труда и контроля. Полностью исключаются значительные
затраты на поддержание в идеально отполированном состоянии цилиндрических катодов больших размеров
(обычно используемых при электролитическом производстве длинных полос), поскольку в этом процессе
может использоваться стандартный прокатный стан, который в случае повреждения может быть переработан
в стандартные промышленные изделия.
Хотя в целях иллюстрации я привел конкретный аппарат для осуществления процесса данного изобретения,
следует понимать, что он может быть изменен в деталях, перемещен или усовершенствован, не выходя за
рамки сущности моего изобретения, которая не ограничивается описанными деталями, а ограничивается
только прилагаемыми пунктами формулы изобретения.
Подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я заявляю, что то, что
я...
Соседние файлы в папке патенты