DE2829113A1

DE2829113A1 - Kuevette aus glas oder keramik mit auf der innenflaeche angebrachtem reflexionsbelag

Info

Publication number: DE2829113A1
Application number: DE19782829113
Authority: DE
Inventors: Geb Koehler Elfri Fichtmueller
Original assignee: FICHTMUELLER GEB KOEHLER ELFRIEDE
Current assignee: FICHTMUELLER GEB KOEHLER ELFRIEDE
Priority date: 1978-07-03
Filing date: 1978-07-03
Publication date: 1980-01-17

Description

Küvette aus Glas oder Keramik mit
auf der Innenfläche angebrachtem Reflexionsbelag ===~========= ~ ======= 0======= o == ~ ===== ~ ===== Die Erfindung bezieht sich auf Küvetten aus Glas oder Keramik mit auf der Innenfläche angebrachtem Reflexionsbelag aus Gold oder Platin.
Es sind Glasküvetten als Bestandteil von Meßeinheiten für IR- oder W-Gasanalysen bekannt, die als gasführende Bauteile zwischen der Strahlungsquelle und dem empfangenden Detektor angeordnet sind. Die hochglänzende Edelmetallbeschichtung an der Innenfläche dieser Küvetten hat die Aufgabe, die vom Strahler abgegebene Strahlung ohne Energieverlust und mit gleichbleibender Reflexion dem nachgeschalteten Detektor zuzuführen. Bei den be- kannten Glasküvetten treten schwerwiegende Probleme auf sobald die zu analysierenden Gase Chlor, Salzsäure, Schwefeldioxid und andere zur Bestimmung anstehende korrodierende Medien enthalten. Die Praxis hat ergeben, daß durch solche korrodierende Medien eine kontinuierliche Unterwanderung der Edelmetallschicht erfolgt, die sich in der Weiterung schließlich als Folie von der Glaswand der Küvette ablöst.
Die damit verbundene Minderung der Reflexionseigenschaften ftihrt zu einer Verfälschung der Konzentrations-Anzeige und macht eine sichere Meßwerterfassung, die zumeist im ppm-Bereich liegt, unmöglich.
Die oben beschriebenen und ähnliche Probleme treten durch die korrodierenden Medien auch an solchen hochglänzenden Reflexionsschichten auf, die durch Vakuumverdampfung oder Kathodenzerstäubung an der Innenfläche von Hohlkörpern, insbesondere Küvetten aus Glas oder keramischem Material, angebracht worden sind. Die durch Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung aufgebrachten Reflexionsschichten sind daher auch nur dann anwendbar, wenn in neutraler Gas-Atmosphäre gearbeitet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Küvetten aus Glas oder Keramik mit auf ihrer Innenfläche angebrachtem Refiexionsbelag aus Gold oder Platin zu schaffen, bei denen der Reflexionsbelag auch durch korrodierende Medien nicht von der Innenfläche des Hohlkörpers gelöst und dabei in seinen Eigenschaften, insbesondere seinen Reflexionseigenschaften, verschlechtert werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Reflexionsbelag in die Oberfläche des Glas- bzw. Keramikkörpers eingebunden ist. Bei diesen erfindungsgemäßen Küvetten ist es korrodierenden Medien praktisch unmöglich, den Metallbelag zu unterwandern und von der Innenfläche des Hohlkörpers abzulösen. In besonders vorteilhafter, hoch wirksamer Ausführungsform der Erfindung ist der Reflexionsbelag auf einer Zwischenlage angebracht, deren Material mit dem Metall des Reflexionsbelages in Folge Diffusion oder Legierung unter W§rmeeinwirkung einen Verbund bildet, und mit dieser Zwischenlage in die Oberfläche des Glas- bzw. Keramik körpers eingebunden ist. In dieser Ausführungsform wird optimales Reflexionsvermögen des Reflexionsbelages sichergestellt und zugleich ein Einbinden des Reflexionsbelages in die Oberfläche des Glas- bzw.
KeramiMcörpers solcher Qualität geschaffen, daß auch nach langzeitiger Einwirkung von korrodierenden Medien die Bindung zwischen der Innenfläche des Hohlkörpers und dem Reflexionsbelag nicht leidet.
Für geringere Anforderungen läßt sich jedoch im Rahmen der Erfindung auch bereits eine billigere Küvette dadurch schaffen, daß der Reflexionsbelag mechanisch in die Oberfläche des Glas- bzw. Keramikkörpers eingebunden ist. Dieses mechanische Einbinden des Reflexionsbelages bedingt naturgemäß eine Minderung der Reflexionseigenschaften und auch eine merkliche Minderung der Haltbarkeit gegenüber der ersteren Ausführungsform der Erfindung. Jedoch ist für manche Anwendungszwecke diese Ausführungsform ausreichend und wegen ihrer geringeren Entstehungskosten zu empfehlen.
Aufgabe der Erfindung ist es auch einfache, sicher durchführbare Verfahren zur Herstellung solcher Küvetten zu schaffen. Ein solches neuartiges Verfahren zur Herstellung besonders hochwertiger Küvetten der ersten Ausführungsform besteht darin, daß die glatte Innenfläche der Küvette aus Glas oder Keramik mit Kupfer dünn beschichtet wird und dann eine kolloidale Suspension des Edelmetalls gleichmäßig aufgebracht und über die Innenfläche des Hohlkörpers verteilt wird, und daß das in kolloidaler Verteilung aufgebrachte Edelmetall durch Einbrennen unter Ausbildung eines geschlossenen Belages in die Oberfläche des Glas- bzw. Keramikkörpers eingebunden wird.
Es ist möglich, das Kupfer unter Vakuum auf die Innenfläche des Hohlkörpers aufzudampfen oder durch Kathodenzerstäubung aufzubringen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsmöglichkeit dieses erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine Glasküvette unter Vakuum bei mindestens 3000C entgast, mittels Elektronenbombardement an ihrer Innenfläche gereinigt und dann durch Vakuumbedampfes oder Kathodenzerstäubung mit einer Kupferauflage versehen wird, wobei diese Kupferauflage auf die noch heiße Glasoberfläche gebracht wird. Dabei wird sich in dem Glas lösendes Kupferoxidul gebildet. Die Kupferauflage selbst ist wiederum Träger für einen Goldbelag, der in Form einer kolloidalen Goldsuspension aufgebracht wird. Durch die Lösbarkeit bzw.
Legierbarkeit des Kupfers mit dem Gold kommt es wiederum zur innigen Verbindung zwischen der Kupferauflage und dem Goldbelag. Diese innige Verbindung und gegenseitiges Integrieren von Glasoberfläche, Kupferauflage und Goldbelag wird besonders intensiv erreicht, wenn man das Einbrennen unter Temperatur in der Nähe der Erweichungstemperatur des Glases durchführt.
Für die Herstellung der zweiten, billigeren Ausführungsform der Küvette wird im Rahmen der Erfindung ein Herstellungsverfahren empfohlen, bei welchem die glatte Innenfläche der Küvette aus Glas oder Keramik mit Flußsäure angeätzt und leicht aufgerauht wird und daß dann eine kolloidale Suspension des Edelmetalls gleichmäßig aufgebracht und über die Innenfläche der Küvette verteilt wird und daß das aufgebrachte Edelmetall durch Einbrennen unter Ausbildung eines geschlossenen Belages in die Oberfläche des Glas- bzw. Keramikkörpers mechanisch eingebunden wird. Auch bei diesem Verfahren sollte das Einbinden bzw. Einbrennen unter Temperatur in der Nähe der Erweichungstemperatur des Glases bzw.
des keramischen Materials durchgeführt werden.
Bei beiden Ausführungsvarianten läßt sich die gewünscht Einbrenntemperatur besonders sicher und gefahrlos erreichen, wenn das Einbrennen des Edelmetallbelages in einem Strahlungsofen durchgeführt wird. Hierbei läßt sich die Gefahr einer Deformierung des Glaskörpers bzw. Keramikkörpers völlig ausschließen.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen: I Fig. 1 eine Glasküvette in Seitenansicht, teilweise axial geschnitten; Fig. 2 einen Querschnitt der Küvette entsprechend II-II der Fig. 1, vergrößert; Fig. 3 ein Ausschnitt III der Fig. 2 in starker Vergrößerung und Fig. 4 den Ausschnitt III der Fig. 2 in abgewandelter Ausführungsform, in starker Vergrößerung.
Die Glasküvette nach Fig. 1 hat eine Glaswandung 1 mit Reflexionsbelag 2 aus Edelmetall, insbesondere aus Gold, auf der Innenfläche, wobei Fig. 2 einen Einbindungsbereich 3 des Reflexionsbelages 2 in die Innenfläche des Glaskörpers 1 wiedergibt.
Wie Fig. 1 zeigt, ist die Küvette stirnseitig mit Abdeckungen bzw. Verschlüssen 11 versehen, die aus für die Jeweilige Strahlung durchlässigem Material gebildet sind. Seitlich sind an der Küvette Anschlußstutzen 12 als Gaseinlaß und Gasauslaß ausgebildet.
Im Beispiel der Fig. 3 ist auf die Innenfläche des unter Vakuum auf eine Temperatur von etwa 3000C gehaltenen Glaskörpers 1 durch Kathodenzerstäubung oder Vakuumbedampfen eine Kupferauflage 4 aufgebracht worden, die im Bereich 5 mit in dem Glaskörper 1 vorhandenem Sauerstoff zu Kupferoxidul oxidiert und im Glaskörper gelöst worden ist, während der an der Innenfläche des Glaskörpers 1 verbleibende Teil der Kupferauflage 4 durch gegenseitiges Diffundieren und Legieren unter Wärmeeinwirkung in die Goldschicht 2 aufgenommen ist und somit - wie die gestrichelte Darstellung der Grenzlinie zwischen den Bereichen 2 und 4 in Fig. 3 andeutet - ein Verbund mit der Goldauflage 2 bildet. Durch solche zweiseitige Verbundbildung bindet die Kupferzwischenlage 4 die Goldauflage 2 in die Oberfläche des Glaskörpers 1, nämlich einerseits durch Lösung von Kupferoxidul im Glaskörper und andererseits durch Diffundieren und Legieren von Kupfer in der Goldauflage 2. Dies macht es korrodierenden Gasen und überhaupt korrodierenden Stoffen unmöglich, zwischen der Innenfläche des Glaskörpers 1 und der Goldauflage 2 einzudringen und die Goldauflage 2 vom Glaskörper 1 abzulösen.
Im Beispiel der Fig. 4 ist die Goldauflage 2 mechanisch in die innere Oberfläche des Glaskörpers 1 eingebunden. Hierzu wurde die Innenfläche des Glaskörpers 1 mittels Flußsäure angeätzt und - wie bei 6 gezeigt - leicht aufgerauht. Die Tiefe dieser Aufrauhung 6 bildet den Verankerungsbereich bzw.
Einbindungsbereich 3. Die zunächst als Suspension aufgebrachte Goldauflage 2 dringt beim Einbrennen in diese Aufrauhung 6 intensiv ein und erhält dadurch eine mechanische Verankerung die es korrodierenden Medien, insbesondere korrodierenden Gasen außerordentlich schwer macht, zwischen die Innenfläche des Glaskörpers 1 und die Goldauflage 2 einzudringen. Eine Küvette mit gemäß Fig. 4 aufgebrachtem innerem Goldbelag hat eine mehrfache Lebensdauer wie eine Glasküvette, bei der die innere Goldauflage nur durch Vakuumbedampfung oder Kathodenzerstäubung aufgebracht ist.

Claims

Patentansprüche: Küvette aus Glas oder Keramik mit auf der glatten Innenfläche angebrachtem Reflexionsbelag aus Gold oder Platin, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsbelag (2; 2,4) in die Oberfläche des Glas- bzw. Keramikkörpers (1) eingebunden ist.
2) Küvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsbelag (2) auf einer Zwischenlage (4) angebracht ist, deren Material mit dem Metall des Reflexionsbelages (2) infolge Diffusion oder Legierung unter Wärmeeinwirkung einen Verbund bildet, und daß diese Zwischenlage (4) in die Oberfläche des Glas- bzw. Keramikkörpers (1) eingebunden ist.
3) Küvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsbelag (2) mechanisch in die Oberfläche des Glas- bzw. Keramikkörpers (1) eingebunden ist.
4) Verfahren zur Herstellung von Küvetten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die glatte Innenfläche der Küvette aus Glas oder Keramik mit Kupfer dünn beschichtet wird und dann eine kolloidale Suspension des Edelmetalls gleichmäßig aufgebracht und über die Innenfläche des Hohlkörpers verteilt wird, und daß das in kolloidaler Verteilung aufgebrachte Edelmetall durch Einbrennen unter Ausbildung eines geschlossenen Belages in die Oberfläche des Glas- bzw. Keramikkörpers eingebunden wird.
5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer unter Vakuum auf die entgaste, heiße Innenfläche der Küvette aufgedampft oder durch Kathodenzerstäubung aufgebracht wird.
6) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glasküvette unter Vakuum bei mindestens 3000C entgast, mittels Elektronenbombardement an der Innenfläche gereinigt wird und daß die so vorbereitete Innenfläche des noch heißen Glaskörpers durch Vakuumbedampfung oder Kathoden- zerstäubung mit der Kupferauflage versehen wird, wonach die so vorbehandelte Innenfläche mit einer kolloidalen Goldsuspension gleichmäßig beschichtet wird.
7) Verfahren zur Herstellung von Küvetten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die glatte Innenfläche der Küvette aus Glas oder Keramik mit Flußsäure leicht angeätzt und aufgerauht wird und auf diese angeätzte und leicht aufgerauhte Innenfläche eine kolloidale Suspension des Edelmetalls für den Reflexionsbelag gleichmäßig aufgebracht und über die Innenfläche der Küvette verteilt wird und daß das aufgebrachte Edelmetall durch Einbrennen zur Ausbildung eines geschlossenen Belages in die angeätzte und aufgerauhte Oberfläche des Glas-bzw. Keramikkörpers mechanisch eingebunden wird.
8) Verfahren nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbinden des Edelmetallbelages in die Innenfläche des Glas- bzw. Keramikkörpers durch Erhitzen bis in die Nähe der Erweichungstemperatur des Glases bzw. des keramischen Materials erfolgt.
9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Glas- bzw. Keramikkörper zum Einbinden des Edelmetallbelages in seine Innenfläche in einem Strahlungsofen bis in die Nähe der Erweichungstemperatur erhitzt wird.