DE3438433C2

DE3438433C2 - Verfahren zur Reproduzierung der Zusammensetzung einer elektrolytischen Poliermittellösung für ein Niobmaterial

Info

Publication number: DE3438433C2
Application number: DE3438433A
Authority: DE
Inventors: Hirotoshi Osaka Nomura; Keisuke Nagoya Aichi Tajiri
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1983-10-26
Filing date: 1984-10-19
Publication date: 1987-04-30
Also published as: US4676833A; DE3438433A1; JPH0515800B2; JPS6090628A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reproduzierung der Zusammensetzung einer elektrolytischen Poliermittellösung für ein Niobmaterial, bei dem zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung und Senkung der Kosten dann, wenn die Konzentration von HF der Zusammensetzung, die HF, H2SO4 und Wasser enthält, sinkt, die Zusammensetzung mit Fluorschwefelsäure und Wasser in einem äquimolaren Anteil oder so erneuert wird, daß die Konzentration des HF wieder hergestellt wird, während der Wassergehalt im wesentlichen auf einer konstanten Höhe gehalten wird.

Description

Verfahren zur Reproduzierung der Zusammensetzung einer elektrolytischen Poliermittellösung für ein Niobmaterial

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reproduzierung der Zusammensetzung einer HF, H&sub2;SO&sub4; und H&sub2;O enthaltenden elektrolytischen Poliermittellösung für ein Niobmaterial.

Das spiegelglatte Polieren von Niob (Nb)-Material ist eine bewährte Technik zur Verhinderung von Energieverlusten durch Hochfrequenzabsorption auf der Oberfläche des Niobmaterials, wenn dieses Material für beschleunigte Hohlraumresonatoren verwendet wird, in denen seine Ultraleitfähigkeit ausgenutzt wird. Ein solches spiegelglattes Polieren des Niobmaterials wird mit einem elektrolytischen Polierverfahren bewerkstelligt, das der Polierbehandlung anderer metallischer Materialien ähnlich ist. Zu diesem Zweck wird eine elektrolytische Poliermittellösung der genannten Art eingesetzt. Diese Lösung ändert sich jedoch hinsichtlich ihrer Konzentration von HF erheblich durch Verdampfen von HF und Verbrauch desselben bei der elektrolytischen Reaktion, weshalb sich die Lebensdauer der Lösung extrem verkürzt (DE-AS 26 09 549). Zur Beseitigung dieses Problems wurden Verfahren entwickelt, bei denen beispielsweise Fluorwasserstoffanhydrid der elektrolytischen Poliermittellösung zugeführt wurde oder Fluorwasserstoffsäure aufgefrischt wurde.

Fluorwasserstoffanhydrid hat jedoch einen Siedepunkt von 19,4°C und ist deshalb bei Raumtemperatur gasförmig. Daher kann das Material nur in einem kalten Zustand von 0°C oder darunter verwendet werden. Dazu kommt, daß Fluorwasserstoffanhydrid selbst in kaltem Zustand von 0°C oder darunter noch zu Verdampfung neigt, so daß es mit steigendem Dampfdruck auch außerordentlich gefährlich handhabbar ist.

Im Falle des anderen oben genannten bekannten Verfahrens, bei dem Fluorwasserstoffsäure ergänzend zugesetzt wird, steigt der Wassergehalt in der elektrolytischen Poliermittellösung infolge der Zufuhr von in der Fluorwasserstoffsäure enthaltenem Wasser an, was zur Folge hat, daß die Poliereigenschaft zerstört wird.

Infolge dieser Probleme sind die Verfahren der ergänzenden Zufuhr von Fluorwasserstoffanhydrid und Fluorwasserstoffsäure tatsächlich nicht praktikabel. Deshalb hat man bisher die elektrolytische Poliermittellösung, bei der die Konzentration des HF gesunken war, nicht weiterverwendet, wodurch erhebliche Kostennachteile entstanden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zur Reproduzierung der Poliermittellösung für Niobmaterial zu schaffen, das praktikabel handhabbar ist und die Wiederherstellung der Poliereigenschaft der Poliermittellösung gewährleistet, indem die Konzentration an HF wieder auf das ursprüngliche Niveau gehoben wird, ohne daß dadurch der Wassergehalt in der Lösung ansteigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der im Kennzeichen des Anspruchs 1 enthaltenen Verfahrensschritte gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine Lösung mit Fluorschwefelsäure und Wasser zur Einstellung der Zusammensetzung der Lösung aufzufüllen und nicht mit Fluorwasserstoffanhydrid oder Fluorwasserstoffsäure. Dieser Gedanke geht von den folgenden Überlegungen aus.

In der elektrolytischen Poliermittellösung, die aus HF, H&sub2;SO&sub4; und Wasser besteht, befindet sich ein Teil des HF in einem freien Zustand, während der Rest von HF in Form von Fluorschwefelsäure (HSO&sub3;F) vorliegt. Wenn die Menge an freiem HF aufgrund ihrer Verdampfung und aufgrund ihres Verbrauchs während einer elektrolytischen Polierreaktion sich verringert, wird die Fluorschwefelsäure aufgrund der im folgenden angegebenen Reaktion sofort hydrolisiert, um dadurch neuen, freien HF zuzuführen und damit die Konzentration des freien HF in einer konstanten Höhe zu halten:
HSO&sub3;F + H&sub2;O → HF + H&sub2;SO&sub4;

Aus diesen Überlegungen entstand der erfinderische Einfall, Fluorschwefelsäure ergänzend als Quelle für den HF zuzusetzen. Dieses Verfahren ist im Vergleich zum Zusatz von Fluorwasserstoffanhydrid ungefährlich. Die Konzentration des HF läßt sich wiederherstellen, indem der Wassergehalt der Lösung konstant gehalten wird, da das Wasser, das zur Einstellung der Zusammensetzung der Lösung zugesetzt wird, für die Hydrolyse der Fluorschwefelsäure verbraucht wird, wie dies aus der oben angegebenen Umsetzungsformel hervorgeht.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Beispiel

Eine elektrolytische Poliermittellösung, bestehend aus HF, H&sub2;SO&sub4; und Wasser, wurde zunächst nach dem folgenden Verfahren hergestellt, und das elektrolytische Polieren eines Niobmaterials wurde unter Verwendung dieser elektrolytischen Poliermittellösung durchgeführt. Die Reproduktion oder Erneuerung der verbrauchten Poliermittellösung, in der die Konzentration des HF gesunken war, wurde erfindungsgemäß durchgeführt.
(I) Es wurden 895 cm³/l einer 98%igen, konzentrierten Schwefelsäure mit 90 cm³/l einer 46%igen Fluorwasserstoffsäure und 15 cm³/l Wasser vermischt, um dadurch eine Zusammensetzung der elektrolytischen Poliermittellösung für das Niobmaterial zu erhalten.
Die Konzentrationen der Fluorschwefelsäure und des freien HF in der hergestellten elektrolytischen Poliermittellösung wurden gemessen. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:
Fluorschwefelsäure 167 g/l
Freier HF 11 g/l
(II) Das elektrolytische Polieren des Niobmaterials wurde durchgeführt, indem die so hergestellte elektrolytische Poliermittellösung bei 30°C und 20 V vier Stunden lang benutzt wurde (60 Zyklen von je 2 Minuten Stromleitung und 2 Minuten Unterbrechung in der Leitung).
Nach Beendigung des elektrolytischen Polierens wurden die Konzentrationen der Fluorschwefelsäure und des freien HF in der verwendeten Poliermittellösung gemessen. Folgende Ergebnisse wurden erhalten:
Fluorschwefelsäure 129 g/l
Freier HF 11 g/l
(III) Die benutzte elektrolytische Poliermittellösung wurde mit 42 g/l Fluorschwefelsäure und 8,4 g/l Wasser aufgefrischt, um die Poliermittellösung zu erneuern. Bis zu diesem Zeitpunkt konnte die Erneuerung der Lösung sicher durchgeführt werden. Der Grund dafür besteht darin, daß Fluorschwefelsäure einen Siedepunkt von 163,5°C hat und somit bei Normaltemperatur nicht in den gasförmigen Zustand übergeht, solange sie nicht mit feuchter Luft in Berührung gebracht wird.
Was die erneuerte elektrolytische Poliermittellösung anbelangt, so wurden die Konzentrationen der Fluorschwefelsäure und des freien HF gemessen, und die folgenden erhaltenen Ergebnisse bestätigen, daß die Zusammensetzung der Poliermittellösung wieder hergestellt wurde, so daß sie im wesentlichen dem Ausgangszustand entsprach.
Fluorschwefelsäure 164 g/l
Freier HF 11 g/l
Es sei darauf hingewiesen, daß, da die Konzentration des freien HF dem Wassergehalt aufgrund der Tatsache entspricht, daß die Konzentration des freien HF vor und nach der Reproduktion konstant ist, bedeutet, daß die Reproduktion oder Wiederherstellung durchgeführt worden ist, während der Wassergehalt in der Lösung auf konstanter Höhe gehalten wurde.
(IV) Danach wurde das elektrolytische Polieren unter Verwendung der auf diese Weise reproduzierten elektrolytischen Poliermittellösung bei 30°C und 20 V vier Stunden lange durchgeführt (60 Zyklen à 2 Minuten Stromfluß und 2 Minuten Unterbrechung des Stroms), d. h. unter denselben Bedingungen wie im Falle der oben genannten, verwendeten, neuen, unbenutzten Poliermittellösung. Die reproduzierte Lösung wurde mit der oben genannten unbenutzten Lösung im Hinblick auf elektrolytische Polierwirkungen verglichen, beispielsweise das Aussehen und die Rauhigkeit der polierten Oberflächen und die Poliergeschwindigkeiten. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:
Aussehen der polierten Oberflächen:
Unbenutzte Lösung: Es wurde eine helle, gleichmäßige und glatte Oberfläche erhalten.
Reproduzierte Lösung: Es wurde eine helle, gleichmäßige und glatte Oberfläche erhalten.
Rauhigkeit der polierten Oberflächen:
Unbenutzte Lösung: 1,2 µRZ vor dem Polieren und
0,3 µRZ nach dem Polieren
Reproduzierte Lösung: 1,2 µRZ vor dem Polieren und
0,3 µRZ nach dem Polieren.
Poliergeschwindigkeiten (während der Leitung, in beiden Fällen):
Unbenutzte Lösung: 0,92 µm/min auf jeder Oberfläche
Reproduzierte Lösung: 0,91 µm/min auf jeder Oberfläche.
Diese Ergebnisse zeigen, daß die Zusammensetzung der elektrolytischen Poliermittellösung, die in der in dem oben beschriebenen Beispiel angegebenen Weise reproduziert oder erneuert worden war, dieselben Eigenschaften aufwies wie die ursprünglich hergestellte, unbenutzte oder jungfräuliche Poliermittellösung.
Aus dem Obigen ergibt sich, daß dann, wenn erfindungsgemäß die Konzentration des HF in der Zusammensetzung der elektrolytischen Poliermittellösung, bestehend aus HF, H&sub2;SO&sub4; und Wasser, gesenkt wird und damit ihr Leistungsvermögen erheblich beeinträchtigt wird, die Konzentration des HF sicher wieder hergestellt werden kann, ohne daß dadurch der Wassergehalt in der Lösung erhöht wird, wodurch wesentliche Vorteile erzielt werden; so beispielsweise eine Kosteneinsparung und eine Verbesserung der Arbeitsleistung bei Massenproduktion.

Claims

1. Verfahren zur Reproduzierung der Zusammensetzung einer HF, H&sub2;SO&sub4; und H&sub2;O enthaltenden elektrolytischen Poliermittellösung für ein Niobmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Poliermittellösung als Mischung mit den vier Komponenten HSO&sub3;F, H&sub2;O, HF, H&sub2;SO&sub4; eingestellt wird, indem dann, wenn in der Lösung die Konzentration von HF und HSO&sub3;F abnimmt, zur Reproduzierung HSO&sub3;F und H&sub2;O in äquimolarer Menge zugesetzt werden und zwar so, daß in der Lösung eine beim Polieren konstant bleibende Konzentration von HF wiederhergestellt und der H&sub2;O-Gehalt konstant gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung eingesetzt wird, die vor der Durchführung der Reproduzierung 129 g pro Liter HSO&sub3;F und 11 g pro Liter freie HF und nach der Durchführung der Reproduzierung 164 g pro Liter HSO&sub3;F und 11 g pro Liter freie HF enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reproduzierung durch Zumischen von 42 g pro Liter HSO&sub3;F und 8,4 g pro Liter H&sub2;O durchgeführt wird.