AT222970B - Verfahren zur galvanoplastischen Herstellung von Kupfergegenständen - Google Patents

Description

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    ÖSTERREICHISCHES   PATENTAMT Verfahren zur galvanoplastischen Herstellung von   Kupfergegenständen   
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur galvanoplastischen Erzeugung von Kupfergegen- ständen aus sauren Verkupferungselektrolyten, insbesondere für Zwecke der graphischen und der Schall- platten-Industrie,   z. B.   für Tiefdruckformen, bimetallisch Kupferfolien, Stereotypen, Pressmatrizen zur
Herstellung von Schallplatten, Formen zur Verarbeitung von Kunstmassen durch Pressen, Spritzen, Vaku- umbehandlung u. dgl. 



   Die kupferne Tiefdruckschale sowie die Folie zur Herstellung einer bimetallischen Offsetplatte   mous-   sen eine feine, mechanisch genügend harte (gegen Abnützung beim Drucken widerstandsfähige), zähe und nicht brüchige Kristallstruktur aufweisen. Für den Tiefdruck ist ferner die Gleichförmigkeit des Kup- fers in der ganzen Dicke der aufgetragenen Schicht von grosser Bedeutung, damit die Lösung des Kupfers beim Ätzen in allen Tiefen der Ätzung gleichförmig verläuft. 



   Das nach den bisher üblichen Verfahren, d. h. durch normale Elektrolyse galvanisch erzeugte Kupfer ist stets porös und ungleichförmig. Die Kristalle des anwachsenden Kupfers häufen sich während des Wachsens zu grossen Gruppen an und bilden grosse Körner, zwischen welchen Poren entstehen. Die erste Kupferschicht, die anwächst, weist stets eine grosse Feinheit auf, die Grobkörnigkeit entsteht erst während des Wachsens. Je stärker die aufgetragene Schicht, desto grobkörniger ist ihre Struktur. 



   Die als erste anwachsende Schicht des Kupfers ist deshalb so fein, weil das Kupfer in den ersten Augenblicken aus einer Lösung entsteht, wo die Aktivität des Cu++ infolge des Stromdurchganges noch nicht verringert ist. d. h. dass die Kathodenpolarisation nahe Null ist. Infolge des Stromdurchflusses steigt die Polarisation an und, da es sich um eine Konzentrationspolarisation handelt, bedeutet dies, dass die Aktivität des Cu++ infolge des Stromdurchflusses derart sinkt, wie dies der Polarisationsspannung entspricht. Unter diesen Bedingungen entstehen Kristallisationszentren, um welche sich die Kupferkristalle ansammeln, wobei zwischen ihnen Poren entstehen, so dass das angewachsene Kupfer ungleichförmig wird. 



   Bisher wurde die Entstehung von Poren und Kristallagglomerationen durch Zusätze von organischen Stoffen, wie z. B. Naphthalintrisulfonsäure, Melasse, Gelatine, Thioharnstoff   u. dgl.,   bekämpft. Dieser Arbeitsvorgang weist jedoch bestimmte Nachteile auf, da er eine ständige und für den Betrieb schwierige analytische Kontrolle erfordert, wobei das aus diesem Medium anwachsende Kupfer brüchig ist und seine Ätzung unregelmässig verlauft,
Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren, welches die erwähnten Nachteile auf physikalischem Wege, d. h. ohne Zusatz organischer Stoffe zu den Elektrolyten, in der folgenden Weise beseitigt. 



   Durch Unterbrechung des Stromdurchflusses stabilisieren sich in dem Elektrolyten sehr rasch solche   KoHzentrationsbedingungen,   die wie zu Beginn der Elektrolyse vorhanden waren, d. h. die Polarisation ist nahe Null und die Aktivität des   Cul zist   maximal. Dadurch sind wiederum Bedingungen zum Wachsen von Kupfer derjenigen Güte gegeben, die   ZI1   Beginn der Elektrolyse vorhanden war. 



   Störend kann der Umstand wirken, dass die weitere Schicht auf eine bereits etwas gröbere Struktur anwächst. Diese   Grobkörnigkeit   ist der Stärke der angewachsenen Schicht proportional. Je häufiger daher die Stromunterbrechung, desto feinkörniger wird das angewachsene Kupfer sein. Man kann also die 

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 besagte störende Wirkung in beträchtlichem Masse durch das Verhältnis zwischen der Dauer des Wachsens und der Stromunterbrechung beeinflussen. 



   Um jedoch die Dauer der Auftragung einer Kupferschicht von   bestimmter Stärke nicht zu   verlängern, und so die Arbeit nicht unwirtschaftlich zu gestalten, muss ein Kompromiss geschaffen werden. Durch Messung der kathodischen Polarisation wurden die folgenden Werte ermittelt :
Die Dauer des Anwachsens der kathodischen Polarisation beträgt   1 - 4   Minuten und die zur Stabilisierung auf die ursprünglichen Bedingungen erforderliche Zeit beträgt 3-30 Sekunden, je nach den Ar-   beitsbedingungen.   



   Praktisch gelangt ein Strom von Rechteckform zur Anwendung. In keinem Falle kommt es zu einer Umkehrung der Stromrichtung, d. i. zur Verwendung eines Reversierstromes. Es tritt daher auch nicht für einen Augenblick ein Anwachsen des Metalles an der Anode ein und bei der abermaligen Änderung der Polarität,   d. i.   bei der Auflösung der Anode, kommt es zu keinem übermässigen Mitreissen von Schlamm in den Elektrolyten. Dadurch wird jede Verunreinigung des Elektrolyten und eine Verschlechterung der Qualität des ausgeschiedenen Kupfers verhindert. Bei Verwendung des Stromes von Rechteckform ist die Wechselkomponente, welche an der eigentlichen Elektrolyse nicht teilnimmt und sich bloss in Wärme umsetzt, praktisch gleich Null. Dadurch'unterscheidet sich das erfindungsgemässe Verfahren wesentlich von den andern bekannten Verfahren (s.   z.

   B.   USA-Patentschrift Nr. 2,   651,   609), welche einen Strom von rasch pulsierendem, sinusförmigem Verlauf verwenden, wie er aus dem Netz geliefert wird. 



   Während der Stromunterbrechung kommt es auch zur Adsorption des Agglomerats von Kupfervitriol und Wasser auf das frisch angewachsene Metall. Durch diese Adsorption wird der Einfluss der gröberen Struktur der Oberfläche der angewachsenen Schicht auf die Bildung von Kristallisationszentren der anwachsenden Kupferschicht gestört. Zur Adsorption der Agglomerate von Salz- und Wassermolekülen auf das frisch angewachsene Metall kommt es in stark konzentrierten Elektrolyten. Deshalb muss mit einem Elektrolyten einer solchen Konzentration gearbeitet werden, die einer beinahe gesättigten Lösung bei einer bestimmten Temperatur entspricht, wobei diese Temperatur   während der Elektrolyse   auf dem vorgeschriebenen Wert gehalten werden muss. 



   Beispiel : Bedingungen zur Erzeugung von zur Herstellung von Tiefdruckschalen und Folien für eine bimetallisch Offsetplatte auf einer rotierenden Verkupferungseinrichtung geeignetem homogenem elektrolytischem Kupfer : 
 EMI2.1 
 unterbrechung (Stabilisierung optimaler Bedingungen im Elektrolyten) 3 Minuten : 20 Sekunden
Bei der Verwendung einer Stromdichte von 14 bis 15 A/dm2 und Glätten der Oberfläche des anwachsenden Kupfers während der Ausscheidung mittels eines Achats, kann man binnen 3 Stunden durch das erfindungsgemässe Verfahren eine   0, 13-0, 15   mm starke Schicht von homogenem Kupfer auftragen, welche für Tiefdruckzwecke nicht einmal mehr oberflächenbehandelt werden muss (Schleifen, Polieren). 



   Diese Resultate können an einer Verkupferungseinrichtung ohne kontinuelle Filtrierung und Regenerierung des Elektrolyten während der Auftragung erzielt werden. Bei Verwendung einer modernen Verkupferungseinrichtung kann die Dauer des Wachsens noch verkürzt und eine noch bessere Qualität des Kupfers erzielt werden. 



   Die physikalischen Werte des nach dem obangeführten Beispiel erzeugten Kupfers sind die folgenden :
Mikrohärte    H     ti-145-150 kg/mm  
Brüchigkeit des Kupfers ausgedrückt durch die Zahl 6 (je höher die Zahl desto zäher das Cu)
Feinheit der Oberfläche   Ra-0, 25 li  
Zum Vergleich werden die folgenden Werte des elektrolytischen Kupfers aus der bisherigen Erzeugung 
 EMI2.2 

Claims (1)

1. :PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur galvanoplastischen Herstellung von Kupfergegenständen aus sauren VerkupferungsElektrolyten für Zwecke der graphischen und Schallplatten-Industrie, z. B. Tiefdruckformen, BimetallKupferfolien, Stereotypen, Matrizen zum Pressen von Schallplatten, Formen zum Pressen oder Spritzen von Kunstmassen u. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass ein unterbrochener Gleichstrom von Rechtecksform verwendet wird, bei dem die Dauer des Anwachsens 1-4 Minuten, die Dauer der Unterbrechungen 3-30 Sekunden beträgt und dass bei einer Temperatur des Elektrolyten von 15 bis 250C gearbeitet wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektrolyt verwendet wird, der 16 EMI3.1 könnten.

   3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Gleichstrom eine Unterbrechungsdauer von 20 Sekunden und eine Wachstumsdauer von 2 Minuten hat und eine solche Rechtecksform aufweist, dass die Wechselkomponente, die sich ohne Teilnahme am eigentlichen galvanischen Vorgang in Wärme umsetzt, praktisch Null ist und dass es niemals zu einer Umkehr der Stromrichtung kommt.