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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckplatte, die eine ein Metallmaterial enthaltende Schicht umfasst, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Druckplatte.
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Druckplatten sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt und werden in der Drucktechnik beispielsweise für die photomechanische Vervielfältigung eingesetzt.
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Bekannte Druckplatten weisen in der Regel eine Metallschicht auf, welche mit einer photosensiblen Schicht überzogen ist. Zur Strukturierung der Metallschicht werden Bereiche der photosensiblen Schicht selektiv belichtet und die unbelichteten Teile der photosensiblen Schicht entfernt. Anschließend werden die nun freiliegenden Oberflächenabschnitte der Metallschicht unter Verwendung einer Säure geätzt, so dass die durch die belichtete photosensible Schicht bedeckten und somit vor der Säure geschützten Oberflächenabschnitte ein erhabenes Relief ausbilden.
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Nachteilig an bekannten Druckplatten ist, dass die durch Säure ätzbare Metallschicht insbesondere aus Gründen der Tragfähigkeit eine relativ hohe Dicke aufweist, obgleich zur Ausbildung der Reliefstruktur nur eine verhältnismäßig geringe Ätztiefe erforderlich ist. Die Ausbildung der ätzbaren Metallschicht mit einer relativ hohen Dicke bedeutet einen hohen Materialaufwand, obwohl nur ein geringer oberflächennaher Teil der Metallschicht effektiv für die Ausbildung der Reliefstruktur benötigt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Druckplatte bereitzustellen, welche eine effizientere Materialausnutzung bei gleichzeitig einfacher Bauform ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch eine Druckplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Druckplatte umfasst eine erste Schicht, die ein durch Säure ätzbares Metallmaterial aufweist und eine zweite Schicht, die ein von dem ersten Metallmaterial verschiedenes zweites Metallmaterial aufweist. Erfindungsgemäß sind die erste Schicht und die zweite Schicht mittels Diffusionsschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden.
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Der Erfindung liegt der allgemeine Gedanke zugrunde, eine zweite Schicht als Trägerschicht für die erste Schicht vorzusehen und stoffschlüssig mit der ersten Schicht zu verbinden. Aufgrund der Funktion der zweiten Schicht als Trägerschicht kann die Dicke der ätzbaren ersten Schicht vorteilhafterweise auf die zur Ausbildung der Reliefstruktur jeweils erforderliche Dicke reduziert werden, wodurch der Materialbedarf für die erste Schicht gering gehalten und das Material der ersten Schicht effizient zur Ausbildung des Reliefs ausgenutzt werden kann.
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Durch das Diffusionsschweißen wird eine besonders innige Verbindung zwischen den Schichten erzielt, so dass die Druckplatte insgesamt trotz des mehrschichtigen Aufbaus eine hohe Stabilität aufweist. Des Weiteren wird durch das Verbinden der ersten und der zweiten Schicht mittels Diffusionsschweißen eine besonders ebene Druckplatte erhalten, welche einen gleichmäßigen Druck mit hoher Qualität ermöglicht.
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Unter Diffusionsschweißen, das auch als Diffusionsverbinden oder auf Englisch als "diffusion bonding" bezeichnet wird, ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung allgemein ein Verfahren zu verstehen, bei dem metallische Werkstoffe miteinander verbunden werden, indem an der Grenzfläche ein Austausch von Atomen aufgrund von Diffusionsprozessen stattfindet. Dabei kann an der Grenzfläche beispielsweise ein Sprung eines Metallatoms aus dem Kristallgitter des einen Werkstoffs in eine Fehlstelle des Kristallgitters des anderen Werkstoffs erfolgen.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der Begriff einer stoffschlüssigen Verbindung von erster und zweiter Schicht außer durch das Erfordernis des Diffusionsschweißens nicht besonders beschränkt. Insbesondere kann eine stoffschlüssige Verbindung derart vorliegen, dass die erste und zweite Schicht unmittelbar aneinandergrenzen und durch einen direkten Stoffschluss zwischen der ersten und zweiten Schicht unmittelbar miteinander verbunden sind. Alternativ kann eine stoffschlüssige Verbindung von erster und zweiter Schicht auch dergestalt realisiert sein, dass zwischen der ersten und zweiten Schicht wenigstens eine weitere Schicht vorgesehen ist, welche einen Stoffschluss zwischen der ersten und zweiten Schicht vermittelt.
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Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
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Vorzugsweise ist das Material der zweiten Schicht so gewählt, dass die zweite Schicht zumindest weitgehend resistent gegenüber der zum Ätzen der ersten Schicht verwendeten Säure ist, d.h. idealerweise also allenfalls geringfügig von der Säure angegriffen wird. Auf diese Weise ist die Tragfähigkeit der zweiten Schicht sichergestellt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform grenzen die erste und zweite Schicht unmittelbar aneinander. Alternativ kann zwischen der ersten und zweiten Schicht aber auch eine dritte Schicht vorgesehen sein, welche ein von dem ersten und dem zweiten Metallmaterial verschiedenes drittes Metallmaterial aufweist. Dabei kann eine erste Oberfläche der dritten Schicht unmittelbar an die erste Schicht und eine zweite, der ersten Oberfläche abgewandte Oberfläche der dritten Schicht unmittelbar an die zweite Schicht angrenzen.
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Vorteilhafterweise ist die dritte Schicht so ausgestaltet, dass sie einen Unterschied in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der ersten und der zweiten Schicht ausgleicht. Auf diese Weise können beim Abkühlen nach dem Diffusionsschweißen innerhalb des Schichtverbundes möglicherweise auftretende Spannungen kompensiert und somit eine unerwünschte Verbiegung und/oder Auftrennung der Schichten vermieden werden. Letztlich wird hierdurch eine besonders gute Planarität der Druckplatte erreicht und somit eine besonders hohe Druckqualität sichergestellt.
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Die Dicke der ersten Schicht kann im Bereich von 0,5 mm bis 6 mm liegen. Die Dicke der zweiten Schicht kann ebenfalls im Bereich von 0,5 mm bis 6 mm liegen. Die Dicke einer gegebenenfalls zwischen der ersten und zweiten Schicht angeordneten dritten Schicht liegt bevorzugt im Bereich von 0,01 mm bis 1 mm. Die Summe der Dicken der ersten, der zweiten und der optionalen dritten Schicht kann beispielsweise in einem Bereich von 1 mm bis 13 mm liegen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Schicht Magnesium auf. Insbesondere umfasst die erste Schicht wenigstens 90 Gewichtsprozent (Gew.-%) Magnesium, bevorzugt wenigstens 95 Gew.-% Magnesium, besonders bevorzugt wenigstens 98 Gew.-% Magnesium, ganz besonders bevorzugt wenigstens 99 Gew.-% Magnesium.
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Die zweite Schicht weist dagegen bevorzugt Aluminium auf. Insbesondere umfasst die zweite Schicht wenigstens 90 Gew.-% Aluminium, bevorzugt wenigstens 95 Gew.-% Aluminium, besonders bevorzugt wenigstens 98 Gew.-% Aluminium und ganz besonders bevorzugt wenigstens 99 Gew.-% Aluminium.
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Falls eine dritte Schicht zwischen der ersten und zweiten Schicht vorgesehen ist, weist die dritte Schicht bevorzugt Zink oder eine Zinklegierung auf. Insbesondere umfasst die dritte Schicht wenigstens 90 Gew.-% Zink oder eine Zinklegierung, bevorzugt wenigstens 95 Gew.-% Zink oder eine Zinklegierung, besonders bevorzugt wenigstens 98 Gew.-% Zink oder eine Zinklegierung und ganz besonders bevorzugt wenigstens 99 Gew.-% Zink oder eine Zinklegierung.
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Zur leichteren Strukturierung der Druckplatte ist vorteilhafterweise eine der zweiten Schicht abgewandte Oberfläche der ersten Schicht, gewissermaßen also die Vorderseite der Druckplatte, mit einer photosensiblen Schicht überzogen. Als photosensible Schicht kann z.B. ein photosensibler Lack oder eine photosensible Folie vorgesehen sein.
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Dagegen kann eine der ersten Schicht abgewandte Oberfläche der zweiten Schicht, gewissermaßen also die Rückseite der Druckplatte, mit einer Korrosionsschutzschicht überzogen sein, welche z.B. einen korrosionsbeständigen Lack aufweist.
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Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung ist des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer Druckplatte, insbesondere der vorstehend beschriebenen Art, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- – Bereitstellen einer ersten Schicht, die ein durch eine Säure ätzbares erstes Metallmaterial aufweist,
- – Bereitstellen einer zweiten Schicht, die ein von dem ersten Metallmaterial verschiedenes zweites Metallmaterial aufweist, und
- – Stoffschlüssiges Verbinden der ersten Schicht und der zweiten Schicht mittels Diffusionsschweißen.
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Um die Diffusion der Metallatome während des Schweißens zu begünstigen, wird vor dem Diffusionsschweißen vorteilhafterweise Metalloxid von den zu verbindenden Oberflächen der ersten Schicht und der zweiten Schicht entfernt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vor dem Diffusionsschweißen – und insbesondere nach der Entfernung von Metalloxid von den zu verbindenden Oberflächen der ersten und der zweiten Schicht – zwischen der ersten und der zweiten Schicht eine dritte Schicht bereitgestellt, die ein von dem ersten und zweiten Metallmaterial verschiedenes drittes Metallmaterial aufweist. Das dritte Metallmaterial kann beispielsweise mittels eines Aufdampf- oder Spritzverfahrens auf die Oberfläche der ersten und/oder der zweiten Schicht aufgebracht werden.
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Zur Begünstigung der Diffusion der Metallatome wird das Diffusionsschweißen bei einer Temperatur durchgeführt, welche in einem Bereich von 40 % bis 60 %, besonders bevorzugt von 45 % bis 55 % und ganz besonders bevorzugt von 48 % bis 52 % der in Grad Celsius angegebenen Schmelztemperatur des ersten Metallmaterials liegt.
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Um eine besonders innige stoffschlüssige Verbindung der Schichten zu erreichen, wird während des Diffusionsschweißens bevorzugt ein mechanischer Druck angelegt. Dazu kann z.B. eine hydraulische Presse verwendet werden, welche eine Kraft auf die zu verbindenden Schichten ausübt. Der angelegte Druck beträgt bevorzugt 10 bis 30 MPa, besonders bevorzugt 15 bis 25 MPa und ganz besonders bevorzugt 18 bis 22 MPa. Dabei sollte die Haltezeit nicht länger als 10 min sein. Um Oxidationsvorgänge durch Luftsauerstoff zu vermeiden, wird das Diffusionsschweißen außerdem bevorzugt unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt, z.B. unter Spülung mit Argon.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand möglicher Ausführungsformen rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung und durch Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:
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1 schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckplatte,
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2 schematisch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckplatte und
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3 schematisch die zweite Ausführungsform nach dem Ätzen mit einer Säure.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckplatte. Die Druckplatte weist eine erste Schicht 1 aus Magnesium und eine unter der ersten Schicht 1 angeordnete, an diese unmittelbar angrenzende zweite Schicht 2 aus Aluminium auf, wobei die erste Schicht 1 und die zweite Schicht 2 durch Diffusionsschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Ferner ist auf die der zweiten Schicht 2 abgewandte Oberfläche der ersten Schicht 1 eine photosensible Schicht 4 aus einem photosensiblen Lack aufgebracht. Des Weiteren ist die der ersten Schicht 1 abgewandte Oberfläche der zweiten Schicht 2 mit einer Korrosionsschutzschicht 5 aus einem korrosionsbeständigen Lack überzogen.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckplatte, welche sich von der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform lediglich dadurch unterscheidet, dass zwischen der ersten Schicht 1 aus Magnesium und der zweiten Schicht 2 aus Aluminium eine dritte Schicht 3 aus Zink vorgesehen ist. Dabei liegt über die dritte Schicht 3 hinweg eine durch Diffusionsschweißen hergestellte stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten Schicht 1 und der zweiten Schicht 2 vor.
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3 zeigt schematisch die in 2 gezeigte Ausführungsform nach dem Ätzen mit einer Säure. Dabei bilden die durch die photosensible Schicht 4 nach Belichtung geschützten, nicht geätzten Oberflächenabschnitte 6 der ersten Schicht 1 eine erhabene Reliefstruktur aus.
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Zur Herstellung einer Druckplatte gemäß der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform wird wenigstens eine Oberfläche einer Magnesiumplatte (erste Schicht 1) von Magnesiumoxid befreit, z.B. durch Abschleifen oder durch geeignete Chemikalien. Entsprechend wird wenigstens eine Oberfläche einer Aluminiumplatte (zweite Schicht 2) von Aluminiumoxid befreit. Anschließend werden die Magnesiumplatte und die Aluminiumplatte so übereinander angeordnet, dass die beiden zuvor von den Metalloxiden befreiten Oberflächen unmittelbar aneinander anliegen, und durch Diffusionsschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden. Das Diffusionsschweißen kann beispielsweise mittels einer Hydraulikpresse bei einer Temperatur von 450 °C unter einem Druck von 20 MPa für 10 bis 360 sec durchgeführt werden. Nach dem Diffusionsschweißen wird eine photosensible Schicht 4 auf die der Aluminiumplatte abgewandte Oberfläche der Magnesiumplatte aufgetragen und die der Magnesiumplatte abgewandte Oberfläche der Aluminiumplatte mit einer Korrosionsschutzschicht 5 überzogen.
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Zur Herstellung einer Druckplatte gemäß der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform werden, wie vorstehend beschrieben, zunächst jeweils wenigstens eine Oberfläche einer Magnesiumplatte (erste Schicht 1) und einer Aluminiumplatte (zweite Schicht 2) von Oxid befreit. Auf die von Aluminiumoxid befreite Oberfläche der Aluminiumplatte wird eine Zinkschicht (dritte Schicht 3) aufgebracht, z.B. mittels Aufdampfen oder Spritzen. Anschließend wird die Magnesiumplatte so auf der Aluminiumplatte angeordnet, dass die von Magnesiumoxid befreite Oberfläche der Magnesiumplatte unmittelbar an der Zinkschicht anliegt. Über die Zinkschicht hinweg werden die Magnesiumplatte und die Aluminiumplatte durch Diffusionsschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden, wobei das Diffusionsschweißen wie voranstehend beschrieben durchgeführt werden kann. Nach dem Diffusionsschweißen wird eine photosensible Schicht 4 auf die der Aluminiumplatte abgewandte Oberfläche der Magnesiumplatte aufgetragen und die der Magnesiumplatte abgewandte Oberfläche der Aluminiumplatte mit einer Korrosionsschutzschicht 5 überzogen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Schicht
- 2
- zweite Schicht
- 3
- dritte Schicht
- 4
- photosensible Schicht
- 5
- Korrosionsschutzschicht
- 6
- Oberflächenabschnitt
