DE102013220841A1

DE102013220841A1 - Method for pretreatment of a substrate surface and method for coating the substrate surface

Info

Publication number: DE102013220841A1
Application number: DE201310220841
Authority: DE
Inventors: Jörg Ihde; Ralph Wilken; Jost Degenhardt; Alexander Knospe; Christian Buske
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Plasmatreat GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Plasmatreat GmbH
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-04-16
Also published as: WO2015055716A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats (50), insbesondere für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess oder einen nachfolgenden elektrostatischen Beschichtungsprozess, wobei bei dem Verfahren durch eine Entladung zwischen Elektroden (16; 5, 32) in einem Prozessgas (18) ein Atmosphärendruckplasma erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode (16) ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, es sich bei dem abgetragenen Material um leitfähige, insbesondere metallische, Partikel (30) handelt und/oder aus dem abgetragenen Material leitfähige, insbesondere metallische, Partikel (30) entstehen, und die Partikel so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats erhöht wird. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats, bei denen eine Schicht auf eine vorbehandelte Oberfläche des Substrats aufgebracht wird. Die Erfindung betrifft überdies ein durch das Vorbehandlungsverfahren erhältliches Vorbehandlungsprodukt und ein durch die Beschichtungsverfahren erhältliches Produkt.The invention relates to a method for pretreatment of a surface of a substrate (50), in particular for a subsequent electroplating process or a subsequent electrostatic coating process, wherein in the process by means of a discharge between electrodes (16; 5, 32) in a process gas (18) an atmospheric pressure plasma is generated, at least one of the electrodes is a sacrificial electrode (16), is removed by the discharge of material, it is the removed material to conductive, in particular metallic, particles (30) and / or conductive material from the abraded material, in particular Metallic, particles (30) are formed, and the particles are deposited on the surface of the substrate, that the electrical conductivity of the surface of the substrate is increased. Furthermore, the invention relates to methods for coating a surface of a substrate, in which a layer is applied to a pretreated surface of the substrate. The invention further relates to a pretreatment product obtainable by the pretreatment process and a product obtainable by the coating process.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats, insbesondere für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess oder einen nachfolgenden elektrostatischen Beschichtungsprozess. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats. Schließlich betrifft die Erfindung auch Produkte, die durch diese Verfahren erhältlich sind.According to a first aspect, the present invention relates to a method for pretreatment of a surface of a substrate, in particular for a subsequent electroplating process or a subsequent electrostatic coating process. According to a further aspect, the invention relates to methods for coating a surface of a substrate. Finally, the invention also relates to products obtainable by these methods.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die Beschichtung von Werkstoffen, insbesondere von nicht elektrisch leitfähigen Werkstoffen, wie z. B. Kunststoffen, mit einer Schicht, insbesondere einer Metallschicht, ist in der Technik bekannt. Eine solche Beschichtung kann aus dekorativen Zwecken, aber auch beispielsweise für die Abschirmung von Gehäusen elektronischer Geräte oder zur kostengünstigen Herstellung von Antennen, Hohlleiterbaugruppen oder dergleichen, erfolgen.The coating of materials, in particular of non-electrically conductive materials, such. As plastics, with a layer, in particular a metal layer, is known in the art. Such a coating can be made for decorative purposes, but also for example for the shielding of housings of electronic devices or for the cost-effective production of antennas, waveguide assemblies or the like.

Allgemein können verschiedene Verfahren der Dünnschichttechnik für solche Beschichtungen, insbesondere für eine Metallisierung (z. B. Kunststoffmetallisierung), wie beispielsweise eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), z. B. durch Sputterdeposition oder thermisches Verdampfen, eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD), speziell eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, ein thermisches Spritzen, Galvanisieren, insbesondere Kunststoffgalvanisieren, oder eine elektrostatische Beschichtung, verwendet werden.In general, various thin film techniques can be used for such coatings, particularly for metallization (eg, plastic metallization), such as physical vapor deposition (PVD), e.g. By sputter deposition or thermal evaporation, chemical vapor deposition (CVD), especially plasma assisted chemical vapor deposition, thermal spraying, electroplating, especially plastic electroplating, or electrostatic coating.

Die Aufbringung einer Metallschicht auf Kunststoffe durch Galvanisieren wird als Kunststoffgalvanisieren bezeichnet. Da Kunststoffe üblicherweise nicht elektrisch leitfähig sind, muss die Oberfläche eines solchen Materials für eine anschließende galvanische Beschichtung zunächst mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen werden, die gut an dem Kunststoffmaterial anhaftet. Für das Aufbringen einer solchen Schicht kommen insbesondere die oben genannten Beschichtungsverfahren in Frage.The application of a metal layer to plastics by electroplating is referred to as plastic plating. Since plastics are usually not electrically conductive, the surface of such a material for subsequent galvanic coating must first be provided with an electrically conductive layer which adheres well to the plastic material. For the application of such a layer, in particular the above-mentioned coating methods come into question.

Im Einzelnen sind gegenwärtig folgende Verfahrensschritte zur Vorbehandlung einer Kunststoffoberfläche für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess notwendig: Beizen, z. B. mit oxidativen Metallsalzlösungen, zum Aufrauen der Oberfläche; Aktivieren der Kunststoffoberfläche mit Metallkeimen, z. B. mit Palladiumkeimen; und chemisches Metallisieren der Oberfläche zur Bildung einer leitenden Schicht, beispielsweise aus Kupfer oder Nickel durch Reduktion aus deren Metallsalzen.In detail, the following process steps are currently necessary for the pretreatment of a plastic surface for a subsequent electroplating process: pickling, e.g. With oxidative metal salt solutions, for roughening the surface; Activate the plastic surface with metal nuclei, eg. With palladium germs; and chemically metallizing the surface to form a conductive layer, such as copper or nickel, by reduction from their metal salts.

Die Aufrauhung der Oberfläche kann z. B. durch chemische Ätzverfahren oder durch mechanische Prozesse, wie Schleifen, Sandstrahlen, Honen oder Polieren, erfolgen. Durch eine solche Aufrauhung kann die Haftung der elektrisch leitfähigen Schichten an der Oberfläche verbessert werden.The roughening of the surface can z. Example by chemical etching or by mechanical processes such as grinding, sandblasting, honing or polishing done. By such roughening, the adhesion of the electrically conductive layers to the surface can be improved.

Eine Übersicht über konventionelle Vorbehandlungsverfahren wird von Dietrich Rathmann in „Kunststoffgalvanisierung”, Chemie in unserer Zeit 15, Nr. 6, 1981, Seiten 201 bis 207 gegeben.An overview of conventional pretreatment processes is provided by Dietrich Rathmann in "Kunststoffgalvanisierung", Chemistry in our time 15, No. 6, 1981, pages 201 to 207 given.

Auch für eine elektrostatische Beschichtung einer Substratoberfläche, wie beispielsweise ein elektrostatisches Lackieren, z. B. durch Pulverlackieren oder Sprühlackieren, ist eine elektrische Leitfähigkeit zumindest an der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats erforderlich. Folglich müssen nicht elektrisch leitfähige Substrate, wie z. B. Kunststoffsubstrate, auch für die elektrostatische Beschichtung einer entsprechenden Vorbehandlung unterzogen werden.Also for an electrostatic coating of a substrate surface, such as an electrostatic painting, z. B. by powder coating or spray painting, an electrical conductivity is required at least on the surface to be coated of the substrate. Consequently, non-electrically conductive substrates such. As plastic substrates, also be subjected to the corresponding pretreatment for the electrostatic coating.

Die bekannten Vorbehandlungsverfahren erfordern somit die Durchführung mehrerer aufwendiger Vorbehandlungsschritte, wodurch die Vorbehandlung zeitintensiv wird und die Verfahrenskosten ansteigen. Zudem bestehen insbesondere bei chemischen Ätzverfahren Probleme bezüglich der Umweltverträglichkeit der verwendeten Materialien.The known pretreatment processes thus require the implementation of several expensive pretreatment steps, which makes the pretreatment time-consuming and increases the process costs. In addition, there are problems with respect to the environmental compatibility of the materials used, especially in chemical etching.

Im Licht des zuvor erörterten Stands der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein effizientes, umweltverträgliches und kostengünstiges Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats, insbesondere für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess oder einen nachfolgenden elektrostatischen Beschichtungsprozess, bereitzustellen. Überdies zielt die Erfindung darauf ab, Verfahren zur Beschichtung einer solchen Substratoberfläche sowie Produkte, die durch diese Verfahren erhältlich sind, zur Verfügung zu stellen.In the light of the prior art discussed above, the object of the invention is to provide an efficient, environmentally compatible and cost-effective method for pretreating a surface of a substrate, in particular for a subsequent electroplating process or a subsequent electrostatic coating process. Moreover, the invention aims to provide methods for coating such a substrate surface as well as products obtainable by these methods.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Vorbehandlungsprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 12, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und ein Produkt mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung folgen aus den Unteransprüchen.This object is achieved by a method having the features of claim 1, a pretreatment product having the features of claim 12, a method having the features of claim 13, a method having the features of claim 14 and a product having the features of claim 18 , Advantageous embodiments of the invention follow from the subclaims.

Gemäß dem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats, insbesondere für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess oder einen nachfolgenden elektrostatischen Beschichtungsprozess, bereit. Bei dem Verfahren wird durch eine Entladung zwischen Elektroden in einem Prozessgas ein Atmosphärendruckplasma erzeugt, ist mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode oder Targetelektrode, von der durch die Entladung Material abgetragen oder abgelöst wird, handelt es sich bei dem abgetragenen Material um leitfähige, insbesondere metallische, Partikel und/oder entstehen aus dem abgetragenen Material leitfähige, insbesondere metallische, Partikel, und werden die Partikel so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden, dass die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats erhöht wird.According to the first aspect, the present invention provides a method for pretreating a surface of a substrate, in particular for a subsequent electroplating process or a subsequent electrostatic process Coating process, ready. In the method, an atmospheric pressure plasma is generated by a discharge between electrodes in a process gas, if at least one of the electrodes is a sacrificial electrode or target electrode from which material is removed or detached by the discharge, the abraded material is conductive, in particular metallic, Particles and / or arise from the abraded material conductive, in particular metallic, particles, and the particles are deposited on the surface of the substrate, that the electrical conductivity of the surface of the substrate is increased.

Die Begriffe „Opferelektrode” und „Targetelektrode” werden hierin synonym verwendet.The terms "sacrificial electrode" and "target electrode" are used interchangeably herein.

Leitfähige, insbesondere metallische, Partikel können durch Agglomerationsprozesse des abgetragenen Materials entstehen oder gebildet werden. Im Einzelnen kann es im Zeitraum zwischen dem Abtragen des Materials von der Opferelektrode und der Abscheidung auf der Oberfläche des Substrats zur Entstehung bzw. Bildung von Partikeln kommen.Conductive, in particular metallic, particles can be formed or formed by agglomeration processes of the removed material. In particular, during the period between the removal of the material from the sacrificial electrode and the deposition on the surface of the substrate, particles may form or form.

Als Elektrode im erfindungsgemäßen Sinn wird jedes Element, z. B. jeder Bestandteil einer Vorrichtung zur Erzeugung des Atmosphärendruckplasmas, insbesondere einer Plasmadüse, verstanden, das zumindest zeitweise Ausgangs- oder Endpunkt des Entladungsfilaments ist.As an electrode in the sense of the invention, each element, for. B. each component of a device for generating the atmospheric pressure plasma, in particular a plasma nozzle, understood, which is at least temporarily starting or end point of the discharge filament.

Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird die Elektrode, von der in dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die das Plasma erzeugende Entladung Material abgetragen oder abgelöst wird, als „Opferelektrode” oder „Targetelektrode” bezeichnet. In dem erfindungsgemäßen Verfahren können mehrere Elektroden, insbesondere Elektroden aus den gleichen oder unterschiedlichen Elektrodenmaterialien, Opferelektroden sein. Jedoch kann auch genau eine der Elektroden Opferelektrode sein.For the purposes of the present application, the electrode from which in the method according to the invention material is removed or detached by the plasma-generating discharge material is referred to as "sacrificial electrode" or "target electrode". In the method according to the invention, a plurality of electrodes, in particular electrodes made of the same or different electrode materials, can be sacrificial electrodes. However, exactly one of the electrodes can also be a sacrificial electrode.

Unter einem „Atmosphärendruckplasma”, das auch als AD-Plasma oder Normaldruckplasma bezeichnet wird, versteht man ein Plasma, bei dem der Druck ungefähr dem Atmosphärendruck entspricht. C. Tendero et al. geben in „Atmospheric pressure plasmas: A review”, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2006, S. 2–30 einen Überblick über Atmosphärendruckplasmen.By "atmospheric pressure plasma", also referred to as AD plasma or normal pressure plasma, is meant a plasma in which the pressure is approximately equal to the atmospheric pressure. C. Tendero et al. in "Atmospheric pressure plasmas: A review", Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2006, pp. 2-30 an overview of atmospheric pressure plasmas.

Der Begriff „Partikel” bezeichnet Teilchen eines bestimmten Materials, insbesondere makroskopische Teilchen, in Abgrenzung von einzelnen Atomen oder Molekülen oder Clustern davon.The term "particle" refers to particles of a particular material, in particular macroscopic particles, as distinct from individual atoms or molecules or clusters thereof.

Die Partikel weisen bevorzugt neben einer elektrischen Leitfähigkeit auch eine Wärmeleitfähigkeit auf. Insbesondere können die Partikel metallisch sein.The particles preferably have not only an electrical conductivity but also a thermal conductivity. In particular, the particles may be metallic.

Die Partikel können so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie an der Oberfläche des Substrats eine elektrische Leitfähigkeit erzeugen.The particles may be deposited on the surface of the substrate to produce electrical conductivity at the surface of the substrate.

Die Anordnung der Partikel an der Oberfläche des Substrats, so dass die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats erhöht wird, ist vorzugsweise ein mechanisch stabiler Zustand. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die abgeschiedenen Partikel in ihren Positionen an der Oberfläche des Substrats fixiert.The arrangement of the particles on the surface of the substrate, so that the electrical conductivity of the surface of the substrate is increased, is preferably a mechanically stable state. According to a preferred embodiment, the deposited particles are fixed in their positions on the surface of the substrate.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren können leitfähige, insbesondere metallische, Partikel in effizienter und kostengünstiger Weise hergestellt werden. Überdies können die so hergestellten Partikel direkt auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden. Da die auf der Oberfläche des Substrats abgeschiedenen Partikel die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche erhöhen, wird eine nachfolgende Galvanisierung oder eine nachfolgende elektrostatische Beschichtung der Oberfläche in einfacher Weise ermöglicht. Überdies ist keine Aufrauhung des Substrats durch chemische Ätz- oder Beizverfahren erforderlich. Folglich bietet das erfindungsgemäße Verfahren auch eine erheblich verbesserte Umweltverträglichkeit.According to the method of the invention, conductive, in particular metallic, particles can be produced in an efficient and cost-effective manner. Moreover, the particles thus produced can be deposited directly on the surface of the substrate. Since the particles deposited on the surface of the substrate increase the electrical conductivity of the surface, subsequent electroplating or subsequent electrostatic coating of the surface is readily possible. Moreover, roughening of the substrate by chemical etching or pickling techniques is not required. Consequently, the method according to the invention also offers a considerably improved environmental compatibility.

Vorzugsweise werden die Partikel so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden, dass sie die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats so erhöhen, dass der elektrische Oberflächenwiderstand der Oberfläche des Substrats bei Raumtemperatur (300 K) weniger als 1 × 10¹¹ Ohm, bevorzugt weniger als 5 × 10¹⁰ Ohm, bevorzugter weniger als 1 × 10¹⁰ Ohm, noch bevorzugter weniger als 5 × 10⁹ Ohm und am bevorzugtesten weniger als 1 × 10⁹ Ohm, beträgt.Preferably, the particles are deposited on the surface of the substrate so as to increase the electrical conductivity of the surface of the substrate so that the surface electrical resistance of the surface of the substrate at room temperature (300 K) is less than 1 × 10 ¹¹ ohms, preferably less than 5 X 10 ¹⁰ ohms, more preferably less than 1 x 10 ¹⁰ ohms, more preferably less than 5 x 10 ⁹ ohms, and most preferably less than 1 x 10 ⁹ ohms.

Die Partikel können so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie an der Substratoberfläche separat oder getrennt voneinander angeordnet sind. In diesem Fall wird durch die Partikel keine durchgehende Schicht an der Substratoberfläche gebildet.The particles may be deposited on the surface of the substrate so as to be separately or separated from each other on the substrate surface. In this case, the particles do not form a continuous layer on the substrate surface.

Die Partikel können so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie an der Oberfläche des Substrats zumindest teilweise freiliegen, also zumindest teilweise nicht durch eine Schicht eines anderen Materials bedeckt sind. Auf diese Weise kann die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats besonders zuverlässig gewährleistet werden. The particles can be deposited on the surface of the substrate such that they are at least partially exposed on the surface of the substrate, that is, at least partially not covered by a layer of another material. In this way, the increase in the electrical conductivity of the surface of the substrate can be ensured particularly reliable.

Die Partikel können so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie zumindest teilweise von der Oberfläche des Substrats hervorstehen. In diesem Fall kann die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats durch die Partikel besonders effizient erhöht werden.The particles may be deposited on the surface of the substrate such that they project at least partially from the surface of the substrate. In this case, the electrical conductivity of the surface of the substrate by the particles can be increased particularly efficiently.

Die Partikel können so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie teilweise oder vollständig in die Substratoberfläche eindringen oder einsinken. Auf diese Weise kann eine besonders stabile Haftung der Partikel an dem Substrat erzielt werden.The particles may be deposited on the surface of the substrate such that they partially or completely penetrate or sink into the substrate surface. In this way, a particularly stable adhesion of the particles to the substrate can be achieved.

Die Partikel können so, insbesondere vollständig, in die Substratoberfläche eindringen oder einsinken, dass eine weitere Beschichtung der Substratoberfläche durch elektrostatische Beschichtungsprozesse möglich ist. Die Partikel können so, insbesondere vollständig, in die Substratoberfläche eindringen oder einsinken, dass die Substratoberfläche antistatische Eigenschaften aufweist.The particles can thus penetrate or sink into the substrate surface, in particular completely, so that further coating of the substrate surface by electrostatic coating processes is possible. The particles can thus penetrate or sink into the substrate surface, in particular completely, so that the substrate surface has antistatic properties.

Bei einem teilweisen Eindringen oder Einsinken der Partikel in die Substratoberfläche ist insbesondere eine weitere Beschichtung der Oberfläche durch Galvanisierung in effizienter Weise möglich.In the case of a partial penetration or sinking of the particles into the substrate surface, in particular a further coating of the surface by electroplating is possible in an efficient manner.

Die Partikel können bei Atmosphärendruck auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, da keine Niederdruckeinrichtungen, wie z. B. Niederdruckkammern, Vakuumpumpen, Vakuumventile und dergleichen, erforderlich sind.The particles may be deposited at atmospheric pressure on the surface of the substrate. This allows a particularly simple and cost-effective implementation of the method according to the invention, since no low-pressure devices such. As low pressure chambers, vacuum pumps, vacuum valves and the like, are required.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann, insbesondere bei Verwendung einer Plasmadüse zur Erzeugung des Atmosphärendruckplasmas und zur Herstellung der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel, die Oberfläche des Substrats durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere den relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, aufgeraut werden. Durch das Aufrauen wird in erster Linie die Topografie der Substratoberfläche geändert.According to one embodiment of the invention, in particular when using a plasma nozzle for generating the atmospheric pressure plasma and for producing the conductive, in particular metallic, particles, the surface of the substrate can be roughened by the atmospheric pressure plasma, in particular the relaxing region of the atmospheric pressure plasma. Roughening primarily changes the topography of the substrate surface.

Durch dieses Aufrauen der Substratoberfläche kann die Haftung der Partikel und/oder die Haftung einer in einem nachfolgenden Galvanisierungsprozess oder elektrostatischen Beschichtungsprozess aufgebrachten Schicht weiter verbessert werden. Da sowohl die Erzeugung des Atmosphärendruckplasmas als auch die Herstellung der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel durch die Entladung zwischen den Elektroden erfolgt, können das Plasma und die Partikel in einem Schritt unter Verwendung einer einzelnen Vorrichtung, wie beispielsweise einer Plasmadüse, bereitgestellt werden. Somit wird das erfindungsgemäße Verfahren weiter vereinfacht und kann die Verfahrenseffizienz weiter erhöht werden.By this roughening of the substrate surface, the adhesion of the particles and / or the adhesion of a layer applied in a subsequent electroplating process or electrostatic coating process can be further improved. Since both the generation of the atmospheric pressure plasma and the production of the conductive, in particular metallic, particles takes place by the discharge between the electrodes, the plasma and the particles can be provided in one step using a single device, such as a plasma nozzle. Thus, the inventive method is further simplified and the process efficiency can be further increased.

Überdies ist eine solche Aufrauhung der Substratoberfläche durch das Atmosphärendruckplasma, im Gegensatz zu konventionellen chemischen Ätz- oder Beizverfahren, ökologisch unbedenklich.Moreover, such roughening of the substrate surface by the atmospheric pressure plasma, in contrast to conventional chemical etching or pickling, ecologically harmless.

Unter einem „aktiven” Plasmabereich wird allgemein ein Plasmabereich verstanden, der sich innerhalb des Volumens befindet, das von den Elektroden begrenzt wird, zwischen denen eine Spannung anliegt, durch die das Plasma erzeugt wird. Hingegen befindet sich der relaxierende Bereich des Plasmas außerhalb der Anregungszone, die durch die genannten Elektroden begrenzt ist. Der relaxierende Bereich des Plasmas wird gelegentlich auch als „after glow”-Bereich bezeichnet.An "active" plasma region is generally understood to mean a plasma region that is within the volume bounded by the electrodes between which a voltage is applied, through which the plasma is generated. By contrast, the relaxing region of the plasma is outside the excitation zone, which is delimited by said electrodes. The relaxing area of the plasma is sometimes referred to as the "after glow" area.

Die Oberfläche des Substrats kann durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere den relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, aktiviert werden. Durch die Aktivierung wird in erster Linie die Topochemie der Substratoberfläche geändert. Insbesondere können die Benetzungseigenschaften und/oder die adhäsiven Eigenschaften der Oberfläche verbessert werden, wodurch eine bessere Haftung der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel und/oder einer nachfolgend aufgebrachten galvanischen oder elektrostatisch aufgebrachten Beschichtung ermöglicht wird. Beispielsweise können bei der Aktivierung von Kunststoffoberflächen neue funktionelle Gruppen durch den Einbau von Elementen, bevorzugt Sauerstoff, in die Oberfläche gebildet werden. Da das Atmosphärendruckplasma und die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel erfindungsgemäß in einem Schritt erzeugt werden, wie oben bereits ausführlich dargelegt wurde, kann eine solche Aktivierung in besonders einfacher und effizienter Weise durchgeführt werden.The surface of the substrate may be activated by the atmospheric pressure plasma, in particular the relaxing region of the atmospheric pressure plasma. Activation primarily changes the topochemistry of the substrate surface. In particular, the wetting properties and / or the adhesive properties of the surface can be improved, whereby a better adhesion of the conductive, in particular metallic, particles and / or a subsequently applied galvanically or electrostatically applied coating is made possible. For example, upon activation of plastic surfaces, new functional groups can be formed by the incorporation of elements, preferably oxygen, into the surface. Since the atmospheric pressure plasma and the conductive, in particular metallic, particles are produced according to the invention in one step, as already explained in detail above, such activation can be carried out in a particularly simple and efficient manner.

Die Oberfläche des Substrats kann durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere den relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, gereinigt werden. Insbesondere kann durch das Atmosphärendruckplasma eine Feinstreinigung der Oberfläche des Substrats erfolgen. Beispielsweise können durch das Atmosphärendruckplasma Kohlenwasserstoffe, Adsorbatschichten, Ölschichten oder dergleichen von der Substratoberfläche entfernt werden.The surface of the substrate may be cleaned by the atmospheric pressure plasma, in particular the relaxing region of the atmospheric pressure plasma. In particular, a fine cleaning of the surface of the substrate can take place by the atmospheric pressure plasma. For example, hydrocarbons, adsorbate layers, oil layers or the like may be removed from the substrate surface by the atmospheric pressure plasma.

Die Oberfläche des Substrats kann durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere den relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, aufgeraut und/oder aktiviert und/oder gereinigt werden.The surface of the substrate can be roughened and / or activated and / or purified by the atmospheric pressure plasma, in particular the relaxing region of the atmospheric pressure plasma.

Das Aufrauen und/oder das Aktivieren und/oder das Reinigen der Oberfläche des Substrats durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere den relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, kann vor dem Abscheiden der Partikel auf der Substratoberfläche und/oder im Wesentlichen während bzw. während des Abscheidens der Partikel auf der Substratoberfläche erfolgen. Somit können das Abscheiden der Partikel und das Aufrauen und/oder Aktivieren und/oder Reinigen der Substratoberfläche in besonders einfacher und effizienter Weise in einem Verfahrensschritt durchgeführt werden.The roughening and / or activating and / or cleaning of the surface of the substrate by the atmospheric pressure plasma, in particular the relaxing region of the atmospheric pressure plasma, may take place before the particles are deposited on the substrate surface and / or during or during the deposition of the particles the substrate surface done. Thus, the deposition of the particles and the roughening and / or activation and / or cleaning of the substrate surface can be carried out in a particularly simple and efficient manner in one process step.

Die Oberfläche des Substrats kann vollständig mit den darauf abgeschiedenen Partikeln belegt oder bedeckt werden. Insbesondere kann durch die abgeschiedenen Partikel eine dichte leitfähige, insbesondere metallische, Beschichtung auf der Substratoberfläche ausgebildet werden.The surface of the substrate can be completely covered or covered with the particles deposited thereon. In particular, a dense conductive, in particular metallic, coating on the substrate surface can be formed by the deposited particles.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Oberfläche des Substrats nicht vollständig mit den darauf abgeschiedenen Partikeln belegt oder bedeckt. In diesem Fall kann z. B. eine in einem nachfolgenden Galvanisierungsprozess aufgebrachte Schicht, also eine Metallschicht, oder eine in einem nachfolgenden elektrostatischen Beschichtungsprozess auf gebrachte Schicht, wie z. B. bei einer elektrostatischen Lackierung, direkt mit der Substratoberfläche, beispielsweise einer Polymeroberfläche, wechselwirken. Eine solche Wechselwirkung kann die Haftung der nachfolgend durch Galvanisierung oder elektrostatische Beschichtung aufgebrachten Schicht weiter verbessern.According to one embodiment of the invention, the surface of the substrate is not completely covered or covered with the particles deposited thereon. In this case, z. B. applied in a subsequent electroplating process layer, ie a metal layer, or in a subsequent electrostatic coating process on applied layer, such. As in an electrostatic coating, directly interact with the substrate surface, such as a polymer surface. Such an interaction may further improve the adhesion of the subsequently applied by electroplating or electrostatic coating layer.

Das Substrat kann aus einem Material bestehen, das nicht elektrisch leitfähig, also isolierend, ist. Der Begriff „nicht elektrisch leitfähig” bezeichnet ein Material, das bei Raumtemperatur (300 K) eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10^–10 S·cm^–1 aufweist.The substrate may be made of a material that is not electrically conductive, ie insulating. The term "non-electrically conductive" refers to a material that has an electrical conductivity of less than 10 ^-10 S · cm ^-1 at room temperature (300 K).

Insbesondere kann das Substrat aus Kunststoff, wie beispielsweise einem Polymer (z. B. Teflon), oder auch aus Holz, Glas oder Keramik bestehen. Insbesondere bei Verwendung eines Kunststoffsubstrats können die Partikel aufgrund der Temperatur des Atmosphärendruckplasmas und der Wärmekapazität der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel mit besonders hoher Haftung auf das Substrat aufgebracht werden. Beispielsweise können die Partikel direkt oder unmittelbar nach ihrer Herstellung, z. B. mit einer Plasmadüse, auf der Substratoberfläche abgeschieden werden. Aufgrund der durch den Plasmaprozess erhöhten Temperatur der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel können diese zumindest teilweise in die Kunststoffoberfläche einschmelzen und werden somit besonders stabil und zuverlässig an dieser Oberfläche gehalten.In particular, the substrate can be made of plastic, such as a polymer (eg Teflon), or also of wood, glass or ceramic. In particular, when using a plastic substrate, the particles can be applied to the substrate due to the temperature of the atmospheric pressure plasma and the heat capacity of the conductive, in particular metallic, particles with particularly high adhesion. For example, the particles may be directly or immediately after their preparation, for. B. with a plasma nozzle, are deposited on the substrate surface. Due to the elevated temperature of the conductive, in particular metallic, particles due to the plasma process, they can at least partially melt into the plastic surface and are therefore held in a particularly stable and reliable manner on this surface.

Bei Verwendung eines Glas- oder Keramiksubstrats kann die Haftung der Partikel an der Substratoberfläche beispielsweise durch eine Aktivierung oder Funktionalisierung der Substratoberfläche, z. B. durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere den relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, verbessert werden. Insbesondere kann, z. B. durch das Atmosphärendruckplasma, eine Adsorbatschicht an der Substratoberfläche entfernt werden, wodurch die Reaktivität der Oberfläche erhöht und somit eine bessere Haftung der Partikel an der Oberfläche ermöglicht wird.When using a glass or ceramic substrate, the adhesion of the particles to the substrate surface, for example by activation or functionalization of the substrate surface, for. B. by the atmospheric pressure plasma, in particular the relaxing region of the atmospheric pressure plasma can be improved. In particular, z. As by the atmospheric pressure plasma, an adsorbate layer are removed on the substrate surface, whereby the reactivity of the surface increases and thus a better adhesion of the particles is made possible on the surface.

Die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel können aus einem Material mit einem Schmelzpunkt von mehr als 400°C bestehen. In diesem Fall kann ein sogenanntes Abspratzen von Material von der Opferelektrode besonders zuverlässig vermieden werden. Somit kann eine Beeinträchtigung der Eigenschaften einer später auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebrachten Beschichtung, insbesondere eine Verschlechterung der Oberflächenstruktur der Beschichtung und des optischen Erscheinungsbilds der Beschichtung, besonders zuverlässig verhindert werden.The conductive, in particular metallic, particles may consist of a material having a melting point of more than 400 ° C. In this case, a so-called spitting of material from the sacrificial electrode can be particularly reliably avoided. Thus, deterioration of the properties of a coating applied later on the pretreated substrate surface, in particular deterioration of the surface structure of the coating and the optical appearance of the coating, can be prevented particularly reliably.

Die Partikel können aus einem Übergangsmetall, insbesondere aus Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti oder Pt, oder aus Zn oder Al bestehen. Alternativ können die Partikel aber auch aus Kohlenstoff bestehen.The particles may consist of a transition metal, in particular of Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti or Pt, or of Zn or Al. Alternatively, however, the particles may also consist of carbon.

Insbesondere können Edelmetalle als Material für die Partikel verwendet werden, da auf diese Weise die Gefahr einer Oxidation der Partikel minimiert werden kann.In particular, noble metals can be used as material for the particles, since in this way the risk of oxidation of the particles can be minimized.

Die Opferelektrode kann eine längliche Form aufweisen. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung bezeichnet der Begriff „längliche Form” eine Form, deren Abmessung in einer Dimension größer, insbesondere erheblich größer, ist als in den zwei weiteren Dimensionen.The sacrificial electrode may have an elongated shape. For the purposes of the present application, the term "elongated shape" designates a shape whose dimension is larger in one dimension, in particular considerably larger, than in the two other dimensions.

Insbesondere kann die Opferelektrode ein Draht, ein Stab oder ein Hohlprofil, insbesondere ein längliches Hohlprofil, sein. Die Entladung kann an einem Ende der länglichen Opferelektrode, insbesondere eines Drahts, erfolgen. Das Ende der länglichen Opferelektrode kann in Form einer Spitze, insbesondere einer Drahtspitze, vorliegen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die längliche Opferelektrode, insbesondere der Draht, der Stab oder das Hohlprofil, einen mittleren Durchmesser von 0,1 bis 20 mm, bevorzugt von 0,1 bis 10 mm, bevorzugter von 0,1 bis 5 mm und noch bevorzugter von 0,5 bis 1,5 mm, auf.In particular, the sacrificial electrode may be a wire, a rod or a hollow profile, in particular an elongate hollow profile. The discharge may occur at one end of the elongated sacrificial electrode, in particular a wire. The end of the elongated sacrificial electrode may be in the form of a tip, in particular a wire tip. According to one embodiment of the invention, the elongated sacrificial electrode, in particular the wire, the rod or the hollow profile, has an average diameter of 0.1 to 20 mm, preferably 0.1 to 10 mm, more preferably 0.1 to 5 mm and still more preferably from 0.5 to 1.5 mm.

Aufgrund des Materialabtrags durch die Entladung ist die Opferelektrode vorzugsweise nachführbar. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Begriff „nachführbar” im Zusammenhang mit einer Elektrode, dass der durch die Entladung abgetragene Teil der Elektrode, beispielsweise des Drahtes, durch Nachschieben der Elektrode ersetzt werden kann. Überdies kann die Opferelektrode drehbar oder rotierbar sein, so dass ein durch die Entladung abgetragener Teil der Elektrode durch eine Drehung der Elektrode ersetzt werden kann.Due to the material removal by the discharge, the sacrificial electrode is preferably trackable. In the present specification, the term "traceable" in the context of an electrode means that by the discharge removed part of the electrode, such as the wire can be replaced by pushing the electrode. Moreover, the sacrificial electrode may be rotatable or rotatable so that a portion of the electrode removed by the discharge may be replaced by a rotation of the electrode.

Die Opferelektrode kann in einer Richtung parallel zu einer Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse oder in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse in die Plasmadüse eingeführt sein. Für den Fall einer länglichen Opferelektrode kann die Längsachse der Opferelektrode parallel zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse oder senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse liegen.The sacrificial electrode may be introduced into the plasma nozzle in a direction parallel to a flow direction of the process gas in the plasma nozzle or in a direction perpendicular to the flow direction of the process gas in the plasma nozzle. In the case of an elongated sacrificial electrode, the longitudinal axis of the sacrificial electrode may be parallel to the flow direction of the process gas in the plasma nozzle or perpendicular to the flow direction of the process gas in the plasma nozzle.

Die Entladung kann eine gepulste oder pulsierende Entladung sein. Die gepulste oder pulsierende Entladung kann insbesondere durch einen gepulsten oder pulsierenden Betrieb einer Spannungsquelle, wie z. B. eines Generators, erzeugt werden, die dafür eingerichtet ist, eine Spannung, insbesondere eine Hochspannung, zwischen den Elektroden anzulegen, und mit der die Entladung, bei der es sich vorzugsweise um eine Bogenentladung handelt, bewirkt wird. Auf diese Weise kann eine gepulste oder pulsierende Spannung erzeugt werden. Vorzugsweise wird eine asymmetrische Wechselspannung erzeugt.The discharge may be a pulsed or pulsating discharge. The pulsed or pulsating discharge can in particular by a pulsed or pulsating operation of a voltage source, such. As a generator, which is adapted to apply a voltage, in particular a high voltage, between the electrodes, and with which the discharge, which is preferably an arc discharge, is effected. In this way, a pulsed or pulsating voltage can be generated. Preferably, an asymmetrical AC voltage is generated.

Die Pulsfrequenz der Spannungsquelle, z. B. des Generators, ist nicht besonders beschränkt und kann 5 bis 70 kHz betragen, wobei der Bereich von 15 bis 40 kHz bevorzugt ist. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens haben sich Pulsfrequenzen von 16 bis 25 kHz, insbesondere von 17 bis 23 kHz, als besonders vorteilhaft erwiesen.The pulse frequency of the voltage source, z. As the generator, is not particularly limited and may be 5 to 70 kHz, with the range of 15 to 40 kHz is preferred. For carrying out the method according to the invention, pulse frequencies of 16 to 25 kHz, in particular 17 to 23 kHz, have proved to be particularly advantageous.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zwischen der Opferelektrode oder den Opferelektroden und Erdpotential eine Gleichspannung angelegt werden.In the method according to the invention, a DC voltage can be applied between the sacrificial electrode or the sacrificial electrodes and ground potential.

Bei Verwendung mehrerer Opferelektroden kann jeweils eine Spannung, insbesondere eine Gleichspannung, getrennt und zeitlich gesteuert an jede der Opferelektroden angelegt werden.When using multiple sacrificial electrodes, in each case a voltage, in particular a DC voltage, can be applied separately and timed to each of the sacrificial electrodes.

Insbesondere kann jeweils eine zeitliche Steuerung der an jede der Opferelektroden angelegten Spannung so durchgeführt werden, dass eine Entladung zwischen einer Gegenelektrode und wechselnden Opferelektroden erfolgt. In diesem Fall kann z. B. über einen ersten vorgegebenen Zeitraum eine Entladung zwischen der Gegenelektrode und einer ersten Opferelektrode erfolgen, dann über einen zweiten vorgegebenen Zeitraum eine Entladung zwischen der Gegenelektrode und einer zweiten Opferelektrode erfolgen usw. Beispielsweise können mehrere Opferelektroden in einer im Wesentlichen ringförmigen Anordnung vorgesehen sein und kann die an jede dieser Opferelektroden angelegte Spannung zeitlich so gesteuert werden, dass die Entladung aufeinanderfolgend an unterschiedlichen nebeneinander liegenden Opferelektroden stattfindet und somit der Entladungsbereich der Opferelektroden in Umfangsrichtung der ringförmigen Anordnung „wandert”.In particular, in each case a temporal control of the voltage applied to each of the sacrificial electrodes voltage can be performed so that a discharge between a counter electrode and changing sacrificial electrodes. In this case, z. For example, a discharge between the counter electrode and a first sacrificial electrode over a first predetermined period, then discharge for a second predetermined period between the counter electrode and a second sacrificial electrode, etc. For example, a plurality of sacrificial electrodes can be provided in a substantially annular arrangement and can the voltage applied to each of these sacrificial electrodes is timed so that the discharge successively takes place on different juxtaposed sacrificial electrodes and thus the discharge area of the sacrificial electrodes "migrates" in the circumferential direction of the annular array.

Auf diese Weise kann die Materialabtragsausbeute weiter erhöht werden. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass die Opferelektroden in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse in die Plasmadüse eingeführt sind. Für den Fall länglicher Opferelektroden liegen bei dieser Ausführungsform die Längsachsen der Opferelektroden bevorzugt senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse. Bevorzugt sind die Opferelektroden in diesem Fall an einem unteren Bereich, insbesondere einem Auslass, der Plasmadüse vorgesehen.In this way, the material removal yield can be further increased. In this case, it is particularly preferable that the sacrificial electrodes are inserted into the plasma nozzle in a direction perpendicular to the flow direction of the process gas in the plasma nozzle. In the case of elongate sacrificial electrodes in this embodiment, the longitudinal axes of the sacrificial electrodes are preferably perpendicular to the flow direction of the process gas in the plasma nozzle. In this case, the sacrificial electrodes are preferably provided at a lower region, in particular an outlet, of the plasma nozzle.

Die an die Opferelektroden angelegten Spannungen können voneinander unterschiedliche Amplituden aufweisen. In diesem Fall entsteht nicht nur zwischen den Opferelektroden und der Gegenelektrode sondern auch zwischen den Opferelektroden selbst eine entsprechende elektrische Potentialdifferenz. Bei geeigneter Regelung der an die Opferelektroden angelegten Spannungen kann somit auch eine Entladung zwischen zwei oder mehr der Opferelektroden erzeugt werden.The voltages applied to the sacrificial electrodes may have mutually different amplitudes. In this case, not only between the sacrificial electrodes and the counter electrode but also between the sacrificial electrodes itself, a corresponding electrical potential difference arises. With suitable control of the voltages applied to the sacrificial electrodes, it is thus also possible to generate a discharge between two or more of the sacrificial electrodes.

Verwendbare Prozessgase, die beispielsweise in Plasmadüsen verwendet werden können, sind dem Fachmann geläufig. Beispielsweise können Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff Edelgase (insbesondere Argon), Ammoniak (NH₃), Schwefelwasserstoff (H₂S) und Mischungen davon, insbesondere Druckluft, Stickstoff-Wasserstoff-Gemische und Edelgas-Wasserstoff-Gemische zum Einsatz kommen.Applicable process gases which can be used, for example, in plasma nozzles are familiar to the person skilled in the art. For example, nitrogen, oxygen, hydrogen noble gases (especially argon), ammonia (NH ₃ ), hydrogen sulfide (H ₂ S) and mixtures thereof, in particular compressed air, nitrogen-hydrogen mixtures and inert gas-hydrogen mixtures can be used.

Die Durchflussmenge des Prozessgases durch das Atmosphärendruckplasma ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise im Bereich von 300 bis 10000 l/h liegen. Da sich zeigte, dass geringere Durchflussmengen des Prozessgases tendenziell die Materialabtragsausbeute erhöhen, liegt die Durchflussmenge erfindungsgemäß vorzugsweise im Bereich von 500 bis 4000 l/h.The flow rate of the process gas through the atmospheric pressure plasma is not particularly limited and may be, for example, in the range of 300 to 10,000 l / h. Since it was found that lower flow rates of the process gas tend to increase the material removal yield, the flow rate according to the invention is preferably in the range of 500 to 4000 l / h.

Die Partikel werden im erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise von dem Prozessgas transportiert. Insbesondere können die Partikel durch das Prozessgas auf der Substratoberfläche abgeschieden werden.The particles are preferably transported by the process gas in the process according to the invention. In particular, the particles can be deposited by the process gas on the substrate surface.

Vorzugsweise sind die Partikel Mikro- und/oder Nanopartikel. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden unter Mikro- und Nanopartikeln Partikel verstanden, deren Durchmesser im Bereich von Mikrometern bzw. Nanometern liegt. Die Partikel können eine Partikelgröße bzw. einen Partikeldurchmesser im Bereich von 2 nm bis 20 μm, bevorzugt von 2 nm bis 10 μm, bevorzugter von 5 nm bis 5 μm, noch bevorzugter von 5 nm bis 1 μm und am bevorzugtesten von 5 nm bis 200 nm, aufweisen. Die Partikelgröße bzw. der Partikeldurchmesser der Partikel kann auch in einem Bereich von 5 nm bis 10 μm, 2 nm bis 5 μm, 10 nm bis 5 μm, 2 nm bis 1 μm, 10 nm bis 1 μm, 2 nm bis 200 nm, 10 nm bis 200 nm, 20 nm bis 200 nm oder 50 nm bis 200 nm liegen. Preferably, the particles are micro- and / or nanoparticles. For the purposes of the present application, micro- and nanoparticles are understood as meaning particles whose diameter is in the range of micrometers or nanometers. The particles may have a particle size or diameter ranging from 2 nm to 20 μm, preferably from 2 nm to 10 μm, more preferably from 5 nm to 5 μm, even more preferably from 5 nm to 1 μm and most preferably from 5 nm to 200 nm. The particle size or the particle diameter of the particles can also be in a range from 5 nm to 10 μm, 2 nm to 5 μm, 10 nm to 5 μm, 2 nm to 1 μm, 10 nm to 1 μm, 2 nm to 200 nm, 10 nm to 200 nm, 20 nm to 200 nm or 50 nm to 200 nm.

Für die Erzeugung solcher Mikro- und/oder Nanopartikel können die zwischen den Elektroden angelegte Spannung, das Material der Opferelektrode, das verwendete Prozessgas und/oder der Leistungseintrag pro Fläche der Opferelektrode geeignet gewählt werden.For the production of such micro- and / or nanoparticles, the voltage applied between the electrodes, the material of the sacrificial electrode, the process gas used and / or the power input per area of the sacrificial electrode can be suitably selected.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Partikeln um Nanopartikel, also um Partikel, deren Durchmesser im Nanometerbereich, insbesondere im Bereich von 2 bis 100 nm, liegt. Ferner liegt auch der mittlere (volumengemittelte) Partikeldurchmesser der Partikel vorzugsweise im Bereich von Nano- oder Mikrometern, bevorzugter im Bereich von 2 nm bis 20 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 100 nm.According to a particularly preferred embodiment, the particles are nanoparticles, that is to say particles whose diameter is in the nanometer range, in particular in the range from 2 to 100 nm. Furthermore, the average (volume-averaged) particle diameter of the particles is preferably in the range of nanometers or micrometers, more preferably in the range of 2 nm to 20 .mu.m, particularly preferably in the range of 2 to 100 nm.

Die Bestimmung der Korngröße von sehr kleinen Partikeln, wie z. B. Nanopartikeln, ist beispielsweise mit Laserstreuungsverfahren oder Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) möglich. Für größere Partikel stehen auch die Siebanalyse und Zentrifugationsverfahren zur Verfügung.The determination of the grain size of very small particles, such. As nanoparticles, is possible for example with laser scattering or transmission electron microscopy (TEM). For larger particles, the sieve analysis and centrifugation methods are also available.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden das Erzeugen des Atmosphärendruckplasmas, das Abtragen des Materials und das Abscheiden der Partikel auf der Oberfläche des Substrats unter Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln in einem Atmosphärendruckplasma, insbesondere einer Plasmadüse, durchgeführt. In diesem Fall können Plasmaerzeugung, Partikelherstellung und Partikelabscheidung unter Verwendung einer einzigen Vorrichtung erfolgen, so dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach und effizient durchgeführt werden kann.According to one embodiment of the invention, the generation of the atmospheric pressure plasma, the removal of the material and the deposition of the particles on the surface of the substrate are carried out using a device for producing particles in an atmospheric pressure plasma, in particular a plasma nozzle. In this case, plasma generation, particle production and particle deposition can be carried out using a single device, so that the method according to the invention can be carried out particularly simply and efficiently.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung zur Partikelherstellung, insbesondere die Plasmadüse, ein Gehäuse mit einem Kanal, strömt das Prozessgas durch den Kanal und sind die Elektroden zumindest teilweise in dem Kanal angeordnet. Somit können die Plasmaerzeugung und die Herstellung der Partikel mit einem besonders einfachen Vorrichtungsaufbau realisiert werden.According to one embodiment of the present invention, the particle production apparatus, in particular the plasma nozzle, comprises a housing with a channel, the process gas flows through the channel and the electrodes are arranged at least partially in the channel. Thus, the plasma generation and the production of the particles can be realized with a particularly simple device structure.

Solche Plasmadüsen sind vom grundlegenden Aufbau her aus der DE-A-10 2009 048 397 bekannt. Die DE-A-10 2009 048 397 betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung oberflächenmodifizierter Partikel in einem Atmosphärendruckplasma in einer Plasmadüse unter Verwendung einer Sputterelektrode, von der durch eine Entladung Partikel abgesputtert werden. Die abgesputterten Partikel werden beschichtet und/oder in einer auf einer Substratoberfläche abgeschiedenen Schicht dispergiert. Folglich erhöhen diese Partikel die elektrische Leitfähigkeit der Substratoberfläche nicht. Nicht elektrisch leitfähige Substrate, die durch das in der DE-A-10 2009 048 397 offenbarte Verfahren behandelt werden, sind daher nicht für eine nachfolgende Galvanisierung oder eine nachfolgende elektrostatische Beschichtung geeignet.Such plasma nozzles are from the basic structure of the DE-A-10 2009 048 397 known. The DE-A-10 2009 048 397 in particular, relates to a method for producing surface-modified particles in an atmospheric pressure plasma in a plasma nozzle using a sputtering electrode from which particles are sputtered by discharge. The sputtered particles are coated and / or dispersed in a layer deposited on a substrate surface. Consequently, these particles do not increase the electrical conductivity of the substrate surface. Non-electrically conductive substrates by the in the DE-A-10 2009 048 397 therefore, are not suitable for subsequent electroplating or subsequent electrostatic coating.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Gehäuse einen Auslass auf und werden die Partikel durch den Auslass auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden. Bei diesem Aufbau des Gehäuses können die Partikel in einfacher Weise unmittelbar nach ihrer Erzeugung auf der Substratoberfläche abgeschieden werden.According to an embodiment of the present invention, the housing has an outlet and the particles are deposited through the outlet on the surface of the substrate. In this structure of the housing, the particles can be easily deposited on the substrate surface immediately after their formation.

Zumindest ein Teil des Atmosphärendruckplasmas kann als Plasmastrahl durch den Auslass auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht werden. In diesem Fall wird in besonders einfacher Weise ein Aufrauen und/oder Aktivieren und/oder Reinigen der Substratoberfläche durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere den relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, ermöglicht.At least a portion of the atmospheric pressure plasma may be applied as a plasma jet through the outlet to the surface of the substrate. In this case, roughening and / or activation and / or cleaning of the substrate surface by the atmospheric pressure plasma, in particular the relaxing region of the atmospheric pressure plasma, is made possible in a particularly simple manner.

Da sowohl die Partikel als auch der Plasmastrahl durch den Auslass des Gehäuses abgeführt werden können, kann ein Aufrauen und/oder Aktivieren und/oder Reinigen der Substratoberfläche durch das Atmosphärendruckplasma während oder im Wesentlichen während des Abscheidens der Partikel auf der Substratoberfläche einfach durchgeführt werden.Since both the particles and the plasma jet can be removed through the outlet of the housing, roughening and / or activating and / or cleaning of the substrate surface by the atmospheric pressure plasma during or substantially during the deposition of the particles on the substrate surface can be easily performed.

Die Vorrichtung zur Partikelherstellung, insbesondere die Plasmadüse, kann während des Abscheidens der Partikel auf der Oberfläche des Substrats relativ zu dem Substrat bewegt werden.The particle production apparatus, in particular the plasma nozzle, can be moved relative to the substrate during the deposition of the particles on the surface of the substrate.

Durch eine Bewegung der Vorrichtung relativ zu dem Substrat in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Substratoberfläche liegt, kann in einfacher und genauer Weise der Flächenbetrag der Substratoberfläche gesteuert oder eingestellt werden, auf dem die Partikel abgeschieden werden.By moving the device relative to the substrate in a direction substantially perpendicular to the substrate surface, the amount of surface area of the substrate surface on which the particles are deposited can be easily controlled and adjusted.

Die Vorrichtung zur Partikelherstellung, insbesondere die Plasmadüse, kann während des Abscheidens der Partikel auf der Oberfläche des Substrats relativ zu dem Substrat in einer Richtung oder mehreren Richtungen bewegt werden, die im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Substrats liegt oder liegen. Auf diese Weise kann die Substratoberfläche gezielt lokal mit den Partikeln versehen werden. Beispielsweise kann die Substratoberfläche für eine spätere Aufbringung einer Leiterbahn oder dergleichen mittels Galvanisierung oder elektrostatischer Beschichtung vorbehandelt werden. Eine Verwendung von Masken oder dergleichen ist nicht erforderlich.The device for particle production, in particular the plasma nozzle, can during the Depositing the particles on the surface of the substrate relative to the substrate in one or more directions substantially parallel to the surface of the substrate. In this way, the substrate surface can be targeted locally provided with the particles. For example, the substrate surface may be pre-treated for later application of a trace or the like by means of electroplating or electrostatic coating. A use of masks or the like is not required.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Vorbehandlungsprodukt, insbesondere ein vorbehandeltes Substrat, das durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung erhältlich ist.According to a further aspect, the present invention relates to a pretreatment product, in particular a pretreated substrate obtainable by the surface pretreatment method according to the invention.

Bei dem Vorbehandlungsprodukt können die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel an der Oberfläche des Substrats zumindest teilweise freiliegen.In the pretreatment product, the conductive, in particular metallic, particles may be at least partially exposed on the surface of the substrate.

Bei dem Vorbehandlungsprodukt können die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel zumindest teilweise von der Oberfläche des Substrats hervorstehen.In the pretreatment product, the conductive, in particular metallic, particles may protrude at least partially from the surface of the substrate.

Bei dem Vorbehandlungsprodukt kann das Substrat aus einem Material bestehen, das nicht elektrisch leitfähig ist, insbesondere aus Kunststoff, wie z. B. einem Polymer (z. B. Teflon), oder auch aus Holz, Glas oder Keramik.In the pre-treatment product, the substrate may consist of a material which is not electrically conductive, in particular of plastic, such as. As a polymer (eg., Teflon), or from wood, glass or ceramic.

Bei dem Vorbehandlungsprodukt kann die Oberfläche des Substrats vollständig mit den leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikeln belegt oder bedeckt sein.In the pretreatment product, the surface of the substrate may be completely covered or covered with the conductive, in particular metallic, particles.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Oberfläche des Substrats bei dem Vorbehandlungsprodukt nicht vollständig mit den leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikeln belegt oder bedeckt.According to one embodiment of the invention, the surface of the substrate in the pretreatment product is not completely covered or covered with the conductive, in particular metallic, particles.

Bei dem Vorbehandlungsprodukt können die Partikel aus einem Übergangsmetall, insbesondere aus Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti oder Pt, oder aus Zn oder Al bestehen.In the pretreatment product, the particles may consist of a transition metal, in particular of Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti or Pt, or of Zn or Al.

Bei dem Vorbehandlungsprodukt können die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel eine Partikelgröße im Bereich von 2 nm bis 20 μm, bevorzugt von 2 nm bis 10 μm, bevorzugter von 5 nm bis 5 μm, noch bevorzugter von 5 nm bis 1 μm und am bevorzugtesten von 5 nm bis 200 nm, aufweisen. Die Partikelgröße der Partikel kann auch in einem Bereich von 5 nm bis 10 μm, 2 nm bis 5 μm, 10 nm bis 5 μm, 2 nm bis 1 μm, 10 nm bis 1 μm, 2 nm bis 200 nm, 10 nm bis 200 nm, 20 nm bis 200 nm oder 50 nm bis 200 nm liegen.In the pretreatment product, the conductive, especially metallic, particles may have a particle size in the range of 2 nm to 20 μm, preferably 2 nm to 10 μm, more preferably 5 nm to 5 μm, even more preferably 5 nm to 1 μm and most preferably 5 nm to 200 nm. The particle size of the particles may also be in a range of 5 nm to 10 μm, 2 nm to 5 μm, 10 nm to 5 μm, 2 nm to 1 μm, 10 nm to 1 μm, 2 nm to 200 nm, 10 nm to 200 nm, 20 nm to 200 nm or 50 nm to 200 nm.

Bei dem Vorbehandlungsprodukt können die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel zumindest teilweise in die Oberfläche des Substrats eingedrungen, beispielsweise eingeschmolzen, sein. Die Partikel können zumindest teilweise so in der Oberfläche des Substrats aufgenommen sein, dass der gesamte Bereich der Partikel, der sich innerhalb des Substrats befindet, in direktem oder unmittelbarem Kontakt zu dem Substrat steht.In the pretreatment product, the conductive, in particular metallic, particles may be at least partially penetrated into the surface of the substrate, for example melted down. The particles may be at least partially received in the surface of the substrate such that the entire region of the particles that is within the substrate is in direct or direct contact with the substrate.

In dem Bereich, in dem die Partikel aus dem Substrat hervortreten bzw. hervorstehen, kann ein Vorsprung, z. B. in der Form eines Seitenwalls, entlang der Umfangsrichtung der Partikel parallel zu der Substratoberfläche vorliegen. Ein solcher Vorsprung kann beispielsweise durch ein Einschmelzen von durch den Plasmaprozess erwärmten leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikeln an der Oberfläche eines Kunststoffsubstrats und durch ein Verdrängen von geschmolzenem Kunststoffmaterial an die Seiten der Partikel, in ähnlicher Weise wie bei einem Meteoriteneinschlag, erzeugt werden. Eine solche Struktur der Partikel an der Substratoberfläche unterscheidet sich grundlegend von den durch konventionelle Vorbehandlungsverfahren erzielten Strukturen. Bei diesen Vorbehandlungsverfahren werden zunächst durch Beizen Aussparungen oder Hohlräume an der Substratoberfläche erzeugt und anschließend Metallkeime in diese Aussparungen oder Hohlräume eingebracht.In the area in which the particles protrude from the substrate, a projection, for. In the form of a side wall, along the circumferential direction of the particles parallel to the substrate surface. Such a protrusion may be created, for example, by melting conductive, especially metallic, particles on the surface of a plastic substrate heated by the plasma process and displacing molten plastic material against the sides of the particles in a manner similar to a meteor impact. Such a structure of the particles on the substrate surface is fundamentally different from the structures obtained by conventional pretreatment processes. In these pretreatment processes, recesses or cavities are first produced on the substrate surface by pickling, and then metal nuclei are introduced into these recesses or cavities.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats. Das Verfahren umfasst die Schritte des Vorbehandelns der Oberfläche des Substrats durch das erfindungsgemäße Vorbehandlungsverfahren und des Aufbringens einer Schicht auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats.In another aspect, the present invention relates to a method of coating a surface of a substrate. The method comprises the steps of pretreating the surface of the substrate by the pretreatment method of the invention and applying a layer to the pretreated surface of the substrate.

Die Schicht kann beispielsweise unter Erzeugen bzw. Anlegen einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen dem Substrat und einem Material der Schicht oder Teilchen eines Materials der Schicht, wie z. B. Pulverpartikeln oder Lacktröpfchen, auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebracht werden.The layer may be formed, for example, by generating an electrical potential difference between the substrate and a material of the layer or particles of a material of the layer, such as, for example, a film. As powder particles or paint droplets are applied to the pretreated substrate surface.

Beispielsweise kann das Substrat geerdet sein und eine Spannung an Teilchen des Schichtmaterials angelegt werden. Die Teilchen können durch diese Spannung aufgeladen werden. Die Schicht kann beispielsweise durch eine elektrostatische Beschichtung, wie z. B. ein elektrostatisches Lackieren, also z. B. ein Pulverlackieren oder ein Sprühlackieren, auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebracht werden.For example, the substrate may be grounded and a voltage applied to particles of the layer material. The particles can be charged by this voltage. The layer may, for example, by an electrostatic coating such. B. an electrostatic painting, so z. As a powder coating or spray painting, are applied to the pretreated substrate surface.

Die Schicht kann eine metallische oder polymere Schicht sein. The layer may be a metallic or polymeric layer.

Für den Fall einer metallischen Schicht kann die Schicht in besonders einfacher und kostengünstiger Weise, z. B. durch einen Galvanisierungsprozess, auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebracht werden. Eine auf die Substratoberfläche aufgebrachte Metallschicht kann durch natürliche Oxidation eine Metalloxidschicht ausbilden. Eine Metalloxidschicht kann auch in einem späteren Verfahrensschritt, z. B. durch die gezielte Zufuhr von Sauerstoff zu der auf der Substratoberfläche aufgebrachten Metallschicht, gebildet werden.In the case of a metallic layer, the layer in a particularly simple and cost-effective manner, for. B. by a galvanization process, are applied to the pretreated substrate surface. A metal layer applied to the substrate surface can form a metal oxide layer by natural oxidation. A metal oxide layer can also be used in a later process step, for. B. by the targeted supply of oxygen to the deposited on the substrate surface metal layer can be formed.

Eine polymere Schicht kann in besonders einfacher und kostengünstiger Weise durch einen elektrostatischen Beschichtungsprozess auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebracht werden.A polymeric layer can be applied to the pretreated substrate surface in a particularly simple and cost-effective manner by an electrostatic coating process.

Gemäß einer Ausführungsform wird die Schicht, insbesondere die metallische Schicht, unter Anlegen einer elektrischen Spannung an das Substrat, beispielsweise durch einen Galvanisierungsprozess, auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht.According to one embodiment, the layer, in particular the metallic layer, is applied to the surface of the substrate while applying an electrical voltage to the substrate, for example by a galvanization process.

Das Aufbringen der Schicht auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats kann durch einen Galvanisierungsprozess oder einen elektrostatischen Beschichtungsprozess erfolgen. Aufgrund der durch die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel erhöhten elektrischen Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats können diese Prozesse in einfacher und effizienter Weise durchgeführt werden.The application of the layer to the pretreated surface of the substrate may be done by a plating process or an electrostatic coating process. Due to the conductive, in particular metallic, particles of increased electrical conductivity of the surface of the substrate, these processes can be carried out in a simple and efficient manner.

Zur Galvanisierung kann das vorbehandelte Substrat in ein elektrolytisches Bad eingebracht werden, in dem zwei Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode, angeordnet sind. An der Anode befindet sich das metallische Material, das auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats auf gebracht werden soll, z. B. Ni, Cr oder Cu, während das zu beschichtende Substrat an der Kathode vorgesehen wird. Zwischen Anode und Kathode wird ein elektrischer Strom durch das elektrolytische Bad geschickt. Dabei löst der elektrische Strom Metallionen von der Anode, die als Verbrauchselektrode dient, ab und lagert diese durch Reduktion auf der vorbehandelten Oberfläche des Substrats ab.For galvanization, the pretreated substrate can be introduced into an electrolytic bath, in which two electrodes, namely an anode and a cathode, are arranged. At the anode is the metallic material to be placed on the pretreated surface of the substrate, z. As Ni, Cr or Cu, while the substrate to be coated is provided at the cathode. An electric current is passed through the electrolytic bath between anode and cathode. In this case, the electric current dissolves metal ions from the anode, which serves as a consumption electrode, and deposits them by reduction on the pretreated surface of the substrate.

Auf diese Weise wird die vorbehandelte Substratoberfläche im Bereich der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel, also je nach Partikelanordnung an der Substratoberfläche vollständig oder lokal, mit dem Metall der Anode beschichtet. Je länger sich das Substrat in dem elektrolytischen Bad befindet und je höher der elektrische Strom ist, desto dicker wird die auf der Substratoberfläche ausgebildete Metallschicht. Mit einer solchen Galvanisierung lassen sich problemlos Schichtdicken im Bereich von beispielsweise bis zu 100 μm auf der Substratoberfläche erzeugen.In this way, the pretreated substrate surface in the region of the conductive, in particular metallic, particles, that is, completely or locally, depending on the particle arrangement on the substrate surface, is coated with the metal of the anode. The longer the substrate is in the electrolytic bath and the higher the electric current, the thicker the metal layer formed on the substrate surface becomes. With such a galvanization can easily layer thicknesses in the range of, for example, up to 100 microns on the substrate surface produce.

Der elektrostatische Beschichtungsprozess kann beispielsweise durch elektrostatisches Lackieren, z. B. Pulverlackieren oder Sprühlackieren, erfolgen. Das auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufzubringende Beschichtungsmaterial kann insbesondere in Form eines Pulvers oder einer Flüssigkeit vorliegen. Teilchen des Beschichtungsmaterials, wie z. B. Pulverpartikel oder Lacktröpfchen, werden durch Anlegen einer Spannung elektrostatisch aufgeladen. Das Anlegen der Spannung an die Teilchen des Beschichtungsmaterials kann z. B. innerhalb oder außerhalb einer Beschichtungsvorrichtung erfolgen.The electrostatic coating process, for example, by electrostatic painting, z. B. powder coating or spray painting done. The coating material to be applied to the pretreated substrate surface may, in particular, be in the form of a powder or a liquid. Particles of the coating material, such as. As powder particles or paint droplets are charged electrostatically by applying a voltage. The application of the voltage to the particles of the coating material may, for. B. done inside or outside a coating device.

Zwischen den Teilchen des Beschichtungsmaterials und der zu beschichtenden Substratoberfläche wird eine elektrische Potentialdifferenz, z. B. durch Erden des Substrats und Anlegen einer Spannung an die Teilchen des Beschichtungsmaterials, erzeugt. Auf Grund dieser Potentialdifferenz lagern sich die Beschichtungsteilchen auf der Substratoberfläche ab und bilden im Bereich der an der Oberfläche abgeschiedenen, leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel eine Schicht aus. Wie für den Fall der Galvanisierung kann diese Beschichtung, je nach Anordnung der Partikel an der Substratoberfläche, über die gesamte Oberfläche oder lokal, also nur in bestimmten Bereichen der Oberfläche, erfolgen. Mit elektrostatischen Beschichtungsverfahren können Schichtdicken im Bereich von beispielsweise bis zu 100 μm erzielt werden.Between the particles of the coating material and the substrate surface to be coated, an electrical potential difference, z. By grounding the substrate and applying a voltage to the particles of the coating material. Due to this potential difference, the coating particles deposit on the substrate surface and form a layer in the region of the conductive, in particular metallic, particles deposited on the surface. As in the case of electroplating, this coating, depending on the arrangement of the particles on the substrate surface, over the entire surface or locally, so only in certain areas of the surface, take place. With electrostatic coating methods layer thicknesses in the range of, for example, up to 100 microns can be achieved.

Die auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats auf gebrachte Schicht kann, insbesondere im Falle der Galvanisierung, z. B. aus Ni, Cr oder Cu bestehen. Diese Metalle können besonders einfach, z. B. durch Galvanisierung, auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebracht werden. Insbesondere im Falle der elektrostatischen Beschichtung kann die auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats aufgebrachte Schicht z. B. aus Lacken, z. B. Pulverlacken, und Thermoplasten, z. B. PE, PA, PVC, bestehen.The layer applied to the pretreated surface of the substrate can, in particular in the case of galvanization, z. B. consist of Ni, Cr or Cu. These metals can be particularly simple, z. B. by electroplating, are applied to the pretreated substrate surface. In particular, in the case of the electrostatic coating, the applied to the pretreated surface of the substrate layer z. B. of paints, z. As powder coatings, and thermoplastics, for. As PE, PA, PVC exist.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats, bei dem durch eine Entladung zwischen Elektroden in einem Prozessgas ein Atmosphärendruckplasma erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode oder Targetelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen oder abgelöst wird, es sich bei dem abgetragenen Material um leitfähige, insbesondere metallische, Partikel handelt und/oder aus dem abgetragenen Material leitfähige, insbesondere metallische, Partikel entstehen, die Partikel auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht werden, und in einem späteren Schritt eine Schicht auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.According to a further aspect, the present invention relates to a method for coating a surface of a substrate in which an atmospheric pressure plasma is generated by a discharge between electrodes in a process gas, at least one of the electrodes is a sacrificial electrode or target electrode, material is removed from the discharge or material is detached, it is the removed material to conductive, in particular metallic, particles and / or from the abraded material conductive, in particular metallic, particles are formed, the particles on the Surface of the substrate are applied, and in a later step, a layer is applied to the surface of the substrate.

Die Partikel können aus einem Übergangsmetall, insbesondere aus Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti oder Pt, oder aus Zn oder Al bestehen.The particles may consist of a transition metal, in particular of Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti or Pt, or of Zn or Al.

Die Entladung kann eine gepulste Entladung sein.The discharge can be a pulsed discharge.

Die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel können eine Partikelgröße im Bereich von 2 nm bis 20 μm, bevorzugt von 2 nm bis 10 μm, bevorzugter von 5 nm bis 5 μm, noch bevorzugter von 5 nm bis 1 μm und am bevorzugtesten von 5 nm bis 200 nm, aufweisen. Die Partikelgröße der Partikel kann auch in einem Bereich von 5 nm bis 10 μm, 2 nm bis 5 μm, 10 nm bis 5 μm, 2 nm bis 1 μm, 10 nm bis 1 μm, 2 nm bis 200 nm, 10 nm bis 200 nm, 20 nm bis 200 nm oder 50 nm bis 200 nm liegen.The conductive, in particular metallic, particles can have a particle size in the range from 2 nm to 20 μm, preferably from 2 nm to 10 μm, more preferably from 5 nm to 5 μm, even more preferably from 5 nm to 1 μm and most preferably from 5 nm to 200 nm. The particle size of the particles may also be in a range of 5 nm to 10 μm, 2 nm to 5 μm, 10 nm to 5 μm, 2 nm to 1 μm, 10 nm to 1 μm, 2 nm to 200 nm, 10 nm to 200 nm, 20 nm to 200 nm or 50 nm to 200 nm.

Die insbesondere durch einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess aufgebrachte Schicht kann eine metallische Schicht sein. In diesem Fall kann die Schicht in besonders einfacher und kostengünstiger Weise, z. B. durch einen Galvanisierungsprozess, auf die Substratoberfläche auf gebracht werden. Eine auf die Substratoberfläche auf gebrachte Metallschicht kann durch natürliche Oxidation eine Metalloxidschicht ausbilden. Eine Metalloxidschicht kann auch in einem späteren Verfahrensschritt, z. B. durch die gezielte Zufuhr von Sauerstoff zu der auf der Substratoberfläche aufgebrachten Metallschicht, gebildet werden.The layer applied in particular by a subsequent electroplating process may be a metallic layer. In this case, the layer in a particularly simple and cost-effective manner, for. B. by a galvanization process, are brought to the substrate surface. A deposited on the substrate surface metal layer can form a metal oxide layer by natural oxidation. A metal oxide layer can also be used in a later process step, for. B. by the targeted supply of oxygen to the deposited on the substrate surface metal layer can be formed.

Die insbesondere durch einen nachfolgenden elektrostatischen Beschichtungsprozess aufgebrachte Schicht kann eine polymere Schicht sein. Eine polymere Schicht kann in besonders einfacher und kostengünstiger Weise durch einen elektrostatischen Beschichtungsprozess auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebracht werden.The layer applied in particular by a subsequent electrostatic coating process may be a polymeric layer. A polymeric layer can be applied to the pretreated substrate surface in a particularly simple and cost-effective manner by an electrostatic coating process.

Gemäß einer Ausführungsform wird die Schicht, insbesondere die metallische Schicht, unter Anlegen einer elektrischen Spannung an das Substrat, beispielsweise durch einen Galvanisierungsprozess, auf die Oberfläche des Substrats auf gebracht.According to one embodiment, the layer, in particular the metallic layer, is applied to the surface of the substrate by applying an electrical voltage to the substrate, for example by a galvanization process.

Die Schicht kann auch stromlos, insbesondere durch eine chemische Reaktion, z. B. eine chemische Oxidationsreaktion, auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht werden. Als Material für solche Schichten kann beispielsweise Ni oder Cu verwendet werden.The layer may also be de-energized, in particular by a chemical reaction, for. As a chemical oxidation reaction, are applied to the surface of the substrate. As a material for such layers, for example, Ni or Cu can be used.

Das Aufbringen der Schicht auf die Oberfläche des Substrats kann durch einen Galvanisierungsprozess oder einen elektrostatischen Beschichtungsprozess erfolgen. Der Galvanisierungsprozess und der elektrostatische Beschichtungsprozess können beispielsweise in der oben bereits ausführlich dargelegten Weise durchgeführt werden.The application of the layer to the surface of the substrate may be effected by a plating process or an electrostatic coating process. The plating process and the electrostatic coating process may be performed, for example, in the manner detailed above.

Die auf die Oberfläche des Substrats insbesondere durch den Galvanisierungsprozess aufgebrachte Schicht kann beispielsweise aus Ni, Cr oder Cu bestehen. Diese Metalle können besonders einfach, z. B. durch Galvanisierung, auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebracht werden.The layer applied to the surface of the substrate, in particular by the electroplating process, can be made of Ni, Cr or Cu, for example. These metals can be particularly simple, z. B. by electroplating, are applied to the pretreated substrate surface.

Insbesondere im Falle der elektrostatischen Beschichtung kann die auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats aufgebrachte Schicht z. B. aus Lacken, z. B. Pulverlacken, und Thermoplasten, z. B. PE, PA, PVC, bestehen.In particular, in the case of the electrostatic coating, the applied to the pretreated surface of the substrate layer z. B. of paints, z. As powder coatings, and thermoplastics, for. As PE, PA, PVC exist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Aufbringen der Partikel auf die Oberfläche des Substrats ein Aufbringen der Partikel auf eine Oberfläche, insbesondere eine Innenoberfläche, einer Form, wie beispielsweise einer Spritzgussform, ein Einbringen eines Substratmaterials, also eines Materials, aus dem das Substrat auszubilden ist, in die Form, ein Ausbilden des Substrats aus dem Substratmaterial in der Form, so dass die Partikel von der ursprünglichen Formoberfläche auf die Oberfläche des Substrats transferiert werden, und ein Entnehmen des ausgebildeten Substrats mit den auf dessen Oberfläche aufgebrachten Partikeln aus der Form.According to one embodiment of the invention, the application of the particles to the surface of the substrate comprises applying the particles to a surface, in particular an inner surface, a mold, such as an injection mold, an introduction of a substrate material, ie a material from which the substrate is to be formed in the mold, forming the substrate of the substrate material in the mold so that the particles are transferred from the original mold surface to the surface of the substrate, and removing the formed substrate with the particles deposited thereon from the mold.

In diesem Zusammenhang umfasst die Definition, dass die Partikel auf der Substratoberfläche aufgebracht sind, auch ein teilweises oder vollständiges Eindringen oder Einsinken der Partikel in die Substratoberfläche.In this context, the definition that the particles are applied to the substrate surface also includes a partial or complete penetration or sinking of the particles into the substrate surface.

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren können leitfähige, insbesondere metallische, Partikel in einfacher und effizienter Weise auf die Oberfläche eines Substrats aufgebracht werden. Da das Substrat in der Form aus dem Substratmaterial ausgebildet wird, bestehen bei der Formgebung des Substrats im Wesentlichen keine Einschränkungen. Somit können unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch die Oberflächen von Substraten mit komplexen Formen in einfacher und genau definierter Weise mit leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikeln versehen werden.With this method according to the invention, conductive, in particular metallic, particles can be applied to the surface of a substrate in a simple and efficient manner. Since the substrate is formed in the mold from the substrate material, there are substantially no restrictions in the molding of the substrate. Thus, using the method according to the invention, the surfaces of substrates having complex shapes can also be provided with conductive, in particular metallic, particles in a simple and precisely defined manner.

Das in die Form eingebrachte Substratmaterial kann verformbar sein und z. B. in der Form eines erwärmten Thermoplasten oder eines reaktiven zweikomponentigen Polymers vorliegen. In diesem Fall können die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel zumindest teilweise in der Oberfläche des Substrats aufgenommen bzw. in diese eingedrückt werden, so dass eine stabile und zuverlässige Haftung der Partikel an der Substratoberfläche, insbesondere bei einem nachfolgenden Aushärten des Substratmaterials in der Form, gegeben ist.The introduced into the mold substrate material may be deformable and z. In the form of a heated thermoplastic or a reactive bicomponent polymer. In this case, the conductive, in particular metallic, particles can be at least partially absorbed or pressed into the surface of the substrate, so that a stable and reliable adhesion of the particles to the substrate surface, in particular in a subsequent curing of the substrate material in the mold, given is.

Das Substratmaterial, das in die Form eingebracht wird, kann ein fließfähiges oder flüssiges Substratmaterial sein. Auf diese Weise wird eine besonders große Freiheit bei der Wahl der Substratform gewährleistet. Insbesondere kann das Substrat in der Form durch einen Spritzgießprozess oder dergleichen ausgebildet werden. Insbesondere bei Verwendung eines reaktiven zweikomponentigen Polymers kann das Substrat in der Form durch einen reaktiven Spritzgießprozess (RIM) ausgebildet werden.The substrate material that is introduced into the mold may be a flowable or liquid substrate material. In this way, a particularly great freedom in the choice of the substrate shape is ensured. In particular, the substrate may be formed in the mold by an injection molding process or the like. In particular, when using a reactive two-component polymer, the substrate may be formed in the mold by a reactive injection molding (RIM) process.

Das Substratmaterial kann beim Ausbilden des Substrats in der Form aushärten. Auf diese Weise wird eine besonders stabile und zuverlässige Haftung der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel an der Substratoberfläche gewährleistet.The substrate material may cure in forming the substrate. In this way, a particularly stable and reliable adhesion of the conductive, in particular metallic, particles to the substrate surface is ensured.

Das Substratmaterial kann ein Material sein, das nicht elektrisch leitfähig ist.The substrate material may be a material that is not electrically conductive.

Das Substratmaterial kann beispielsweise Kunststoff, wie z. B. ein Polymer (z. B. Teflon), oder auch Holz, Glas oder Keramik sein. Diese Materialien lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders einfach beschichten.The substrate material may, for example, plastic, such as. Example, a polymer (eg., Teflon), or wood, glass or ceramic. These materials can be coated particularly simply with the method according to the invention.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Produkt, das durch die erfindungsgemäßen Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats erhältlich ist.In a further aspect, the present invention relates to a product obtainable by the method according to the invention for coating a surface of a substrate.

Die Struktur eines solchen Produkts unterscheidet sich insbesondere hinsichtlich der Anordnung der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel an der Substratoberfläche, also an der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der darauf aufgebrachten Schicht, grundlegend von der Struktur eines unter Verwendung konventioneller Vorbehandlungsverfahren und Beschichtungsverfahren erhaltenen Produkts, wie aus den obigen ausführlichen Erläuterungen diesbezüglich hervorgeht.The structure of such a product differs fundamentally from the structure of a product obtained using conventional pretreatment processes and coating processes, in particular with regard to the arrangement of the conductive, in particular metallic, particles on the substrate surface, ie at the interface between the substrate and the layer applied thereto from the detailed explanations given above.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, wobeiThe invention will be described purely by way of example with reference to the accompanying drawings, wherein

1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Substrats ist, die einen konventionellen Vorbehandlungsprozess veranschaulicht, wobei 1(a) den anfänglichen Zustand des Substrats zeigt, 1(b) das Substrat nach einem Ätzschritt zeigt und 1(c) das Substrat nach einer Bekeimung mit Metallpartikeln zeigt; und 1 is a schematic cross-sectional view of a substrate illustrating a conventional pretreatment process, wherein 1 (a) shows the initial state of the substrate, 1 (b) shows the substrate after an etching step and 1 (c) shows the substrate after germination with metal particles; and

2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zum Durchführen des Vorbehandlungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist. 2 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for performing the pretreatment method according to an embodiment of the present invention. FIG.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

1 veranschaulicht ein in der Technik bekanntes, konventionelles Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess. 1 FIG. 11 illustrates a conventional method known in the art for pretreating a surface of a substrate for a subsequent plating process.

Das in der schematischen Querschnittsdarstellung der 1(a) gezeigte Substrat 2 ist ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat(ABS)-Substrat. In der Oberfläche des ABS-Substrats 2 aufgenommenes Butadien 4 ist in 1(a) schematisch gezeigt. Der erste Schritt bei der Vorbehandlung eines solchen Substrats 2 durch konventionelle Verfahren besteht in einem Aufrauen der Substratoberfläche durch Beizen, beispielsweise in einer Chromschwefelsäurebeize (z. B. 400 g/l CrO₃ und 400 g/l H₂SO₄), wobei die Arbeitstemperatur bei ABS-Substraten 60°C beträgt. In diesem Beizschritt wird das Butadien 4 aus der Substratoberfläche auf oxidiert und somit aus der Oberfläche entfernt, wodurch Aussparungen oder Hohlräume 5, z. B. Kavernen, in der Substratoberfläche entstehen, wie schematisch in 1(b) gezeigt ist.This in the schematic cross-sectional view of 1 (a) shown substrate 2 is an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS) substrate. In the surface of the ABS substrate 2 absorbed butadiene 4 is in 1 (a) shown schematically. The first step in the pretreatment of such a substrate 2 Conventional processes involve roughening the substrate surface by pickling, for example in a chromosulfuric acid pickling (eg 400 g / l CrO ₃ and 400 g / l H ₂ SO ₄ ), the working temperature for ABS substrates being 60 ° C. In this pickling step, the butadiene 4 from the substrate surface to oxidized and thus removed from the surface, creating recesses or cavities 5 , z. As caverns, arise in the substrate surface, as shown schematically in 1 (b) is shown.

Anschließend werden metallische Keime 6, beispielsweise Palladiumkeime, in die Aussparungen oder Hohlräume 5 eingebracht, wie schematisch in 1(c) gezeigt ist. Insbesondere werden Palladiumkeime verwendet, die von einer Zinnhülle umgeben sind und ein Kolloid bilden. In einem weiteren Schritt wird die Zinnhülle, die für eine Haftung der Palladiumkeime 6 in den Aussparungen oder Hohlräumen 5 sorgt, in einem Beschleuniger (z. B. Tetrafluorborsäure mit 17 g/l) bei einer Temperatur von 45 bis 50°C so weit entfernt, dass die Palladiumkeime 6 freiliegen. Das hohe Standardpotential des Palladiums sorgt in einem anschließenden Galvanisierungsprozess, wie z. B. einer Vernickelung in einem Nickelbad (z. B. Nickelsulfat, Ammoniak und Natriumhypophosphit als Elektronenlieferant) für den Start der Reaktion. Ein Reduktionsmittel, das selbst oxidiert wird, gibt die zur Nickelabscheidung auf die Substratoberfläche notwendigen Elektronen ab. Auf diese Weise entsteht eine erste dünne, leitfähige Nickelschicht, die durch ein Auffüllen der Aussparungen oder Hohlräume 5 eine mechanische Verzahnung mit dem Substrat 2 eingeht. Auf diese Schicht kann dann weiter mit konventionellen Verfahren aufgebaut werden. Beispielsweise kann ein Kupfer-Nickel-Chrom-System, wie es insbesondere in der dekorativen Galvanotechnik weit verbreitet ist, aufgebracht werden.Subsequently, metallic germs 6 , For example, palladium nuclei, in the recesses or cavities 5 introduced as shown schematically in FIG 1 (c) is shown. In particular, palladium nuclei are used, which are surrounded by a tin shell and form a colloid. In a further step, the tin shell is responsible for the adhesion of the palladium nuclei 6 in the recesses or cavities 5 ensures in an accelerator (eg, tetrafluoroboric acid at 17 g / l) at a temperature of 45 to 50 ° C so far away that the palladium nuclei 6 exposed. The high standard potential of palladium ensures in a subsequent galvanization process, such. A nickel plating in a nickel bath (e.g., nickel sulfate, ammonia, and Sodium hypophosphite as electron donor) for the start of the reaction. A reducing agent, which itself is oxidized, releases the electrons necessary for nickel deposition on the substrate surface. In this way, a first thin, conductive nickel layer is formed by filling the recesses or cavities 5 a mechanical gearing with the substrate 2 received. This layer can then be further built up using conventional methods. For example, a copper-nickel-chromium system, as it is widely used in particular in decorative electroplating, be applied.

2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 shows a schematic cross-sectional view of an apparatus for performing a method for pretreatment of a surface of a substrate according to an embodiment of the present invention.

Die in 2 gezeigte Vorrichtung umfasst eine Plasmadüse 10, eine Gaszuführeinrichtung 20 und Generatoren 22 und 23 als Spannungsquellen. Die Plasmadüse 10 weist ein elektrisch leitfähiges Gehäuse 5, das vorzugsweise länglich, insbesondere rohrförmig, ausgebildet ist und einen elektrisch leitfähigen Düsenkopf 32 auf. Das Gehäuse 5 und der Düsenkopf 32 bilden einen von einem Prozessgas 18 durchströmten Düsenkanal 7.In the 2 The device shown comprises a plasma nozzle 10 , a gas supply device 20 and generators 22 and 23 as sources of voltage. The plasma nozzle 10 has an electrically conductive housing 5 , which is preferably elongate, in particular tubular, and an electrically conductive nozzle head 32 on. The housing 5 and the nozzle head 32 form one of a process gas 18 flowed through the nozzle channel 7 ,

Eine Opferelektrode 16 ist so vorgesehen, dass sie zumindest teilweise in dem Düsenkanal 7 angeordnet ist. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Opferelektrode 16 als Drahtelektrode ausgebildet. Die Opferelektrode 16 ist durch einen zylindrischen Kanal 21, der durch die Wand des Düsenkopfes 32 verläuft und dessen Innenwand mit einem isolierenden Material beschichtet ist, in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases 18 in dem Düsenkanal 7 in den Düsenkanal 7 eingeführt. Die Längsachse der Opferelektrode 16 liegt senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases 18 in dem Düsenkanal 7.A sacrificial electrode 16 is provided so that it at least partially in the nozzle channel 7 is arranged. In the in 1 the embodiment shown is the sacrificial electrode 16 formed as a wire electrode. The sacrificial electrode 16 is through a cylindrical channel 21 passing through the wall of the nozzle head 32 extends and whose inner wall is coated with an insulating material, in a direction perpendicular to the flow direction of the process gas 18 in the nozzle channel 7 in the nozzle channel 7 introduced. The longitudinal axis of the sacrificial electrode 16 is perpendicular to the flow direction of the process gas 18 in the nozzle channel 7 ,

Überdies ist eine Gegenelektrode 19 so vorgesehen, dass sie zumindest teilweise in dem Düsenkanal 7 angeordnet ist. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch die Gegenelektrode 19 als Drahtelektrode ausgebildet.Moreover, it is a counter electrode 19 provided so that they at least partially in the nozzle channel 7 is arranged. In the in 1 embodiment shown is also the counter electrode 19 formed as a wire electrode.

In den Düsenkanal 7 ist ein Rohr 14 eines Isolatormaterials, beispielsweise einer Keramik, eingesetzt.In the nozzle channel 7 is a pipe 14 an insulator material, such as a ceramic used.

Mittels des Generators 22, der als Pulsgenerator ausgebildet ist, wird eine Spannung zwischen der Gegenelektrode 19 und dem Gehäuse 5/Düsenkopf 32 angelegt. Die Pulsfrequenzen des Generators 22 sind nicht besonders beschränkt und liegen vorzugsweise in den im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten Bereichen. Zwischen den Generator 22 und die Gegenelektrode 19 kann vorteilhaft ein Gleichrichter (nicht gezeigt) geschaltet werden. Das Gehäuse 5 und der Düsenkopf 32 sind in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel geerdet.By means of the generator 22 , which is formed as a pulse generator, a voltage between the counter electrode 19 and the housing 5 / Nozzle head 32 created. The pulse frequencies of the generator 22 are not particularly limited and are preferably in the areas mentioned in the general part of the description. Between the generator 22 and the counter electrode 19 can advantageously a rectifier (not shown) are switched. The housing 5 and the nozzle head 32 are in the in 1 grounded embodiment shown.

Zwischen der Opferelektrode 16 und Erdpotential wird durch den Generator 23, der als Gleichspannungsgenerator ausgebildet ist, eine Gleichspannung angelegt. Durch diese Gleichspannung wird eine Entladung, insbesondere eine Bogenentladung, zwischen der Gegenelektrode 19 und der Opferelektrode 16 erzeugt.Between the sacrificial electrode 16 and ground potential is generated by the generator 23 , which is designed as a DC voltage generator, a DC voltage applied. By this DC voltage is a discharge, in particular an arc discharge, between the counter electrode 19 and the sacrificial electrode 16 generated.

Das Prozessgas 18 wird durch die Gaszuführeinrichtung 20 in den Düsenkanal 7 eingeleitet und zwar in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel so, dass es drallförmig durch den Düsenkanal 7 hindurch strömt. Die drallförmige bzw. wirbelförmige Strömung des Prozessgases 18 ist in 2 durch die spiralartige Linie 26 veranschaulicht. Eine solche Strömung des Prozessgases 18 kann durch eine Dralleinrichtung 12 erreicht werden. Dabei kann es sich um eine Platte mit Öffnungen oder Löchern handeln.The process gas 18 is through the gas supply 20 in the nozzle channel 7 initiated in the in 2 shown embodiment so that it is swirl-shaped through the nozzle channel 7 flows through it. The swirl-shaped or vortex-shaped flow of the process gas 18 is in 2 through the spiral-like line 26 illustrated. Such a flow of the process gas 18 can by a twisting device 12 be achieved. It can be a plate with openings or holes.

Der Entladungsbereich 17 der Opferelektrode 16, also der Bereich der Opferelektrode 16, in dem die Entladung überwiegend erfolgt, ist deren Spitze, wie in 2 schematisch veranschaulicht ist. Der Begriff „überwiegend” definiert hierin, dass der Entladungsbereich 17 der Opferelektrode 16 der Bereich der Opferelektrode 16 ist, in dem die Entladung über einen Zeitraum erfolgt, der 50% oder mehr des gesamten Entladungszeitraums beträgt, also des gesamten Zeitraums, in dem die Entladung an der Opferelektrode 16 erfolgt.The discharge area 17 the sacrificial electrode 16 , that is the area of the sacrificial electrode 16 in which the discharge is predominantly done, its tip is as in 2 is illustrated schematically. The term "predominantly" defines herein that the discharge area 17 the sacrificial electrode 16 the area of the sacrificial electrode 16 in which discharge takes place over a period of 50% or more of the entire discharge period, that is, the entire period in which the discharge on the sacrificial electrode 16 he follows.

Durch die Entladung wird von der Spitze der Opferelektrode 16, also von dem Entladungsbereich 17, Material abgetragen. Aus dem abgetragenen Material entstehen Partikel 30, vorzugsweise Mikro- und Nanopartikel, die mit der wirbelförmigen Gasströmung 28 weitertransportiert werden.The discharge is from the tip of the sacrificial electrode 16 , that is from the discharge area 17 , Material removed. Particles are formed from the removed material 30 , preferably micro- and nanoparticles, with the vortex-shaped gas flow 28 be transported further.

Wie aus den obigen Ausführungen folgt, wird bei Betrieb der in 2 gezeigten Vorrichtung ein Plasma in dem Prozessgas 18 durch eine Entladung zwischen der Opferelektrode 16 und der Gegenelektrode 19 erzeugt. Durch diese Entladung wird von der Opferelektrode 16 Material abgetragen. Die Opferelektrode 16 besteht aus einem Metall, beispielsweise einem Übergangsmetall, so dass auch die aus dem abgetragenen Material entstehenden Partikel 30 metallisch sind.As follows from the above statements, the in 2 apparatus shown a plasma in the process gas 18 by a discharge between the sacrificial electrode 16 and the counter electrode 19 generated. This discharge is from the sacrificial electrode 16 Material removed. The sacrificial electrode 16 consists of a metal, such as a transition metal, so that the resulting from the removed material particles 30 metallic.

Die Partikel 30 werden von der wirbelförmigen Gasströmung 28 weitertransportiert und treten durch einen Auslass 36 des Düsenkopfes 32 aus der Plasmadüse 10 heraus. Somit können die hergestellten Partikel 30 über den Auslass 36 gezielt auf die Oberfläche eines Substrats 50 aufgebracht werden, wie in 2 schematisch gezeigt ist.The particles 30 be from the vortex-shaped gas flow 28 transported on and pass through an outlet 36 of the nozzle head 32 from the plasma nozzle 10 out. Thus, the produced particles 30 over the outlet 36 targeted to the Surface of a substrate 50 be applied as in 2 is shown schematically.

Das Substrat 50 kann beispielsweise aus Kunststoff, z. B. einem Polymer (z. B. Teflon), oder auch aus Holz, Glas oder Keramik bestehen.The substrate 50 For example, plastic, z. As a polymer (eg., Teflon), or even made of wood, glass or ceramic.

Wie durch den Pfeil 52 in 2 angedeutet ist, kann hierbei das Substrat 50 relativ zu der Plasmadüse 10 bewegt werden, wodurch eine kontrollierte lokale Aufbringung der Partikel 30 auf der Oberfläche Substrats 50 ermöglicht wird.As by the arrow 52 in 2 is indicated, in this case, the substrate 50 relative to the plasma nozzle 10 be moved, creating a controlled local application of the particles 30 on the surface substrate 50 is possible.

Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die metallischen Partikel 30 so auf der Oberfläche Substrats 50 abgeschieden, dass sie an der Substratoberfläche zumint teilweise freiliegen und zumint teilweise von der Substratoberfläche hervorstehen. Somit erzeugen die auf der Substratoberfläche abgeschiedenen metallischen Partikel 30 in besonders effizienter Weise eine elektrische Leitfähigkeit an dieser Oberfläche, die eine weitere Beschichtung der Oberfläche durch Galvanisierung oder elektrostatische Beschichtung ohne zusätzliche Zwischenschritte ermöglicht.At the in 2 The embodiment shown, the metallic particles 30 so on the surface substrate 50 deposited to partially expose to the substrate surface and partially protrude from the substrate surface. Thus, the deposited on the substrate surface metallic particles 30 in a particularly efficient way, an electrical conductivity at this surface, which allows a further coating of the surface by electroplating or electrostatic coating without additional intermediate steps.

Um die Haftung einer durch Galvanisierung oder elektrostatische Beschichtung aufgebrachten Schicht weiter zu verbessern, kann zudem die Oberfläche Substrats 50, insbesondere während Abscheidens der Partikel 30 auf der Oberfläche, durch das über den Auslass 36 Düsenkopfes 32 ausgebrachte Atmosphärendruckplasma aufgeraut und/oder aktiviert werden.In order to further improve the adhesion of a layer applied by electroplating or electrostatic coating, the surface may also be substrate 50 , in particular during deposition of the particles 30 on the surface, through the outlet 36 nozzle head 32 roughened atmospheric pressure plasma roughened and / or activated.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats kann folglich mit der in der 2 gezeigten Vorrichtung in besonders effizienter und einfacher Weise durchgeführt werden.The inventive method for pretreatment of a surface of a substrate can thus with the in the 2 shown device can be performed in a particularly efficient and simple manner.

Wie in 2 schematisch gezeigt ist, sind die auf der Oberfläche Substrats 50 abgeschiedenen Partikel 30 teilweise in der Substratoberfläche aufgenommen bzw. in diese eingesunken. Ein solches teilweises Einsinken der Partikel 30 in die Substratoberfläche kann durch eine geeignete Wahl der Plasmatemperatur und/oder der Wärmekapazität Partikelmaterials und/oder der Schmelztemperatur Substratmaterials erzielt werden.As in 2 is shown schematically, are on the surface substrate 50 separated particles 30 partially absorbed or sunk into the substrate surface. Such a partial sinking of the particles 30 In the substrate surface can be achieved by a suitable choice of the plasma temperature and / or the heat capacity of particulate material and / or the melting temperature of the substrate material.

Die Unterschiede zwischen dem in 2 schematisch gezeigten, erfindungsgemäßen vorbehandelten Substrat 50 und einem durch konventionelle Vorbehandlungsverfahren erhaltenen Substrat sind aus einem Vergleich der 1(c) mit der 2 ersichtlich. Insbesondere sind bei dem erfindungsgemäßen vorbehandelten Substrat 50 die Partikel 30 teilweise in der Oberfläche des Substrats 50 aufgenommen, so dass der gesamte Bereich der Partikel 30, der sich innerhalb des Substrats 50 befindet, in direktem oder unmittelbarem Kontakt zu dem Substrat 50 steht.The differences between the in 2 schematically shown pretreated substrate according to the invention 50 and a substrate obtained by conventional pretreatment methods are by comparison of 1 (c) with the 2 seen. In particular, in the pretreated substrate according to the invention 50 the particles 30 partially in the surface of the substrate 50 absorbed, so that the entire area of the particles 30 that is inside the substrate 50 is in direct or direct contact with the substrate 50 stands.

Im Anschluss an eine wie oben dargelegte Vorbehandlung des Substrats 50 mittels der in 2 gezeigten Vorrichtung kann eine Schicht, insbesondere eine metallische oder polymere Schicht, durch einen Galvanisierungsprozess oder einen elektrostatischen Beschichtungsprozess auf die vorbehandelte Oberfläche aufgebracht werden. Der Galvanisierungsprozess bzw. der elektrostatische Beschichtungsprozess können beispielsweise in der im allgemeinen Teil der Beschreibung dargelegten Weise erfolgen.Following a pretreatment of the substrate as set forth above 50 by means of in 2 As shown, a layer, in particular a metallic or polymeric layer, can be applied to the pretreated surface by a plating process or an electrostatic coating process. The electroplating process or the electrostatic coating process can be carried out, for example, in the manner described in the general part of the description.

Somit kann ein Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der in 2 gezeigten Vorrichtung in einfacher Weise durchgeführt werden.Thus, a method of coating a surface of a substrate according to an embodiment of the present invention using the methods disclosed in U.S. Pat 2 be performed device shown in a simple manner.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Beschichtungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung können die Partikel 30 über den Auslass 36 des Düsenkopfes 32 direkt auf die innere Oberfläche einer Spritzgussform aufgebracht werden. Die Partikel 30 können jedoch auch auf eine Oberfläche einer anderen Form, insbesondere einer anderen Werkzeugform, aufgebracht werden. Anschließend kann ein flüssiges Kunststoffmaterial, wie z. B. ein Polymermaterial, in die Form eingebracht bzw. eingespritzt werden. Das eingebrachte Kunststoffmaterial härtet in der Form aus, so dass ein Substrat mit auf dessen Oberfläche aufgebrachten metallischen Partikeln 30 ausgebildet wird. Nach erfolgter Aushärtung des Kunststoffmaterials wird das so ausgebildete Substrat mit den Partikeln 30 aus der Form entnommen und einem nachfolgenden Beschichtungsprozess, wie z. B. einem Galvanisierungsprozess oder einem elektrostatischen Beschichtungsprozess, unterzogen.In a further embodiment of the coating method according to the present invention, the particles 30 over the outlet 36 of the nozzle head 32 be applied directly to the inner surface of an injection mold. The particles 30 However, they can also be applied to a surface of another mold, in particular another mold. Subsequently, a liquid plastic material, such as. As a polymer material, are introduced or injected into the mold. The introduced plastic material cures in the mold, so that a substrate with deposited on the surface of metallic particles 30 is trained. After curing of the plastic material, the thus formed substrate with the particles 30 removed from the mold and a subsequent coating process, such. As a galvanization process or an electrostatic coating process subjected.

Die durch die erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichte einfache und effiziente Beschichtung von Substratoberflächen gestattet den Einsatz dieser Verfahren in vielfältigen Anwendungsgebieten, wie z. B. im Medizinsektor, für Haushaltsgeräte, für Hygieneartikel, für den Automobil- und Flugzeugbau und für elektronische Elemente.The simple and efficient coating of substrate surfaces made possible by the methods according to the invention allows the use of these methods in a variety of fields of application, such. In the medical sector, for household appliances, for hygiene articles, for the automobile and aircraft industry and for electronic elements.

Die Verfahren gemäß der Erfindung können zum Metallisieren von Gläsern und Polymeren, zum Aufbringen lokaler Strukturen auf Kunststoffoberflächen, zum Aufbringen von Sensorelementen auf Kunststoffoberflächen (z. B. zur Dehnungsmessung), zum Aufbringen von RFID-Strukturen auf Kunststoffbauteilen (z. B. für einen Plagiatschutz) oder zum Erzeugen von Cooltouch-Effekten verwendet werden.The methods according to the invention can be used for metallizing glasses and polymers, for applying local structures to plastic surfaces, for applying sensor elements to plastic surfaces (for example for strain measurement), for applying RFID structures to plastic components (for example for a Plagiarism) or to create cool touch effects.

Beispielsweise ermöglichen die Verfahren eine Verspiegelung von Polymeren, eine Beschichtung für IR-Strahlungsschutz (IR-Reflektion), z. B. im Architekturbereich (z. B. Glasbeschichtungen) oder im automotiven Bereich (z. B. Kunststoffbeschichtungen), und Anti-Reif-/Anti-Eis-Beschichtungen, beispielsweise durch leitfähige Oberflächen, die durch Stromfluss geheizt werden können. For example, the methods allow a mirroring of polymers, a coating for IR radiation protection (IR reflection), z. In the architectural field (eg, glass coatings) or in the automotive sector (eg, plastic coatings), and anti-frost / anti-ice coatings, for example, by conductive surfaces that can be heated by current flow.

Überdies können mittels der erfindungsgemäßen Verfahren dekorative Beschichtungen von Polymeren, z. B. zur Steigerung der Wertigkeit von Kunststoffen, erzeugt werden.In addition, decorative coatings of polymers, e.g. B. to increase the valence of plastics produced.

Im Folgenden werden die wesentlichen Aspekte der vorliegenden Erfindung nochmal zusammengefasst:

(1) Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats, insbesondere für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess oder einen nachfolgenden elektrostatischen Beschichtungsprozess, wobei bei dem Verfahren durch eine Entladung zwischen Elektroden in einem Prozessgas ein Atmosphärendruckplasma erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, es sich bei dem abgetragenen Material um leitfähige, insbesondere metallische, Partikel handelt und/oder aus dem abgetragenen Material leitfähige, insbesondere metallische, Partikel entstehen, und die Partikel so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats erhöht wird.
(2) Verfahren nach Punkt (1), bei dem das Substrat aus einem Material besteht, das nicht elektrisch leitfähig ist.
(3) Verfahren nach Punkt (1) oder (2), bei dem die Partikel so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie an der Oberfläche des Substrats zumindest teilweise freiliegen.
(4) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Partikel so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie zumindest teilweise von der Oberfläche des Substrats hervorstehen.
(5) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Partikel bei Atmosphärendruck auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden.
(6) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Oberfläche des Substrats durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere einen relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, aufgeraut wird.
(7) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Oberfläche des Substrats durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere einen relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, aktiviert wird.
(8) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Oberfläche des Substrats durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere einen relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, gereinigt wird.
(9) Verfahren nach einem der Punkte (6) bis (8), bei dem das Aufrauen und/oder das Aktivieren und/oder das Reinigen der Oberfläche des Substrats durch das Atmosphärendruckplasma im Wesentlichen während des Abscheidens der Partikel auf der Oberfläche des Substrats erfolgt.
(10) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Oberfläche des Substrats nicht vollständig mit den darauf abgeschiedenen Partikeln belegt wird.
(11) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem das Substrat aus Kunststoff, Holz, Glas oder Keramik besteht, vorzugsweise aus Kunststoff.
(12) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Partikel aus einem Übergangsmetall, insbesondere aus Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti oder Pt, oder aus Zn oder Al bestehen.
(13) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Entladung eine gepulste Entladung ist.
(14) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem zwischen Opferelektrode und Erdpotential eine Gleichspannung angelegt wird.
(15) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Partikel eine Partikelgröße im Bereich von 2 nm bis 20 μm, vorzugsweise 2 nm bis 50 nm, aufweisen.
(16) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem das Erzeugen des Atmosphärendruckplasmas, das Abtragen des Materials und das Abscheiden der Partikel auf der Oberfläche des Substrats unter Verwendung einer Plasmadüse durchgeführt werden.
(17) Verfahren nach Punkt (16), bei dem Partikel im Zeitraum zwischen dem Abtragen des Materials von der Opferelektrode und der Abscheidung auf der Oberfläche des Substrats entstehen.
(18) Verfahren nach Punkt (16) oder (17), bei dem die Plasmadüse ein Gehäuse mit einem Kanal umfasst, das Prozessgas durch den Kanal strömt und die Elektroden zumindest teilweise in dem Kanal angeordnet sind.
(19) Verfahren nach Punkt (18), bei dem das Gehäuse einen Auslass aufweist und die Partikel durch den Auslass auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden.
(20) Verfahren nach Punkt (19), bei dem zumindest ein Teil des Atmosphärendruckplasmas als Plasmastrahl durch den Auslass auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.
(21) Verfahren nach einem der Punkte (16) bis (20), bei dem die Plasmadüse während des Abscheidens der Partikel auf der Oberfläche des Substrats relativ zu dem Substrat bewegt wird.
(22) Verfahren nach Punkt (21), bei dem die Plasmadüse während des Abscheidens der Partikel auf der Oberfläche des Substrats relativ zu dem Substrat in einer Richtung oder mehreren Richtungen bewegt wird, die im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Substrats liegt oder liegen.
(23) Vorbehandlungsprodukt, das durch das Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte erhältlich ist.
(24) Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats, das die folgenden Schritte umfasst: Vorbehandeln der Oberfläche des Substrats durch das Verfahren nach einem der Punkte (1) bis (22), und Aufbringen einer Schicht auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats.
(25) Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats, bei dem durch eine Entladung zwischen Elektroden in einem Prozessgas ein Atmosphärendruckplasma erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, es sich bei dem abgetragenen Material um leitfähige, insbesondere metallische, Partikel handelt und/oder aus dem abgetragenen Material leitfähige, insbesondere metallische, Partikel entstehen, die Partikel auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht werden, und in einem späteren Schritt eine Schicht auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.
(26) Verfahren nach Punkt (25), bei dem das Aufbringen der Partikel auf die Oberfläche des Substrats die folgenden Schritte umfasst: Aufbringen der Partikel auf eine Oberfläche einer Form, Einbringen eines Substratmaterials in die Form, Ausbilden des Substrats aus dem Substratmaterial in der Form, so dass die Partikel auf die Oberfläche des Substrats auf gebracht werden, und Entnehmen des ausgebildeten Substrats mit den auf dessen Oberfläche aufgebrachten Partikeln aus der Form.
(27) Verfahren nach Punkt (26), bei dem das Substratmaterial, das in die Form eingebracht wird, ein fließfähiges Substratmaterial ist.
(28) Verfahren nach Punkt (27), bei dem das Substratmaterial beim Ausbilden des Substrats in der Form aushärtet.
(29) Verfahren nach einem der Punkte (26) bis (28), bei dem das Substratmaterial nicht elektrisch leitfähig ist.
(30) Verfahren nach einem der Punkte (26) bis (29), bei dem das Substratmaterial Kunststoff, Holz, Glas oder Keramik ist, vorzugsweise Kunststoff.
(31) Verfahren nach einem der Punkte (25) bis (30), bei dem die Partikel aus einem Übergangsmetall, insbesondere aus Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti oder Pt, oder aus Zn oder Al bestehen.
(32) Verfahren nach einem der Punkte (25) bis (31), bei dem die Entladung eine gepulste Entladung ist.
(33) Verfahren nach einem der Punkte (25) bis (32), bei dem die Partikel eine Partikelgröße im Bereich von 2 nm bis 20 μm, vorzugsweise 2 nm bis 50 nm, aufweisen.
(34) Verfahren nach einem der Punkte (24) bis (33), bei dem die Schicht eine metallische oder polymere Schicht ist.
(35) Verfahren nach einem der Punkte (24) bis (34), bei dem die Schicht unter Anlegen einer elektrischen Spannung an das Substrat auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.
(36) Verfahren nach einem der Punkte (24) bis (35), bei dem das Aufbringen der Schicht auf die Oberfläche des Substrats durch einen Galvanisierungsprozess oder einen elektrostatischen Beschichtungsprozess erfolgt.
(37) Verfahren nach einem der Punkte (24) bis (36), bei dem die Schicht aus Ni, Cr oder Cu besteht.
(38) Verfahren nach einem der Punkte (24) bis (36), bei dem die Schicht aus PE, PA oder PVC besteht.
(39) Produkt, das durch das Verfahren nach einem der Punkte (24) bis (38) erhältlich ist.

In the following, the essential aspects of the present invention are summarized again:

(1) A method for pretreating a surface of a substrate, in particular, for a subsequent plating process or a subsequent electrostatic coating process, wherein the method is generated by a discharge between electrodes in a process gas, an atmospheric pressure plasma, at least one of the electrodes is a sacrificial electrode, from which the discharge material is removed, it is at the abraded material to conductive, especially metallic, particles and / or conductive, especially metallic, particles are formed from the abraded material, and the particles are deposited on the surface of the substrate, that the electrical Conductivity of the surface of the substrate is increased.
(2) The method according to item (1), wherein the substrate is made of a material that is not electrically conductive.
(3) The method according to item (1) or (2), wherein the particles are deposited on the surface of the substrate so as to be at least partially exposed on the surface of the substrate.
(4) The method according to any one of the preceding claims, wherein the particles are deposited on the surface of the substrate so as to protrude at least partially from the surface of the substrate.
(5) The method according to any preceding item, wherein the particles are deposited at atmospheric pressure on the surface of the substrate.
(6) Method according to one of the preceding points, wherein the surface of the substrate is roughened by the atmospheric pressure plasma, in particular a relaxing region of the atmospheric pressure plasma.
(7) The method according to any preceding item, wherein the surface of the substrate is activated by the atmospheric pressure plasma, in particular a relaxing region of the atmospheric pressure plasma.
(8) The method according to any preceding item, wherein the surface of the substrate is cleaned by the atmospheric pressure plasma, in particular a relaxing region of the atmospheric pressure plasma.
(9) The method according to any one of (6) to (8), wherein roughening and / or activating and / or cleaning the surface of the substrate by the atmospheric pressure plasma substantially during Deposition of the particles takes place on the surface of the substrate.
(10) The method according to any preceding item, wherein the surface of the substrate is not completely occupied by the particles deposited thereon.
(11) Method according to one of the preceding points, wherein the substrate consists of plastic, wood, glass or ceramic, preferably of plastic.
(12) Method according to one of the preceding points, wherein the particles consist of a transition metal, in particular of Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti or Pt, or of Zn or Al.
(13) The method according to any preceding item, wherein the discharge is a pulsed discharge.
(14) Method according to one of the preceding points, wherein a DC voltage is applied between sacrificial electrode and ground potential.
(15) Method according to one of the preceding points, in which the particles have a particle size in the range of 2 nm to 20 μm, preferably 2 nm to 50 nm.
(16) The method of any preceding item, wherein generating the atmospheric pressure plasma, ablating the material, and depositing the particles on the surface of the substrate are performed using a plasma nozzle.
(17) The method of item (16), wherein particles are formed in the period between the removal of the material from the sacrificial electrode and the deposition on the surface of the substrate.
(18) The method of item (16) or (17), wherein the plasma nozzle comprises a housing having a channel, the process gas flows through the channel, and the electrodes are at least partially disposed in the channel.
(19) The method of item (18), wherein the housing has an outlet and the particles are deposited through the outlet on the surface of the substrate.
(20) The method of item (19), wherein at least a part of the atmospheric pressure plasma is applied as a plasma jet through the outlet to the surface of the substrate.
(21) The method of any one of (16) to (20), wherein the plasma nozzle is moved relative to the substrate during the deposition of the particles on the surface of the substrate.
(22) The method of item (21), wherein the plasma nozzle is moved during deposition of the particles on the surface of the substrate relative to the substrate in one or more directions substantially parallel to the surface of the substrate.
(23) Pretreatment product obtainable by the method according to any one of the preceding points.
(24) A method of coating a surface of a substrate, comprising the steps of: pretreating the surface of the substrate by the method of any of (1) to (22), and applying a layer to the pretreated surface of the substrate.
(25) A method of coating a surface of a substrate, wherein an atmospheric pressure plasma is generated by a discharge between electrodes in a process gas, at least one of the electrodes is a sacrificial electrode from which material is discharged by the discharge, the material removed is conductive, in particular metallic, particles and / or from the abraded material conductive, in particular metallic, particles are formed, the particles are applied to the surface of the substrate, and in a later step, a layer is applied to the surface of the substrate.
(26) The method of item (25), wherein applying the particles to the surface of the substrate comprises the steps of: applying the particles to a surface of a mold, introducing a substrate material into the mold, forming the substrate from the substrate material in the mold Form, so that the particles are brought to the surface of the substrate, and removing the formed substrate with the particles deposited on the surface of the mold.
(27) The method of item (26), wherein the substrate material introduced into the mold is a flowable substrate material.
(28) The method of item (27), wherein the substrate material is cured in forming the substrate.
(29) The method according to any one of (26) to (28), wherein the substrate material is not electrically conductive.
(30) The method according to any one of (26) to (29), wherein the substrate material is plastic, wood, glass or ceramic, preferably plastic.
(31) The method according to any one of (25) to (30), wherein the particles are made of a transition metal, in particular Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti or Pt, or Zn or Al.
(32) The method according to any one of (25) to (31), wherein the discharge is a pulsed discharge.
(33) The method according to any one of (25) to (32), wherein the particles have a particle size in the range of 2 nm to 20 μm, preferably 2 nm to 50 nm.
(34) The method according to any one of (24) to (33), wherein the layer is a metallic or a polymeric layer.
(35) The method according to any one of (24) to (34), wherein the layer is applied to the surface of the substrate while applying an electric voltage to the substrate.
(36) The method according to any one of (24) to (35), wherein the deposition of the layer on the surface of the substrate is performed by a plating process or an electrostatic coating process.
(37) The method according to any one of (24) to (36), wherein the layer is made of Ni, Cr or Cu.
(38) Method according to any one of items (24) to (36), wherein the layer consists of PE, PA or PVC.
(39) Product obtainable by the method of any of (24) to (38).

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009048397 A [0067, 0067, 0067]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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C. Tendero et al. in "Atmospheric pressure plasmas: A review", Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2006, pp. 2-30 [0017]

Claims

Method for pretreating a surface of a substrate ( 50 ), in particular for a subsequent electroplating process or a subsequent electrostatic coating process, wherein in the process by a discharge between electrodes ( 16 ; 5 . 32 ) in a process gas ( 18 ) an atmospheric pressure plasma is generated, at least one of the electrodes has a sacrificial electrode ( 16 ), from which material is removed by the discharge, the material removed is conductive, in particular metallic, particles ( 30 ) and / or from the abraded material conductive, in particular metallic, particles ( 30 ), and the particles ( 30 ) are deposited on the surface of the substrate so that the electrical conductivity of the surface of the substrate is increased.

The method of claim 1, wherein the substrate is made of a material that is not electrically conductive.

The method of claim 1 or 2, wherein the particles are deposited on the surface of the substrate such that they are at least partially exposed on the surface of the substrate and / or at least partially project from the surface of the substrate.

Method according to one of the preceding claims, wherein the surface of the substrate by the atmospheric pressure plasma, in particular a relaxing region of the atmospheric pressure plasma, roughened and / or activated and / or purified.

The method of claim 4, wherein roughening and / or activating and / or cleaning the surface of the substrate by the atmospheric pressure plasma occurs substantially during the deposition of the particles on the surface of the substrate.

Method according to one of the preceding claims, wherein the surface of the substrate is not completely covered with the particles deposited thereon.

Method according to one of the preceding claims, in which the particles have a particle size in the range from 2 nm to 20 μm, preferably 2 nm to 50 nm.

Method according to one of the preceding claims, wherein the generation of the atmospheric pressure plasma, the removal of the material and the deposition of the particles on the surface of the substrate using a plasma nozzle ( 10 ) be performed.

Method according to claim 8, in which particles ( 30 ) arise in the period between the removal of the material from the sacrificial electrode and the deposition on the surface of the substrate.

Method according to Claim 8 or 9, in which the plasma nozzle comprises a housing ( 5 ) with a channel ( 7 ), the process gas flows through the channel and the electrodes are at least partially disposed in the channel; and / or the plasma nozzle is moved relative to the substrate during the deposition of the particles on the surface of the substrate.

Method according to one of the preceding claims, in which a DC voltage is applied between the sacrificial electrode and ground potential.

A pretreatment product obtainable by the process of any one of the preceding claims.

A method of coating a surface of a substrate comprising the steps of: Pretreating the surface of the substrate by the method of any one of claims 1 to 11, and Applying a layer to the pretreated surface of the substrate.

Method for coating a surface of a substrate ( 50 ), in which by a discharge between electrodes ( 16 ; 5 . 32 ) in a process gas ( 18 ) an atmospheric pressure plasma is generated, at least one of the electrodes has a sacrificial electrode ( 16 ), from which material is removed by the discharge, the material removed is conductive, in particular metallic, particles ( 30 ) and / or from the abraded material conductive, in particular metallic, particles ( 30 ) are formed, the particles are brought to the surface of the substrate, and in a later step, a layer is applied to the surface of the substrate.

The method of claim 14, wherein applying the particles to the surface of the substrate comprises the steps of: applying the particles to a surface of a mold, introducing a substrate material, particularly a flowable substrate material, into the mold, forming the substrate from the substrate material the shape so that the particles are applied to the surface of the substrate, and Removing the formed substrate with the particles deposited on its surface from the mold.

Method according to one of claims 13 to 15, in which the layer is a metallic or polymeric layer; and or the layer is applied to the surface of the substrate while applying an electrical voltage to the substrate.

Method according to one of claims 13 to 16, wherein the application of the layer on the surface of the substrate by a plating process or an electrostatic coating process takes place.

A product obtainable by the process of any of claims 13 to 17.