DE1040872B - Verfahren zum Aufbringen metallischer Schichten auf nichtleitende Unterlagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von metallischen Schichten auf nichtleitende Unterlagen. Das Einbrennen von metallischen Schichten z. B. für keramische Röhrchenkondensatoren geschieht im allgemeinen in der Weise, daß das keramische Röhrchen auf seinen zu metallisierenden Oberflächenteilen mit einer Metallsuspension, im allgemeinen Silbersuspension, bestrichen und diese Suspension dann auf der Oberfläche eingebrannt wird. Bei diesem Einbrennen verflüchtigt sieh das Lösungsmittel der Metallsuspension, und die kleinen in der Suspension befindlichen Metallteilchen bilden eine zusammenhängende auf der Unterlage fest haftende Metallschicht. Zum Erwärmen werden die mit der Suspension bestrichenen Teilchen in einen Ofen gelegt, aus dem sie dann nach genügend langer Einbrennzeit entnommen werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, solche und ähnliche Einbrennverfahren wesentlich zu vereinfachen und zu verbessern. Die Erfindung macht sich hierbei das an sich bekannte Mittel der Hochfrequenzerhitzung zu Nutze. Dieses Mittel anzuwenden, ist im vorliegenden Fall überraschend, weil nämlich die Metallsuspensionen zunächst im allgemeinen nicht oder nur sehr schlecht leitend sind, nach dem Einbrennen jedoch gut leiten und somit weder für die dielektrische noch für die induktive Erhitzung durch Hoch- oder Mittelfrequenzen geeignet erscheinen. Um dies trotzdem zu ermöglichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die nichtleitende Unterlage auf ihren zu metallisierenden Oberflächenteilen mit einer nicht- oder schlecht leitenden Suspension des Metalls der aufzubringenden Metallschicht zu benetzen und zusammen mit einem Metallteil in ein Wechselfeld genügend hoher Frequenz einzubringen, durch das das Metallteil so hoch und so lange erhitzt wird, daß die auf der nichtleitenden Unterlage aufgebrachte Suspensionsschicht unter Austreibung der in ihr flüchtigen Bestandteile leitend und auf der nichtleitenden Unterlage festgebrannt wird.

Insbesondere kann zum Einbrennen der metallisierten Schicht auf die nichtleitende Unterlage ein von Hochfrequenz induktiv erhitzter Metallteil in der Nähe der anzubringenden Schicht angebracht werden, der dann nach dem Einbrennen wieder entfernt wird. Der Vorgang bei diesem Einbrennen ist dann folgender: Durch das Einbringen des mit der metallischen Schicht zu versehenden und mit der Suspension bestrichenen Teiles in das Mittel- oder Hochfrequenzfeld wird zunächst der metallische Kern, also nicht die Suspension durch die Hochfrequenzwirbelströme erhitzt. Die Hitze dieses Metallteiles überträgt sich dann durch Strahlung und/oder Leitung auch auf die Suspension, aus der die flüchtigen Bestandteile, in denen das aufzubringende Metallpulver suspendiert Verfahren zum Aufbringen

metallischer Schichten auf nichtleitende

Unterlagen

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Kurt Eltze und Heinz lEhrlich, Karlsruhe,
sind als Erfinder genannt worden

ist, sich zu verflüchtigen beginnen. Die Erhitzung des Metallteiles muß also so groß gewählt sein, daß dieser Verflüchtigungsvorgang in der Suspension möglichst schnell einsetzt. Wenn dann die flüchtigen Bestandteile der Suspension in genügender Menge ausgetrieben sind, beginnt die Suspension leitend zu werden. Mit zunehmender Leitfähigkeit nehmen auch die durch die Hochfrequenz erzeugten Wirbelströme in ihr zu, so daß nunmehr die hochfrequenten Felder die Suspensionsschicht unmittelbar erwärmen. Diese Erwärmung wird so weit getrieben, bis sämtliche flüchtigen Bestandteile aus der Schicht ausgetrieben und die gewünschte zusammenhängende und auf der Unterlage fest haftende Schicht entstanden ist. Bei der Verwendung von mittel- oder hochfrequenten Feldern wirkt diese Schicht dann teilweise als induktive Abschirmung für den zunächst die Erwärmung einleitenden metallischen Teil, so daß ein großer Teil der Hochfrequenzenergie in der Schicht selbst zum Austreiben der flüchtigen Bestandteile und zum Festbrennen der metallischen Schicht verwendet wird. Wie Versuche gezeigt haben, ist die für dieses Einbrennen benötigte Zeit nur ein sehr kleiner Bruchteil der Zeit, die beim Einbrennen in öfen od. dgl. benötigt wird. Auch der Wirkungsgrad der Anlage, der durch das Verhältnis der aufgewandten elektrischen Energie pro cm² eingebrannter Fläche gegeben ist, ist gegenüber dem Einbrennen in Öfen wesentlich verbessert Außerdem eignet sich dieses Verfahren sehr gut zum fortlaufenden Einbrennen von metallischen Schichten auf nichtleitenden Körpern, indem diese _L Körper insbesondere in einer Art Durchschubver-

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fahren mit entsprechender Geschwindigkeit durch das Hochfrequenzfeld hindurchwandern, nachdem sie vorher auf ihren zu metallisierenden Oberflächenteilen mit der Suspension bestrichen sind.

Um ein gutes Haften der eingebrannten Schichten auf den Unterlagen sicherzustellen, ist es vorteilhaft, Unterlagen mit rauher Oberfläche zu verwenden. Bei Keramikröhrchen ist dies durch die Struktur der Keramik an sich schon gegeben. Beim Einbrennen derartiger Schichten auf glatten Unterlagen empfiehlt es sich jedoch, die zu metallisierenden Oberflächenteile der Unterlage vorher aufzurauhen. Dieses Aufrauhen kann mechanisch z. B. durch Sandstrahlung erfolgen.

In den Figuren sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, aus denen im Zusammenhang mit der Beschreibung weitere Einzelheiten der Erfindung hervorgehen. In der Fig. 1 stellt 1 eine Hochfrequenzspule dar, die in geeigneter Weise an einen Mittel- oder Hochfrequenzgenerator 2 angeschlossen ist. In dieser Spule taucht das auf seiner Oberfläche zu metallisierende Teil z. B. das Keramikröhrchen 3, das durch vorheriges Eintauchen z. B. innen und außen mit der in Fig. 1 gestrichelt gezeichneten Suspensionsschicht 4 versehen ist. Da es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen Isolator 3 handelt, erzeugt das Hochfrequenzfeld der Spule 1 weder im Keramikröhrchen 3 noch in der Schicht 4 genügend starke Wirbelströme, und die Schicht 4 wird somit nicht genügend erwärmt. Um trotzdem ein schnelles Einbrennen der Suspensionsschicht 4 zu ermöglichen, ist in das Röhrchen 3 gemäß der Erfindung ein Teil 5 aus Metall, insbesondere einem magnetisch wirksamen Metall, wie Eisen oder Stahl, eingeschoben, das zweckmäßigerweise durch das Röhrchen 3 hindurchragt, um eine gleichmäßige Erwärmung des Röhrchen auf seiner ganzen Länge zu gewährleisten. Außerdem dient das Metallteil 5 vorzugsweise gleichzeitig zur Halterung des Röhrchens, indem das Röhrchen auf den Metallstift 5 aufgeschoben ist und auf diesem hängt. Der Vorgang des Einbrennens hierbei ist dann, wie oben beschrieben, folgendermaßen: Durch das Wechselfeld der Spule 1 wird zunächst das stift- oder rohrförmige Teil 5 stark erwärmt, das durch Strahlung und Wärmeleitung das Röhrchen 3 mit der Suspensionsschicht 4 erhitzt. Die flüchtigen Bestandteile der Suspensionsschicht 4 verdampfen bzw. verbrennen, so daß die Schicht 4 leitend zu werden beginnt. Dadurch werden auch in der Schicht 4 Wirbelströme erzeugt, die die Schicht 4 unmittelbar erhitzen und festbrennen, wenn die Erwärmung nur genügend stark und lange durchgeführt wird.

Da die für die Metallisierung eines solchen Röhrchens benötigte Zeit außerordentlich kurz ist, empfiehlt es sich, bei Vorliegen der Aufgabe eine große Zahl von keramischen Röhrchen oder z. B, sehr lange Rohre od. dgl. zu metallisieren, dies in einem fortlaufenden Verfahren durchzuführen. Ein solches vorteilhaftes Verfahren ist in Fig. 2 gezeigt. In ihr bedeutet wiederum 1 die das Wechselfeld erzeugende Spule, die von einem Generator 2 geeigneter Frequenz gespeist wird. Durch diese Spule ist ein drahtförmiger Metallträger 5 gelegt, der in der an Hand der Fig. 1 beschriebenen Weise zur Einleitung der Erhitzung der Isolierteile und als Träger für die Röhrchen 3 dient. Dieser Träger 5 kann zur weiteren Vereinfachung des Verfahrens z. B. so geformt sein, wie das in der Fig. 2 dargestellt ist. Er führt also in einer Schlaufe 5' nach unten und taucht mit dieser Schlaufe in ein Gefäß 6 ein, in dem' sich die Metallsuspension 7 befindet. Auf sein rechts dargestelltes Ende werden z. B. aus einem Vorratsbehälter 8 die zunächst noch trockenen keramischen Röhrchen 3 nacheinander aufgefädelt. Der Träger 5 ist also bei laufendem Verfahren voll mit diesen Röhrchen besetzt, wie dies in Fig. 2 durch die strichpunktierte Linie 3 angedeutet ist. Die Röhrchen gleiten, nachdem sie zunächst auf den Träger 5 aufgefädelt sind, durch die Suspension 7 und werden hier mit der Suspension benetzt. Anschließend gleiten sie an dem Träger 5 weiter entlang, bis sie in das Feld der Spule 1 kommen. Zur Veranschaulichung ist in Fig. 2 ein sich in dem Spulenfeld befindliches keramisches Röhrchen 3 mit den Suspensionsschichten 4 dargestellt, während die übrigen Röhrchen lediglich durch die strichpunktierten Linien 3' angedeutet sind. Die Wanderungsgeschwindigkeit der Röhrchen wird so bemessen, daß die Schichten 4 beim Durchwandern des Feldes der Spule 1 genügend fest eingebrannt werden. Nach dem Durchwandern der Spule 1 gleiten die Röhrchen mit der

-■ eingebrannten Schicht 4 weiter und fallen dann in den Vorratsbehälter 9 für die metallisierten Röhrchen, aus dem sie dann zur weiteren Verarbeitung entnommen werden.

In Fig. 3 ist ein andersartiger Kondensator dargestellt. In ihr bedeutet 41 ein von einem Draht abgeschnittenes Stück, das auf seiner Oberfläche allseitig oxydiert ist. Auf diese Oxydschicht 42 ist nun zweckmäßig mit Abstand von den Enden des Drahtstückes eine Metallschicht 43 eingebrannt worden, die fest auf der Oxydschicht 42 haftet und als Gegenbelegung des Kondensators zu der vom Draht 41 gebildeten Belegung dient. Statt des Drahtes 41 kann jedoch selbstverständlich auch ein Metallschlauch 41 als Trägerbelegung dienen. In diesem Falle dient die Elektrode 41 als leitendes Metallteil, das den Einbrennvorgang der Schicht einleitet.

Es ist natürlich auch möglich, andere nichtleitende Umsetzungsprodukte auf der Oberfläche des Metallträgers zu erzeugen. Auch die Verwendung von anderen chemischen Verbindungen, wie z. B. Siliziumoxyd, auf den metallischen, z. B. aus Aluminium bestehenden Träger mit nachfolgendem Einbrennen der Metallschicht ist gegebenenfalls von Vorteil.

Eine besonders vorteilhafte Eigenschaft dieses Verfahrens, die sich z. B. bei der Herstellung von Tonabnehmernadeln sehr günstig auswirkt, besteht darin, daß es nicht unbedingt notwendig ist, als Träger ein Material mit einem Schmelzpunkt zu nehmen, der über dem des aufzubringenden Metalls liegt. Der Grund für diese sehr günstige Eigenschaft der erfindungsgemäßen Maßnahme liegt darin, daß bei der induktiven Erwärmung, insbesondere bei der Verwendung genügend hoher Frequenzen der Träger, der die Erwärmung der aufzuschmelzenden Metallsuspension einleitet, nur oberflächlich erwärmt wird, und daß danach die Erwärmung im wesentlichen nur in der aufzubringenden Schicht erfolgt. Diese Erwärmung kann bei Verwendung geeigneter Frequenzen und Energien so schnell durchgeführt werden, daß das aufzubringende Metall bis weit über den Schmelzpunkt des Trägermaterials erwärmt wird, ohne daß dieses in seinem Kern erweicht oder flüssig wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbringen von Metallschichten auf nichtleitende Unterlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtleitende Unterlage auf ihren zu metallisierenden Oberflächenteilen mit

einer nicht oder schlecht leitenden Suspension des Metalls der aufzubringenden Metallschicht benetzt und zusammen mit einem insbesondere als Halterung oder Führung dienenden leitenden, insbesondere magnetisierbaren Metallteil, z. B. aus Eisen od. dgl., in ein Wechselfeld genügend hoher Frequenz eingebracht wird, das durch das Wechselfeld so hoch und lange erhitzt wird, daß die auf dem Nichtleiter aufgebrachte Suspensionsschicht unter Austreibung der flüchtigen Bestandteile leitend und festgebrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein metallischer Träger (41) oberflächlich aufgerauht und mit einem Umsetzungsprodukt, insbesondere Oxyd, eines Metalls, ins- besondere des Metalls des Trägers, versehen wird und daß die Metallschicht auf diese oberflächlich rauhe Schicht eingebrannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen insbesondere leitenden Träger zunächst eine Schicht, insbesondere eine gut isolierende und als Dielektrikum geeignete Schicht, wie z.B. SiO₂-Schicht, aufgebracht und auf diese Schicht dann die Metallschicht eingebrannt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von zu metallisierenden Körpern nacheinander in einem laufenden Verfahren mit der einzubrennenden Suspension versehen und in das Wechselfeld getaucht, insbesondere durch die das Feld erzeugende Spule hindurchgeführt wird, in dem die Suspension eingebrannt wird (Fig. 2).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein draht-, schlauch- oder bandförmiger Körper fortlaufend oberflächlich mit der einzubrennenden Metallsuspension versehen und durch ein Wechselfeld, insbesondere durch die das Feld erzeugende Spule in Anwesenheit eines dicht benachbarten metallischen Körpers hindurchgeführt wird, wodurch die Suspension auf der Oberfläche des draht- oder bandförmigen Körpers eingebrannt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung von rohr-, stab-, band- oder drahtförmigen Körpern, auf deren Oberfläche die Metallschicht durch Eintauchen, insbesondere Hindurchführen des mit der Suspension versehenen Körpers in oder durch eine von Wechselströmen mittlerer oder hoher Frequenz durchflossenen Spule eingebrannt wird.

7. Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Herstellung von elektrischen Kondensatoren (Fig. 1 und 3), insbesondere für die Herstellung von Röhrchenkondensatoren (Fig. 1).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 621 466, 658 238,

800 536;

F. Ephraim, »Anorganische Chemie«, 1923,

S. 671.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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