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"Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines galvanischen Metallniederschlages"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und seine Vorrichtung zur Erzeugung eines galvanischen
Metallniederschla es mit im wesentlichen gleichmäßiger Beschaffenheit.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Vorrichtung
zu schaffen, mit deren Hilfe der Strom für elektrolytische Verfahren, besonders
der Strom für Verfahren @ur galvanischen Abscheidung von Metallen derart gesteuert
wird, daß die Beschaffenheit des Niederschlages im wesentlichen gleichmäßig bleibt,
unabhängig von Veränderungen der Metallkonzentration im Elektrolyten, der Temperatur
des Elektrolyten, dea Ausmasses der Bewegung des Elektrolyten oder der absoluten
oder relative# Einflußbereiche der Elektroden, besonders der tatsächlichen und aktivem
Einfluß-Kathodenfläche.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch gelöst , daß der Strom des
Galvanisierprozesses (plating ourrent) in Abhängigkeit von der Polarisationsspannung
der Kathode gesteuert wird.
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In vorteilhafter Weise wird dao Verfahren so ausgeführt, daß der Strom
des Galvanisierprozesses automatisch derart geregelt viird, daß die Polarisationsspannung
konstant bleibt.
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Mit der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erreicht, daß ein
galvanisch erzeugter Niederschlag eines Metalles, z,3.
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von Gold ermöglicht wird, ohne gleichzeitige Mitabscheidung von anderen
Metallen, wie z.B. Kupfer, welche sich als Verunreinigungen in den Elektrolyten
befinden.
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Bei galvanischer jbscheidung von Metallen, erschöpft sich der Metallgehalt
des Bades in der Umgebung der. Kathode. Der Grad der Erschöpfung hängt davon ab,
in welchem Ausmaß frischer metallhaltiger Elektrolyt aus der Hauptmenge der Lösung
zur Auffrischung an die Kathode gelangen kann. Während die Erschöpfung lediglich
durch das Ausmaß der galvanischen Abscheidung bestimmt wird, hängt die Auffrischung
in vlelfältiger Weise von mehreren Faktoren ab, von denen die wichtigsten nachfolgend
aufgeführt sind: 1. Diffusion des erschöpften Elektrolyten in die Hauptmenge des
Bades und Diffusion dieser Hauptmenge in den erschöpften Bereich. Dies ist jedoch
ein langsam verlaufender Prozeß - das Ausmaß der Ionen-Diffusion in einem Elektrolyten
liegt in der Größenordnung von Zentimetern pro Tag.
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2. Die Temperatur des Bades. Bei höherer Temperatur verläuft auch
die Diffusion schneller.
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3. Die Entsteh@ng von Konvenktionsströmungen im Elektrolyten. Wenn
ein Elektrolyt an Metall verarmt ist, nimmt sein spezifisches Gewicht ii allgemeinen
ab, er wird so von der. Kathodenfläche abfließen und dadurch veranlassen, daß er
durch frischen Elektrolyten ersetzt wird.
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4. Jegliche Art mechanischer Beviegung des Bades,welche die Auffrischung
beschleunigt.
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5. Der Metallgehalt des Bades. Bei konstantem Stromfluß bestimmt dieser
Gehalt die Stärke der erschöpften Schicht. Wenn in der Hauptmenge des Elektrolyten
mehr Metall enthalten ist, steht auch entsprechend mehr zur Erzielung einer Auffrischung
zur Verfugung.
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Die höchstzulässige Geschwindigkeit für einen galvanischen Niederschlag
bei technisch einwandfreien Ergebnissen ist @ie Geschwindigkeit, die eine gleichaäßige
Energieaufnahme beim Jonen/Atomübergang ergibt. Bei vorgegebenem Strom ändert sich
die abgegebene Energie mit der Jonenverfügbarkeit: und der Jonenbeweglichkeit. Der
Stromfluß muß daher derart angepaßt werden, daß Änderungen der letztgenannten Werte
ausgeglichen worden. Hierfür gilt eine Beziehung, die grob ausgedrückt wie folgt
lautet: Ep I - stellt die Polarisationsspannung der ia - im Kathode, d.h. die Potentialdifferenz
zwischen der Hauptmenge des Elektrolyten und der Kathode dar, I Strom des Clvanisierprozesses,
1a die Jon.nverfügbarkeit, im die Jonenbeweglichkeit und k eine Konstante.
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Da die Polarisationsspannung demnach von der Pebperatur und der Tiefe
der erschöpften Schicht, letztere wiederum von der
Metallkonzentration
abhängt, stellt die Polarisationsspannung eine wirksame Regekgröße für die Aufrechterhaltung
einer gleichmäßigen Beschaffenheit der Abscheidung dar.
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Bei dern erfindungsgemäßen Verfahren zur galvanischen Metallabscheidung,
bei dem der Strom in Abhängigkeit von der Polarisationsspannung der Kathode gesteuert
wird, uni bei dem der Strom auch automatisch derart gesteuert werden kann, daß die
Polarisationsspannung konstant bleibt, wird sich der Elektrolysestrom jeder Anderung
der Jonenverfügbarkeit und der Jonenbeweglich anpassen und dadurch einen konstanten
lwnergiebetrag für den Jonen-Atomübergang liefern. Dadurch wird ein hohes Maß an
Gleichmäßigkeit hinsichtlich der Beschaffenheit des niedergeschlagenen Metalles
erzielt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchfuhrung
d s beschriebenen Verfahrens. Diese Vorrichtung weist erfindungsgemäß im Elektrolyten
eine -dritte, von Strom des Galvanisierproesses nicht durchflossene Elektrode und
eine Einrichtung zur; Messen der Potentialdifferenz zwischen dieser Elektrode und
der Katode, sowie zur obertragung der gemessenen Potentialdlfferenz als Regelgröße
für einen Regler des Ealvanisierprozeßstromes auf. Diese Potentialdifferenz kann
auf den Regler gegebenenfalls mittels eines Verstärkers mit hochohmigem Eingang
übertragen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles
und des in der beiliegenden Zeichnung dar gestellten Schaltbildes näher erläutert.
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Die Energiezufuhr erfolgt aus einer Wechselstromquelle 1 über einen
Transformator 2 und einen Doppelweggleichrichter 3, dessen Gleichstromausgang durch
einen Regler 4 gesteucirt wird.
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Ein Halbleiterverstärker 5 mit einem hochohmigen Eingang ist zur Steuerung
des Reglers 4 angeordnet. Der geregelte Gleichstromausgang
ist
an Die Anode 6 und an die Kathode 7 des galvanischen Bades 8 angeschlossen.
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Der Verstärker 5 kann aus einem Transistorgleichstromverstärker aus
einem Röhrenverstärker oder einem Hybridverstärker bestehen, er kann aber ebenso
Feld-Effekt-Transistoren als hochohmigen Eingang enthalten. Der Eingang des Verstärkers
5 ist mit einer Bezugselektrode in Form einer metallischen Sonde 9 verbunden, welche
in den Elektrolyten des Bades 8 eintaucht.
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Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung kann der den Bad 8 zugeführte
Strom für den Galvanisierungsprozeß in der Weise geregelt- werden, daß eine konstante
Potentiaidifferenz zwischen der Kathode 7 und der Sonde 9 aufrechterhalten bleibt.
Da diese Elektroden, die in den gleichen Elektrolyten eintauchen, aus dem gleichen
Metall bestehen, kann irgend@ine Potentialdifferenz zwischen diesen beiden Elektroden
nur durch den die Kathode 7 durchfließenden Strom hervorgerufen.
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werden. In ähnlicher Weise kann denn, wenn diese Elektronen aus verschiedenen
Metallen bestehen irgendeine Änderung der Potentialdifferenz zwischen ihnen, sowie
eine Änderung des Stromes, nur durch die Bedingungen des Galvanisierprozesses und
daher durch Änderung der Jonenverfügbarkeit und Jonenbeweglichkeit des Elektrolyten
hervorgerufen werden. Die Polarisationsspannung (Ep) in der vorstehend beschriebenen
Gleichung kann auf einem konstanten Wert gehalten werden, während sich der Strom
je nach Jonenbeweglichkeit und Jonenverfügbarkeit ändert.
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Die vorliegende Erfindung läßt sich auch mit Vorteil auf Vorrichtungen
zur galvanischen Abscheidung anwanden, welche eine Vielzahl von Kathodenstromkreisen
mit individuellen Regeleinrichtungen zur Regelung dieser Stromkreise aufweisen.
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Ebenso lassen sich statt des einen auch mehrere Verstärker verwenden.
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Als Quellen des steuerbaren Gleichstroms für den Galvanisierprozeß
können auch andere als die dargestellten Einrichtungen verwendet werden.
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Weiterhin körnern das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung
auch zur Steuerung anderer Anlagen für galvanische Abscheidung angewendet werden.
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- Ansprüche -