DE19942849A1

DE19942849A1 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines metallischen Bandes

Info

Publication number: DE19942849A1
Application number: DE1999142849
Authority: DE
Inventors: Hans Warlimont
Original assignee: DSL Dresden Material Innovation GmbH
Current assignee: DSL Dresden Material Innovation GmbH
Priority date: 1999-09-08
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2001-03-15

Abstract

Ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines metallischen Bandes, bei dem auf der Oberfläche einer in ein erstes Elektrolytbad zumindest teilweise eingetauchten und sich drehenden Kathode Metall galvanisch abgeschieden wird und das gebildete metallische Band von der Oberfläche der Kathode abgezogen wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Band dann von der Kathode abgezogen wird, wenn es eigenstabil ist, und daß das metallische Band weiter durch ein zweites Elektrolytbad bewegt und dort beidseitig durch weiteren galvanischen Niederschlag auf die gewünschte Dicke gebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines metallischen Ban des, bei dem auf der Oberfläche einer in einem ersten Elektrolytbad zumindest teilweise ein getauchten und sich drehenden Kathode Metall galvanisch abgeschieden wird und das gebil dete metallische Band von der Oberfläche der Kathode abgezogen wird.

Ein solches Verfahren ist in Christopher M. A. Brett, Ana Maria Oliveira Brett, "ELECTROCHEMISTRY Principles, Methods, and Applications", Oxford University Press, 1993, Seiten 345, 346, für die Herstellung von Scherblättern für elektrische Rasierer beschrie ben. In diesem Fall ist die Kathode als Zylinder ausgebildet, mit einer Oberflächengestaltung, die isolierte Bereiche hat, an denen keine galvanische Abscheidung stattfindet. Das auf der Kathode abgelagerte bandartige Material wird mittels eines Messers abgelöst. Ein ähnliches Verfahren ist aus der RU 20 61 799 C1 bekannt. Die Bedingungen im Elektrolytbad sowie die Drehgeschwindigkeit der Kathode legen die Schichtdicke des erzeugten metallischen Bandes fest. Das fertige Band mit der gewünschten Schichtdicke wird gegebenenfalls nach einer Weiterbearbeitung auf einer zweiten Trommel aufgewickelt.

Die Herstellgeschwindigkeit ist ein wesentliches Maß sowohl für die Anlagen- als auch für die Betriebskosten beim galvanischen Abscheiden von Metallen. Um die galvanische Ab scheidung zu beschleunigen, wurde daher gemäß der US 4 647 345 A vorgeschlagen, in das Elektrolytbad Ultraschall einzubringen. Die Erhöhung der Abscheidegeschwindigkeit durch Erhöhung des durch den Elektrolyten fließenden Stromes ist aus technischen Gründen nicht immer ohne weiteres möglich, da der Einfluß sowohl auf die Badstabilität als auch auf die Produktqualität negativ sein kann.

Aus der DE 44 04 817 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem zweidimensionale Strukturen, wie beispielsweise Batteriegitter, durch galvanoplastisches Abscheiden hergestellt werden können. Auch diese werden heute zunehmend nicht mehr einzeln hergestellt und weiter verar beitet, sondern zunächst zusammenhängend in sogenannten Gitterbändern nach verschiedenen Verfahren erzeugt. Gegenüber den üblichen Gießverfahren leidet das galvanoplastische Ab scheiden hier insbesondere an der üblicherweise niedrigen galvanischen Abscheidegeschwin digkeit.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem das Herstellen von bandartigen Objekten, wie Folien, Gittern und dergleichen, mittels eines gleichmäßig galvanischen oder galvanoplastischen Abscheideverfahrens schneller als bisher erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun gen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das metallische Band, das in einem ersten Elektrolytbad zunächst auf der Kathode aufgalvanisiert worden ist, dann von der Kathode abgezogen wird, wenn es unter den gegebenen apparativen Bedingungen eigenstabil ist, d. h. wenn das Band die beim Abziehen auftretenden Kräfte ohne Rißbildung und ohne Bruch aufnehmen kann, und daß das metallische Band weiter durch ein zweites Elektrolytbad bewegt und dort beid seitig durch weiteren galvanischen Niederschlag auf die gewünschte Dicke gebracht wird. Das zu erzeugende Objekt wird somit zunächst auf der Kathode einseitig wachsend bis zu einer gewissen Dicke abgeschieden, die gerade schon ausreicht, um das Band von der Trom mel abziehen zu können. Danach wird es als Band, das allenfalls über Antriebs- und Füh rungsrollen läuft, beidseitig wachsend - und damit doppelt so schnell wie auf einer Unterlage - auf die Enddicke gebracht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Kathode eine Trommel einge setzt, es ist aber ebenso bevorzugt vorgesehen, daß als Kathode eine auf mindestens einer Walze angeordnete Manschette eingesetzt wird. Letztere Maßnahme ist dann besonders vor teilhaft, wenn strukturierte Bänder erzeugt werden sollen. Die gewünschte Strukturierung von leitenden und nicht leitenden Bereichen wird der Manschette aufgegeben, soll die Struktur gewechselt werden, wird einfach die Manschette ersetzt. Die Manschette sitzt fest auf, wenn mit nur einer Walze gearbeitet wird; sie kann aber bevorzugt auf zwei oder mehr Walzen umlaufen, wenn man aus Produktivitätsgründen eine relativ hohe Umfangsgeschwindigkeit wählen möchte, andererseits das abgeschiedene Band aufgrund seiner filigranen Struktur so wenig eigenstabil ist, daß man es erst beim Erreichen einer größeren Dicke von der Man schette abziehen kann.

Für die Erzeugung einer glatten Folie wird eine Kathode mit vollständig leitender Oberfläche verwendet, bei der Erzeugung von strukturierten Bändern erfolgt die bereits weiter oben ange sprochene Aufteilung in leitende und nicht leitende Bereiche auf der Kathodenoberfläche. Die leitenden Bereiche der Kathode können in sich auch vertikal zur Kathodenoberfläche und damit dreidimensional strukturiert werden, so daß das erzeugte Band eine für die Weiterver arbeitung oder Anwendung des Produkts vorteilhafte dreidimensionale galvanoplastische Strukturierung aufweist. Zu dieser Strukturierung eignen sich beispielsweise in der Mikro elektronik übliche mehrstufige Kombinationen von photolithographischen Verfahren und Ätzverfahren.

Für viele Anwendungen wird es ausreichend sein, wenn das erste Elektrolytbad und das zweite Elektrolytbad kontinuierlich ineinander übergehen. Die einseitige und die beidseitige Abscheidung erfolgen dann unter gleichen Bedingungen. Dabei ist es unerheblich, ob die Elektrolytbäder übereinander angeordnet sind, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, wobei die Strecke für die beidseitige Abscheidung im wesentlichen vertikal oder auch zur Vertikalen geneigt verlaufen wird, oder nebeneinander, so daß das Band auch horizontal oder mit einem Winkel zur Horizontalen laufend beidseitig beschichtet werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet aber auch die Möglichkeit, das erste und das zweite Elektrolytbad voneinander zu trennen. Dann kann in beiden Elektrolytbädern beispielsweise der gleiche Elektrolyt unter unterschiedlichen Galvanisierungsbedingungen verwendet wer den. Hier kann das Gefüge und/oder die Oberflächenstruktur des zu erzeugenden Bandes ge zielt beeinflußt werden.

Eine vollständige Beschichtung des im ersten Elektrolytbad erzeugten Bandes mit einer ande ren Schicht im gleichen Arbeitsgang wird möglich, wenn im zweiten Elektrolytbad ein ande rer Elektrolyt und andere Abscheidebedingungen gewählt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist weiterhin, ein drittes Elektrolytbad und gegebenenfalls weitere Elektrolytbäder mit anderen Elektrolyten und Abscheidebedingungen anzuschließen, um das entstandene Band in einem Arbeitsgang mit weiteren Schichten zu belegen, die dem Produkt zum Beispiel vorteilhafte physikalische, chemische, mechanische oder andere Oberflächeneigenschaften verleihen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung, bei der das erste Elektrolytbad und das zweite Elektrolytbad kontinuierlich sind;

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Durchführen einer weiteren Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens unter ähnlichen Bedingungen wie bei Fig. 1, wo bei als Kathode eine auf Walzen umlaufende Manschette eingesetzt wird; und

Fig. 3 eine Anordnung für eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der mit getrennten Elektrolytbädern gearbeitet wird; und

Fig. 4 eine Anordnung für eine vierte Ausführungsform der Erfindung mit drei oder mehr Elektrolytbädern.

Fig. 1 zeigt ein Elektrolytbad 1, in das eine sich drehende Trommel 2 als Kathode vollstän dig eingetaucht ist. Das entstehende metallische Band 3 wird bei der dargestellten Ausfüh rungsform in vertikaler Richtung abgezogen, es kann aber auch mit einem Winkel zur Verti kalen abgezogen werden. Im Sinne der Erfindung besteht das Elektrolytbad 1 aus einem er sten Elektrolytbad 11 und einem zweiten Elektrolytbad 12, die kontinuierlich ineinander übergehen. Während der Verweildauer des metallischen Bandes 3 im ersten Elektrolytbad 11 wird Metall einseitig abgeschieden, beim Eintritt in das Elektrolytbad 12 beidseitig. Die Trommel kann oberflächlich glatt und vollständig leitend sein, sie kann aber auch in leitende und nicht leitende Bereiche strukturiert sein, damit durch galvanoplastisches Abscheiden eine zweidimensionale Struktur bandartig gebildet wird. Die Strukturierung kann dabei durch photolithographische Prozesse erfolgen, bei denen eine leitende Struktur auf eine isolierende Unterlage aufgebracht wird oder durch eine Isolationsschicht hindurch eine leitende Struktur freigelegt wird. Ferner ist das Siebdruckverfahren geeignet, mit dem eine strukturierte Isolati onsschicht auf eine leitende Unterlage aufgebracht werden kann. Weitere Strukturierungsver fahren sind denkbar, insbesondere auch solche die aus der Druckplattenherstellung bekannt sind. Anstelle der Trommel 2 kann auch eine nicht leitende Rolle oder Walze, auf die eine zumindest teilweise leitende und gegebenenfalls strukturierte Manschette aufgezogen ist, verwendet werden. Eine leitende bzw. teilweise leitende Trommel ist allerdings bevorzugt.

Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung der Kathode aus zwei nicht leitenden Walzen 21, 22, um die eine zumindest teilweise leitende und gegebenenfalls strukturierte Manschette 24 gezogen ist. Auch hier besteht das Elektrolytbad 1 aus einem ersten Elektrolytbad 11 und einem zweiten Elektrolytbad 12, die kontinuierlich sind.

In Fig. 3 sind die Elektrolytbäder getrennt. Zunächst erfolgt die einseitige Abscheidung in einem ersten Elektrolytbad 11, in dem sich eine als Trommel ausgebildete Kathode 2 dreht. Sobald das Band 3 genügend Eigenstabilität aufweist, daß es durch Antriebs- und Führungs walzen 31, 32, 33 transportiert werden kann, wird dieses in das zweite Elektrolytbad 12 über führt, wo die beidseitige Abscheidung erfolgt.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung mit drei Elektrolytbädern 11, 12, 13. Diese Anordnung kann gegebenenfalls durch weitere Elektrolytbäder ergänzt werden. Dies ist durch die Fortset zungspunktierung angedeutet. Die Ausführungsform nach Fig. 4 stellt eine Erweiterung der nach Fig. 3 dar, bei der das Band 3 durch das Elektrolytband 13 gezogen wird, im dritten Elektrolytbad 13 herrschen Arbeitsbedingungen, die von denen im Elektrolytbad 12 und in der Regel auch von denen in Elektrolytbad 11 unterschiedlich sind. Durch eine Aneinander folge geeignet gewählter Arbeitsbedingungen kann auf diese Weise ein Schichtsystem aufge baut werden, das Haftvermittlerschichten, Antikorrosionsschichten und dergleichen enthält. Solche Schichtsysteme können nach üblichen Verfahren, wie dem Gießverfahren, nicht her gestellt werden. Allenfalls kann es möglich sein, eine durch Gießen hergestellte Struktur mit tels des galvanischen oder eines anderen Verfahrens in einem getrennten Schritt nachträglich zu beschichten.

Beispiel

Zum Herstellen eines Bandes von Bleigittern, die für Batterien verwendet werden, wird eine entsprechend mit leitenden Bereichen versehene und strukturierte Trommel in einen Elektro lyten getaucht, wie er in der DE 44 04 817 A1 beschrieben ist. Bei einer Drehgeschwindigkeit der Kathode von 3 m/h und einer Streckenlänge von 3 m für das erste Elektrolytbad 11 und einer Streckenlänge von 3 m für das zweite Elektrolytbad 12 ergab sich bei einer Abscheide stromdichte von 600 A/m² ein brauchbares Batteriegitter-Band, das mit einer Dicke von 0,6 mm kontinuierlich aus dem zweiten Bad abgezogen werden konnte.

Vergleichsbeispiel

Unter ansonsten gleichen Verfahrensbedingungen wird das Batteriegitter-Band in einer Vor richtung nach der RU 20 61 719 C1 erzeugt, d. h. ohne die Möglichkeit, auf dem Band beid seitig galvanisch abzuscheiden. Dieselbe Dicke für das Batteriegitter-Band wurde bei glei chem Walzendurchmesser nur erreicht, wenn die Umfangsgeschwindigkeit 1 m/h betrug, also ein Drittel der Umfangsgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbar ten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims

1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines metallischen Bandes, bei dem auf der Oberfläche einer in ein erstes Elektrolytbad zumindest teilweise eingetauchten und sich drehenden Kathode Metall galvanisch abgeschieden wird und das gebildete me tallische Band von der Oberfläche der Kathode abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Band dann von der Kathode abgezogen wird, wenn es eigenstabil ist, und daß das metallische Band weiter durch ein zweites Elektrolytbad bewegt und dort beidseitig durch weiteren galvanischen Niederschlag auf die gewünschte Dicke gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kathode eine Trommel eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kathode eine auf minde stens einer Walze angeordnete Manschette eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober fläche der Kathode vollständig leitend ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober fläche der Kathode strukturierte leitende und nicht leitende Bereiche aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis S. dadurch gekennzeichnet, daß die struk turierten leitenden Bereiche der Kathode weiter vertikal zur Kathodenoberfläche strukturiert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Elektrolytbad und das zweite Elektrolytbad kontinuierlich ineinander übergehen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Elektrolytbad und das zweite Elektrolytbad voneinander getrennt sind und daß in bei den Elektrolytbädern der gleiche Elektrolyt unter unterschiedlichen Galvanisierungs bedingungen verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Elektrolytbad ein erster Elektrolyt unter ersten Galvanisierungsbedingungen vorliegt und im zweiten Elektrolytbad ein zweiter Elektrolyt mit zweiten Galvanisierungsbe dingungen vorliegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das zweite Elektrolytbad ein weiteres Elektrolytbad oder mehrere weitere Elektrolytbäder anschließen, in denen jeweils gewählte Galvanisierungsbedingungen zum Erzeugen weiterer Schichten auf dem Band vorliegen.