DE2165823A1

DE2165823A1 - Vorrichtung zur elektrolytischen abscheidung von metallen

Info

Publication number: DE2165823A1
Application number: DE19712165823
Authority: DE
Inventors: Herbert Esser; Otto Nockemann
Original assignee: ESSER KG GALVANO TITANBAU M
Current assignee: ESSER KG GALVANO TITANBAU M
Priority date: 1971-12-31
Filing date: 1971-12-31
Publication date: 1973-07-05

Description

Vorrichtung zur elektrolytischen Abscheidung von Metallen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrolytischen Abscheidung von Metallen auf Gegenständen mit kreisförmigem Querschnitt, beispielsweise Walzen, bei der der Gegenstand als Kathode geschaltet in einem in einem Badbehälter befindlichen geeigneten Elektrolyten um seine Längsachse gedreht und Anoden aus dem abzuscheidenden Metall in dem Elektrolyten angeordnet sind.
Bei der Walzenverkupferung ist es bekannt, eine als Kathode geschaltete Walze um ihre Längsachse in einem Elektrolyten zu drehen. Die Oberfläche der Walze, auf der ein Metall abgeschieden werden soll, ist durch geeignete Mittel leitend gemacht. Als Anode, die während der Elektrolyse in Lösung geht, dienen hier mehrere Kupferstränge,-bleche oder -blöcke, die so gebogen sind, daß ihre Krümmung der in dem Elektrolyten eintauchenden Hälfte der Oberfläche der Walze angepaßt ist. Während der Elektrolyse scheidet sich kontinuierlich auf der Oberfläche der Walze Metall ab.
Die Dicke der in der Zeiteinheit abgeschiedenen Metallschichten hängt von der kathodischen Stromdichte ab, Es ist aber nicht ohne weiteres möglich, die kathodische Stromdichte zu steigern, ohne die Qualität der abgeschiedenen Schicht zu verringern. Die von der chemischen Industrie gelieferten Walzenverkupferungsbäder haben eine kritische anodische Stromdichte, die nicht überschritten werden dar£, da sonst die Lösungsvorgänge an der Anode nicht mehr ungestört ablaufen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Geschwindigkeit bei der elektrolytischen Abscheidung von Metallen auf Gegenständen mit kreisförmigem Querschnitt zu vergrössern, ohne die kritische anodische Stromdichte zu überschreiten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art in dem Badbehälter eine doppelwandige Wanne angeordnet ist, deren Kathodenoberfläche zugekehrte Wand mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen versehen ist und daß der von den Wänden eingeschlossene Raum mit als Anode geschaltetem das abzuscheidende Metall enthaltendem Schüttgut ausgefüllt ist.
Vorteilhaft wählt man den Kriimmungsradius der Wanne so, daß der Abstand und damit die Anode zur Kathodenoberfläche an jeder Stelle nahezu gleich ist. Durch den gleichen Abstand ist ein gleichmäßiger Stromzufluß und damit ein gleichmäßiger Ionentransport gewährleistet. Zweckmäßig wählt man als Material für die Wanne Titan, welches auf Grund seiner dichten Oxidhaut beständig gegen den Elektrolyten ist.
Die der Kathodenoberfläche zugekehrte Wand der Wanne ist vorteilhafterweise aus Titanstreckmetall hergestellt. Die der Kathodenoberfläche abgekehrte Wand der Wanne ist in ihren Bodenbereich aus gelochtem Blech hergestellt. Dadurch wird ermöglicht, daß der Elektrolyt in einfacher Weise ständig ausgetauscht werden kann. Darüber hinaus wird durch die Öffnungen im Bodenbereich der Anodenschlamm abgeführt. Durch die Strömung des Elektrolyten wird der anfallende Anodenschlamm aufgewirbelt und schwebt in dem Elektrolyten. Damit er nicht auf die Kathodenoberfläche gelangt und die Qualität der abgeschiedenen Schicht verringert, ist zwischen der Wanne und der Kathodenoberfläche zweckmäßigerweise ein Diaphragma aus dichtem säurebeständigem Gewebe angeordnet. Dieses Diaphragma liegt vorteilhaft auf der der Kathodenoberfläche zugekehrten Wand der Wanne auf.
Die Erfindung ist anhand einiger in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Hierin ist mit 1 ein Badbehälter bezeichnet, in dem sich der Elektrolyt 2 befindet. Der Badbehälter ist vorteilhafterweise aus Stahlblechen zusämmengeschweißt und mit Kunststoff beschichtet. In den Elektrolyten 2 taucht ein Mandrel 3 ein, das an seiner Oberfläche leitend gemacht wurde und das als Kathode geschaltet ist. Die Lagerung des Mandrels 3 erfolgt durch Zapfen 4, die in nicht dargestellter Weise in Lagern innerhalb oder außerhalb des Badbehälters 1 ruhen. Der Mandrel 3 wird während der Elektrolyse kontinuierlich angetrieben, während sich das Metall aus dem Elektrolyten 2, beispielsweise Kupfer, an der Oberfläche des Maudrels 3 in Form einer Walze 5 kontinuierlich abscheidet. In dem Badbehälter 1 ist eine Wanne 6 aus Titan angeordnet, die doppelwandig ausgebildet ist und zwar in der Weise, daß die der Oberfläche des Mandrels 3 zugekehrte Wand 7 aus Streckmetall hergestellt ist. Der Zwischenraum zwischen den Wandungen der Wanne 6 ist mit Schüttgut aus dem abzuscheidenden Metall oder das abzuscheidende Metall in hohem Maße enthaltendem Material ausgefüllt. Als vorteilhaft haben sich bei der Verkupferung von Walzen Kupfergranalien erwiesen. Dieses Schüttgut dient als Anode und geht während der Elektrolyse in Lösung.
Die Stromzuführung für die Anode erfolgt über eine Anschlußfahne 8. Um den anfallenden Anodenschlamm abzuführen, ist die der Oberfläche des Mandrels 3 abgekehrte Wand 9 in ihrem Bodenbereich aus gelochtem Material hergestellt, beispielsweise in Form eines Lochblechstreifens 10. Über die Leitung 11 wird kontinuierlich oder diskontinuierlich frischer Elektrolyt 2 in die Wanne 6 gepumpt, der in an sich bekannter Weise über nicht dargestellte Filter gereinigt wird.
Durch die Rotation des Mandrels 3, bei der eine Umfangsgeschwindigkeit von ca. 80 m/min. erreicht wird sowie durch das Umpumpen des Elektrolyten 2 wird der Anodenschlamm, der sich während der Elektrolyse an der Anode bildet, aufgewirbelt. Um zu verhindern, daß sich Teile des Anodenschlamms auf der Oberfläche des Mandrels 3 bzw.
der abgeschiedenen Metallschicht 5 anlagern und somit zu einer Verunreinigung der Schicht 5 führen, ist, wie in Fig. 2 dargestellt, zwischen der Wanne 6 und dem Mandrel 3 ein Diaphragma 12 vorgesehen, das möglichst dicht an der Wand 7 anliegt. Dieses Diaphragma 12 besteht aus einem möglichst engmaschigen Textilgewebe. Bei dieser Anordnung tritt noch ein weiterer günstiger Effekt auf. Durch das Diaphragma 12 wird die Strömung des Elektrolyten gleichmäßiger verteilt, wodurch die Anoden besser umspült werden.
In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Wanne 6 ist hier derart ausgebildet, daß sie das Mandrel mit einer wesentlich größeren Oberfläche umgibt. Hierzu sind die Oberkanten der Wanne 6 nach innen gezogen, wobei aber der Abstand der Oberkanten 13 zueinander den Durchmesser des Mandrels 3 plus der abgeschiedenen Metallschicht 5 nicht unterschreiten sollte.
Durch diese Anordnung kann die Anodenoberfläche vergrössert werden und das Mandrel 3 tiefer in den Elektrolyten eingetaucht werden,wodurch sich die wirksame Kathodenoberfläche, d. h., die Oberfläche, auf der Metall abgeschieden werden kann, erhöht. Eine Erhöhung der Abscheidungsgeschwindigkeit ist die Folge.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet bevorzugt für die Walzenverkupferung Anwendung, sie kann aber auch selbstredend zur Herstellung zylindrischer Körper aus anderen Metallen verwendet werden.

Claims

P a t e n t a n s E r ü c h e

1. Vorrichtung zur elektrolytischen Abscheidung von Metallen auf Gegenständen mit kreisförmigem Querschnitt, beispielsweise Walzen, bei der der Gegenstand als Kathode geschaltet in einem in einem Badbehälter befindlichen geeigneten Elektrolyten um seine Längsachse gedreht wird und Anoden aus dem abzuscheidenden Metall in dem Elektrolyten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Badbehälter (1) eine doppelwandige Wanne (6) angeordnet ist, deren der Kathodenoberfläche zugekehrte Wand (7) mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen versehen ist und daß der von den Wänden (7, 9) eingeschlossene Raum mit als Anode geschaltetem das abzuscheidenE Metall enthaltendem Schüttgut ausgefüllt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Wanne (6) so gewählt ist, daß der Abstand der Wanne (6) zur Kathodenoberfläche an jeder Stelle nahezu gleich ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne (6) aus Titan hergestellt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kathodenoberfläche zugekehrte Wand (7) der Wanne aus Streckmetall hergestellt ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kathodenoberfläche abgekehrte Wand (9) der Wanne (6) in ihrem Bodenbereich aus gelochtem Blech (10) hergestellt ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wanne (6) und der Kathodenoberfläche ein Diaphragma (12) aus dichtem säurebeständigem Gewebe angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma (12) auf der der Kathodenoberfläche zugekehrten Wand (7) der Wanne (6) aufliegt.