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Verfahren zur Aufbringung eines Metalls auf einer nicht leitenden
Unterlage.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten
Gegenstandes durch Aufbringen eines Metalls auf einer nicht leitenden Unterlage.
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Es sind viele Verfahren zur stromlosen Aufbringung einer gleichmäßigen
Metallschicht auf einer Oberfläche eines nicht leitenden Körpers bekannt. Ein besonderes
Anwendungsgebiet dieser Verfahren ist die Herstellung von gedruckten Schaltungen.
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Auf anderen Anwendungsgebieten kann es erforderlich sein, eine Metallschicht
auf ausgewählten Teilen eines Dekorationsgegenstandes aufzubringen.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Verfahrens zur
Herstellung eines zusammengesetzten Gegenstandes, bei dem eine Metallschicht sich
nur über einen Teil der Oberfläche einer nicht leitenden Unterlage erstreckt.
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Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung
eines zusammengesetzten Gegenstandes, der aus einem Körper besteht, der an bestimmten
Stellen aus verschiedenen nicht leitenden Materialien besteht, wobei nur eine der
Stellen eine Metall schicht trägt, dadurch gelöst, daß die ganze Fläche des Körpers
einer Sensibilisierungs- oder Empfindlichmachungsbehandlung des Typs unterzogen
wird, die zur Folge hat, daß ein Katalysator auf einer Oberfläche in an sich bekannter
Weise abgeschieden wird, wobei die Behandlung unter solchen Bedingungen durchgeführt
wird, die gewährleisten, daß der Katalysator nur auf der Oberfläche eines der Materialien
abgeschieden wird, aus welchem der Körper besteht, worauf stromlos das Metall in
an sich bekannter Weise aus einer Lösung des Typs abgeschieden wird, die ein derartiges
Metall nur in Gegenwart des Katalysators abscheidet, so daß die Metallschicht nur
auf der Stelle des Körpers abgeschieden wird, die aus dem Material besteht, auf
welchem der Katalysator abgeschieden worden ist.
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Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Fall, daß der Gegenstand
aus einer vorgeformten Unterlage besteht, die an bestimmten Stellen aus einem bestimmten
nicht leitenden Material besteht, wobei die Metallschicht in einem vorherbestimmten
Muster auf der Unterlage ausgebildet wird. Der Teil des Körpers, der aus einem anderen
nicht leitenden Material besteht, weist eine Schicht eines derartigen Materials
auf, welche die Stellen der Oberfläche der Unterlage bedeckt, die nicht von der
Metallschicht bedeckt sind. In diesem Falle wird das zweite erwähnte nicht leitende
Material auf der vorgeformten Unter lage abgeschieden, bevor die Metallschicht aufgebracht
wird. Die Aufbringung erfolgt in einer solchen Weise, daß nur diejenigen Stellen
der
Oberfläche der Unterlage bedeckt werden, auf welchen das Metall nicht abgeschieden
werden soll.
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Vorzugsweise besteht die Sensibilisierungsbehandlung in einer ersten
Konditionierungsstufe, während welcher die Oberfläche des zuerst erwähnten nicht
leitenden Materials für die Aufbringung eines Katalysators präpariert wird, der
in einer zweiten Katalysierungsstufe abgeschieden wird.
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Das zweite nicht leitende Material kann auf der Unterlage nach der
Konditionierungsstufe sowie vor der Katalysierungsstufe aufgebracht werden. Die
ganze Oberfläche der überzogenen Unterlage wird der Katalysierungsstufe nach der
Sensibilisierungsbehanhlung unterzogen. Wahlweise kann das zweite nicht leitende
Material auf der Unterlage vor der Konditionierungsstufe aufgebracht werden. Das
zweite nicht leitende Material wird derartig ausgewählt, daß seine Oberfläche während
der Konditionierungsstufe nicht konditioniert wird, damit es den Katalysator während
der Katalysierungsstufe aufnehmen kann, während diejenigen Stellen der Oberfläche
der Unterlage, die nicht von dem zweiten nicht leitenden Material überzogen sind,
auf diese Weise konditioniert werden.
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Vorzugsweise werden die Bedingungen der Konditionierungsstufe derartig
ausgewählt, daß die Oberfläche des Materials, auf welchem die Metallschicht nicht
erforderlich ist, nicht zur Aufnahme des Katalysators während der Katalysierungsstufe
konditioniert wird, während exponierte Stellen der Oberfläche des Materials, auf
welchen die Metallschicht gewünscht wird, auf diese Weise konditioniert werden.
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In den Rahmen der Erfindung fällt ferner der unter Einhaltung eines
derartigen Verfahrens hergestellte zusammengesetzte Gegenstand.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen,
die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wiedergeben, näher erläutert.
Es zeigen: Die Figuren 1 bis 3 einen schematischen Teilquerschnitt durch einen Motorfahrzeugkühlergrill
vor der Aufbringung einer Resistschicht, nach der Aufbringung einer Resistschicht
bzw. nach einem stromlosen oberziehen.
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Der Grundkörper des Grills besteht aus einer im allgemeinen rechteckigen
durchbrochenen Platte 10 aus einem geeigneten Kunststoffmaterial, beispielsweise
ABS, das in einer Form oder anderweitig zu der gewünschten Form verformt worden
ist. Dieser Grillkörper besitzt im vorliegenden Falle eine Vielzahl von sich horizontal
erstreckenden Stäben 11.
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Der.Grillgrundkörper wird anschließend nach einem der bekannten Verfahren,
durch das die OberflAche aufgerauht wird, gereinigt. Beispielsweise kann der Grill
mit einer Suspension von reibend wirkenden Teilchen in Wasser besprüht werden. Wahlweise
kann er chemisch mit einer Chromsäurelösung zur chemischen Ätzung der Oberfläche
behandelt werden. In diesem Falle kann das Resistmaterial, auf das nachstehend noch
näher eingegangen wird, aufgebracht werden, bevor chemisch geätzt wird, und zwar
anstelle einer Aufbringung nach dem Reinigungsverfahren.
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Eine Schicht 12 aus einem zweiten Kunststoffmaterial wird dann auf
den Grill aufgebracht, um diejenigen Teile der Oberfläche des Grundmaterials zu
bedecken, die nicht von dem Metall überzogen werden sollen. Dieses Aufbringen kann
nach einem der bekannten Verfahren erfolgen.
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Das zweite Kunststoffmaterial wird derartig ausgewählt, daß es als
Resistmaterial wirkt, Es kann sich um irgendein entsprechendes nicht leitendes Material
handeln, das an dem Grundmaterial unter Bildung eines zusammengesetzten Körpers
haftet und vorzugsweise gegenüber der Aufbringung von Katalysatoren resistent ist.
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Geeignete Kunststoffmaterialien für diesen Zweck, die wechselnde Widerstandsgrade
gegenüber einer Aufbringung von Katalysatoren besitzen und im allgemeinen für ein
nicht elektrolytisches Aufbringen verwendet werden, sind weichgemachtes Polyvinylchlorid
(PVC), chlorierte Polyäther (CPA), Polytetrafluoräthylen (PTFE), fluoriertes Athylen-Propylen
(FEP), Polytrifluormonochloräthylen (PTFCE) sowie Dispersionen von PTFE und anderen
Thermoplasten. Einige dieser Materialien sind nicht für eine Verwendung im Zusammenhang
mit bestimmten Grundmaterialien geeignet, beispielsweise für phenolische Laminate,
da sie eine Härtung bei Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes derartiger
Grundmaterialien erfordern. Jedoch können diese Materialien alle auf Grundmaterialien
verwendet werden, die einen ausreichend hohen Erweichungspunkt besitzen.
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Beispielsweise kann man PVC als Resistmaterial verwenden und dieses
nach irgendeinem geeigneten Verfahren unter Bildung einer Schicht mit einer Dicke
von 0,76 mm (0,03 inches) Uber denjenigen Stellen der Oberfläche der Unterlage aufbringen,
auf welchen kein Metall abgeschieden werden soll.
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Nach dem Überziehen wird die PVC-Schicht in einem staubfreien Ofen
während einer Zeitspanne von 15 bis 20 Minuten bei 500C gehärtet. Man kann jedoch
auch den Überzug bei Zimmertemperatur während einer Zeitspanne von wenigen Stunden
härten.
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Der auf diese Weise zusammengesetzte Körper wird dann einer weiteren
Behandlung unterzogen, um ihn für die anschließende nichtelektrolytische Aufbringung
von Metall aufnahmefähig zu machen. Die weitere Behandlung besteht in den nachfolgend
angegebenen Stufen, wobei nach jeder Stufe mit Wasser gewaschen wird.
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1. Der zusammengesetzte Körper wird einem alkalischen Reinigungsverfahren
unterzogen, indem er in eine milde alkalische silikatfreie Lösung während einer
Zeitspanne von 3 bis 5 Minuten bei 50°C eingetaucht wird.
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2. Der zusammengesetzte Körper wird mit einer 108-igen Chlorwasserstoffsäurelösung
behandelt, um gegebenenfalls auf dem Körper noch vorhandene Alkalireste zu neutralisieren.
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3. Exponierte Stellen des Körpers werden dann in der Weise katalysiert,
daß der ganze Körper während einer Zeitspanne von 3 bis 5 Minuten in eine Lösung
von 0,45 g pro Liter Palladiumchlorid, gepuffert auf einen pH von 4,1, eingetaucht
wird, worauf der Körper in eine 10%Die wässrige Lösung von Natriumhypophosphit bei
30 bis 400C während einer Zeitspanne von 2 bis 5 Minuten überführt wird.
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Durch diese weitere Behandlung wird Palladiumchlorid auf der exponierten
Oberfläche des ABS-Grundmaterials absorbiert, wodurch dieses Material sensibilisiert
wird. Die angegebenen Bedingungen sind, wie Versuche ergeben haben, ;jedoch derart,
daß keine Ablagerung in einem merklichen Ausmaß auf der Oberfläche der PVC-Resistschicht
erfolgt.
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Das absorbierte Palladiumsalz wird durch die Hypophosphitlösung zu
metallischem Palladium reduziert. Wahlweise kann ein ähnliches Ergebnis in der Weise
erzielt werden, daß zuerst ein Eintauchen in eine Zinn<II)-chloridlösung und
dann in die Palladiumchloridlösung erfolgt. Es sind auch viele andere Katalysatoren
für eine nicht elektrolytische Abscheidung bekannt und können unter entsprechend
gesteuerten Bedingungen verwendet werden.
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Bei der Durchführung aller vorstehend erwähnter Stufen wird der zusammengesetzte
Körper oder KomDositkörper bewegt, um zu gewährleisten, daß seine ganze exponierte
Oberfläche in.wirksamer Weise behandelt wird und auch etwa vorhandene Ausnehmungen
oder Durchbohrungen erfaßt werden.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß die Stufe 3 in der Katalysierungsstufe
besteht, die für eine Sensibilierungsbehandlung geeignet ist, die dann anfängt,
wenn die vorstehend beschriebene Konditionierungsbehandlung durchgeführt wird, welche
die Oberfläche des zu überziehenden Materials aufrauht. Bei dieser Konditionierungsstufe
wird die zu überziehende Oberfläche in den richtigen "mechanischen" Zustand gebracht,
um überzogen werden zu können. Dieser Zustand gewährleistet, daß eine wirksame Verzahnung
des nachfolgend aufgebrachten Katalysators mit dem aufzubringenden Metall erfolgt.
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Wie vorstehend erwähnt, kann das Resistmaterial nach der Konditionierungsstufe
aufgebracht werden. In einigen Fällen ist es doch am zweckmäßigsten, dieses Material
vor der Konditionierungsstufe aufzutragen. Wenn jedoch, wie vorstehend
beschrieben,
das Resistmaterial nach der Konditionierungsstufe aufgebracht wird, wird der auf
diese Weise gebildete Kompositkörper einer Reinigungsoperation (d.h.
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in den Stufen 1 und 2) vor der tatsächlichen Katalysierungsstufe in
Stufe 3 unterzogen.
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Schließlich wird der behandelte Kompositkörper in eine stromlose Nickellösung
des Typs eingetaucht, die ein Nickelsalz, ein Hypophosphit, einen Puffer sowie komplexbildende
Mittel enthält. Eine geeignete Lösung kann gemäß der GB-PS 1 163 296 in der Weise
hergestellt werden, daß nacheinanderfolgend Wasser mit einer Temperatur von ungefähr
350C folgende Bestandteile zugesetzt werden: 1. Nickelsulfat in einer Menge von
25g/l 2. Weinsäure in einer Menge von 8g/l 3. Natriumformiat in einer Menge von
6g/l und 4. eine 33%-ige Lösung (Gewicht/Volumen) von hypophosphoriger Säure in
einer Konzentration von 400 ccm/l.
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Diese Ausgangslösung wird dann in der Weise "aktiviert", daß zuerst
eine ausreichende Menge einer 25%-igen (Gewicht/ Volumen) Lösung von Natriumhydroxyd
zugesetzt wird, um die Bildung eines Niederschlags von Nickelhydroxyd zu erzeugen,
wobei die Temperatur auf ungefähr 45 ob ansteigen gelassen wird, und dann eine 50%-ige
(Gewicht/Volumen) Lösung von hypophosphoriger Säure zugesetzt wird, um das ausgefällte
Material erneut aufzulösen. Vor der Verwendung erfordert diese Lösung eine Verdünnung
mit Wasser auf eine Endkonzentration, die von den Verwendungsbedingungen abhängt.
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Diese Behandlung erzeugt auf den nicht bedeckten Stellen der Oberfläche
des Grundmaterials eine leitende Schicht 13 aus Nickel mit einer gesteuerten Dicke,
und zwar je nach den Überziehungsbedingungen. Keine Aufbringung erfolgt auf der
Oberfläche
der PVC-Schicht oder einer anderen Resistschicht 12, da diese nicht während der
vorhergegangenen Stufe katalysiert worden ist. Anstelle von Nickel kann man Kobalt
oder eine Nickel/Kobalt-Legierung verwenden oder jedes andere Material einsetzen,
das aus einer geeigneten Lösung nur auf eine entsprechend katalysierte Oberfläche
aufgebracht werden kann. Erwähnt sei beispielsweise Kupfer, das in üblicher Weise
stromlos auf Kunststoffe aufgebracht werden kann. Weiteres Metall kann dann elektrolytisch
auf die Schicht 13 unter Bildung der fertigen Metallschicht aufgebracht werden.
In typischer Weise wird zuerst Kupfer unter Ausbildung einer Schicht mit geringem
Widerstand aufgebracht, worauf eine abschließende Schicht aus einem schützenden
Metall, wie beispielsweise Chrom, elektrolytisch aufgetragen wird. Ein wesentliches
Merkmal der Erfindung besteht daher in der Auswahl von geeigneten Lösungen, aus
welchen stromlos das Metall nur in Gegenwart eines entsprechenden Katalysators aufgebracht
werden kann, und zwar zusammen mit der Auswahl eines Materials für die Resistschicht,
die nicht durch die Aufbringung des von der Lösung benötigten Katalysaters sensibilisiert
wird.
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Im allgemeinen sind die vorstehend erwähnten Resistmaterialien selbst
dazu in der Lage, in der gleichen allgemeinen Weise aufgebracht werden zu können,
wie das PVC-Material, aus welchem der Grillgrundkörper besteht. Diese Resistmaterialien
entwickeln gegenüber den Präparierungsstufen verschiedene Widerstandsfähigkeiten.
Um derartige Materialien für eine nichtelektrolytische Aufbringung zu präparieren,
ist es lediglich erforderlich, die Bedingungen zu verändern, die während dieser
Präparierungsstufen eingehalten werden. Es ist darauf hinzuweisen, daß es möglich
ist, selektiv ein
Metall auf einer Unterlage eines ABS-Kunststoffmaterials
unter Verwendung eines PVC-Resists aufzubringen, datABS-Kunststoffmaterialien leichter
für eine Plattierung prapariert werden können als PVC. Es ist jedoch zweckmäßig,
selektiv auf nicht,elektrolytischem Wege auf eine PVC-Unterlage einen Überzug aufzubringen,
da es dann notwendig ist, für das Resistmaterial ein Material auszuwählen, welches
nicht während der Präparierungsstufen sensibilisiert wird, die für die Sensibilisierung
von PVC erforderlich sind.
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Beispielsweise kann das Resistmaterial aus PTFE bestehen.
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Die für PVC erforderliche Sensibilisierungsmethode ist im allgemeinen
ähnlich der vorstehend beschriebenen, mit der Ausnahme, daßwahrend des Reinigens
und Atzens schärfere Bedingungen eingehalten werden müssen. So kann beispielsweise
eine stärkere Chromsäurelösung während einer längeren Zeitspanne bei einer höheren
Temperatur verwendet werden.
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Ferner kann es notwendig sein, die gereinigte Oberfläche mit der katalysierenden
Lösung bei einer höheren Temperatur oder während einer längeren Zeitspanne zu behandeln.
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Diese Bedingungen lassen sich leicht durch einen Versuch ermitteln,
da es lediglich notwendig ist, die Bedingungen herauszufinden, die dazu erforderlich
sind, das Grundmaterial ohne eine Sensibilisierung des Resistmaterials zu sensibilisieren.
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Die Erfindung beruht in erster Linie auf der Erkenntnis, daß verschiedene
Materialien verschiedene Widerstandsfähigkeiten gegenüber einer Sensibilisierung
für eine katalytische nichtelektrolytische Aufbringung besitzen, und daß durch eine
entsprechende Kombination der Bedingungen der Sensibilisierungsoperationen es möglich
ist, ein Material vorzugsweise zu konditionieren.
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Die Erfindung ist natürlich nicht auf die Herstellung von Kraftfahrzeugkühlergrills
beschränkt. Das Verfahren der selektiven nichtelektrolytischen Aufbringung kann
auch für die Aufbringung eines metallischen Musters auf beliebige Gegenstände aus
einem geeigneten Grundmaterial verwendet werden, und zwar entweder für Dekorationszwecke
oder für funktionelle Zwecke.
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Ein weiteres Beispiel für einen Kompositgegenstand, der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt werden kann, ist die Herstellung von Schmuckstücken, wie beispielsweise
Broschen. Eine derartige Brosche kann aus einem Kunststoffverankerungselement bestehen,
das zu einem gewünschten Muster verformt worden ist und eine Anzahl von Glaskugeln
aufweist, die an dem Material befestigt worden sind, beispielsweise durch direktes
Einformen in das Unterlagenmaterial oder dergleichen. In diesem Falle kann das Unterlagenmaterial
nichtelektrolytisch überzogen werden, und zwar in der Weise, daR zuerst eine Sensibilisierung
durchgeführt wird, welche zur Folge hat, daß der entsDrechende Katalysator auf dem
Kunststoffmaterial abgelagert wird, nicht jedoch auf den Glaskugeln. Die für die
Sensibilisierung von verschiedenen Kunststoffmaterialien und Glas erforderlichen
Bedingungen sind bekannt, so daß durch Vergleich der Bedingungen, die für die verschiedenen
bekannten Typen von nichtelektrolytischen Überziehungsverfahren bekannt sind, es
möglich ist, eine geeignete Reihe von Konditionierungsoperationen durchzuführen,
die sicherstellen, daß der Katalysator nur auf dem Kunststoff und nicht auf den
Glaskugeln abgelagert wird.
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Ferner nn man nach diesem Vcrfa}l? ¢ einen Gegenstand herstellen,
der
aus einem Zwei-Teile-Formling besteht, wobei sich die zwei Teile aus verschiedenen
Kunststoffmaterialien zusammensetzen. Beispielsweise kann ein Fackelkörper aus PVC
bestehen und einen eingesetzten Block aus PTFE aufweisen, der darin ausgeformt ist
und als Befestigung für einen Schalter dient. Es kann zweckmäßig sein, das Gehäuse,
falls es aus PVC besteht, zu überziehen und, den PTFE-Einsatz in nicht überzogenem
Zustand zu lassen. In diesem Falle ist es notwendig, nur die jeweiligen Bedingungen
des Sensibilisierens festzulegen, die notwendig sind, den entsprechenden Katalysator
auf dem PVC und nicht auf dem PTFE abzuscheiden.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß bei allen Beispielen die Resistschicht
nicht nur mit dem Zweck aufgebracht wird, eine nichtelektrolytische Abscheidung
von Metall auf bestimmten Teilen des Gegenstandes zu verhindern, sondern auch für
den Zweck, einen wesentlichen Teil des Gegenstandes zu bilden, der eine andere Funktion
aufweist und permanent mit der Unterlage verankert ist. Nichtsdestoweniger wirkt
sie in der gleichen Weise als Resist, so daß das Verfahren zur Herstellung einer
Druckschaltung eingesetzt, werden kann.