DE2539178C3 - Verfahren und Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden von Metall auf leitenden Fasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum galvanischen Abscheiden von Metall auf leitenden Fasern, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem um eine schräge Achse drehbaren Elektrolysegefäß.

Es sind Verfahren zur Herstellung von fasrigen metallischen V/erkstoffen bekannt, bei welchen zunächst ein elektrisch leitendes Skelett aus Kohlenstoffasern hergestellt wird, und auf den Fasern dieses Skeletts ein schwach elektropositives Metall oder eine Legierung abgelagert wird, so daß metallische Fasern mit Kohlenstoffseele entstehen, worauf der Kohlenstoff durch einen selektiven Oxydationsvorgang im warmen Zustand ausgeschieden wird. Bei einer Ausführungsform dieser bekannten Verfahren, welche zur Herstellung eines metallischen Filzes oder Flaums dient, wird zunächst ein Flaum aus leitendem Kohlenstoff hergestellt, z. B. durch Pyrolysieren von Baumwollwatte und Erwärmen in einer einen Kohlenwasserstoff enthaltenden neutralen Atmosphäre, um an den Kohlenstoffasern pyrolytische Brücken zu erzeugen, worauf der Kohlenstoff-Flaum zerbröckelt und mit Nickel in einem ein Nickelbad enthaltenden Elektrolysebottich bekannter Art überzogen wird. Man erhält so einen Flaum von Nickelfasern mit Kohlenstoffseele in Suspension in dem Elektrolyten. Nach Waschen und Abtropfen zur Verfilzung der Fasern werden diese, wie oben ausgeführt, entkohlt.

Dies Verfahren zur elektrolytischen Vernicklung in einem Bottich ergibt kleine, sehr homogene Faseragglomerate, solange die Dicke des aufgebrachten Metalls kleiner als ein bestimmte,- Grenzwert ist. Jenseits dieses Grenzwertes zeigt sich, daß der erhaltene Flaum ungleichmäßig wird, da r\\e durch die Drehung des Bottichs erzeugte Durchrührung des Bades und der Fasern nicht mehr ausreicht, um das Verwachsen der Nickelhüllen an den Berührungsstellen der Fasern und die hierdurch entstehenden Stromdichtegradienten zu vermeiden. Diese Erscheinung ist bei unterschiedlichen Metallen unterschiedlich. So ist es z. B. mit bekannten Verfahren nicht möglich, Bleifasern durch Behandlung von Kohlenstoffasern in einem Bleifluoborat od. dgl.

enthaltenden Elektrolytbad zu bilden, da das Verwachsen der Bleihüllen an den Berührungsstellen der Fasern zu früh einsetzt- Diese Erscheinung tritt zu einem werkstoffabhängigen Zeitpunkt ganz allgemein auf, wenn man durch Elektrolyse im rotierenden Bottich Metall auf leitende Fasern aufbringt.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgebe, die vorstehend geschilderte Erscheinung des Verwachsens der Metallhülsen auf den Kohlenstoffseelen zu verhindern, und dadurch entweder die Herstellung derartiger Metallfasern überhaupt erst möglich zu machen oder Metallfasern zu erhalten, deren Querschnitt erheblich größer als der größte Querschnitt ist, welcher bei Anwendung bekannter Verfahren erhalten werden kann.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten dadurch erreicht, daß die Fasern während der Abscheidung ständig gekämmt werden. Durch dieses »Kämmen« der Fasern während der elektrolytischen Metallbeschichtung wird eine so starke Bewegung zwischen den einzelnen Fasern bewirkt, daß das Verwachsen der Metallhülsen an den Berührungsstellen mit Sicherheit auch bei hohen Metalldicken vermieden wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem um eine schräge Achse drehbaren Elektrolysegefäß ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kämmvorrichtung mit einem festen an dem Halter des Gefäßes befestigten Kamm, dessen Zähne zu der Drehachse etwa parallel und mit ihren freien Enden in der Nähe des Bodens des Gefäßes liegen, sowie Finger aufweist, welche am Boden des Gefäßes in kreisförmigen Reihen ebenfalls zur Drehachse etwa parallel derart befestigt sind, daß sie während der Drehung des Gefäßes zwischen den Zähnen des Kammes durchlaufen, und daß die Drehachse des Gefäßes gegen die Lotrechte um 20° bis 40°, vorzugsweise etwa 30°, geneigt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt schematisch einen Axialschnitt durch einen mit einer erfindungsgemäßen Kämmvorrichtung versehenen Elektrolysebottich, wobei zur Verdeutlichung der Darstellung die Wandstärken gewisser Teile erheblich überhöht dargestellt sind.

Der Bottich an sich bekannter Bauart soll nur kurz beschrieben werden. Das Gefäß 11 aus einem isolierenden oder isolierten Werkstoff, z. B. aus bewehrtem Harz oder mit einer Schicht eines isolierenden Polymers überzogenem Stahlblech, hat eine Drehachse, welche in bezug auf die Lotrechte merklich schräg liegt. Es kann zylindrisch sein, zur Vergrößerung der anodischen Fläche erhält es jedoch besser eine sich erweiternde Form eines auf seiner kleinen Grundseite ruhenden Kegelstumpfs. Es ist von einer Hülle 12 umgeben, welche einen Mantel 13 für den Umlauf von durch einen Stutzen 14 zugeführtem Wasser schafft, um die Temperatur des Elektrolytbades 15 praktisch konstant zu halten. Der Boden 16 des Gefäßes 11 ist an einem metallischen Flansch 17 befestigt, welcher von einer Achse 18 getragen wird, welche in ein metallisches Spurlager 19 eingeführt ist, dessen oberer Teil durch einen Flansch 20 gebildet wird.

An der Achse 18 ist ein Zahnrad 21 befestigt, welches durch eine Kette oder einen Motor angetrieben wird, welche in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die Unterseite des Rades 21 legt sich gegen den Flansch 20,

an welchem sie während der Drehung reibt, wodurch ein genügender elektrischer Kontakt hergestellt wird. Der Flansch 20 ist durch einen Leiter 22 mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden. Die kathodische Fläche ist eine kreisförmige Platte 23 aus Stahl, Kupfer oder Messing, welche a-> dem Boden 16 des Bottichs durch Bolzen 24 festge·.·.. igen wird, welche auch die Befestigung des Bodens an dem Flansch 17 bewirken. Die Platte 23 kann durch durch die Bolzen 24 festgezogene Kränze ersetzt werden. Der Schaft des Spurlagers 19 wird in einem dreieckigen Halter 25 aus einem isolierende Werkstoff, z. B. Holz, gehalten.

Der Halter 25 wird durch einen oberen Ständer 26 verlängert Die anodische Fläche ist eine Nickelplatte 27, welche in dem oberen Teil des Bades in der Nähe der freien Oberfläche desselben liegt und von einem leitenden Stab 28 getragen wird, welcher seinerseits durch eine fest mit dem Ständer 26 verbundene Zange 29 gehalten wird und mit dem positiven Pol der Stromquelle durch einen Leiter 30 verbunden ist

Die Kämmvorrichtung umfaßt einen testen Kamm, welcher fest mit dem Ständer 26 verbunden ist und in das Bad eintaucht, sowie bewegliche Finger, welche an dem Boden des Bottichs befestigt sind und zwischen den Zähnen des Kamms hindurchlaufen, wenn sich der Bottich dreht. Der Kamm weist einen Stiel 31 auf, welcher an dem Ständer 26 durch einen Arm 32 mittels einer Zange 33 belustigt ist und in das Bad in geringer Entfernung von der oberen Mantellinie des B ittichs 11 eintaucht, zu welcher er praktisch parallel ist. Der den unteren Teil des Stiels 31 abschließende Steg 34 des Kamms liegt zu dem Boden in radialer Richtung etwa parallel und trägt die gleichweit voneinander entfernten zylindrischen Zähne 35, welche zu der Achse des Bottichs parallelliegen, und deren freie Enden möglichst nahe an der Kathode 23 liegen, ohne diese jedoch zu berühren.

An der Kathode 23 sind zylindrische Finger 36 mit ihren Fußteilen 37 durch die Bolzen 24 befestigt. Sie sind in kreisförmigen Reihen angeordnet, welche voneinander einen Abstand haben, welcher gleich dem der Zähne 35 ist, so daß sie etwa durch die Mitte der Zwischenräume dieser Zähne treten.

Alle Teile des Kamms sowie die Finger sind aus isolierendem oder isoliertem Werkstoff. Die Zähne und die Finger können z. B. aus Polyamidharz oder aus durch eine Harzschicht geschütztem Stahl sein.

Der Wert der Schräglage der Achse des Bottichs gegenüber der Lotrechten ist nicht gleichgültig. Die Erfahrung zeigt, daß, wenn sie kleiner als 20° ist die Durchrührung der Fasern und ihr Kämmen wenig wirksam sind. Wenn sie größer als 40° ist, wird das Volumen des Bades unzureichend. Sie beträgt zweckmäßig größenordnungsmäßig 30°.

Nachstehend sind beispielshalber einige Zahlenwerte angegeben.

Der ausprobierte Bottich hatte unter Berücksichtigung der Schräglage der Achse eine Nutzkapazität von 15 Litern. Der innere Durchmesser des Bodens beträgt 240 mm. Der Kamm besitzt drei Zähne 35 mit einem Abstand von 40 mm und einer Länge von 70 mm. Die Finger 36 sind 60 mm lang und in zwei kreisförmigen Reihen angeordnet, von denen die eine einen mittleren Halbmesser von 40 mm und vier Finger und die andere einen mittleren Halbmesser von 80 mm und acht Finger hat

Zur Abschätzung der durch die Erfindung erzielten Fortschritte wurden Vergleichsversuche zur Bestimmung des größten Durchmessers der erhaltenen Nickelfasern vorgenommen, d. h. zur Bestimmung der größten Nickeldicke, welche auf ein Skelett von Kohlenstoffasern ohne merkliche Verwachsung der Fasermasse mittels des obigen Bottichs mit und ohne Benutzung der erfindungsgemäßen Kämmvorrichtung aufgebracht werden kann. Die aufgebrachte Dicke wurde durch die Quotienten zwischen dem Kohlenstoffgewicht und dem Nickelgewicht, Verhältnis C/Ni genannt, der erhaltenen metallischen Fasermasse ermittelt.

Mit einem Vernicklungsbad, dessen Hauptbestandteil Nickelsulfamat mit einem Gehalt von 330 Gramm je Liter ist, und welches bei einer Temperatur von etwa 45°C benutzt wird, wobei die angelegte Spannung 8 bis 10 V und die Stromstärke 50A beträgt, ist es ohne Benutzung der erfindungsgemäßen Kämmvorrichtung unmöglich, ein Verhältnis C/Ni von weniger als 0,15 oder 0,16 zu erhalten. Unterhalb dieses Werts bilden die Fasern ungleichmäßige Agglomerate. Bei Ausrüstung des Bottichs mit der erfindungsgemäßen Kämmvorrichtung kann der Wert des Verhältnisses C/Ni auf 0,07 und sogar auf 0.03 gesenkt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum galvanischen Abscheiden von Metallen auf leitenden Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern während der Abscheidung ständig gekämmt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem um eine schräge Achse drehbaren Elektrolysegefäß, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kämmvorrichtung mit einem festen, am Halter (25, 26) des Gefäßes befestigten Kamm (34, 35), dessen Zähne (35) etwa parallel zur Drehachse des Gefäßes (11) und mit ihren freien Enden in der Nähe des Bodens des Gefäßes (11) liegen, sowie Finger (36) aufweist, welche am Boden (16) des Gefäßes (11) in kreisförmigen Reihen ebenfalls zur Drehachse des Gefäßes etwa parallel derart befestigt sind, daß sie während der Drehung des Gefäßes zwischen den Zähnen (35) des Kammes durchlaufen, und daß die Drehachse des Gefäßes (11) gegen die Lotrechte um 20" bis 40°, vorzugsweise 30°,geneigt ist