DE3332029C2

DE3332029C2 - Verfahren zur Beschichtung eines festen Körpers

Info

Publication number: DE3332029C2
Application number: DE3332029A
Authority: DE
Inventors: Robert Dr Ing Ostwald
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1982-09-16
Filing date: 1983-09-06
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2003-09-07
Also published as: DE3332029A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung ei nes festen Körpers nach dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1.

Eine Beschichtung fester Körper wird vorgenommen, um deren funktionelle Eigenschaften, z. B. Korrosionsbeständigkeit, und/oder deren dekorative Eigenschaften zu verbessern. Bei derartigen Beschichtungen ist es wesentlich, daß die auf gebrachten Schichten gut auf dem Körper haften. Eine der artige Schichthaftung kann z. B. durch relativ schwache Wechselwirkung zwischen Schicht- und Körpermaterial (soge nannte Van der Waals-Kräfte), durch chemische Bindungen oder auch durch mechanische Verankerungen und/oder durch eine Kombination dieser Beiträge bewirkt werden.

Es sind einige Verfahren bekannt, mit deren Hilfe sich die Schichthaftung verbessern läßt. So können z. B. haftvermit telnde Zwischenschichten in Form von Klebern oder Auf dampf- und/oder Sputter-Schichten abgeschieden werden. Eine bessere Schichthaftung durch Oberflächenaufrauhung wird z. B. durch Schleifprozesse oder durch Anquellen und Aufrauhen der Oberfläche durch chemisches Ätzen oder durch Einbettung herauslösbarer Fremdstoffe in den Haftvermittler erreicht.

Diese bekannten Verfahren sind im allgemeinen auf be stimmte Anwendungsfälle und spezielle Materialkombinatio nen beschränkt. Haftvermittler bestehen immer aus einem anderen Material als der Körper und die gewünschte Be schichtung, so daß zwangsläufig neue, oft unpassende Ei genschaften auftreten oder daß eine Einschränkung der er wünschten Schichteigenschaften erfolgt. So verringern z. B. Kleberschichten die thermische Belastbarkeit des beschich teten Körpers sehr stark. Anorganische Haftvermittler wer den oft durch unwirtschaftliche Beschichtungsverfahren ab geschieden und benötigen darüber hinaus spezielle Reakti onsbedingungen zur Ausbildung chemischer Bindungen.

Aus der DE-AS 24 11 619 ist ein Verfahren zum Beschichten von Gläsern bekannt, bei welchem in einem ersten Schritt die Oberfläche eines Glases durch Sandstrahlen oder Ätzen aufgerauht wird und auf die aufgerauhte Oberfläche wird eine Metallschicht aufgebracht. In der DE-OS 28 29 113 ist ein Verfahren zur Beschichtung einer Glasoberfläche beschrie ben, bei welchem die Glasoberfläche durch Anätzen leicht aufgerauht und danach eine Metallschicht aufgebracht wird. Aus der DE-PS 9 64 095 ist ein Verfahren zur Aufrauhung ei ner Glasoberfläche entnehmbar, bei welchem durch partielle Auslaugung von Oberflächenbestandteilen eine feinporige Oberfläche erzeugt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Abscheidung eines Haftvermittlers oder die Einla gerung von Fremdstoffen vermieden wird und das eine wirt schaftliche Herstellung einer thermisch hoch belastbaren Beschichtung ermöglicht, die insbesondere eine gute Haft festigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind den Unteran sprüchen entnehmbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei spielen näher erläutert.

Zur Herstellung einer gut haftenden Beschichtung ist deren mechanische Verankerung im zu beschichtenden Körper insbe sondere dann sehr wichtig, wenn andere Beiträge zur Haft festigkeit, beispielsweise chemische Bindungen, bei der gewünschten Materialkombination nicht möglich sind oder nicht ausreichen. Es wurde gefunden, daß insbesondere bei glasartigen Oberflächen eine definierte physikalische Vor behandlung der Oberfläche vorteilhaft ist, die nicht mate rialabtragend ist, so daß mit bestimmten Ätzverfahren erst eine Aufrauhung erzielt wird, wodurch die Beschichtung sehr haftfest verankerbar ist. Durch die physikalische Vorbehandlung der Oberfläche entstehen Störungen, z. B. tiefreichende Versetzungen und Risse, so daß das Körpermaterial in diesen Be reichen reaktiver und daher sehr viel schneller ätzbar ist als das ungestörte Material. Die Schichthaftung wird umso besser, je höher die Flächendichte solcher Oberflächenstö rungen ist, also je zahlreicher die Verankerungsmöglich keiten der Schicht pro Flächeneinheit sind. Andererseits läßt sich die Flächendichte solcher Störungen nicht belie big erhöhen, da die durch Ätzung erzeugten Spalten und/oder Poren für eine zuverlässige Beschichtung in deren Innerem eine Mindestgröße haben müssen. Die einzelnen Ver ankerungen der Schicht sind dann von gleicher Größe und Gestalt wie die Poren. Bei guter Verankerung erfolgt die Trennung bei einer Haftfestigkeitsprüfung, z. B. gemäß dem Schältest, durch Abreißen der einzelnen Verankerungen, wenn diese hinreichend dünn sind oder die Zugfestigkeit des Schichtmaterials gering ist. Bei hinreichend starken (dicken) Verankerungen erfolgen dagegen Ausbrüche des Kör permaterials.

Beispiel 1

Ein scheibenförmiger Körper aus Borosilkatglas wurde mit Hilfe eines Labor-Sandstrahlgeräts so bestrahlt, daß noch keine Abrasion eintrat und die Borosilikatglasoberfläche bei mikroskopischer Betrachtung (500fache Vergrößerung) unverändert eben war. Nach einer Entfettung wurde die Oberfläche in einer Ammoniumhydrogenfluoridlösung geätzt und mit demineralisiertem Wasser bei Ultraschall-Behand lung gründlich gespült. Eine rasterelektronenmikroskopi sche Untersuchung dieser Oberfläche zeigte eine große An zahl sich überschneidender Ringspalte von ungefähr 20 µm Durchmesser, einer Spaltbreite von ungefähr 1,5 µm und ei ner Spalttiefe bis zu 6 µm. Die so vorbehandelten Oberflä chen wurden zwecks stromlos-chemischer Metallisierung nach dem üblichen Zinnchlorid-Palladiumchloridverfahren mit ka talytischen Keimen belegt. Durch stromlos-chemische Kup ferabscheidung aus einem handelsüblichen Bad und Verstär kung auf 15 µm wurden Schichten erzeugt, die eine Schäl kraft von 0,3 N/mm zur Trennung von der Oberfläche benöti gen.

Beispiel 2

Ein scheibenförmiger Körper aus Quarzglas wurde in eine Schmelze aus LiNaCO₃ getaucht und wie in Beispiel 1 gründ lich gespült. Nach einer Ätzung in einer Lösung aus mit Fluorwasserstoff gesättigter Atmosphäre und gründlicher Spülung zeigte die Oberfläche im Rasterelektronenmikroskop 10-20 µm lange Spalte von ungefähr 1 µm Breite und ungefähr 4 µ Tiefe. Nach einer Bekeimung und Metallisierung wie in Beispiel 1 konnte eine Schälkraft von 0,5 N/mm gemessen werden.

Claims

1. Verfahren zur Beschichtung eines festen Körpers, bei welchem die Oberfläche des Körpers in einem Ätzverfahren aufgerauht und die Beschichtung in der aufgerauhten Ober fläche mechanisch verankert wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Anwendung des Ätzverfahrens die Oberfläche ei ner nicht materialabtragenden physikalischen Vorbehandlung unterzogen wird, durch die Versetzungen und/oder kurze Spannungsrisse in der Oberfläche erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Vorbehandlung ein nicht abrasives Sand strahlen enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Vorbehandlung eine thermische Behandlung enthält.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Körper im wesentlichen aus einem Silikatwerkstoff besteht und daß dessen Oberfläche mit einem Metall beschichtet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß in einer glasigen und/oder glas artigen Oberfläche grabenförmige Vertiefungen erzeugt wer den, deren Breite und Tiefe im Bereich von 0,5 µm bis 20 µm liegen und daß die derart aufgerauhte Oberfläche einen tragenden Anteil besitzt, der im Bereich von 40% bis 99% liegt.