DE3732510C1

DE3732510C1 - Process for producing strongly adhering nickel layers on glass or ceramic

Info

Publication number: DE3732510C1
Application number: DE19873732510
Authority: DE
Inventors: Ehrenfried Dipl-Chem Loock
Original assignee: AEG Olympia AG
Current assignee: AEG Olympia Office GmbH
Priority date: 1987-09-26
Filing date: 1987-09-26
Publication date: 1989-04-06

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung haftfester Nickelschichten auf Glas- oder Keramikplatten zur Herstellung von Tintenspritzköpfen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Piezoelektrisch betriebene Tintenspritzköpfe benötigen zur elektrischen Kontaktierung eine gleichmäßig glatte, leitfähige Schicht, wenn nichtmetallische Kopfmaterialien wie Glas oder Keramik verwendet werden. Da diese Schichten im Betrieb dauernder mechanischer Belastung unterworfen sind, ist ihre Haftfestigkeit von besonderer Bedeutung.

Es sind bereits viele Verfahren zum Metallisieren von nichtmetallischen Werkstoffen wie Keramik oder Glas bekannt.

Ein typisches Metallisierungsverfahren ist das Laminieren mit und ohne Trägerfolie, wobei die Metallfolie mittels eines Klebstoffes mit dem Träger verbunden wird. Diese Art des Metallisierens erfordert zwar niedrige Kosten, aber die Haftfestigkeit ist nur mäßig.

Ein weiteres Verfahren besteht in einem Auftragen eines Metall pulver-Klebstoff-Gemisches auf den Träger, wobei das Auftragen dieses Gemisches durch Lackieren oder Drucken mit Metall gefüllten Pasten oder Lacken erfolgen kann. Obwohl die Haftfestigkeit hierbei sehr hoch ist, ist eine Beschichtung stark strukturierter Flächen mit diesem Verfahren schwierig.

Durch ein weiteres bekanntes Verfahren kann die Metallschicht durch eine Gasphasenabscheidung bei Hochtemperatur- und/oder Vakuumtechnik auf einen Träger aufgebracht werden. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Haftfestigkeit und Oberflächengüte und durch eine sehr gute thermische Belastbarkeit aus, aber nachteilig sind hierbei der hohe technologische Aufwand und die hohen Kosten.

Ein weiteres Verfahren zur haftfesten Metallisierung von Keramik ist in Galvanotechnik 75 (1984) Nr. 12, Seiten 1523 bis 1527 beschrieben worden. Es handelt sich hierbei um ein chemisches Metallisierungssystem, mit dem verschiedene Metallschichten chemisch abscheidbar sind. Diese naßchemische Metallisierung verursacht nur geringe Kosten und einen geringen technologischen Aufwand, aber zur Erzeugung einer befriedigenden Oberflächengüte ist noch ein naßchemisches Polieren und Vergüten erforderlich.

Viele bekannte Verfahren zum Vernickeln von Glas- oder Keramiksubstraten weisen alle die gleichen Verfahrensschritte, wie Reinigen, Erzeugen einer Haftgrundfläche, Sensibilisieren, Aktivieren, chemiches Vernickeln und Tempern auf. Der wesentliche Unterschied besteht in der Erzeugung der Haftgrundfläche und in dem Material des Haftgrundes. So wird bei dem Verfahren nach der US-PS 42 59 409 eine alkalische Silicat-Lösung mit Metallsalzen verwendet, die sehr viskos und fast sirupartig ist. Daher ist ein Silicat enthaltender Lack bei der Herstellung von dünnen Glas- oder Keramikplatten für Tintendruckköpfe weniger geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung haftfester Nickelschichten auf Glas- oder Keramikplatten zur Herstellung von Tintendruckköpfen zu schaffen, mit dem bei geringem technologischem Aufwand und niedrigen Kosten hohe Werte für die Haftfestigkeit und die thermische Belastbarkeit erzielbar sind. Außerdem soll das Auftragen dünner bis dicker Schichten auf dünnen Glas- oder Keramikplatten für schmale Tintendruckköpfe möglich sein, wobei die Oberflächengüte ohne besondere Nachbehandlungen sehr hoch sein soll. Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene erfindungsgemäße Verfahren gelöst.

Die erzeugten Nickelschichten auf Glas- oder Keramiksubstraten zeichnet sich durch eine hohe Haftfestigkeit, gute Lötbarkeit, hohe thermische Belastbarkeit, geringen technologischen Aufwand und durch einen niedrigen Materialpreis aus. Außerdem ist die Schichtqualität und die Verfahrenstechnik in weiten Grenzen unabhängig vom Schichtuntergrund. Auch ist eine rückstandslose Entschichtung bei praktisch unveränderter Substratoberfläche möglich. Der flüssige Lack läßt sich sehr dünn auftragen und gewährleistet nach dem Tempern eine sehr hohe Haftfestigkeit. Auf die dünne Phosphatlackschicht wird dann eine ebenfalls dünne Nickelschicht aufgebracht, so daß die dünn hergestellten Glas- oder Keramikplatten die Herstellung der optimal schmalen Tintendruckköpfe ermöglichen.

Der wasserlösliche, anorganische Lack bildet einen hervorragenden Haftgrund für die chemische Vernickelung. Dieser Lack weist eine niedrige Viskosität bei hohem Feststoffgehalt auf, wodurch das Auftragen dünner, porentiefer Schichten möglich ist. Weiterhin ist dieser Lack bei Raumtemperatur stabil, während bei Temperaturen über 200°C chemische Reaktionen einsetzen, die den Lack aushärten, fest auf dem Substrat verankern und aus Paladiumchloridlösungen metallisches Paladium auf der Oberfläche ausscheiden. Auf dieser Oberfläche ist es dann möglich, schon bei Raumtemperatur Nickel aus entsprechenden Bädern chemisch abzuscheiden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des Lacks sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung haftfester Nickelschichten ist sowohl bei Glas- als auch bei Keramiksubstraten vorteilhaft einsetzbar. Im folgenden wird das Beschichten von Glasplatten mit Nickel für die Herstellung von Tintenspritzköpfen beschrieben. Zunächst werden die zu beschichtenden Glasober flächen je nach Verschmutzung mit Scheuerpulver und/oder flüssigen Laborreinigern gereinigt. Anschließend werden die Glasplatten mit destilliertem Wasser abgespült, um alle noch vorhandenen Rückstände von den Glasoberflächen zu beseitigen. Der Einsatz von destilliertem Wasser hat den Vorteil, daß die Glasoberflächen im anschließenden Trocknen frei von irgendwelchen Rückständen sind. Etwaige Rückstände, die z. B. im normalen Leitungswasser noch enthalten sind, werden hierdurch ausgeschlossen. Das Trocknen der Glasoberfläche erfolgt mittels eines Gebläses. Danach werden die Substratoberflächen mit einer dünnen gleichmäßigen Phosphatlackschicht beschichet, was entweder durch Eintauchen der Glasplatten in ein entsprechendes Bad oder noch vorteilhafter durch Einsatz einer Zentrifuge erfolgen kann. Dieser Phosphatlack hat die Abkürzung AlNiPH und ist ein wasserlöslicher, anorganischer Lack. Dieser Lack enthält die Komponenten von chemischen Nickel-Bädern; Nickelsalze und Hypophosphit in einer wasserlöslichen Glasmatrix von sauren Aluminiumphosphaten.

Eine typische AlNiPH-Glaslack-Zusammensetzung besteht aus

60 g saurer Aluminium-Phosphat-Lösung 3/8 (Molverhältnis Aluminium zu Phosphat = 3/8) 50prozentig
5 g Ameisensäure
4,7 g Nickelhydroxid
0,06 g fluorkohlenwasserstoffhaltigem Netzmittel
15 g Wasser
20 g Hypophosphoriger Säure, 50prozentig.

Zur Verbesserung der Glaseigenschaften können den Lacken z. B. noch Borsäure, Polyphosphate und Metalloxide zugesetzt werden, soweit es deren Löslichkeit erlaubt.

Die beschichteten Platten werden anschließend bei Temperaturen zwischen 30° und 50° angetrocknet. Danach erfolgt ein Tempern der Glasplatten zwischen 300 und 500°C, wobei der Lack unter Braunfärbung in den glasartigen Zustand übergeht. Hierbei wird Nickel bzw. Nickelphosphid als Haftgrund ausgeschieden. Dieses Tempern nimmt eine Zeit von 10 bis 60 Minuten in Anspruch. Der so erzeugte Haftgrund wird dann mit einer Palladiumchloridlösung bei Raumtemperatur während einer Zeit zwischen 1 und 10 Minuten behandelt, wobei eine chemische Abscheidung von Palladiumkeimen auf der Phosphatlackschicht stattfindet. Hierbei wird die Schicht durch die Palladiumchloridlösung für die anschließende chemische Vernickelung aktiviert. Besonders leicht geht dies, wenn der Säuregehalt der Lackschicht während des Temperns durch Verdampfung leicht flüchtiger Säuren abnimmt.

Das anschließende chemische Abscheiden von Nickel erfolgt in einem Bad aus

30 g/l Nickelsulfat
10 g/l Natriumhypophosphit
30 g/l Ammoniumsulfat
1 g/l Natriumsulfat
8,2-8,5 pH-Wert

bei Raumtemperatur während einer Zeit von mehreren Minuten. Je länger die Glasplatten in diesem Bad verbleiben, desto dicker ist die aufgetragene Nickelschicht.

Nach der chemischen Vernickelung der Glasplatten werden diese getrocknet und abschließend bei Temperaturen zwischen 200 bis 400°C während einer Zeit von 10 bis 20 Minuten getempert. Damit sind die Glasplatten zur weiteren Verarbeitung bei der Herstellung von Tintenspritzköpfen fertiggestellt.

Die Nickelschichten der fertigen Glasplatten zeichnen sich durch eine hohe Haftfestigkeit, hohe thermische Belastbarkeit und durch eine hohe Oberflächengüte aus. Zur Erzeugung der hohen Oberflächengüte ist kein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich. Der niedrige Materialpreis und der geringe technologische Aufwand ermöglichen den Einsatz des Verfahrens für die Herstellung von Tintenspritzköpfen.

Claims

Verfahren zur Erzeugung haftfester Nickelschichten auf glatten oder rauhen Glas- oder Keramikplatten zur Herstellung von Tintenspritzköpfen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- a) Reinigen der Substratoberflächen mit Reinigungsmitteln
- b) Abspülen mit destilliertem Wasser
- c) Trockenblasen der Substratoberflächen,
- d) Beschichten der Substratoberflächen mit einer dünnen gleichmäßigen Phosphatlackschicht, bestehend aus einem
  60 g saure Aluminium-Phosphat-Lösung, 50prozentig
  5 g Ameisensäure
  4,7 g Nickelhydroxid
  0,06 g fluorkohlenwasserstoffhaltige Netzmittel
  15 g Wasser
  20 g Hypophosphorige Säure, 50prozentig
  enthaltenden wasserlöslichem, anorganischem Lack,
- e) Antrocknen der beschichteten Glas- oder Keramiksubstrate bei Temperaturen zwischen 30°C und 50°C,
- f) Tempern der Glas- und Keramiksubstrate zwischen 300° und 500°C zur Erzeugung eines Nickelphosphid aufweisenden Haftgrundes während einer Zeit von 10 bis 60 Minuten,
- g) chemisches Abscheiden von Palladiumkeimen auf der Phosphatlackschicht mit einer sauren Palladiumchloridlösung bei Raumtemperatur während einer Zeit zwischen 1 und 10 Minuten,
- h) chemisches Abscheiden von Nickel aus einem
  30 g/l Nickelsulfat
  10 g/l Natriumhypophosphit
  30 g/l Ammoniumsulfat
  1 g/l Natriumsulfat
  8,2-8,5 pH-Wert
  enthaltenden Bad bei Raumtemperatur während einer Zeit zwischen 1 und 10 Minuten,
- i) Trocknen und abschließendes Tempern bei Temperaturen zwischen 200° bis 400°C während einer Zeit von 10 bis 20 Minuten.