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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum
Elektroplattieren eines Schaumbandes.
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Hintergrund
der Erfindung
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Das
Elektroplattieren von Schaum wird üblicherweise in einer vertikalen
Galvanisierzelle durchgeführt.
Ein solche Zelle umfasst ein Elektroplattierungsbad und eine Kathodenkontaktrolle,
die außerhalb
des galvanischen Bades positioniert ist. Eine vertikale, flache
Anode ist in das Bad eingetaucht. Ein Schaumband mit einer elektrisch
leitenden Oberfläche
wird kontinuierlich in das Bad eingebracht und so geführt, dass
es hinter die Anode bewegt wird, bevor es die Kathodenrolle erreicht.
Diese Kathodenrolle stellt einen Kathodenkontakt bereit, was bedeutet, dass
das Schaumband dann als Kathode fungiert. Folglich wird das Band
mit Metall elektroplattiert, wenn es an der flachen Anode vorbeiläuft.
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Obwohl
das Elektroplattieren in vertikalen Zellen breite Verwendung findet,
hat diese Methode einige Schwächen.
Erstens läuft
das Elektroplattieren in vertikalen, flachen Zellen relativ langsam
ab; zweitens besteht wegen des spezifischen Widerstandes des Schaums
ein großer
Spannungsabfall zwischen der Kathode und dem Elektroplattierungsbad. Dies
kann dazu führen,
dass dieser Teil des Bandes erwärmt
und folglich beschädigt
wird. Da das Band von der Kathodenrolle und anderen frei laufenden Rollen
oder Antriebsrollen geführt
wird, schwingt es außerdem
etwas im Bad, insbesondere während
es an der Anode vorbeiläuft,
wodurch örtliche
Abweichungen beim Metallplattierungsgewicht verursacht werden.
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Im
Dokument US 4.326.931 wird ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung
von porösem Metall
beschrieben. Dabei wird ein nichtleitendes, poröses Band durch Behandlung elektrisch
leitend gemacht. Das elektrisch leitende Band wird dann durch ein
Elektrolytbad in Kontakt mit einer in das Bad getauchten rotierenden
Kathodentrommel geführt,
um eine Metallschicht auf die Bandoberfläche zu elektroplattieren. Das
Elektroplattieren des Bandes wird in mehreren Elektrolytbädern weiter
ergänzt,
um es bis zu einer gewünschten
Dicke galvanisch zu beschichten. In einer anderen Ausführung ist
die Kathode aus einem elektrisch leitenden Riemen gebildet, der
in ein Elektrolytbad getaucht ist und von einem geeigneten Antriebsmittel
bei konstanter Geschwindigkeit über
eine von mehreren Führungsrollen
definierte Strecke zugeführt
wird. Ein Paar Versorgungsanschlüsse
speist den leitenden Riemen mit elektrischem Strom, um eine vorbestimmte
elektrische Spannung zwischen dem Riemen und der Anode anzulegen.
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Das
Dokument
JP 63 089697
A bezieht sich auf ein Verfahren zum Plattieren eines bandförmigen Schaumkörpers. Der
bandförmige
Schaumkörper wird
durch eine erste Galvanisierzelle geführt, wobei eine erste Schaumkörperseite
eine Kathodenrolle berührt,
um die gegenüberliegende – nach außen weisende – zweite
Seite mit ungefähr
einer Hälfte
einer vorbestimmten Menge Metall zu plattieren. In einer zweiten
Galvanisierzelle wird die zweite Seite nach innen weisend geführt und
in Kontakt mit einer Kathodenrolle gebracht, um die erste Seite
des bandförmigen
Schaumkörpers
mit der restlichen Metallhälfte
zu plattieren.
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Ziel der Erfindung
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes
Verfahren zum Elektroplattieren eines Schaumbandes bereitzustellen,
durch das eine gleichmäßigere Plattierung
erreicht werden kann. Dieses Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch
1 gelöst.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Elektroplattieren
eines Schaumbandes, das zwei gegenüberliegende Seiten und eine
elektrisch leitende Oberfläche
aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren
umfasst die Schritte zum
- a) kontinuierlichen
Aufbringen des Schaumbandes auf eine in ein Elektroplattierungsbad
getauchte bewegliche Kathode, so dass das Band in Kontakt mit der
beweglichen Kathode durch das Bad läuft, um Metall auf das Schaumband
zu elektroplattieren, wobei eine erste Seite des Schaumbandes einer
Arbeitsoberfläche
der beweglichen Kathode zugewandt ist; und
- b) kontinuierlichen Entfernen des elektroplattierten Schaumbandes
von der beweglichen Kathode, wenn Metall bis zu einer gewünschten
Dicke elektroplattiert wurde.
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Es
versteht sich, dass durch Aufgalvanisieren eine Metallfolie auf
der Arbeitsoberfläche
der beweglichen Kathode kontinuierlich so gebildet wird, dass das
Schaumband in Schritt a) über
der Metallfolie auf die bewegliche Kathode aufgebracht wird. Nach
Schritt b) wird die Metallfolie kontinuierlich von der beweglichen
Kathode entfernt.
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In
dem Verfahren der Erfindung wird das Schaumband während des
Elektroplattierens kontinuierlich von der beweglichen Kathode gestützt. Im Gegensatz
zu der Methode mit vertikalen Zellen schwingt das Band demzufolge
nicht während
des Plattierens und der Abstand zwischen Anode und Kathode bleibt
konstant, wodurch eine gleichmäßigere Plattierung
erzielt werden kann. Das vorliegende Verfahren ermöglicht insbesondere
entlang dem Band ein gleichmäßigeres
Metallplattierungsgewicht. Da die bewegliche Kathode in das Bad
getaucht ist, wird der Teil des Bandes, an dem die Plattierung erfolgt, von
der Kathode gestützt
und der Spannungsabfall demnach reduziert. Darüber hinaus bewirkt das Elektroplattierungsbad
eine Kühlung
des Schaumbandes. Diese verbesserten Galvanisierbedingungen ermöglichen
das Elektroplattieren von Schaumbändern bei hohen Geschwindigkeiten.
Das gesamte Schaumband läuft
in dem vorliegenden Verfahren unter den gleichen Bedingungen durch
das Bad und es lässt sich
eine gleichmäßige und
tiefe Plattierung erreichen, wodurch ein elektroplattiertes Schaumband
mit besserer Plattierung erzeugt wird.
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Die
bewegliche Kathode ist vorteilhafterweise eine Rotationstrommel
mit einer elektrisch leitenden Oberfläche, die die Arbeitsoberfläche bildet.
Eine zylinderförmige
Anode kann dann nahe der Trommel angeordnet werden, um so zwecks
besserer Galvanisierbedingungen einen konstanten und kurzen Abstand
zwischen Anode und Kathode zu erhalten. Diese Anode-Kathode-Konfiguration bildet
eine zylindrische Galvanisierzelle.
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Die
bewegliche Kathode kann alternativ ein elektrisch leitendes Blech
sein, das kontinuierlich im Elektroplattierungsbad bewegt wird,
wobei die Arbeitsoberfläche
durch eine Außenfläche dieses
elektrisch leitenden Bleches gebildet wird. Ein solches elektrisch
leitendes Blech kann im Bad von einer isolierten Rotationstrommel
gestützt
werden. Das elektrisch leitende Blech würde also vor Schritt a) kontinuierlich
auf die isolierte Rotationstrommel aufgebracht und nach Schritt
b) davon entfernt. Statt durch eine isolierte Rotationstrommel kann
das Blech im Bad durch eine Reihe von isolierten Rollen in der Art eines
Förderbandes
gestützt
werden.
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Der
Begriff „Schaum" bezeichnet im vorliegenden
Dokument allgemein ein poröses
Substrat mit einer elektrisch leitenden Oberfläche und schließt verschiedene
Materialien wie z.B. Polymerschäume, Kohlenstoff-
oder Graphitschäume,
Silikatschäume, Aluminiumschaum
und andere organische oder anorganische offenzellige Materialien
ein. Bei Bedarf kann die elektrische Leitfähigkeit von Schäumen verbessert
werden, wie später
noch erklärt
wird.
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Es
versteht sich, dass sich wegen der Porigkeit des Schaums einige
Metallabscheidungen an der Arbeitsoberfläche der beweglichen Kathode
bilden können.
Solche Metallabscheidungen führen nicht
nur zu übermäßigem Verbrauch
des Galvanisiermetalls, sondern beeinträchtigen auch die Glattheit
der Kathoden-Arbeitsoberfläche
und werden daher als störend
angesehen. Solche störenden
Metallabscheidungen an der Arbeitsoberfläche unterhalb des Schaums würden Unregelmäßigkeiten
bei der Plattierung verursachen. Die Arbeitsoberfläche der beweglichen
Kathode muss in gutem Zustand gehalten werden, um eine bessere Plattierungsqualität sicherzustellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt
eine Lösung
bereit, die dafür
sorgt, dass die Arbeitsoberfläche
der Kathode immer in gutem Zustand für das Elektroplattieren bleibt.
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Gemäß dem vorliegenden
Verfahren wird durch Aufgalvanisieren eine Metallfolie auf der Arbeitsoberfläche der
beweglichen Kathode kontinuierlich so gebildet, dass das Schaumband
in Schritt a) über
der Metallfolie auf die bewegliche Kathode aufgebracht wird. Die
Metallfolie schützt
demzufolge die Kathode, und die störenden Metallabscheidungen bilden
sich nicht an der Arbeitsoberfläche,
sondern an der Letztere bedeckenden Metallfolie. Sobald das elektroplattierte
Schaumband von der beweglichen Kathode entfernt wurde, d.h. nach
Schritt b), wird auch die Metallfolie von der beweglichen Kathode entfernt,
wodurch die Arbeitsoberfläche
wiederhergestellt wird. Die Metallfolie ist vorzugsweise bis zu
20 μm dick.
Diese Metallfolie soll vorteilhafterweise eine Kupferfolie sein,
da sie leicht durch Abziehen entfernt werden kann.
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Es
versteht sich, dass an der Seite des Schaumbandes, die der Arbeitsoberfläche gegenüberliegt
(d.h. die Seite, die dem Elektroplattierungsbad zugewandt ist),
Metallionen durch Abscheidung verbraucht werden, wohingegen an der
Seite, die die Kathode berührt,
ein Ionenmangel entsteht. Das elektroplattierte Schaumband wird
also vorteilhafterweise nach Schritt b) zu einer weiteren eingetauchten beweglichen
Kathode geführt,
um so mit seiner in Kontakt mit dieser beweglichen Kathode stehenden anderen
Seite unter den im Wesentlichen gleichen Bedingungen wie in Schritt
a) und b) elektroplattiert zu werden. Es ist jedoch klar, dass das
elektroplattierte Schaumband nach Schritt b) durch eine oder mehrere
andere Galvanisierzellen zylindrischen oder flachen Typs geführt werden
kann.
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Als
Vorbedingung für
das Elektroplattieren muss das Schaumband bei der Durchführung des vorliegenden
Verfahrens eine gewisse elektrische Leitfä higkeit aufweisen. In dem vorliegenden
Verfahren können
verschiedene Methoden eingesetzt werden, um eine Oberfläche elektrisch
leitend zu machen; dazu zählen:
stromlose Metallabscheidung; Beschichten mit einem leitenden Lack,
der Kohlenstoffpulver oder ein Metallpulver enthält; Vakuumbedampfen mit einem
Metall (z.B. Zerstäubung);
oder chemische Gasphasenabscheidung. Es wird jedoch die Verwendung
eines elektrisch leitenden Polymers bevorzugt. Demgemäß wird die
Oberfläche
des Schaumbandes elektrisch leitend gemacht, indem erstens ein in
einer polymerisierten Form elektrisch leitendes Monomer auf dem
Schaumband abgeschieden und dann das Monomer zu einem elektrisch leitenden
Polymer Polymerisiert wird. Ein solches Monomer kann Pyrrol sein,
das durch oxidative Dotierung zu einem elektrisch leitenden Polypyrrol
polymerisiert werden kann.
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Eine
andere bevorzugte Methode, das Schaumband elektrisch leitend zu
machen, ist die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD-Verfahren),
die die Bildung einer kohärenten,
dünnen
Metallvorbeschichtung auf der Oberfläche des Schaumbandes ermöglicht.
Mit den gegenwärtigen
PVD-Verfahren kann eine dünne
Metallvorbeschichtung auf einem Schaumband erzeugt werden, die eine
bessere Leitfähigkeit
und Reißfestigkeit
aufweist als ein Schaumband, das durch chemische Behandlung leitend
gemacht wurde. Zur Herstellung von Kupferschäumen soll das Schaumband vorzugsweise
mit einer sehr dünnen
Schicht aus mit einem PVD-Verfahren abgeschiedenen Kupfer vorbeschichtet
werden.
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Beim
Elektroplattieren eines vorher mit einer dünnen Metallvorbeschichtung
bedeckten Schaumbandes wird bevorzugt, dass das Schaumband vor dem
Einführen
ins Elektroplattierungsbad kathodisch polarisiert wird, um ein Auflösen der
dünnen
Metallvorbeschichtung zu verhindern.
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Es
können
viele Arten von Galvanisierbädern
im vorliegenden Verfahren verwendet werden, mit denen sich verschiedene
Metalle oder Legierungen aufplattieren lassen. Ein geeignetes Elektroplattierungsbad
ist ein Kupfersulfatbad, in dem Kupfer auf das Schaumband elektroplattiert
wird.
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Der
elektroplattierte Schaum kann ferner einer Pyrolyse-Behandlung unterzogen
werden, um die Schaumgrundmaterialien und das mögliche leiten de Polymer zu
eliminieren. Der erhaltene Metallschaum kann anschließend einer
Wärmebehandlung in
kontrollierter Atmosphäre
ausgesetzt werden.
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Das
vorliegende Verfahren kann je nach der beabsichtigten Verwendung
des herzustellenden Metallschaums den weiteren Schritt des Aufgalvanisierens
einer weiteren Schicht eines Metalls oder einer Legierung auf dem
elektroplattierten Schaumband umfassen, der vorzugsweise in einer
zylindrischen Galvanisierzelle durchgeführt wird.
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Beispielsweise
lässt sich
das vorliegende Verfahren bei der Herstellung von negativen Elektroden
für Nickel-Metallhydrid-Akkus
(NiMH) einsetzen. Der gegenwärtige
Trend bei NiMH-Akkus besteht darin, negative Elektroden zu verwenden,
die ein – vorzugsweise
aus Nickel hergestelltes – poröses Metallsubstrat
als Ladungsspeicher aufweisen. Der Gebrauch von Kupfer, einer Kupfer-Nickel-Legierung oder
nickelplattiertem Kupfer zur Bildung des porösen Metallsubstrats der negativen
Elektrode würde sich
in der Hinsicht als vorteilhaft erweisen, dass auf diese Weise der
Widerstand der negativen Elektrode verringert werden könnte, da
Kupfer ein hervorragender elektrischer Leiter ist. Dies bedeutet
eine Abnahme der bedingt durch inneren Verbrauch verloren gehenden
Akkuleistung und demzufolge eine Zunahme der Ausgangsleistung des
NiMH-Akkus. Andere potenzielle Vorteile eines Ladungsspeichers aus
Kupferschaum würden
sich aus der Tatsache ergeben, dass Kupfer vom chemischen Gesichtspunkt
her besser zu den gegenwärtigen
Elektrolytsystemen passt und die Entstehung von Wasserstoff an der
negativen Elektrode nennenswert reduziert (z.B. in NiZn-Akkus).
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Ein
solches poröses
Metallsubstrat für
eine negative Elektrode eines NiMH-Akkus kann durch das vorliegende
Vefahren hergestellt werden, das ein effizientes und zuverlässiges Verfahren
darstellt, bei dem ein Schaumband mit einer oder zwei aufeinander
folgenden Schichten aus einem Metall oder einer Legierung gleichmäßig elektroplattiert
werden kann.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung des Elektroplattierens eines Schaumbandes
an einer eingetauchten Rotationstrommel;
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2:
eine schematische Darstellung des Elektroplattierens eines Schaumbandes
in zwei hintereinander angeordneten Galvanisierzellen; und
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3:
eine schematische Darstellung des Elektroplattierens eines Schaumbandes
an einer rotierenden Kathodentrommel, die mit einer Metallfolie bedeckt
ist.
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Detaillierte
Beschreibung einer bevorzugten Ausführung
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines bekannten Verfahrens zum Elektroplattieren
eines Bandes, wie es beispielsweise im Dokument US 4.326.931 beschrieben
wird. Eine Rotationstrommel 10, die eine bewegliche Kathode
repräsentiert,
wird in ein Elektroplattierungsbad 12 getaucht und durch Antriebsmittel
(nicht dargestellt) mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht. Über einen
an einer Trommelwelle 16 befestigten Schleifring 14 wird
ein elektrischer Strom so zugeführt,
dass eine vorbestimmte elektrische Spannung zwischen der Rotationstrommel 10 und
einer zylinderförmigen
Anode 18 anliegt, die nahe der Trommel 10 positioniert
ist. In einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein Schaumband 20,
das eine elektrisch leitende Oberfläche und zwei gegenüberliegende
Seiten 22, 22' aufweist,
kontinuierlich so auf die Trommel 10 aufgebracht, dass
es in Kontakt mit der Trommel 10 durch das Bad 12 bewegt
wird. Das Band 20 läuft
folglich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Trommel 10,
während
es elektroplattiert wird. Nachdem das Band 20 bis zur gewünschten
Dicke mit Metall plattiert wurde, wird es kontinuierlich von der
Kathodentrommel 10 entfernt. In 1 ist ersichtlich,
dass das Band 20 mit einer ersten Seite 22 auf
eine elektrisch leitende Arbeitsoberfläche 24 der Rotationstrommel 10 aufgebracht wird,
wobei der Außenrand
der Trommel 10 die Arbeitsoberfläche bildet.
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In
der in 1 dargestellten Galvanisierzelle, die eine zylindrische
Galvanisierzelle bildet, wird das Schaumband 20 während des
Elektroplattierens kontinuierlich von der Kathodentrommel 10 gestützt. Im
Gegensatz zu der Methode mit vertikalen Zellen schwingt das Schaumband 20 demzufolge
nicht während
des Plattierens und der Abstand zwischen Anode und Kathode bleibt
konstant, wodurch eine gleichmäßige Plattierung
erzielt wird. Darüber
hinaus steht der Teil des Schaumbandes 20, der gerade elektroplattiert
wird, in direktem Kontakt mit der Kathode und es treten auch keine
Leistungsverluste wie bei vertikalen Zellen auf, wo der Strom von
der aufgetauchten Kathodenrolle durch das Band zur Galvanisierzone fließen muss.
Da das ganze Band 20 unter den gleichen Bedingungen durch
die Galvanisierzelle von 1 läuft, entsteht eine gleichmäßige und
tiefe Plattierung, die beispielsweise bis zu halb so dick wie das Band
ist, wodurch ein galvanisiertes Schaumband 20 mit verbesserter
Plattierung erzeugt wird.
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Es
ist anzumerken, dass an der Seite des Schaumbandes, die der Arbeitsoberfläche der
Kathode gegenüberliegt,
Metallionen durch Abscheidung verbraucht werden, wohingegen an der
Seite, die der Kathode zugewandt ist, ein Ionenmangel entsteht. Demnach
ist das elektroplattierte Schaumband 20, das mit dem in 1 dargestellten
Verfahren hergestellt wurde, hauptsächlich an der zweiten Seite 22' plattiert,
d.h. an der Seite, die der Anode 18 zugewandt war. Das
von der Trommel entfernte elektroplattierte Schaumband 20 sollte
vorteilhafterweise also durch ein weiteres Elektroplattierungsbad
mit einer eingetauchten Kathodentrommel geführt werden, um so unter äquivalenten
Bedingungen elektroplattiert zu werden, wobei aber seine zweite
Seite 22' auf die
Trommel aufgebracht wird. Ein solches Verfahren, das zwei hintereinander
angeordnete Galvanisierzellen umfasst, ist in 2 dargestellt,
wo die zwei zylindrischen Galvanisierzellen 26 und 28 äquivalent
zu der zylindrischen Zelle von 1 sind.
Das zu elektroplattierende Schaumband 20 wird kontinuierlich
von einer Zuführrolle 30 zugeführt und
vollzieht an der frei laufenden Rolle 32 eine Abwärtsdrehung, bevor
es auf eine Rotationstrommel 34 aufgebracht wird, die in
das Elektroplattierungsbad 36 der ersten Zelle 26 eingetaucht
ist. Die erste Seite 22 des Bandes 20 ist in dieser
ersten Galvanisierzelle 26 der Trommel 34 zugewandt
und wird an seiner gegenüberliegenden
zweiten Seite 22' gleichmäßig mit
Metall plattiert. Das Band wird beim Verlassen der ersten Zelle 26 zur
zweiten Galvanisierzelle 28 geleitet. Zwischen den beiden
Galvanisierzellen 26 und 28 wird das Band 20 so
um verschiedene frei laufende Rollen 40 herumgeführt, dass
es mit seiner zweiten Seite 22', d.h. der bereits plattierten
Seite, auf eine Kathodentrommel 42 aufgebracht wird, die
in das Elektroplattierungsbad 44 der zweiten Galvanisierzelle 28 eingetaucht
ist. Zwischen den beiden Galvanisierzellen ist zur Stützung des
elektroplattierten Bandes ein Förderband
angeordnet, um so ein Einreißen
des Schaumbandes zu reduzieren und die Bildung von Rissen in der
Plattierung zu verhindern. Das aus der zweiten Zelle 28 herauskommende
Schaumband 20 besitzt eine gleichmäßige Plattierung an beiden
Seiten und über
seine gesamte Dicke. Das Elektroplattieren in solchen zylindrischen
Zellen ermöglicht
die gewünschte
Plattierungsdicke auf dem Schaumband und muss nicht durch weiteres
Elektroplattieren in flachen Zellen ergänzt werden.
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Es
ist ferner anzumerken, dass der Schaum normalerweise ein poröses Substrat
mit geringer Leitfähigkeit
ist, das aus verschiedenen organischen oder anorganischen Materialien
besteht, die später detailliert
beschrieben werden. Auf der Arbeitsoberfläche der beweglichen Kathode
können
sich wegen der Porigkeit des Schaums einige Metallabscheidungen
bilden. Solche Metallabscheidungen führen nicht nur zu übermäßigem Verbrauch
des Galvanisiermetalls, sondern beeinträchtigen auch die Glattheit
der Kathoden-Arbeitsoberfläche und
werden daher als störend
angesehen. Zur Beseitigung dieser störenden Metallabscheidungen
sollte die Arbeitsoberfläche
nach dem Entfernen des elektroplattierten Schaumbandes kontinuierlich
gereinigt werden, beispielsweise mit angepassten Bürsten.
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Die
Arbeitsoberfläche
muss daher kontinuierlich in gutem Zustand gehalten werden, um konstante
Qualität
bei der Elektroplattierung sicherzustellen. In dieser Hinsicht stellt
die vorliegende Erfindung in ihrer folgenden bevorzugten Ausführung eine Lösung bereit,
um die Arbeitsoberfläche
einer beweglichen Kathode in gutem Zustand zu halten, während diese
in ein Elektroplattierungsbad eingetaucht ist.
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Eine
bevorzugte Ausführung
des vorliegenden Verfahrens ist in 3 schematisch
dargestellt. Eine Rotationstrommel 50, die eine elektrisch
leitende Arbeitsoberfläche 52 aufweist
und eine bewegliche Kathode repräsentiert,
wird in ein Elektroplattierungsbad 54 getaucht, wodurch
eine zylindrische Galvanisierzelle gebildet wird. Eine zylinderförmige Anode 56 wird
nahe der Kathodentrommel 50 angeordnet und es wird eine
vorbestimmte elektrische Spannung zwischen der Kathodentrommel 50 und der
Anode 56 angelegt. Das Bezugszeichen 58 kennzeichnet
ein Schaumband, das in der zylindrischen Zelle von 3 zu
elektroplattieren ist, wobei das Schaumband 58 zwei gegenüberliegende
Seiten 60 und 60' und
eine elektrisch leitende Oberfläche
aufweist. Es versteht sich, dass zum Schutz der Arbeitsoberfläche 52 während des
Plattierens des Schaumbandes 58 vorteilhafterweise an der
Arbeitsoberfläche 52 kontinuierlich
eine Metallfolie gebildet wird, bevor das Band 58 auf die
Trommel 50 aufgebracht wird. Diese durch das Bezugszeichen 62 gekennzeichnete
Metallfolie wird auf herkömmliche Weise
zwischen der Anode 56 und der rotierenden Kathodentrommel 50 gebildet.
Die Metallfolie 62 wird während der Drehung der Trommel 50 dicker.
Wenn eine vorbestimmte Dicke der Metallfolie 62 erreicht ist,
wird das Schaumband 58 mit seiner ersten Seite 60 über der
Metallfolie 62 auf die Rotationstrommel 50 aufgebracht.
Das Elektroplattieren des Schaumbandes 58 erfolgt, sobald
es in Kontakt mit der Metallfolie 62 steht. Die Metallfolie 62,
die unter dem auf die Kathodentrommel 50 aufgebrachten
Schaumband 58 liegt, bietet eine glatte Oberfläche mit
gutem Kathodenkontakt für
das Plattieren des Schaumbandes 58, während sie die Arbeitsoberfläche 52 der
Kathodentrommel 50 schützt.
Die störenden
Metallabscheidungen bilden sich also auf der Metallfolie 62 statt
auf der Arbeitsoberfläche 52,
da Letztere während
des Plattierens des Schaumbandes 58 nicht freigelegt ist.
Dann wird, wenn die gewünschte
Metallplattierungsdicke auf dem Schaumband 58 erreicht
wurde, das Band von der Trommel 50 entfernt. Die Metallfolie 62 wird
anschließend
von der Arbeitsoberfläche 52 entfernt.
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Bei
der Herstellung von Kupferschäumen
ist das Elektroplattierungsbad 54 vorzugsweise ein Kupfersulfat-Elektroplattierungsbad.
Die Metallfolie 62 wird demzufolge eine Kupferfolie sein,
die bis zu einer Dicke von beispielsweise 20 μm aufgewachsen werden kann.
Eine Kupferfolie verfügt über eine
glatte Oberfläche
mit gutem Kathodenkontakt für
das Plattieren des Schaumbandes 58. Darüber hinaus ist das Entfernen
der Kupferfolie 62 von der Kathodentrommel sehr einfach,
da ein Abziehen genügt.
Die Arbeitsoberfläche 52 wird
demzufolge wirksam während
des Plattierens geschützt.
Die verschiedenen Betriebsparameter wie beispielweise die Geschwindigkeit
der Trommel, die elektrischen Ströme und die Position, an der
das Schaumband auf die Trommel aufgebracht wird, sollten so festgelegt
werden, dass die Dicke der Kupferfolie so gering wie möglich gehalten
und die gewünschte
Plattierungsdicke des Schaumbandes 58 erzielt wird. Die
Hauptanforderungen für
die Kupferfolie 62 bestehen darin, dass die Folie keine
Unterbrechungen aufweisen und den mechanischen Beanspruchungen standhalten
sollte, die während
ihrer Bewegung durch die Galvanisierzelle auf sie einwirken.
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Wie
bereits erklärt,
entsteht an der der Kathodentrommel 50 zugewandten Seite
des Bandes ein Ionenmangel, d.h. an der ersten Seite 60 des Bandes 58.
Das aus der zylindrischen Zelle von 3 herauskommende
elektroplattierte Schaumband 58 sollte daher vorteilhafterweise
zu einer äquivalenten
Galvanisierzelle geführt
werden, um mit seiner bereits plattierten, auf die Kathodentrommel
aufgebrachten zweiten Seite 60' – d.h. in Kontakt mit der die
Kathodentrommel bedeckenden Metallfolie – plattiert zu werden,.
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Wie
bereits gesagt, ist der Schaum im Allgemeinen ein poröses Substrat,
das aus organischen oder anorganischen offenzelligen Materialien
besteht und normalerweise eine relativ niedrige elektrische Leitfähigkeit
besitzt. Dazu zählen
Polymerschäume, Kohlenstoff-
oder Graphitschäume,
Silikatschäume, synthetische
oder natürliche
Fasern usw. Bei Bedarf kann ein Schaum mit zu geringer Leitfähigkeit
leitend gemacht werden, indem irgendeine von mehreren gut bekannten
Methoden wie z.B. stromlose Metallabscheidung, Beschichten mit einem
ein Kohlenstoff- oder Metallpulver enthaltenden leitenden Lack,
Vakuumbedampfen mit einem Metall (z.B. Zerstäubung) oder chemische Gasphasenabscheidung
eingesetzt wird.
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In
dem vorliegenden Verfahren werden vorzugsweise jedoch leitende Polymere
verwendet, um Schaumbänder
leitend zu machen. Die Hauptschritte dieser Methode, die in EP-A-0
761 170 beschrieben wird, sind die folgenden:
- – Voroxidieren
und anschließendes
Spülen
des Schaumbandes;
- – Bedecken
der Schaumbandoberfläche
mit einem Monomer;
- – Abscheiden
eines in einer polymerisierten Form elektrisch leitenden Monomers
auf dem Schaumband; und
- – Polymerisieren
des Monomers zu einem elektrisch leitenden Polymer.
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Materialien,
die sich für
diese Methode eignen, sind Pyrrol, Furan, Thiophen oder einige von
deren Derivaten. Ein bevorzugtes Monomer ist Pyrrol, das zu Polypyrrol
polymerisiert werden kann. Das Voroxidieren des Schaumbandes wird
vorzugsweise durch Eintauchen des Schaumbandes in ein Kaliumpermanganatbad
durchgeführt.
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Eine
andere bevorzugte Methode, das Schaumband elektrisch leitend zu
machen, ist die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD-Verfahren),
die die Bildung einer kohärenten,
dünnen
Metallvorbeschichtung auf der Oberfläche des Schaumbandes ermöglicht.
Mit den gegenwärtigen
PVD-Verfahren kann eine dünne
Metallvorbeschichtung auf einem Schaumband erzeugt werden, die eine
bessere Leitfähigkeit
und Reißfestigkeit
aufweist als ein Schaumband, das durch chemische Behandlung leitend
gemacht wurde. Zur Herstellung von Kupferschäumen wird das Schaumband vorzugsweise
mit einer sehr dünnen
Schicht aus mit einem PVD-Verfahren abgeschiedenen Kupfer vorbeschichtet.
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Bei
Verwendung von mit Metall vorbeschichteten Schaumbändern sollten
Letztere vorteilhafterweise vor dem Einführen ins Elektroplattierungsbad kathodisch
polarisiert werden, um so ein Auflösen der Metallvorbeschichtung
zu verhindern.