NO153308B - Elektrodekjerne for samtidig galvanoplastisk fremstilling av innbyrdes adskilte metallavsetninger, og fremgangsmaate til fremstilling av elektrodekjernen - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en elektrodekjerne for galvanoplastisk fremstilling av separate metallavsetninger og en fremgangsmåte til fremstilling av elektrodekjernen.

Elektrodekjerner anvendes ofte for fremstilling av gjenstander til bruk som anodemateriale ved elektroplettering. Gjenstandene er typisk 19-32 mm i diameter og har en tykkelse

på noen millimeter. Gjenstandene, spesielt nikkelknapper ("Rounds".. varmerke tilhørende Inco Ltd.), er hittil blitt fremstilt på

kjerner som har et underlag fremstilt av tynt platemateriale av rustfritt stål med et elektrisk isolerende belegg av eksempel-

vis en epoksy-emalje. Dette belegg dekker det meste av overflaten av kjernen bortsett fra åpne områder i den ønskede utformning av de galvanoplastisk fremstilte stykker. Slike kjerner er typisk 1 m^, 1-5 mm tykke og har et antall sirkulære åpninger i epoksy-belegget, hvor hver åpning har en diameter på ca. 19-32 mm.

Disse kjerner kan imidlertid bare anvendes på tilfresstillende

måte for et lite antall galvanoplastiske sykluser, f.eks. 10 sykluser. Det eksisterende belegg må deretter fjernes og kjer-

nene på ny belegges. Denne operasjon tar tid og er kostbar.

I U.S. patent nr. 4 158 612 er det beskrevet en polymer galvanoplastikk-kjerne som består av et elektrisk ledende underlag eller substrat, et elektrisk ledende polymer-ark på underlaget og et maskerende sjikt av elektrisk isolerende polymert materiale oppå det ledende polymer-ark. Det maskerende sjikt fremstilles med hull, gjennom hvilken elektrolytten når det ledende ark. Hullene, som frembringer formen på den elektrolytiske avsetning, er vanligvis sirkulære. Et problem som gjør seg gjeldende med denne type av kjerne, er at materialet som under bruken avsettes på det ledende lag, virker til å

forstørre det området som utsettes for elektrolytt. Skjønt sammenføyninger mellom ledende og ikke-ledende materiale til-

siktes å være så tette som mulig og både det ledende og det ikke-ledende lag er av polymert materiale, er det blitt funnet at sideveis vekst eller groing (lateral growth) av metall under den elektrolytiske avsetning kan forårsake meget store trykk på sammenføyningene og kan endre formen og størrelsen av hullene i det maskerende sjikt til tross for bindingen mellom dette og det ledende lag. Ifølge U.S. oatent 4 082 641

unngås denne ulempe ved anvendelse av metalltapper innleiret i en ikke-ledende polymer-matriks, hvor tappenes endeflater er i plan med polymeroverflaten. Denne konstruksjon er imidlertid forholdsvis komplisert og krever en sammenstilling av sett av metall-deler før de-innleires i polymeren.

Også U.S. patent 4 040 937 beskriver en elektrisk-ledende kjerne. Denne kjerne anvendes imidlertid for fremstilling av utgangs-ark til bruk i elektroraffinerings-prosesser. Disse ark har i regelen et flateareal på 1 m<2> og en tykkelse på ca. 0,5 mm. Kjernen består av en sentral,

plan metall-del innlagt mellom to ark av elektrisk ledende polymer, hvor det sammenstilte hele omgies av en kant eller ramme av elektrisk isolerende polymer som utelukkende tjener til å hindre at avsetninger dannet på den ene eller den annen side av kjernen, forbindes under dannelse av et hylster.

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å tilveie-bringe en forbedret elektrodekjerne egnet for samtidig galvanoplastisk fremstilling av separate metalliske avsetninger som ikke overstiger 50 mm i hoveddimensjon. Oppfinnelsen, er angitt i kravene,og det vises til disse.

Substratet er fortrinnsvis et metallisk ark, f.eks.

av kobber eller stål, og kan være uten perforering eller et utstrakt område av nettverk eller duk, fortrinnsvis et ekspandert metallark.

Polymer-arket omslutter fortrinnsvis substratet og

er laminert til dette på begge sider, slik at substratet ikke er direkte eksponert for elektrolytten, ikke en gang ved kantene. Fordelaktig blir separate ark pålagt på hver side og tettende forbundet rundt kantene. Polymer-arket kan fremstilles av hvilket som helst vann-uoppløselig polymer-materiale som er stabilt i vandige elektrolytter under katodisk hydrogen-utviklende betingelser. Egnede materialer innbefatter polypropylen, polyetylen, polysulfonat, polyvinylklorid og polyester forsterket med glass. De ledende områder består-med fordel av den samme polymer som matriksen, blandet med et stoff som gir ledningsevne, sssrlig kjønrøk. Hvis polymerene ikke er de samme, bør de være forenlige slik at do ledende og ikke-

ledende områder kan forbindes ved smeltesveising, ultralyd-

sveising eller på annen måte som resulterer i et sammenhengende ark. De ledende og ikke-ledende områder må være koplanare,

dvs. at i det minste deres ytre overflater må ligge i samme plan, slik at metall avsatt katodisk på de ledende områder ikke utøver noen mekanisk kraft på den omgivende matriks, og skjøtene mellom de ledende og ikke-ledende områder ikke skades på grunn av sideveis metallgroing som nevnt ovenfor.

Bindingen mellom metallet og polymer-materialet kan

forbedres ved at man danner hull i substratet. Hullene som tilsvarer ikke-ledende områder i polymerarket blir fortrinns-

vis fylt, før laminering, med plugger av ikke-ledende polymer-materiale.

Det er også fordelaktig å lage hull i substratet i

det samme mønster som de ledende områder i polymer-arket.

Før laminering blir disse hull med fordel fylt med plugger av

ledende polymer. Ved denne fremgangsmåte forbedres kjernens styrke uten at strømfordelingen forringes.

Når et ekspandert metall-ark anvendes som substrat,

blir maskeåpningene på steder som tilsvarer de ledende områder i polymer-arket, fortrinnsvis fylt, før laminering, med ledende polymer-materiale.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under hen-

visning til tegningen:

Fig. 1 er en forenklet illustrasjon av en kjerne

ifølge oppfinnelsen sett forfra.

Fig. 2 viser et snitt tatt etter linjen II-II på

fig. 1.

Fig. 1 viser en kjerne 11 med holdere 16 som tjener

til opphengning av kjernen på samleskinner (ikke vist). De ytre overflater av kjernen 11 er ark 12, som består av en matriks av ikke-ledende polypropylen 13 (se fig. 2) og ledende øer 14 av polypropylen inneholdende kjønrøk. Arkene 12 er laminert til et substrat 15, som er et ekspandert ark av bløtt stål. Den ekektriske motstand av polypropylen/ kjønrøk-blandingen bør ikke være over 100 ohm - cm.

Som klarere vist på fig. 2, er arkene 12 enkeltlag

med en ikke-ledende matriks 13 i plan med de ledende øer 14. For fullstendig beskyttelse av substratet 15 mot elektrolytten er polymer-arkene 12 sammensveiset rundt kanten.

Den på tegningen viste kjerne kan hensiktsmessig monteres som følger: Først blir holderene 16 festet til substratet av ekspandert stål. Polymer-arkene tilveiebringes ved at man tar et ark av polypropylen med tykkelse 3,2 mm og lager sirkulære hull i arket med en-mekanisk drill, skjærer plugger (fortrinnsvis noe for store) for hullene fra et ark av polypropylen av lignende tykkelse og gjort ledende med dispergert kjønrøk, plasserer pluggene i hullene i polypropylen-arket og ultralyd-sveiser pluggene på plass ved ark/plugg-skjøtene. Metallsubstratet, som dannes med perforeringer rundt periferien (ikke vist på tegningen), laglegges i en presse mellom to ubetydelig større polymer-ark, og laminering ut-føres ved anvendelse av varme og trykk.

Nedenfor følger noen eksempler på kjernekonstruksjon.

Eksempel 1

Hull med en diameter på 1,43 cm ble boret gjennom to 0,32 cm tykke polypropylen-ark•i et mønster hvor hullene hadde en innbyrdes horisontalavstand på 2,7 cm (sentrum til sentrum), inntil horisontale linjer med innbyrdes avstand 2,5 cm (senterlinje til senterlinje), idet hullene i annenhver horisontale linje var forskjøvet fra hverandre.

Kjønrøkfylte polypropylen-plugger som hadde 0,007 cm større diameter enn selve hullene, ble presset inn i hullene. Pluggene var av den samme tykkelse som polypropylen-arkene.

Et strømledersubstrat fremstilt av et ark av nikkel-plettert bløtt stål ble laglagt mellom polypropylen-arkene. Produktet ble forvarmet ved 170°C i 3 timer og deretter presset ved et trykk på 4 kg/cm<2> og 170°C, hvorved polymerarkene ble laminert til substratet.

Eksempel 2

En kjerne ble konstruert som beskrevet- i eksempel 1

med unntagelse av at strømlederen av stål hadde hull med en diameter på 0,47 cm, hvilke var stanset rundt periferien for

tilveiebringelse av bedre binding mellom metallet og polymer-materialet.

Eksempel 3

En kjerne ble konstruert som beskrevet i eksempel 2 med unntagelse av at hullene i periferien av substratet ble fylt med plugger av ikke-ledende polypropylen før laminering. Dette ble gjort for å forbedre bindingen mellom metallet og polymer-materialet.

Eksempel 4

En kjerne ble konstruert som beskrevet i eksempel 3 med unntagelse av at ytterligere hull ble stanset i stål-arket i det samme mønster som hullene i polypropylen-arkene, hvorved øket styrke ble oppnådd i hele kjernen.

Eksempel 5

En kjerne ble konstruert som beskrevet i eksempel 4 med unntagelse av at man anvendte rustfritt stål i stedet for det nikkel-pletterte bløte stål. Også hullene i substratet ble fylt med plugger av ledende plast før laminering, hvorved forbedret strømfordeling til de ledende plugger i polypropylen-arkene ble oppnådd.

Eksempel 6

En kjerne bestående av 2 ark av polypropylen med innsatte ledende plugger på begge sider av og omgivende et substrat av ekspandert stål-ark ble fremstilt. Denne kjerne ble presset ved samme trykk og temperatur som anvendt i de foregående eksempler.

Eksempel 7

En kjerne ble konstruert som beskrevet i eksempel 6 med unntagelse av at ledende plast-pellets ble lagt inn i åpningene i det ekspanderte metall i det samme mønster som de ledende plugger i polypropylen-arkene.

De kjerner som er beskrevet i eksemplene, ble utprøvet i et konvensjonelt elektrolytisk nikkel-raffineringsbad. Det ble anvendt en strømtetthet pa ca. 5,4 ampere/dm 2 for avsetning av nikkel. Ytelsen av samtlige kjerner ifølge oppfinnelsen var tilfredsstillende etter tallrike avsetningssykluser.

Claims (9)

1. Elektrodekjerne (11) for samtidig galvanoplastisk fremstilling av innbyrdes adskilte metallavsetninger, hvilken har en overflate av et ikke-ledende polymert materiale (13) med adskilte elektrisk ledende områder (14) koplanart med og ragende gjennom dette, karakterisert ved at tilsvarende ark-stykker (14) av et kompatibelt, ledende, polymert materiale er anordnet i åpninger i et perforert ark av det ikke-ledende materiale (13), og det resulterende kompositt-ark (12) er laminert til et metallisk ark-formet substrat (15).

2. Fremgangsmåte til fremstilling av en elektrodekjerne (11) for samtidig galvanoplastisk fremstilling av innbyrdes adskilte metallavsetninger, hvilken har en overflate av et ikke-ledende polymert materiale (13) med adskilte elektrisk ledende områder (14) koplanart med og ragende gjennom dette, karakterisert ved at tilsvarende ark-stykker (14) av et kompatibelt, ledende, polymert materiale anordnes tett-sluttende i åpninger i et perforert ark av det ikke-ledende materiale (13), og det resulterende kompositt-ark (12) lamineres til et metallisk arkformet substrat (15).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at et sådant kompositt-ark (12) lamineres til begge overflatene av substratet (15).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at kompositt-arkene (12) forbindes tettende med hverandre rundt substratets (15) kanter.

5. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 2-4, karakterisert ved at det som ledende polymert materiale anvendes en ikke-ledende polymer inneholdende en tilsetning som gir materialet ledningsevne.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det som polymert materiale anvendes polypropylen og som tilsetning kjønrøk.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at det dannes hull i substratet (15.) på steder som tilsvarer de ikke-ledende områder av de polymere ark, og hullene fylles med plugger av ikke-ledende polymert materiale (13) før lamineringen.

8. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 3,4 og 7, karakterisert ved at det dannes hull i substratet (15) på steder som tilsvarer ledende områder (14) i de polymere ark, og hullene fylles med plugger av ledende polymert materiale (14) før lamineringen.

9. Fremgansmåte ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at det som substrat (15) anvendes et ark av ekspandert materiale i hvilket maskeåpningene på steder som tilsvarer ledende områder (14) i det polymere ark, fylles med ledende polymert materiale før lamineringen.