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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Art.
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Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von
Metallüberzügen auf Substratoberflächen, auch auf innenliegenden Oberflächen, wie
beispielsweise Porenwandungen, wobei die Metallisierung sowohl der Dekoration oder
dem Schutz der metallisierten Oberfläche als auch ihrer Abbildung dienen kann, wobei
im Falle der Abbildung der Oberfläche diese nach Herstellen der Metallisierung entfernt
und/oder zerstört werden kann.
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Das Verfahren der Metallisierung von Werkstoffen wird in der angedeuteten
Weise zu den verschiedensten Zwecken verbreitet eingesetzt. So ist beispielsweise
aus der US-PS 3 549 505 ein Verfahren zum Metallisieren eines Polyurethanschaums
bekannt.
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Solche Schaumkörper bestehen aus untereinander in Verbindung stehenden
makroskopischen Zellen, die im Werkstoff wie in einer Matrix dispergiert sind. Bei
dem nach der US-PS 3 549 505 metallisierten PU-Schaum handelt es sich um eine elektrisch
nichtleitende raumnetzartige Zellenstruktur. Diese Struktur besteht von der Gerüstsubstanz
her gesehen aus einem freitragenden dreidimensionalen Gitter von untereinander verbundenen
ringartigen Konfigurationen, die makroskopisch untereinander verbundene Zellen definieren
bzw. einschließen. Diese elektrisch nichtleitende PU-Gerüststruktur wird mit einem
elektrisch leitenden Werkstoff beschichtet und anschließend galvanisch metallisiert.
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Nach der Galvanisierung kann das PU-Gerüst durch Pyrolyse abgebaut
werden.
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Das Überziehen der PU-Struktur mit einem elektrisch leitenden Werkstoff
kann nach der US-PS 3 549 505 auch durch stromloses Niederschlagen eines Metalles
erfolgen. Dazu wird die PU-Oberfläche zunächst durch Beizen und Xtzen hydrophilisiert.
Nachdem die Oberfläche auf diese Weise in einen hydrophilen Zustand überführt worden
ist, wird das Metall stromlos abgeschieden.
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Andere Verfahren zum Metallisieren von festen Schäumen sind beispielsweise
aus den US-PSen 3 698 '329 und 3 679 552 bekannt.
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Ein weiteres Verfahren zum Niederschlslgen von Metallen auf Kunststoffen
ist aus der US-PS 3 501 32 bekannt. Die Voraussetzungen zum stromlosen Abscheiden
von Metallen auf der Oberfläche eines organischen Polymers werclen nach diesem Verfahren
dadurch geschaffen, daß die Oberflächenschicht des Substrats durch Eindiffundieren
eines Metalls in diese Oberflächenschicht aus der Lösung eines Metallkomplexes imprägniert
wird. Dieser Komplex enthält das Metall im nullwertigen Zustand. Der Metall(0)-Komplex
ist in einem organischen Lösungsmittel gelöst, das auf das Substrat lösend oder
quellend wirkt.
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Weitere Verfahren zum Abscheiden von Metallen auf Kunststoffoberflächen
sind aus den US-PSen 3 597 266, 3 632 388, 3 632 704, 3 661 538 und 3 716 394 bekannt.
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Die bekannten Verfahren weisen, soweit sie auf einer stromlosen Abscheidung
der Metalle beruhen, vor allem den Nachteil einer mangelnden Festigkeit der Überzüge
auf und weisen, soweit sie eine galvanische Metallisierung vorsehen, den Nachteil
auf, vom technischen und/oder wirtschaftlichen Standpunkt aus unbefriedigende und
aufwendige Vorbehandlungen zu erfordern.
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Der Erfindung liegt angesichts dieses Standes der Technik die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zum Metallisieren von Substraten zu schaffen, das in wirtschaftlich
vertretbarer und technologisch einfacher und wirksamer Weise die Herstellung fester
metallischer
Überzüge ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs genannten
Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 genannten Merkmale aufweist.
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Zusammengefaßt schafft die Erfindung also ein Verfahren zum Metallisieren
von Werkstücken, bei dem das Werkstück zunächst mit einer hydrophilen Masse beschichtet
wird. Das hydrophil beschichtete Werkstück wird dann chemisch, also stromlos, mit
einem Metall überzogen, so daß die Werkstückoberfläche elektrisch leitend wird.
Auf dieser Oberfläche wird dann anschließend das abzuscheidende Metall galvanisch
niedergeschlagen. Dieses Verfahren wird vorzugsweise zur Herstellung metallisierter
fester Schäume, zur Herstellung von Prägestdeken für die Abbildung von gekörnten
oder texturierten Oberflächen und zur Herstellung dekorativer Uberzüge auf Werkstücken
eingesetzt. Nach dem Verfahren der Erfindung wird die Substratoberfläche zunächst
mit einer hydrophilen Uberzugsmasse beschichtet. Der hydrophile Charakter des Überzuges
schafft die Voraussetzungen für ein chemisches Abscheiden eines Metalls auf der
Werkstückoberfläche.
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Durch diesen einfachen Beschichtungsprozeß entfällt das Erfordernis,
die Werkstückoberfläche zur Erzeugung der hydrophilen Oberfläche zunächst zu reinigen,
dann zu beizen und dann zu ätzen, wie das nach dem Stand der Technik notwendig ist.
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Das Verfahren der Erfindung wird vorteilhaft zur Herstellung metallisierter
fester Schäume verwended. Solche metallisierten Schäume liegen im allgemeinen in
Form im wesentlichen steifer dreidimensionaler Raumgitternetze vor, die in makroskopischer
Ausbildung untereinander verbundene Zellen einschließen. Solche metallisierten Schäume
werden durch Uberziehen von zelligem Material hergestellt, dessen Werkstoff in aller
Regel als freitragende dreidimensionale Gitterstruktur makroskopischer, untereinander
in Verbindung stehender Zellen ausgebildet ist. Dieses Gittergerüst wird nach dem
Verfahren der Erfindung zunächst mit der hydrophilen Uberzugsmasse beschichtet.
Der hydrophile
Überzug auf der Gitterstruktur wird dann chemisch
mit einem Metallüberzug versehen, durch den die Oberfläche des Gittergerüstes elektrisch
leitend wird. Auf diese elektrisch leitende räumlich vernetzte Stützstruktur oder
Gerüststruktur wird anschließend galvanisch ein Metall abgeschieden, das eine über
das gesamte Strukturgerüst im wesentlichen gleichmäßige Metallisierung liefert.
Wenn die ursprüngliche Gerüststruktur nach dem Galvanisieren nicht mehr benötigt
wird, kann diese wahlweise durch Pyrolyse zerstört und weitgehend entfernt werden.
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Der auf diese Weise hergestellte metallisierte feste Schaumkörper
kann anschließend beispielsweise auf einen vorgegebenen Wert für seine scheinbare
Dichte kompaktiert werden und in dieser definiert kompaktierten Form als Werkstoff
zur Herstellung von Wärmeaustauscherelementen, Regeneratoren, Katalysatorträgern,
Batterieplatten oder Elektroden dienen.
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Das Metallisierungsverfahren wird weiterhin mit besonders hervorstechenden
Ergebnissen zur Reproduktion strukturierter oder texturierter Oberflächen verwendet.
Die texturierte Oberfläche, beispielsweise die genarbte Oberfläche eines Leders
oder die strukturierte Oberfläche eines körnigen Werkstoffes, wird anschließend
an die Herstellung einer elektrischen Leitfähigkeit auf der Oberfläche durch chemisches
Metallisieren galvanisch metallisiert. Anschließend wird die formgebende texturierte
Oberfläche vom Metall entfernt. Die Oberfläche des Metalls, die mit der elektrisch
leitfähig gemachten texturierten Oberfläche des Substrats in Berührung stand, ist
ein getreues negatives Abbild der Vorlage, also der Substratoberfläche. Die dabei
erhaltene strukturierte Metalloberfläche kann in an sich gebräuchlicher Weise als
Prägestock, beispielsweise für eine Embossierwalze, dienen und so die Oberflächengestaltung
der Substratvorlage auf andere Werkstoffe übertragen, beispielsweise auf Kunststoffolien.
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Das Verfahren der Erfindung kann gleicherweise aber auch zur Herstellung
dauerhafter dekorativer Metallüberzüge auf Substratwerkstücken dienen.
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Die Substratwerkstoffe, auf denen die Metallisierung ausgeführt werden
kann, können, für welchen Zweck und welchen Einsatzbereich die Metallisierung auch
immer ausgeführt wird, sowohl elektrisch leitend als auch elektrisch nichtleitend
sein. Die Substrate können verschiedenster Herkunft sein und können vom mechanischen
Standpunkt aus sowohl elastisch, als auch biegsam als auch steif und formstabil
vorliegen.
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Zur Herstellung metallisierter Schäume können zellige Werkstücke verschiedenster
Beschaffenheit dienen. Als besonders geeignet hat sich ein zelliger PU-Schaum erwiesen,
der vor allem preiswert und unbeschränkt im Handel erhältlich ist. Prinzipiell sind
die Zusammensetzung und die Beschaffenheit des zelligen Werkstoffes jedoch nicht
kritisch. Die entscheidende kritische Oberflächenbeschaffenheit wird in jedem Fall
durch den auf diese Oberfläche aufgetragenen hydrophilen Überzug bestimmt.
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Als zur Herstellung metallisierter Schäume geeignete zellige Werkstoffe
seien die folgenden genannt: PU-Schaum, Kohlenstoff-oder Graphitschaum, Silicatschaum,
geschäumtes Polystyrol, Aluminiumschaum, Wolframcarbidschaum und andere feste Schäume
aus organischen und anorganischen Werkstoffen mit offener Zellenstruktur. Auch textile
zellige Werkstoffe können nach dem Verfahren der Erfindung metallisiert werden,
beispielsweise Strukturen aus Baumwollfasern oder anderen Naturfasern, aus synthetischen
Fasern, aus natürlichen und synthetischen Fasergemischen, Holzprodukte einschließlich
Papier, Karton und Pappe und andere Werkstoffe und Werkstücke, die mit der hydrophilen
Überzugsmasse beschichtet werden können.
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Zur Abbildung texturierter Oberflächen können praktisch beliebige
Substrate mit texturierter Oberfläche herangezogen werden.
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Der Werkstoff kann dabei elektrisch leitend oder elektrisch isolierend
sein. Bei der Verwendung elektrisch leitender Werkstoffe kann der hydrophile Überzug
gleichzeitig als Trennmittelgrundierung wirken, was insbesondere für die Herstellung
von Prägestdcken von Bedeutung ist.
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Als Beispiele für Werkstoffe und Substrate, deren Oberfläche durch
die Metallisierung abgebildet werden kann, seien die folgenden genannte: Leder,
texturierte hochpolymere Werkstoffe, Holz, natürliche oder synthetische Fasern und
Gemische natürlicher und synthetischer Fasern oder beliebige andere organische und
anorgnaische Werkstoffe. Prinzipiell kann jeder beliebige Werkstoff und jedes beliebige
Werkstück der Metallisierung unterzogen werden, das mit der hydrophilen Überzugsmasse
beschichtet werden kann.
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Zusammenfassend wird festgestellt, daß praktisch jede beliebige feste
Substanz als Substrat eingesetzt und nach dem Verfahren der Erfindung metallisiert
werden kann. Im einzelnen liegt die Auswahl des zu metallisierenden Substrats also
in der Hand des Anwenders.
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Das Überziehen des Substrats wird in der Weise ausgeführt, daß dieses
mit einer Lösung in Berührung gebracht wird, die die Bestandteile der hydrophilen
Überzugsmasse enthält. Dieses in Berührung bringen kann durch Aufsprühen, Aufbürsten
oder durch Tauchen erfolgen.
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Entscheidend ist, daß die Uberzugsmasse hydrophil ist. Entscheidend
ist weiterhin, daß die hydrophile Zusammensetzung als die Komponenten dss Gemisches
enthaltende Lösung auf die Werkstückoberfläche aufbringbar ist, und zwar nach irgendeinem
an sich beliebigen Verfahren wie beispielsweise Aufsprühen, Aufbürsten oder durch
Tauchen. Die Lösung, die die Komponenten der hydrophilen Überzugsmasse enthält,
sollte so rasch wie sinnvollerweise möglich auftrocknen. Die Trocknungszeit
sollte
in der Regel bei Raumtemperatur weniger als ca.
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15 min betragen.
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Vorzugsweise stammen die Werkstoffkomponenten der hydrophilen Überzugsmasse
aus einer Lösung, die aus einem Zweikomponentengemisch in einem Lösungsmittelsystem,
das zumindest ein Lösungsmittel enthält, besteht ("zusammengesetztes Werkstoffsystem").
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Das Gemisch muß zumindest einen filmbildenden Bestandteil und einen
hydrophilen Bestandteil enthalten. Außerdem ist vorzugsweise ein dritter Bestandteil
enthalten, der zumindest eine wasserlösliche polymere Komponente enthält, um das
Benetzungsverhalten und das Beschichtungsverhalten des zusammengesetzten Werkstoffsystems
zu verbessern.
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In der folgenden theoretischen Erörterung wird versucht, eine Erklärung
dafür zu geben, wie das zusammengesetzte Werkstoffsystem die hydrophile Oberfläche
bildet. Diese theoretischen Erklärungsversuche dienen jedoch nicht der Beschränkung
der Erfindung.
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Jede einzelne Komponente des zusammengesetzten Werkstoffsystems erfüllt
eine spezielle Aufgabe bei der Bildung des hydrophilen, aus verschiedenen Werkstoffkomponenten
zusammengesetzten Uberzugs.
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Die filmbildende Komponente verleiht dem zusammengesetzten hydrophilen
Überzug die notwendige Überzugsfestigkeit und verhindert ein Lösen, Reißen oder
eine anderweitige Beschädigung des Uberzugs während der folgenden Behandlungsstufen.
Diese Komponente bewirkt außerdem einen Teil der Haftfestigkeit des Überzugs auf
der Substratoberfläche während der nachfolgenden Behandlungsstufen und der Metallabscheidung.
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Die hydrophile Komponente verleiht dem Überzug die Benetzbarkeit durch
wässrige Abscheidungslösungen. Diese Komponente ist vorzugsweise
in
Wasser unlöslich.
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Die wasserlösliche polymere Komponente verstärkt die Benetzbarkeit
und die Beschichtbarkeit des hydrophilen aus verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzten
Überzugs. Diese Komponente ist aufgrund ihrer Wasserlöslichkeit zum einen von Haus
aus hydrophil und schafft zum anderen einen Überzug, dessen Oberfläche mikroporös
ist. Diese mikroporise Oberfläche entsteht durch das teilweise Herauslösen der wasserlöslichen
polymeren Komponente aus der Oberfläche des Überzugs, wenn dieser mit Wasser oder
wässrigen Lösungen organischer oder anorganischer Salze in Berührung gebracht wird.
Diese wasserlösliche Komponente ist gleichmäßig im gesamten Überzug dispergiert.
Beim Lösen dieser Komponente bleiben daher in der Oberfläche des Überzugs Mikroporen
zurück.
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Die mikroporöse Oberfläche erleichtert die Sensibilisierung und Aktivierung
des aus dem zusammengesetzten Werkstoffgemisch bestehenden hydrophilen Überzugs
vor dem stromlosen Metallabscheiden, da die sensibilisierenden und aktivierenden
Lösungen wässrige Lösungen sind. Durch die Ausbildung der mikroporösen Struktur
ist die hydrophile Oberfläche durch diese Lösungen besonders leicht und gut benetzbar.
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Selbstverständlich schafft das zusammengesetzte Werkstoffsystem auch
in Abwesenheit der wasserlöslichen polymeren Komponente eine Oberfläche, die durch
den hydrophilen Bestandteil der Zusammensetzung hydrophiler Natur ist. Auch diese
Oberfläche ist, obwohl sie nicht mikroporös ist, selbstverständlich gut benetzbar.
Aus der Technik des stromlosen Abscheidens von Metallen ist bekannt, Sensibilisierungslösungen
und Aktivierungslösungen zu verwenden, um den Ablauf der Redox-Reaktionen zu erleichtern,
die beim Abscheiden des gelösten Metalls auf der Oberfläche als Reduktion des in
der Lösung gelösten Ions des abzuscheidenden Metalls in den nullwertigen Zustand.
ablaufen.
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Die Lösungsmittel dienen der Lösung aller zuvor beschriebenen Bestandteile
unter Bildung einer homogenen echten Lösung. Die Auswahl der Lösungsmittel erfolgt
dabei auf der Grundlage gebräuchlicher Auswahlkriterien zur Herstellung lösungsmittelhaltiger
Uberzugsmassen.
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Die einzelnen Bestandteile des zusammengesetzten Werkstoffsystems
sind untereinander vorzugsweise so kompatibel, also systemverträglich, daß sie beim
Lösen in einem entsprechenden Lösungsmittelsystem iiner Phasentrennung unterliegen.
Das zusammengesetzte Werkstoffsystem ist also vorzugsweise eine klare, echte Lösung.
Geringfügige Abweichungen von dieser vorzugsweise gewährleisteten totalen Kompatibilität
können jedoch toleriert werden. So können beispielsweise auch leicht trübe Lösungen
oder Lösungen, die nach längerem Stehenlassen doch eine Phasentrennung zeigen, im
Rahmen der Erfindung zu durchaus guten Ergebnissen führen.
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Die Funktionstüchtigkeit eines beliebigen zusammengesetzten Werkstoffsystems
im Sinne dieser Beschreibung kann vom Fachmann durch empirische Prüfung, durch Literaturprüfung
und/oder durch Studium der von den Herstellern der benutzten Substanzen herausgegebenen
Kenndatenmerkblätter zur Kompatibilität der Substanzen in verschiedenen Lösungsmitteln
und unterschiedlichen Lösungsmittelsystemen ermittelt werden. Zur Frage der Lösungsmittelauswahl
sei auf folgende Literatur verwiesen: "The Technology of Solvents and Plasticizers",
A. K. Doolittle (N.Y., 1954); "Solvents Guide", Marsden and Mann (N.Y., 1963); "Industrial
Solvents", 1. Mellan (N.Y., 1950); und "Properties of Organic Solvents", J.E. Morgan
(1962).
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Information zur Auswahl der filmbildenden Bestandteile ist ebenfalls
in zahlreichen Veröffentlichungen zu finden, insbesondere in Veröffentlichungen,
die Anstrichmittel betreffen.
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Als Beispiele seien die folgenden genannt: "Synthetic Resins
and
Coatings", Noyes Data Corporation (1965) und "Paint Additives", Noyes Data Corporation
(1970).
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Zusätzlich zu der aus den vorgenannten Druckschriften erhältlichen
Information sei zur Auswahl der hydrophilen Komponenten und der wasserlöslichen
polymeren Komponenten auf die folgende Druckschrift verwiesen: Modern Plastics Encyclopedia",
Band 51, Nr. 10A (McGraw Hill, Oktober 1974).
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Außerdem können die einschlägigen Produktspezifikationen der verschiedenen
Hersteller zur Auswahl der Bestandteile und der Lösungsmittel für das zusammengesetzte
Werkstoffsystem herangezogen werden.
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Der Feststoffgehalt der einzelnen Komponenten im zusammengesetzten
Werkstoffsystem liegt zweckmäßigerweise im Bereich von ca. 1 bis ca. 40 Gew.-%,
bezogen auf das Gewicht des gesamten Systems. Das Gewichtsverhältnis zwischen der
filmbildenden Komponente und der hydrophilen Komponente liegt zweckmäßigerweise
im Bereich von ca. 3:10 bis ca. 10:1. Wenn zusätzlich ein wasserlösliches Polymer
verwendet wird, so beträgt das Gewichtsverhältnis dieser Komponente zur filmbildenden
Komponente zweckmäßigerweise ca. 1:10 bis ca. 2:1.
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Dem zusammengesetzten Werkstoffsystem können Leitfähigkeitspulver
wie beispielsweise Metallpulver oder Graphitpulver, zugesetzt werden. Solche Leitfähigkeitspulver
können als Katalysator für die stromlose Metallabscheidung oder auch direkt als
elektrisch leitende Komponente dienen, die sogar den Schritt der stromlosen Metallabscheidung
überflüssig werden lassen können.
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Die Art des verwendeten Leitfähigkeitspulvers ist an sich nicht kritisch.
Auch können verschiedene solcher Leitfähigkeitspulver gleichzeitig verwendet werden.
Als typische Leitfähigkeitspulver seien Eisen, Kupfer, Magnesium, Aluminium, Zink,
Silber, Kohlenstoff und Graphit genannt. Das Leitfähigkeitspulver kann dem
zusammengesetzten
Werkstoffsystem in einer Menge von ca. 0,5 bis ca. 15 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt
des Systems, zugesetzt werden.
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Die beschichtete Werkstoffoberfläche trocknet bei Raumtemperatur durch
Verdampfen des Lösungsmittels innerhalb relativ kurzer Zeit. Dadurch wird das nach
dem Stand der Technik gebräuchlicherweise zweistufige Beiz- und Ätzverfahren durch
den einstufigen Beschichtungsprozeß ersetzt.
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Die Dicke des aus dem zusammengesetzten Werkstoffgemisch bestehenden
hydrophilen Uberzugs beträgt vorzugsweise ca. 1,3 bis ca. 127 ßm.
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Der hydrophile Oberzug wird vorzugsweise durch stromloses Abscheiden
eines Metalls elektrisch leitend gemacht. Zu diesem Zweck kann jedes an sich bekannte
und gebräuchliche Verfahren zum stromlosen Metallabscheiden verwendet werden, beispielsweise
das aus der US-PS 3 667 972 oder aus "Plating on Plastics With Metals", J. McDermott
(Noyes Data Corp., 1974) bekannte Verfahren.
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Als Metalle, die auf dem Uberzug stromlos abgeschieden werden, können
vorzugsweise Nickel, Kupfer, Silber, aber auch andere stromlos abscheidbare Metalle
verwendet werden.
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Nachdem die Oberfläche des hydrophilen Oberzugs in den elektrisch
leitenden Zustand überführt worden ist, sei es durch stromloses Abscheides eines
Metalls, sei es durch Zusatz eines Leitfähigkeitspulvers zur hydrophilen Oberzugsmasse,
sei es durch eine Kombination beider Möglichkeiten, kann zum galvanischen Abscheiden
des Metalls jedes an sich bekannte und gebräuchliche Verfahren zur Galvanisierung
verwendet werden. Bevorzugte Verfahren sind in den folgenden Druckschriften beschrieben:
"Modern Electroplating", F.A. Lowenheim (3. Wiley, 1942);
"Electroplating
Engineering Handbook", A.K. Graham (Rheinhold, 1962); und "Handbuch der Galvanotechnik",
Karl Hanser Verlag (München, 1966).
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Im einzelnen richtet sich die Auswahl des Galvanisierungsverfahrens
nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten und unter Berücksichtigung des für das metallisierte
Produkt vorgesehenen Verwendungszweckes. Wenn das metallisierte Substrat beispielsweise
ein zelliges Material ist, so mag das erhaltene metallisierte Schaumprodukt beispielsweise
als Bauteil in einem Wärmeaustauscher verwendet werden. Für einen solchen Verwendungszweck
wird als galvanisch abzuscheidendes Metall ein Metall mit besonders guter Wärmeleitfähigkeit
und besonders großer Wärmekapazität ausgewählt werden. In diesem Anwendungsfall
wären also beispielsweise Nickel, Kupfer oder Chrom die bevorzugten Metalle.
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Die metallisierten festen Schaumstrukturen wie sie nach dem Verfahren
der Erfindung erhältlich sind, können je nach den beabsichtigten Verwendungszwecken
in der verschiedensten Weise weiterverarbeitet werden. Für solche typischen Weiterverarbeitungsprozesse
sind im folgenden zwei Beispiele angegeben, die jeweils für sich oder in Kombination
miteinander verwendet verwendet werden können: (1) Zerstörung des organischen Werkstoffs
durch Pyrolyse und (2) Kompaktierung des Produkts auf Abmessungen, die dem vorgegebenen
Füllfaktor entsprechen.
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Eine Pyrolyse kann jedoch selbstverständlich nur dann ausgeführt werden,
wenn das zellige Substratmaterial eine organische Substanz ist. Verfahren zur Pyrolyse
sind in der US-PS 3 549 505 beschrieben. Weitere Verfahren sind an sich bekannt.
Die Frage,
ob eine Pyrolyse durchzuführen ist oder nicht, richtet
sich nach dem Endbestimmungszweck für den hergestellten metallisierten Schaumkörper.
Wenn dieser beispielsweise in einer heißen Umgebung eingesetzt werden soll, deren
Temperatur das zellige organische Material zersetzen würde, so empfiehlt sich, die
Pyrolyse vor dem Einsatz des metallisierten Schaumkörpers durchzuführen.
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Unter bestimmten Umständen kann die Pyrolyse auch gleichzeitig mit
einer Temperung des zunächst häufig spröden galvanisch niedergeschlagenen Metalls
durchgeführt werden. Dabei hängen die Parameter, unter denen eine Temperung der
galvanisch abgeschiedenen Metalle durchgeführt werden kann, insbesondere von der
Art des Metalls ab. Diese Parameter sind dem Fachmann an sich bekannt.
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Nach der Durchführung der Temperung kann die äußere geometrische Form
des metallisierten Schaumkörpers durch Kompression, Kompaktierung, Biegen, Verwinden
oder in anderer Weise erfolgen.
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Der getemperte metallisierte geschäumte Körper kann anschließend kompaktiert
werden, wenn dies für Anwendungszwecke, bei denen ein niedriger Füllfaktor bzw.
eine höhere scheinbare Dichte benötigt wird, erforderlich ist. Der Füllfaktor ist
dabei wie folgt definiert: Füllfaktor = (V1 - V2)/V1 In der vorstehenden Gleichung
bedeutet V1 das Gesamtvolumen des geschäumten metallisierten Körpers und bedeutet
V2 das tatsächliche Volumen des Werkstoffs bzw. Stützgerüstes des metallisierten
Schaumkörpers, beispielsweise also sein Wasserverdrängungsvolumen.
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Anwendungegebiete , bei denen ein kleiner Füllfaktor erforderlich
ist, sind beispielsweise die Verwendung solcher metallisierten geschäumten Strukturen
als Katalysatorträger oder als Austauscherelemente in Wärmeaustauschern.
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Für die Metallisierung selbst wird vorzugsweise von einem zelligen
Körper mit recht großem Füllfaktor ausgegangen. In solchen Strukturen sind die Zellen
selbst größer und ist der Abschirmeffekt der Zellwände während des galvanischen
Metallisierens auf ein Minimum herabgesetzt. Dadurch kann also ein geschäumter Körper
mit großem Füllfaktor homogener galvanisch metallisiert werden als ein gleicher
Werkstoff mit kleinerem Füllgrad.
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Wenn als Substrat ein texturiertes Material verwendet wird, wird zur
galvanischen Abscheidung ein mechanisch ausreichend fester Werkstoff ausgewählt,
der beispielsweise als Prägestock oder Prägeplatte direkt verwendbar ist. Unter
anderem werden zu diesen Zwecken vorzugsweise Nickel und Kupfer, aber auch andere
Metalle eingesetzt. Wie auch im Fall der metallisierten Schaumkörper kann das noch
spröde galvanisch niedergeschlagene Metall zur Erhöhung seiner Festigkeit nach dem
galvanischen Abscheiden getempert werden. Dabei kann auch in diesem Fall das Tempern
gleichzeitig mit einer Pyrolyse des texturierten Werkstoffsubstrats einhergehen.
Das texturierte Substrat kann aber auch sowohl vor als auch nach dem Tempern vom
Metall getrennt werden. Dieses Trennen des Substrats vom galvanisch auf seiner Oberfläche
abgeschiedenen Metall kann in/sach bekannter und gebräuchlicher Weise erfolgen und
zwar sowohl mechanisch als auch chemisch.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
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Beispiel t Zur Ermittlung und Auswahl zusammengesetzter Werkstoffsysteme
für die Beschichtung von Glassubstraten wird eine Reihe von Versuchen durchgeführt.
Als Substrat werden gläserne Objektträger verwendet, die eine direkte Gütebestimmung
des Uberzugs
unter dem Mikroskop ermöglichen. Auch wird die Qualität
einer stromlosen Abscheidung von Nickel auf fliesen ueberzügen mikroskopisch überprüft.
Das stromlose Abscheiden des Nickels erfolgt in der aus der US-PS 3 667 972 bekannten
Weise.
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Mit einem Feststoffgehalt von 10 Gew.- werden in einem kalten Lösungsmittelsystem
die folgenden Vorratslösungen hergestellt: I. Vinylchlorid-Vinylacetat-CopoLymer
(86:14) II. Vinylchlorid-Vinylacetat-CopoLymer (87:13) III. Polyvinylpyrrolidon
IV. Polyvinylbutyral Bei den Feststoffen I und II beziehen sich die Angaben in Klammern
auf den prozentualen Anteil des Vinylchlorids bzw.
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des Vinylacetats im Copolymer.
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Die Versuche werden mit folgendem Lösungsmittelsystem durchgeführt:
Vol.-Teile Vol.-% 1,2-Dichlorethan 100 44,5 Methylethylketon 100 44,5 Ethanol 25
11,0 Aus den vorstehend genannten Komponenten bzw. Vorratslösungen werden die im
folgenden aufgeführten zusammengesetzten Werkstoffsysteme hergestellt, die dann
im einzelnen geprüft werden.
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-10 ml I werden mit 5 ml III gemischt. Dabei wird eine echte klare
Lösung erhalten. Das so erhaltene zusammengesetzte Werkstoffsystem
wird
mit einem Pinsel auf einen gläsernen Objektträger aufgestrichen und 5 min bei 21
OC getrocknet. Der getrocknete Überzugsfilm ist klar und glatt. Anschließend wird
auf diesem Überzug Nickel stromlos abgeschieden. Dabei wird ein Bedeckungsgrad des
stromlos abgeschiedenen Nickels von 90 % erzielt.
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-5 ml Celluloseacetatbutyrat werden dem zusammengesetzten Werkstoffsystem
A zugesetzt. Die erhaltene Lösung hat ein perlmuttartiges Aussehen und trennt sich
beim Stehenlassen in Schichten auf. Nach Rühren der Lösung wird das vorstehend unter
A beschriebene Verfahren wiederholt. Der auf getrocknete Überzug war körnig und
wolkig. Beim stromlosen Abscheiden von Nickel wird eine Bedeckung von 90 % mit geringfügiger
Blasenbildung erhalten.
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C: 20 ml I werden mit 5 ml III gemischt. Dabei wird eine klare Lösung
erhalten. Das vorstehend unter A beschriebene Verfahren wird wiederholt. Der erhaltene
trockene Überzugsfilm ist klar und glatt. Beim stromlosen Nickelabscheiden wird
ein Bedeckungsgrad von 90 % erhalten.
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D-5 ml Celluloseacetat werden zum zusammengesetzten Werkstoffsystem
A gegeben. Die erhaltene Lösung ist opalisierend, jedoch tritt auch bei längerem
Stehenlassen keine Phasentrennung ein. Anschließend wird das unter A beschriebene
Verfahren wiederholt.
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Der aufgetrocknete Überzugsfilm ist wolkig, aber glatt. Beim stromlosen
Abscheiden von Nickel wird eine Oberflächenbedeckung von 10 % erreicht.
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5 ml II werden dem zusammengesetzten Werkstoffsystem A zugesetzt.
Dabei wird eine klare Lösung erhalten. Anschließend wird in der unter A beschriebenen
Weise verfahren. Der aufgetrocknete Überzug ist klar und glatt. Beim stromlosen
Abscheiden von Nickel wird eine Oberflächenbedeckung von 100 % erreicht.
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F: 5 ml IV werden zum zusammengesetzten Werkstoffsystem A gegeben.
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Die erhaltene Lösung ist geringfügig getrübt, jedoch tritt auch bei
längerem Stehenlassen keine Phasentrennung ein. Anschlie-Bend wird das vorstehend
unter A beschriebene Verfahren wiederholt Der getrocknete Überzug ist klar und glatt.
Beim stromlosen Abscheiden von Nickel wird eine prozentuale Oberflächenbedeckung
von 100 % erzielt.
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-10 ml I, 10 ml II und 5 ml IV werden miteinander vermischt.
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Die erhaltene Lösung ist opalisierend. Anschließend werden 10 ml Methylisobutylketon
zugesetzt, wobei die Lösung aufklart und nur noch eine geringfügige Wolkigkeit zurückbleibt.
Dann wird das vorstehend im Abschnitt A beschriebene Verfahren wiederholt. Der getrocknete
Uberzugsfilm ist klar und glatt.
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Auf diesen Überzug wird beim stromlosen Abscheiden von Nickel eine
prozentuale Oberflächenbedeckung von 100 % erreicht.
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H: 15 ml II und 5 ml IV werden zum zusammengesetzten Werkstoffsystem
A gegeben. Die erhaltene Lösung ist opalisierend. Auch nach Zusatz von 10 ml Methylisobutylketon
wird keine Verbesserung der Kompatibilität der Lösung beobachtet. Es werden
dann
noch 10 ml Isopropylalkohol zugesetzt. Die Lösung bleibt jedoch noch immer opalisierend,
wahrscheinlich aufgrund der Unlöslichkeit des Polyvinylpyrrolidons im Methylisobutylk-eton.
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Beim Stehenlassen trennt sich die Lösung in zwei Schichten.
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Nach dem Verrühren der Lösung wird das vorstehend im Abschnitt A beschriebene
Verfahren wiederholt. Der aufgetrocknete Überzugsfilm ist klar und glatt. Bei der
stromlosen Abscheidung von Nickel wird eine 100 %-ige Oberflächenbedeckung erzielt.
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1.
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10 ml I, 10 ml II, 5 ml IV und 20 ml Methylisobutylketon werden miteinander
vermischt. Dabei wird eine klare Lösung erhalten.
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Mit dieser Lösung wird in der im Abschnitt A beschriebenen Weise verfahren.
Der auf dem gläsemenObjektträger erhaltene aufgetrocknete Uberzug ist glatt, aber
leicht wolkig. Auf diesem Überzug wird beim stromlosen Abscheiden von Nickel ein
Bedeckungsgrad von 100 % erreicht.
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-10 ml II und 1 ml IV werden zum zusammengesetzten Werkstoffsystem
A gegeben. Außerdem werden zusätzlich noch 20 ml des Lösungsmittelsystems zugesetzt.
Dabei wird eine klare Lösung erhalten. Anschließend wird in der vorstehend unter
A beschriebenen Weise verfahren. Der erhaltene aufgetrocknete Uberzugsfilm ist glatt,
aber wolkig. Auch auf diesem Überzug wird beim stromlosen Abscheiden von Nickel
ein Bedeckungsgrad von 100 % erzielt.
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K.
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Zu dem zusammengesetzten Werkstoffsystem J werden zusätzlich 10 ml
der Vorratslösung I gegeben. Das gleiche Verfahren wie vorstehend im Abschnitt J
beschrieben wird wiederholt. Der
erhaltene Überzug ist völlig klar.
Im übrigen wird gleiches Verhalten beobachtet und wird eine gleiche prozentuale
Oberflächenbedeckung erhalten.
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L: 5 ml II und 5 ml IV werden zum zusammengesetzten Werkstoffsystem
C gegeben. Zusätzlich werden 20 ml des Lösungsmittelsystems zugesetzt. Dabei wird
eine klare Lösung erhalten.
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Anschließend wird das vorstehend im Abschnitt A beschriebene Verfahren
durchgeführt. Der getrocknete Überzug ist glasklar und glatt. Beim stromlosen Abscheiden
von Nickel wird ein prozentualer Bedeckungsgrad von 100 % erreicht.
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M: 10 ml der Vorratslösung I, 10 ml II, 2 ml III, 2 ml IV und 20 ml
des Lösungsmittelsystems werden homogen miteinander vermischt. Dabei wird eine klare
Lösung erhalten. Anschließend wird in der unter A beschriebenen Weise verfahren.
Der dabei auf dem gläsernen Objektträger erhaltene getrocknete Überzug ist klar
und glatt. Beim stromlosen Abscheiden von Nickel auf diesem Überzug wird eine Oberflächenbedeckung
von 100 % erhalten.
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Das vorstehend im Abschnitt M beschriebene Verfahren wird mit der
Abänderung wiederholt, daß der Überzug vor dem stromlosen Abscheiden von Nickel
vom Glasträger abgeschält wird. Dabei wird ein Film mit einer Dicke von 7,6 m erhalten.
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Das Verfahren wird wiederum wiederholt, und zwar mit der Abänderung,
daß auf der Glasscheibe 2 und 3 Überzüge statt nur eines Überzugs aufgebracht werden.
Diese Überzüge haben eine Gesamtstärke von 15,2 bzw. 22,9 m. Auch im Fall dieser
doppelt und dreifach beschichteten Glasoberflächen wird beim stromlosen Abscheiden
von Nickel eine 100 %-ige Oberflächenbedeckung erzielt.
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Beispiel 2 Ein thermisch geschäumter PU-Schaum wird mit einem ca.
7,6 zum dicken Uberzug aus einem hydrophilen zusammengesetzten Werkstoffsystem beschichtet.
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Die hydrophile Beschichtungsmasse enthält 4 g Polyvinylpyrrolidon,
8 g eines Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymers mit 90 % Vinylchlorid und 10 % Vinylacetat,
8 g eines Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymers aus 87 % Vinylchlorid und 13 z Vinylacetat
und 5 g Celluloseacetatbutyrat gelöst in 50 ml Dichlorethylen, 125 ml Tetrahydrofuran
und 50 ml Methylethylketon. Bei dieser Formulierung wird eine Beschichtungslösung
erhalten, die sowohl mit dem Pinsel oder einer Bürste aufgetragen werden kann, aber
auch durch Aufsprühen auftragbar ist. Zum Aufsprühen wird diese Lösung im Verhältnis
1:2 oder 1:3 mit folgendem Lösungsmittelgemisch verdünnt: 22 % Dichlorethylen, 56
% Tetrahydrofuran und 22 % Methylethylketon. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird der PU-Schaum zum Herstellen des Überzugs mit dem zusammengesetzten Werkstoffsystem
besprüht.
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Die Polymerbeschichtung wird nach dem Aufsprühen 5 min bei Raumtemperatur
(22 °C) getrocknet. Anschließend wird in der in der US-PS 3 667 972 beschriebenen
Weise auf diesen Überzug Nickel stromlos abgeschieden. Daran anschließend wird in
an sich bekannter Weise ein galvanischer Kupferüberzug mit einer Stärke von ca.
254 gm abgeschieden.
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Auf der galvanisch abgeschiedenen Kupferschicht wird dann in einer
Stärke von ca. 102 Fm galvanisch eine Nickelschicht abgeschieden. Anschließend wird
1 h in einer Wasserstoffatmosphäre bei 760 OC pyrolisiert. Dabei wird ein duktiler
metallisierter fester Schaum erhalten.
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Beispiel 3 Eine Lederbahn wird in einer Dicke von 10,2 ßm mit einem
zusammengesetzten Werkstoffsystem der folgenden Zusammensetzung besprüht: 4 g Polyvinylpyrrolidon
8 g Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymer (90:10) 5 g Celluloseacetatbutyrat 100 ml
Dichlorethylen 250 ml Tetrahydrofuran 100 ml Methylethylketon Das so beschichtete
Leder wird 10 min bei ca. 23 OC getrocknet.
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Auf dem Überzug wird wie in der US-PS 3 667 972 beschrieben stromlos
Nickel abgeschieden. Anschließend wird in gebräuchlicherweise in einer Stärke von
ca. 380 ßm galvanisch eine Kupferschicht niedergeschlagen. Anschließend werden das
Leder und der hydrophile Überzug abgeschält, wobei mit hoher Auflösung und guter
Reproduktionsqualität ein Kupfernegativ der texturierten Lederoberfläche erhalten
wird.
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Dieses Grundverfahren zur Herstellung des Kupfernegativs kann in vielfältiger
Weise modifiziert werden. So kann die Rückseite des Kupfernegativs durch ein Verstärkungsmaterial,
beispielsweise durch eine zusätzliche Metallplatte oder durch einen Gummirücken
mechanisch verstärkt werden. Auch kann die Bildseite, also die eigentliche Negativseite,
durch einen dünnen Überzug aus einem härteren Metall wie beispielsweise Chrom oder
Nickel mit verbesserter Härte ausgebildet werden, ohne daß dadurch die Auflösung
oder die Wiedergabetreue des Negativs verschlechtert werden.
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Weitere Abänderungen stehen dem Fachmann je nach den Erfordernissen
des Einsatzgebietes zur Verfügung.