DE3027008C2

DE3027008C2 - Dauerform für die Galvanoplastik

Info

Publication number: DE3027008C2
Application number: DE3027008A
Authority: DE
Inventors: Philip Glen Ridge N.J. Bernstein; James P. Warwick N.Y. Coffey; Charles J. Cornwall N.Y. Knipple; William Carl Ramsey N.J. Probst
Original assignee: Vale Canada Ltd
Current assignee: Vale Canada Ltd
Priority date: 1979-07-23
Filing date: 1980-07-17
Publication date: 1986-01-09
Also published as: JPS6312155B2; FI67097B; FR2461767B1; FI802317A7; US4235696A; GB2053973B; NO153308B; BE884437A; JPS5620189A; FI67097C; NO153308C; NO802203L; AU6016480A; ZA804073B; DE3027008A1; FR2461767A1; GB2053973A; AU530959B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dauerform zum Elektroformen von Formteilen, bestehend aus einer leitenden Basis mit mindestens einer Polymer-Deckschicht.

Derartige Dauerformen dienen dazu, beim Elektroformen Metallanoden abzuscheiden, die in Titankörben beim galvanischen Plattieren Verwendung finden. Die Formteile besitzen üblicherweise bei einer Dicke von mehreren Millimetern einen Durchmesser von 12 bis mm; sie wurden bislang mit Hilfe einer Dauerform aus einer Basisplatte aus rostfreiem Stahl mit einer elektrisch isolierenden Deckschicht beispielsweise aus einem Epoxyd-Emaille hergestellt. Die Deckschicht be deckt die Plattenoberfläche mit Ausnahme von den Konturen der Formteile entsprechenden Ausnehmungen. Normalerweise besitzt eine solche Dauerform bei einer Dicke von 1 bis 5 mm eine Größe von 1 m² und weist zahlreiche kreisrunde Ausnehmungen in der Epoxyd-Deckschicht mit einem Durchmesser von jeweils etwa 19 bis 32 nun auf. Ein schwerwiegender Nachteil besteht jedoch darin, daß derartige Elektroden nur eine geringe Lebensdauer von beispielsweise 10 Abscheidezyklen besitzen. Danach muß in zeit- und kostenaufwendiger Weise die Deckschicht entfernt und eine neue Deckschicht aufgebracht werden.

Aus der US-Patentschrift 41 58 612 ist auch bereits eine Dauerform aus einer leitenden Polymer-Basisplatte und einer elektrisch nichtleitenden polymerischen Deckschicht bekannt Die Deckschicht besitzt Öffnungen, durch die der Elektrolyt die Oberfläche der leitenden Basisplatte erreicht Die Öffnungen entsprechen ten Konturen der Formteile und sind zumeist kreisrund. Auch diesen Dauerformen haftet insofern ein schwerwiegender Nachteil an, als sich die dem Elektrolyten ausgesetzten Flächenteile während des Betriebs zunehmend vergrößern. Obgleich das Bestreben dahingeht die Verbindung zwischen der leitenden und der nichtleitenden Polymer-Schicht möglichst dicht zu machen und beide Schichten polymerisch sind, kommt es trotz der starken Bindung zwischen den beiden Schichten während des Flächenwachstums der metallischen Formteile beim galvanischen Abscheiden zu einem enormen

Druck an den Verbindungsstellen der beiden Schichten

und damit zu einer Form- und Größenänderung der

öffnungen in der nichtleitenden Deckschicht

Des weiteren beschreibt die US-Patentschrift

40 40 937 eine elektrisch leitende Dauerform als Startkathode beim elektrolytischen Raffinieren. Sie mißt 1 m², besitzt eine Dicke von etwa 0,5 mm und besteht aus einer mittig zwischen zwei elektrisch leitenden Polymerplatten angeordneten Metallplatte in einem Rah- men aus elektrisch isolierendem Polymer, der ein Überwachsen des Niederschlags auf den beiden Dauerformseiten in die Schmalseiten hinein verhindert

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile zu vermeide: und insbesonde re eine Dauerform zum Herstellen metallischer Form teile mit einem Durchmesser von höchstens 50 mm in der Hauptrichtung zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Dauerform aus einer elektrisch leitenden Basisplatte mit einer Polymerschicht auf mindestens einer Seite und darin bündig abschließenden, elektrisch leitenden Polymerinseln in elektrischer Verbindung zu der Basis und voneinander getrennt durch eine Maske aus einem elektrisch isolierenden Polymer.

so Die Basis besteht vorzugsweise aus einem geschlossenen, gitter- oder siebartigen metallischen Zuschnitt, beispielsweise aus Kupfer oder Stahl, insbesondere aus Streckmetall. Die Polymerschicht hüllt die Basis vorzugsweise völlig ein, so daß auch die Schmalseiten nicht mit dem Elektrolyten in Berührung kommen. Vorzugsweise ist die Basis beidseitig mit an den Kanten miteinander verschweißten Polymerschichten versehen. Die Maske kann aus jedem gegenüber wäßrigen Elektrolyten in Anwesenheit kathodisch entstehenden Wasser- Stoffs beständigem Polymer bestehen. Geeignet sind beispielsweise Polypropylen, Polyäthylen, Polysulfon, Polyvinylchlorid und glasfaserverstärkter Polyester. Die leitenden Inseln bestehen vorteilhafterweise aus demselben Polymer mit einem eine hinreichende Leitfähig- keit gewährleistenden Graphitgehalt Unterschiedliche Polymere müssen dagegen hinreichend verträglich sein und sich insbesondere beispielsweise durch Schmelzschweißen oder Ultraschallschweißen miteinander ver-

binden lassen. Die leitenden und nichtleitenden Inseln der Deckschicht liegen in derselben Ebene bzw. bilden eine gemeinsame Oberfläche. Demzufolge hat das kathodisch abgeschiedene und an der Oberfläche über den leitenden Inseln aufwachsende Metall nicht die Möglichkeit, einen Druck auf ein etwa umgebendes Maskenlnaterial auszuüben und bleiben die Verbindungsstellen zwischen den leitenden Inseln und der nichtleitenden Maske unbeeinflußt von dem Metallwachstum auf den leitenden Inseln.

Im Hinblick auf ein besseres Haftvermögen kann die metallische Basis im Bereich der nichtleitenden Maske Ausnehmungen mit Stöpseln aus nichtleitendem Polymer aufweisen.

Darüber hinaus kann die Basis weitere Ausnehmungen aufweisen, die den leitenden Inseln entsprechend verteilt sind und vorteilhafterweise Stöpsel aus leitendem Polymer enthalten. Auf diese Weise läßt sich eine erheblich bessere Festigkeit ohne Beeinträchtigung der Stromverteilung erreichen.

Bei Verwendung von Streckmetall für die Basis werden vorteilhafterweise die Maschenöffnungen uiver den leitenden Zonen zunächst mit einem leitenden Polymer gefüllt

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine vereinfachte Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Dauerform und

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II in F i g. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Dauerform 11 besitzt zwei Haken 16 zum Aufhängen an Haltestäben; sie besteht aus einer Streckmetaltbasis 15 mit zwei Deckschichten 12 aus einer nichtleitenden Polypropylen-Maske 13 mit leitenden Inseln 14 aus graphithaltigem Polypropylen. Dabei sollte der spezifische Widerstand des graphithaltigen Polypropylens 100 Qcm nicht übersteigen.

Aus dem Querschnitt der F i g. 2 ergibt sich, daß die Deckschichten homogen sind und die leitenden Inseln 14 bündig in die nichtleitende Maske 13 eingebettet sind. Um einen Zutritt des Elektrolyten zu der Basisplatte 15 zu verhindern, sind die beiden Deckschichten 12 rundherum miteinander verschweißt

Die in der Zeichnung dargestellte Kathodenplatte läßt sich in der Weise herstellen, daß zunächst die Haken 16 an der Streckmetall-Basis aus Stahl befestigt werden. Danach werden in 3,2 mm dicke Polymerzuschnitte kreisförmige öffnungen gebohrt und aus einem graphithaltigen Polypropylenzuschnitt gleicher Dicke den Öffnungen entsprechenden Ronden ausgestanzt, in die öffnungen des Maskenzuschnitts eingesetzt sowie dort mittels Ultraschall eingeschweißt Danach wird die in der Zeichnung nicht dargestellte öffnungen aufweisende Basis in einer Presse zwischen die etwas größeren Polymer-Zuschnitte gelegt und heiß verpreßt.

Beispiel 1

bei 170⁰C vorgewärmt sowie mit einem Druck von 3,92 bar bei derselben Temperatur verpreßt

Beispiel 2

Bei einer ansonsten gleichen Dauerform besaß die

Basis an ihrer Peripherie eingeprägte Ausnehmungen mit einem Durchmesser von 4,7 mm zur Verbesserung des Haftvermögens zwischen der metallischen Basis und

ίο den beiden Deckschichten.

Beispiel 3

Eine im übrigen gemäß Beispiel 2 beschaffene Dauerform wies in den peripheren Ausnehmungen Stöpsel aus nichtleitendem Polypropylen auf, um die Bindung zwischen den drei Schichten zu verbessern.

Beispiel 4

Eine weitere Dauerform unterschied i*ch von der des

Beispiels 3 lediglich dadurch, daß zur Fesiigkeitserhöhung in die Basisplatte mit derselben Verteilung wie die öffnungen in der Polypropylenmaske Ausnehmungen eingeprägt waren.

Beispiel 5

In Abweichung von dem Beispiel 4 bestand die Basisplatte aus rostfreiem Stahl und enthielten die darin befindlichen Ausnehmungen Stöpsel aus leitendem Kunststoff zur Verbesserung der Stromverteilung im Hinblick auf die leitenden Inseln in der Polypropylenmaske.

Beispiel 6

Eine Dauerform aus zwei Polypropylen-Deckschichten mit Leiterstopfen und einer dazwischen befindlichen Streckmetall-Basis wurde bei gleichem Druck und gieieher Temperatur wie im Falls der Ausführungsbeispiele 1 bif 5 hergestellt

Beispiel 7

Eine Dauerform entsprechend dem Beispiel 6 wies Leiterstöpsel in der Streckmetallplatte mit einer den Leiterinseln bzw. Stopfen in der Polypropylen-Deckschicht entsprechenden Verteilung auf.
Die Dauerformen der Beispiele 1 bis 7 wurden in einem üblichen Nickel-Raffinationsbad bei einer Stromdichte von 5,1 A/dm² zum Abscheiden von Nickel eingesetzt; sie arbeiteten auch nach zahlreichen Zyklen noch zufriedenstellend.

Hierzu! Blatt Zeichnungen

Mit einem Mittenabstand von jeweils 27 mm wurden in zwei 3,2 mm dicke Polypropylen-Zuschnitte öffnungen mit einem Durchmesser von 143 mm und einem Reihenabstand von 25 mm bezogen auf die öffnungsmitten gebohrt. Danach wurden um 0,07 mm im Durchmesser größere Stopfen aus graphithaltigem Polypropylen gleicher Dicke jn die Bohrungen eingesetzt. Zwisehen die beiden Deckschichten wurde dann eine elektrisch leitende Basis aus .iinem vernickelten weichen Stahl gelegt und der Verbindungkörper drei Stunden

Claims

Patentansprüche:

1. Dauerform zum Elektroformen von Formteilen, bestehend aus einer leitenden Basis mit mindestens einer nichtleitenden Polymer-Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Deckschicht (13) bündig abschließende von einer Polymer-Maske umgebene Polymerinseln (14) in leitender Verbindung zur Basis (15) befinden.

2. Dauerform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in öffnungen der Deckschicht (13) elektrisch leitende und mit der Basis (15) in elektrischer Verbindung stehende Stopfen (14) angeordnet sind.

3. Dauerform nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei die Basis (15) völlig einhüllende Deckschichten (12,13).

4. Dauerform nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bts3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (15) aus einer Metallplatte besteht

5. Dauerform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Basisplatte (15) im Bereich der nichtleitenden Maske (13) Ausnehmungen mit Stöpseln aus nichtleitendem Polymer befinden.

6. Dauerform nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Basisplatte (15) jeweils im Bereich der leitenden Inseln (14) Ausnehmungen mit Stöpseln aus leitendem Polymer befinden.

7. Dauerform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (15) aus Streckmetall besteht

8. Dauerform nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen der Streckmetallplatte (15) jeweils unterhalb der leitenden Inseln (14) mit leitendem Polymer gefüllt sind.

9. Dauerform nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch kreisförmige leitende Inseln (14).

10. Dauerform nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (12,13) aus Polypropylen, Polyäthylen, Polysulfon, Polyvinylchlorid oder glasfaserverstärktem Polyester besteht.

11. Verwendung einer Dauerform nach den Ansprüchen 1 bis 10, zum Herstellen von Anoden-Ronden.