DE888539C - Elektrophoretisches Bad - Google Patents

Description

• Elektrophoretisches Bad Es ist bekannt, Metalle, Metalloxyde, Karbide, glasartige und keramische Pulver usw. auf Leitern auf elektrophoretischem Wege niederzuschlagen. Je nachdem, ob sich die Teilchen beim Anlegen. einer Spannung auf der Kathode oder der Anode abscheiden, wird dieser Vorgang kataphoretisch oder anaphoretisch genannt. Nach den bisher bekannten Verfahren werden z. B. salzartige Verbindungen, wie Bariumcarbonat, Strontiumcarbonat u. dgl., in ein geeignetes Suspensionsmittel gebracht, das z. B. Methylalkohol, Äthylalkohol oder ein Alkohol-Azeton-Gemisch sein kann. Bei anderen Bädern, z. B. für das Niederschlagen von Alumiumoxyd, wird zuvor ein Peptisator -zugeführt, um eine befriedigende elektrophoretische Abscheidung zu erzielen. Bei diesen bekannten Verfahren stellen sich in der Praxis oft große Schwierigkeiten heraus, um Bäder herzustellen, die sicher zu befriedigenden Ergebnissen führen. Es ist jedoch bisher noch nicht erkannt worden, welche Maßnahmen in der Praxis durchgeführt werden müssen, um besonders brauchbare elektrophoretische Bäder mit Sicherheit zu erzielen.
• Nähere Untersuchungen haben nun gezeigt, daß für die einwandfreie elektrophoretische Abscheidung nur die Leitfähigkeit bestimmend ist, wenn die sonstigen Bedingungen, wie z. B. die Aufladung der Teilchen, die Korngröße usw., erfüllt sind. Zur Herstellung einer stabilen Suspension müssen die Teilchen eine Aufladung in der Größenordnung von zoo mV besitzen, die auch in der Praxis nicht wesentlich überschritten werden, wie z. B. Messungen än garium-Ströntium-Carboriat und Aluminium-' oxydsuspensionen ergaben. Diese Meßwerte zeigen unter variierenden sonstigen Bedingungen Abweichungen zwischen 9o und- -i5o mV. Um bei dieser Aufladung der Teilchen- unter den denkbar günstigsten Bedingungen elektrophoretische Ab-- scheidungen in Schichtstärken von hauchdünnen Überzügen bis größeren Schichtdicken zu erzielen, sind auch bei Flüssigkeiten von geringer Viskosität Feldstärken in der Größenordnung von ioo.V/cm nötig. Bei den bisher bekannten Verfahren waren die Stromdichten bei den benötigten Feldstärken io mA/cm2 oder noch wesentlich höher. Es stellt sich dabei heraus, daß der Stromtransport bei diesen bisher bekannten Verfahren. zum überwiegenden Teil durch Elektrolyse erfolgte und nicht durch die eigentliche elektrophoretsche _ Abscheidung. Die Folge hiervor- sind Zersetzungsprodukte, z. B. Gase, die die bereits abgeschiedenen Schichten absprengen oder in sonstiger Weise mehr oder weniger stören.
• Bei den erfindungsgemäß hergestellten Bädern wird die Leitfähigkeit bewußt so klein gewählt, daß die Elektrolyseerscheinungen so klein werden, _daßsie keinerlei Störung verursachen können. Die Leitfähigkeit des gebrauchsfertigen Bades soll hierbei höchstens 2 - io-4 Ohm-' cm-' betragen. Durch diese Maßnahme kann bei der elektrophoretischen Abscheidung die Stromdichte unter io mA 1cm2 gehalten werden. Um diese Bäder praktisch- zu erhalten, ist es erforderlich, daß die Ausgangssubstanzen eine genügende Reinheit aufweisen, die es gestattet, diese Bedingungen zu erfüllen. Bei der Reindarstellung der elektrophoretisch abzuscheidenden Teilchen treten hierbei- praktisch keine Schwierigkeiten auf, erforderlichenfalls ist bei Bädern die Peptisatormenge hinreichend klein zu halten bzw. bei Überschuß in geeigneter Weise zu- entfernen. Es ist aber bisher- die Reinheit der Lösungsmittel nicht genügend beachtet worden, -obwohl selbst die üblicherweise als chemisch reinst bezeichneten Substanzen den hohen Anforderungen, die bei -deroptimalen Abscheidung zu stellen sind,- nicht zur Genüge entsprechen. So konnte feslges-tellt =werden; daß selbst in außerordentlich reinen Ausgangssubstanzen durch äußerst geringfügige Spuren,-cMe"-durch die üblichen chemischen Nachweismethoden nicht- mehr`nachgewiesenwerden könnten, die Leitfähigkeit bereits in einem Maß erhöht wird, daß diese Ausgangssubstanzen als ungeeignet bezeichnet werden mußten. Es kommt hierbei weniger auf die völlige Freiheit von Verunreinigungen, wie bisher angenommen wurde, an, sondern besonders auf die Abwesenheit von Substanzen, die die Leitfähigkeit erhöhen. Nähere Untersuchungen haben gezeigt, daß die üblichen der reinsten der käuflichen Präparate, z. B. Methylalkohol, Äthylalkohol, Butylalkohol, Azeton usw., diesen Anforderungen nicht genügen. Die Verunreinigungen sind dabei so gering, däß sie auf chemischem Wege nicht nachweisbar sind. - Es wäre nun naheliegend, das bekännte-Verfahren der Destillation anzuwenden, um die Lösungsmittel zu reinigen.-- Es zeigte sich .aber, däß auch hierbei die Lösungsmittel nicht, in- genügender Weise gereinigt werden können, da die Verunreinigungen mit überdestillieren.
• Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, den Lösungsmitteln solche Zusätze beizugeben, die selbst nicht flüchtig sind, oder, falls sie es sind, selbst zu Störungen keinen Anlaß geben und die Verunreinigungen, die die Leitfähigkeit beeinträchtigen, in chemischer Form binden.
• So konnte nachgewiesen werden, daß Alkohol fast immer Spuren von Amin-Verbindungen enthält; die durch einen Zusatz von Oxalsäure, die diese chemisch bindet und eine Verbindung ergibt, die selbst nicht flüchtig ist, unschädlich gemacht werden können. Es hat sich gezeigt, daß häufig die störenden Spuren mit den Zusätzen selbst flüchtige Verbindungen - ergeben-, diese aber elektrische Werte besitzen, die zu Störungen keinen Anlaß mehr geben. Ifn 'näblifolgenden werden mehrere Beispiele gegeben, wie erfindungsgemäß sich kataphoretische Bäder herstellen lassen, die unter optimalen Bedingungen arbeiten. Voraussetzung hierfür ist das Vorliegen von Lösungsmitteln genügen-_ der Reinheit, deren Darstellung daher zuerst beschrieben sei: i. Reinigung von Methylalkohol io 1 Methylalkohol, der im Anlieferungszustand eine Leitfähigkeit von 1,3 - 1o-3 Ohm-1 cm-' hatte, zeigte nach Zusatz von 2 g Oxalsäure und anschließender Destillation eine Leitfähigkeit von 2,5 - i o-6 Ohm-1 cm-' bei 2o°. Der so behandelte Alkohol wurde für die präparative Herstellung der im folgenden beschriebenen Bäder benutzt.
• 2. Herstellung eines kataphoretischen Bades ohne Peptisatorzusatz 5o, g Barium-Strontium-Carbonat wurden mit 5oo ccm vorstehend-gereinigtem Methanol in einer Kugelmühle von i-,5-1 Inhalt mit= z4 Kugeln von 2 cm Durchmesser i2 Stunden lang gemahlen. Die erhaltenen Suspensionen wurden aus der Mühle entnommen -und ergaben -ein gebrauchsfertiges Bad. Die--Leitfähigkeit--dieses Bades betrug ri - i o-° Ohm-1 cm-'. Mit diesem kataphoretischen Bad "eiirden Nickelkathodenhülsen, wie diese bei der Fertigung von elektrischen Röhren verwendet werden, auf kataphoretischem Wege bedeckt. Die Hülse hatte einen Durchmesser von o;9 mm und eine Länge von 0,7 cm. Die verwendete Anode hatte einen Durchmesser von 23. mm, und die angelegte Spannung betrug 15 V. Während einer Bedeckungszeit von 3,5 Sekunden konnte hierbei eine Schicht von 50,u Stärke erzielt werden. Diese Schicht zeichnete sich von, den bisher erhaltenen Schichten durch ihre außerordentlicheGleichmäßigkeitunddas hohe Haftvermögen auf dem Grundmetall aus, was in diesem Falle von ganz besonderer Bedeutung ist.
• 3. Herstellung eines kataphoretischen Bades mit Peptisatorzusatz 5o g reinstes-Aluminiumoxyd (vermahlener ,ESluminiümkörund) wurden -reit -5oo ccm des- unter - i-. genannten Methylalkohols und 5 g Aluminiumnitrat größter Reinheit i Stunde lang auf einer Schüttelmaschine geschüttelt. Hierdurch wurden die Aluminiumoxydteilchen elektrisch aufgeladen. Das Aluminiumoxyd wurde danach durch Abschleudern oder Filtrieren über einem Glasfilter von dem Methylalkohol soweit wie möglich abgetrennt. Das abfiltrierte Aluminiumoxyd wurde erneut mit einer gleichen Menge des obengenannten Methylalkohols aufgenommen und dieser Vorgang so oit wiederholt, bis das Bad eine Leitfähigkeit von 25 # 1o-6 Olim-1 cm-' oder darunter aufwies. Mit diesem Bad wurde dann eine Wolframwendel, wie diese in Elektrodenröhren verwendet wird, auf kataphoretischem Weg bedeckt. Die Wendel hatte eine Länge von 2o mm und einen mittleren Durchmesser von 1,2 mm, der Anodendurchmesser betrug 4.o mm und die angelegte Spannung 40 V. Die Leitfähigkeit des beschriebenen Kataphoresebades wurde zu 15 - 1o-6 Ohm-' cm-' bestimmt. Unter diesen Bedingungen konnte in 9o Sekunden eine Schicht von 125 ,u Stärke erzielt werden. Die so aufgetragene Aluminiumoxydschicht unterscheidet sich von den bisher erzielten Schichten dadurch, daß sie außerordentlich fest auf der Unterlage haftet und die einzelnen Aluminiumoxydteilchen bereits im ungesinterten Zustand eine sehr große Festigkeit besitzen, die es gestattet, diese Wendeln ohne vorheriges Aufbringen von Schutzüberzügen im ungesinterten Zustand mit dem Finger zu berühren. Durch die Gleichmäßigkeit und Festigkeit wird die nachfolgende Sinterung in wesentlicher Weise günstisg beeinflußt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung eines elektrophoretischen Bades, dadurch gekennzeichnet, daß dazu Lösungsmittel mit einer Leitfähigkeit von höchstens 2 - io-4 Ohm-' cm-' verwendet werden und das gebrauchsfertige Bad mit oder ohne Peptisatorzusatz ebenfalls eine Leitfähigkeit von höchstens 2 # 1o-4 Ohm-' cm-' aufweist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dazu zu verwendende, durch Verunreinigungen eine höhere Leitfähigkeit aufweisende Lösungsmittel, vorzugsweise Alkohole, mit Stoffen versetzt werden, die unter Herabsetzung der Leitfähigkeit diese Verunreinigungen chemisch binden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungsmittel nach Zugabe der Zusätze destilliert werden.