[go: up one dir, main page]

WO2015055716A1 - Verfahren zur vorbehandlung einer substratoberfläche und verfahren zur beschichtung der substratoberfläche - Google Patents

Verfahren zur vorbehandlung einer substratoberfläche und verfahren zur beschichtung der substratoberfläche Download PDF

Info

Publication number
WO2015055716A1
WO2015055716A1 PCT/EP2014/072115 EP2014072115W WO2015055716A1 WO 2015055716 A1 WO2015055716 A1 WO 2015055716A1 EP 2014072115 W EP2014072115 W EP 2014072115W WO 2015055716 A1 WO2015055716 A1 WO 2015055716A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
particles
layer
plasma
conductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2014/072115
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg IHDE
Ralph Wilken
Jost Degenhardt
Alexander Knospe
Christian Buske
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Plasmatreat GmbH
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Plasmatreat GmbH
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plasmatreat GmbH, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Plasmatreat GmbH
Publication of WO2015055716A1 publication Critical patent/WO2015055716A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/54—Electroplating of non-metallic surfaces
    • C25D5/56—Electroplating of non-metallic surfaces of plastics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/18—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C18/20—Pretreatment of the material to be coated of organic surfaces, e.g. resins
    • C23C18/2006—Pretreatment of the material to be coated of organic surfaces, e.g. resins by other methods than those of C23C18/22 - C23C18/30
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C23C4/08—Metallic material containing only metal elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131—Wire arc spraying

Definitions

  • the present invention relates to a method for pretreatment of a surface of a substrate, in particular for a subsequent electroplating process or a subsequent electrostatic coating process.
  • the invention relates to methods for charging a surface of a substrate.
  • the invention also relates to products obtainable by these methods.
  • the loading of materials especially non-electrically conductive materials, such.
  • plastics with a layer, in particular a metal layer, is known in the art.
  • a charge can be made for decorative purposes, but also for example for the shielding of housings of electronic devices or for the cost-effective production of antennas, waveguide assemblies or the like.
  • Vapor deposition e.g. By sputter deposition or thermal evaporation, chemical vapor deposition (CVD), especially plasma assisted chemical vapor deposition, thermal spraying, electroplating, especially plastic electroplating, or electrostatic charging.
  • CVD chemical vapor deposition
  • electroplating especially plastic electroplating, or electrostatic charging.
  • plastic givanization The application of a metal layer to plastics by electroplating is called plastic givanization. Since plastics are usually not electrically conductive, the surface of such a material for subsequent galvanic charging must first be provided with an electrically conductive layer which adheres well to the plastic material. For the application of such a layer, in particular the above-mentioned coating methods come into question.
  • Palladium seeds and chemically metallizing the surface to form a conductive layer, such as copper or nickel, by reduction from their metal salts.
  • the roughening of the surface can take place, for example, by chemical etching processes or by mechanical processes, such as grinding, sandblasting, honing or polishing. By such roughening, the adhesion of the electrically conductive layers to the surface can be improved.
  • an electrostatic coating of a substrate surface such as electrostatic painting, e.g. As by powder painting or spray painting, an electrical conductivity is required at least on the surface to be coated of the substrate. Consequently, non-electrically conductive substrates such. As plastic substrates, also be subjected to the corresponding pretreatment for the electrostatic coating.
  • the object of the invention is to provide an efficient, environmentally compatible and inexpensive method for pretreating a surface of a substrate, in particular for a subsequent electroplating process or a subsequent electrostatic coating process. Moreover, the invention aims to provide methods for coating such a substrate surface as well as products obtainable by these methods.
  • the present invention provides a method for pretreating a surface of a substrate, in particular for a subsequent electroplating process or a subsequent electrostatic coating process.
  • an atmospheric pressure plasma is generated by a discharge between electrodes in a process gas is at least one of the electrodes a sacrificial electrode or target electrode from which material is removed or detached by the discharge, the abraded material is conductive, in particular metallic, particles and / or conductive, in particular metallic, particles are formed from the abraded material, and the particles become such deposited on the surface of the substrate, that the electrical conductivity of the surface of the substrate is increased.
  • sacrificial electrode and “target electrode * are used interchangeably herein.
  • Conductive, in particular metallic, particles can be formed or formed by agglomeration processes of the removed material.
  • formation or formation of particles may occur.
  • each element for. B. each component of a device for generating the atmospheric pressure plasma, in particular a plasma nozzle, understood, which is at least temporarily starting or end point of the discharge filament.
  • the electrode is removed or detached from the in the inventive process by generating the plasma discharge material referred ais "sacrificial electrode” or Jargetelektrode *.
  • a plurality of electrodes can, in particular electrodes of the same or However, exactly one of the electrodes may also be a sacrificial electrode.
  • a D plasma or normal pressure plasma is a plasma in which the pressure is approximately equal to the atmospheric pressure C.
  • particle refers to particles of a particular material, in particular macroscopic particles, as distinct from individual atoms or molecules or clusters thereof.
  • the particles preferably have not only an electrical conductivity but also a thermal conductivity.
  • the particles may be metallic.
  • the particles may be deposited on the surface of the substrate to produce electrical conductivity at the surface of the substrate.
  • the arrangement of the particles on the surface of the substrate, so that the electrical conductivity of the surface of the substrate is increased, is preferably a mechanically stable state.
  • the deposited particles are fixed in their positions on the surface of the substrate.
  • conductive, in particular metallic, particles can be produced in an efficient and cost-effective manner. Moreover, the particles thus produced can be deposited directly on the surface of the substrate. Since the particles deposited on the surface of the substrate increase the electrical conductivity of the surface, subsequent electroplating or subsequent electrostatic coating of the surface is readily possible. Moreover, roughening of the substrate by chemical etching or pickling techniques is not required. Consequently, the method according to the invention also offers a considerably improved environmental compatibility.
  • the particles are deposited on the surface of the substrate such that they increase the electrical conductivity of the surface of the substrate so that the surface electrical resistance of the surface of the substrate at room temperature ⁇ 300 K) less than 1 * 10 ! 1 ohms, preferably less than 5 * 10 10 ohms, more preferably less than 1 * 10 'ohms, more preferably less than 5 * 10 9 ohms, and most preferably less than 1 * 10 9 ohms.
  • the particles can be deposited on the surface of the substrate so that they are at the
  • Substrate surface are arranged separately or separately. In this case, the particles do not form a continuous layer on the substrate surface.
  • the particles may be deposited on the surface of the substrate such that they are at least partially exposed at the surface of the substrate, that is, at least partially not covered by a layer of another material. In this way, the increase in the electrical conductivity of the surface of the substrate can be ensured particularly reliable.
  • the particles may be deposited on the surface of the substrate such that they project at least partially from the surface of the substrate.
  • the electrical conductivity of the surface of the substrate by the particles can be increased particularly efficiently.
  • the particles may be deposited on the surface of the substrate such that they partially or completely penetrate or sink into the substrate surface. In this way, a particularly stable adhesion of the particles to the substrate can be achieved.
  • the particles can thus penetrate or sink into the substrate surface, in particular completely, so that further coating of the substrate surface by electrostatic coating processes is possible.
  • the particles can thus penetrate or sink into the substrate surface, in particular completely, so that the substrate surface has antistatic properties.
  • the particles may be deposited at atmospheric pressure on the surface of the substrate. This allows a particularly simple and cost-effective implementation of the method according to the invention, since no low-pressure devices such. As low pressure chambers, vacuum pumps, vacuum valves and the like, are required.
  • the surface of the substrate in particular when using a plasma nozzle for generating the atmospheric pressure plasma and for producing the conductive, in particular metallic, particles, can be roughened by the atmospheric pressure plasma, in particular the relaxing region of the atmospheric pressure plasma. Roughening primarily changes the topography of the substrate surface.
  • the adhesion of the particles and / or the adhesion of a layer applied in a subsequent electroplating process or electrostatic coating process can be further improved. Since both the generation of the atmospheric pressure plasma and the production of the conductive, in particular metallic, particles takes place by the discharge between the electrodes, the plasma and the particles can be provided in one step using a single device, such as a plasma nozzle. Thus, the inventive method is further simplified and the process efficiency can be further increased.
  • An “active" plasma region is generally understood to mean a plasma region which is within the volume bounded by the electrodes between which a voltage is applied, by which the plasma is generated.
  • the relaxing area of the plasma is sometimes referred to as the "after gloW" area.
  • the surface of the substrate may be activated by the atmospheric pressure plasma, in particular the relaxing region of the atmospheric pressure plasma. Activation primarily changes the topochemistry of the substrate surface. In particular, the wetting properties and / or the adhesive properties of the surface can be improved, whereby a better adhesion of the conductive, in particular metallic, particles and / or a subsequently applied galvanically or electrostatically applied coating is made possible.
  • new functional groups can be formed by the incorporation of elements, preferably oxygen, into the surface. Since the atmospheric pressure plasma and the conductive, in particular metallic, particles are produced according to the invention in one step, as already explained in detail above, such activation can be carried out in a particularly simple and efficient manner.
  • the surface of the substrate may be cleaned by the atmospheric pressure plasma, in particular the relaxing region of the atmospheric pressure plasma.
  • the atmospheric pressure plasma in particular the relaxing region of the atmospheric pressure plasma.
  • Atmospheric pressure plasma carried a fine cleaning of the surface of the substrate.
  • hydrocarbons, adsorbate layers, oil layers or the like may be removed from the substrate surface by the atmospheric pressure plasma.
  • the surface of the substrate can be roughened and / or activated and / or cleaned by the atmospheric jerk plasma, in particular the relaxing region of the atmospheric pressure plasma.
  • the roughening and / or activation and / or cleaning of the surface of the substrate by the atmospheric-pressure plasma, in particular the relaxing region of the atmospheric-pressure plasma, may take place prior to deposition of the particles on the substrate surface and / or substantially during or.
  • the deposition of the particles and the roughening and / or activation and / or cleaning of the substrate surface can be carried out in a particularly simple and efficient manner in one process step.
  • the surface of the substrate can be completely covered or covered with the particles deposited thereon.
  • a dense conductive, in particular metallic, coating on the substrate surface can be formed by the deposited particles.
  • the surface of the substrate is not completely covered or covered with the particles deposited thereon.
  • z. B. applied in a subsequent electroplating process layer, ie a metal layer, or applied in a subsequent electrostatic coating process layer such.
  • a subsequent electroplating process layer ie a metal layer
  • a subsequent electrostatic coating process layer such.
  • directly with the substrate surface such as a Polymeraber Diagram interact. A such interaction can further improve the adhesion of the subsequently applied by electroplating or electrostatic coating layer.
  • the substrate may be made of a material that is not electrically conductive, ie insulating.
  • electrically non-conductive refers to a material having at room temperature (300 K) has an electrical conductivity less than 10- 10 S em. 1
  • the substrate can be made of plastic, such as a polymer (e.g., Teflon), or even wood, glass or ceramic.
  • plastic such as a polymer (e.g., Teflon), or even wood, glass or ceramic.
  • the particles when using a plastic substrate, can be applied to the substrate due to the temperature of the atmospheric pressure plasma and the heat capacity of the conductive, in particular metallic, particles with particularly high adhesion.
  • the particles may be directly or immediately after their preparation, for. B. with a plasma nozzle, are deposited on the Substratoberfikiee. Due to the elevated temperature of the conductive, in particular metallic, particles due to the plasma process, they can at least partially melt into the plastic surface and are therefore held in a particularly stable and reliable manner on this surface.
  • the adhesion of the particles to the Substratoberfiumblee for example, by an activation ornosaüstechnik the Substratoberfikiee, z. B. by the atmospheric pressure plasma, in particular the reiaxierenden region of the atmospheric pressure plasma can be improved.
  • the atmospheric pressure plasma an adsorbate layer are removed at the Substratoberfikiee, whereby the reactivity of the surface is increased, thus allowing a better adhesion of the particles to the surface.
  • the conductive, in particular metallic, particles may consist of a material having a melting point of more than 400 ° C. In this case, a so-called spitting of material from the
  • Victim electrode can be avoided particularly reliable. Thus, an impairment of the
  • the particles may consist of a transition metal, in particular of Cu, Ag, Au, Pd, Cr, i, Ti or Pt, or of Zn or Al. Alternatively, however, the particles may also consist of carbon.
  • the sacrificial electrode may have an elongated shape.
  • elongated shape * denotes a shape whose dimension is larger in one dimension, in particular considerably larger, than in the two other dimensions.
  • the sacrificial electrode may be a wire, a rod or a hollow profile, in particular an elongate hollow profile.
  • the discharge may occur at one end of the elongated sacrificial electrode, in particular a wire.
  • the end of the elongated sacrificial electrode may be in the form of a tip, in particular a wire tip.
  • the elongated sacrificial electrode, in particular the wire, the rod or the hollow profile has an average diameter of 0.1 to 20 mm, preferably 0.1 to 10 mm, more preferably 0.1 to 5 mm and still more preferably from 0.5 to 1.5 mm.
  • the sacrificial electrode is preferably nachertar.
  • the term "traceable" in connection with an electrode means that the part of the electrode removed by the discharge, for example of the wire, can be replaced by advancing the electrode can be replaced by the rotation of the electrode removed by the discharge eroded part of the electrode.
  • the sacrificial electrode may be in a direction parallel to a flow direction of the process gas in the plasma nozzle or in a direction perpendicular to the flow direction of the process gas in the plasma
  • Plasma nozzle be introduced into the plasma nozzle.
  • the longitudinal axis of the sacrificial electrode may be parallel to the flow direction of the process gas in the plasma nozzle or perpendicular to the flow direction of the process gas in the plasma nozzle.
  • the discharge may be a pulsed or pulsating discharge.
  • the pulsed or pulsating discharge can in particular by a pulsed or pulsating operation of a voltage source, such.
  • a voltage source such as a generator, which is adapted to apply a voltage, in particular a high voltage, between the electrodes, and with which the discharge, which is preferably a BogenentJadung, is effected. In this way, a pulsed or pulsating voltage can be generated.
  • an asymmetrical AC voltage is generated.
  • the generator is not particularly limited and may be 5 to 70 kHz, with the range of 15 to 40 kHz is preferred.
  • the range of 15 to 40 kHz is preferred.
  • pulse frequencies of 16 to 25 kHz, in particular 17 to 23 kHz have proved to be particularly advantageous.
  • a DC voltage can be applied between the sacrificial electrode or the sacrificial electrodes and ground potential.
  • a voltage in particular a DC voltage, can be applied separately and timed to each of the sacrificial electrodes.
  • a temporal control of the voltage applied to each of the sacrificial electrodes voltage can be performed so that a discharge between a counter electrode and changing sacrificial electrodes.
  • z For example, a discharge between the counter electrode and a first sacrificial electrode over a first predetermined period, then discharge for a second predetermined period between the counter electrode and a second sacrificial electrode, etc.
  • a plurality of sacrificial electrodes can be provided in a substantially annular arrangement and can the voltage applied to each of these sacrificial electrodes is timed so that the discharge successively takes place on different juxtaposed sacrificial electrodes and thus the discharge area of the sacrificial electrodes "migrates" in the circumferential direction of the annular array.
  • the sacrificial electrodes are inserted into the plasma nozzle in a direction perpendicular to the flow direction of the process gas in the plasma nozzle.
  • the longitudinal axes of the sacrificial electrodes are preferably perpendicular to the flow direction of the process gas in the plasma nozzle.
  • the sacrificial electrodes are preferably provided at a lower region, in particular an outlet, of the plasma nozzle.
  • the voltages applied to the sacrificial electrodes may have mutually different amplitudes. In this case, not only between the sacrificial electrodes and the counter electrode but also between the sacrificial electrodes itself, a corresponding electrical potential difference arises. With suitable control of the voltages applied to the sacrificial electrodes, it is thus also possible to generate a discharge between two or more of the sacrificial electrodes.
  • Applicable process gases which can be used, for example, in plasma nozzles are familiar to the person skilled in the art.
  • nitrogen, oxygen, hydrogen, noble gases (in particular argon), ammonia (NH 3 ), hydrogen sulfide (H 2 S) and mixtures thereof, in particular compressed air, nitrogen-hydrogen mixtures and inert gas-hydrogen mixtures can be used.
  • the flow rate of the process gas through the atmospheric pressure plasma is not particularly limited and may be, for example, in the range of 300 to 10,000 l / h. As it turned out that lower
  • Flow rate according to the invention preferably in the range of 500 to 4000 l / h.
  • the particles are preferably transported by the process gas, in particular the particles can be deposited on the substrate surface by the process gas.
  • the particles are micro- and / or nanoparticles.
  • micro- and nanoparticles are understood as meaning particles whose diameter is in the range of micrometers or nanometers.
  • the particles can have a particle size or a particle diameter in the range from 2 nm to 20 ⁇ m, preferably from 2 nm to 10 ⁇ m, more preferably from 5 nm to 5 ⁇ m, even more preferably from 5 nm to 1 ⁇ m and most preferably from 5 nm to 200 nm.
  • Particle diameter of the particles may also be in a range of 5 nm to 10 pm, 2 nm to 5 pm, 10 nm to 5 pm, 2 nm to 1 pm, 10 nm to 1 pm, 2 nm to 200 nm, 10 nm to 200 nm , 20 nm to 200 nm or 50 nm to 200 nm.
  • the voltage applied between the electrodes, the material of the sacrificial electrode, the process gas used and / or the power input per area of the sacrificial electrode can be suitably selected.
  • the particles are nanoparticles, that is to say particles whose diameter is in the nanometer range, in particular in the range from 2 to 100 nm.
  • the average (volume-averaged) particle diameter of the particles is preferably in the range of nanometers or micrometers, more preferably in the range of 2 nm to 20 ⁇ m, particularly preferably in the range of 2 to 100 nm.
  • the generation of the atmospheric pressure plasma, the removal of the material and the deposition of the particles on the surface of the substrate are carried out using a device for producing particles in an atmospheric pressure plasma, in particular a plasma nozzle.
  • a device for producing particles in an atmospheric pressure plasma in particular a plasma nozzle.
  • the particle production apparatus in particular the plasma nozzle, comprises a housing with a channel, the process gas flows through the channel and the electrodes are arranged at least partially in the channel.
  • the plasma generation and the production of the particles can be realized with a particularly simple device structure.
  • Such plasma nozzles are known from the basic structure of DE-A-10 2009 048 397.
  • DE-A-10 2009 048 397 relates to a process for producing surface-modified particles in an atmospheric pressure plasma in a plasma nozzle using a sputtering electrode, from which particles are sputtered off by a discharge.
  • the chipped particles are coated and / or dispersed in a layer deposited on a substrate surface. Consequently, these particles do not increase the electrical conductivity of the substrate surface.
  • Non-electrically conductive substrates treated by the process disclosed in DE-A-10 2009 048 397 are therefore not suitable for subsequent electroplating or subsequent electrostatic coating.
  • the housing has an outlet and the particles are deposited through the outlet on the surface of the substrate.
  • the particles can be easily on the production
  • Substrate surface are deposited.
  • At least a portion of the atmospheric pressure plasma may be applied as a plasma jet through the outlet to the surface of the substrate.
  • roughening and / or activation and / or cleaning of the substrate surface by the atmospheric pressure plasma, in particular the relaxing region of the atmospheric pressure plasma is made possible in a particularly simple manner.
  • both the particles and the plasma jet can be removed through the outlet of the housing, roughening and / or activating and / or cleaning of the substrate surface by the atmospheric pressure plasma during or substantially during the deposition of the particles on the substrate surface can be easily performed.
  • the particle production apparatus in particular the plasma nozzle, can be moved relative to the substrate during the deposition of the particles on the surface of the substrate.
  • the amount of surface area of the substrate surface on which the particles are deposited can be easily and accurately controlled or adjusted.
  • the particle-making apparatus in particular the plasma nozzle, may in one or more directions during the deposition of the particles on the surface of the substrate relative to the substrate
  • the Substratoberfiumblee can be specifically provided locally with the particles.
  • the Substratoberfikiee for a later application of a conductor or the like means Galvanization or electrostatic charging be pretreated. A use of masks or the like is not required.
  • the present invention relates to a pretreatment product, in particular a pretreated substrate obtainable by the surface pretreatment method according to the invention.
  • the conductive, in particular metallic, particles may be at least partially exposed on the surface of the substrate.
  • the conductive, in particular metallic, particles may protrude at least partially from the surface of the substrate.
  • the substrate may consist of a material which is not electrically conductive, in particular of plastic, such as.
  • plastic such as.
  • a polymer eg., Teflon
  • the substrate may consist of a material which is not electrically conductive, in particular of plastic, such as.
  • a polymer eg., Teflon
  • wood, glass or ceramic e.g., Teflon
  • the surface of the substrate may be completely covered or covered with the conductive, in particular metallic, particles.
  • the surface of the substrate is in the
  • Pretreatment product is not completely covered or covered with the conductive, in particular metallic, particles.
  • the particles may consist of a transition metal, in particular of Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti or Pt, or of Zn or Al.
  • the conductive, in particular metallic, particles can be any suitable material.
  • the particle size of the particles can also be in a range from 5 nm to 10 ⁇ m, 2 nm to 5 ⁇ m, 10 nm to 5 ⁇ m, 2 nm to 1 ⁇ m, 10 nm to 1 ⁇ m, 2 nm to 200 nm, 10 nm to 200 ⁇ m nm, 20 nm to 200 nm or 50 nm to 200 nm.
  • the conductive, in particular metallic, particles may at least partially penetrate into the surface of the substrate, for example be melted down.
  • the particles may be at least partially received in the surface of the substrate such that the entire Area of the particles, which is located within the substrate, in direct or direct contact with the substrate.
  • Substrate surface present.
  • Such a protrusion may be created, for example, by melting conductive, especially metallic, particles on the surface of a plastic substrate heated by the plasma process and displacing molten plastic material against the sides of the particles in a manner similar to a meteor impact.
  • Such a structure of the particles on the substrate surface differs fundamentally from those by conventional
  • Pre-treatment processes achieved structures.
  • recesses or cavities are first produced on the substrate surface by pickling, and then metal nuclei are introduced into these recesses or cavities.
  • the present invention relates to a method of coating a surface of a substrate.
  • the method comprises the steps of pretreating the surface of the substrate by the pretreatment method of the invention and applying a layer to the pretreated surface of the substrate.
  • the layer may be formed, for example, by generating an electrical potential difference between the substrate and a material of the layer or particles of a material of the layer, such as
  • Powder particles or paint droplets are applied to the pretreated substrate surface.
  • the substrate may be grounded and a voltage applied to particles of the layer material.
  • the particles can be charged by this voltage.
  • the layer may, for example, by an electrostatic coating such. B. an electrostatic painting, so z. B. a
  • Powder coating or spray painting are applied to the pretreated substrate surface.
  • the layer may be a metallic or polymeric layer.
  • the layer in a particularly simple and cost-effective manner for. B. by a galvanization process, are applied to the pretreated substrate surface.
  • a deposited on the substrate surface metal layer can by natural oxidation
  • a metal oxide layer can also be used in a later process step, for. B. by the targeted supply of oxygen to the deposited on the substrate surface metal layer can be formed.
  • a po ⁇ ymere layer can be applied in a particularly simple and cost-effective manner by an electrostatic coating process on the pretreated substrate surface.
  • the layer in particular the metallic layer, is applied to the surface of the substrate while applying an electrical voltage to the substrate, for example by a galvanization process.
  • the application of the layer on the pretreated surface of the substrate can by a
  • Galvanization process or an electrostatic coating process done Due to the conductive, in particular metallic, particles of increased electrical conductivity of the surface of the substrate, these processes can be carried out in a simple and efficient manner.
  • the pretreated substrate can be introduced into an electrolytic bath, in which two electrodes, namely an anode and a cathode, are arranged.
  • the metallic material to be applied to the pretreated surface of the substrate e.g. As Ni, Cr or Cu
  • the substrate to be coated is provided at the cathode.
  • An electric current is passed through the electrolytic bath between anode and cathode. In this case, the electric current dissolves metal ions from the anode, which serves as a consumption electrode, and deposits them by reduction on the pretreated surface of the substrate.
  • the pretreated substrate surface in the region of the conductive, in particular metallic, particles, that is, completely or locally, depending on the particle arrangement on the substrate surface is coated with the metal of the anode.
  • galvanization layer thicknesses in the range of, for example, up to 100 .mu.m can be easily produced on the substrate surface.
  • the electrostatic coating process for example, by electrostatic painting, z. B. powder coating or spray painting done.
  • the coating material to be applied to the pretreated substrate surface! may be present in particular in the form of a powder or a liquid.
  • Particles of the coating material, such as. Powder particles or paint droplets are electrostatically charged by applying a voltage. The application of the voltage to the particles of the
  • Coating material may, for. B. done inside or outside a feeder.
  • an electrical potential difference z.
  • electrostatic coating method layer thicknesses in the range of, for example, up to 100 ⁇ can be achieved.
  • the applied to the pretreated surface of the substrate layer in particular in the case of galvanization, z. B. consist of Ni, Cr or Cu.
  • These metals can be applied to the pretreated substrate surface in a particularly simple manner, for example by electroplating.
  • the layer applied to the pretreated surface of the substrate may be e.g. from paints, e.g. Powder coatings, and thermoplastics, e.g. PE, PA, PVC.
  • the present invention relates to a method for coating a surface of a substrate in which an atmospheric pressure plasma is generated by a discharge between electrodes in a process gas, at least one of the electrodes is a sacrificial electrode or
  • Target electrode is, is removed or detached from the material by the discharge, it is the removed material to conductive, especially metallic, particles and / or from the abraded material conductive, especially metallic, particles are formed, the particles on the surface of the substrate are applied, and in a later step, a layer is applied to the surface of the substrate.
  • the particles may consist of a transition metal, in particular of Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti or Pt, or of Zn or Al.
  • the discharge can be a pulsed discharge.
  • the conductive, in particular metallic, particles can have a particle size in the range from 2 nm to 20 ⁇ , preferably from 2 nm to 10 ⁇ , more preferably from 5 nm to 5 pm, more preferably from 5 nm to 1 ⁇ and most preferably from 5 nm to 200 nm.
  • the particle size of the particles can also be in a range from 5 nm to 10 ⁇ m, 2 nm to 5 ⁇ m, 10 nm to 5 ⁇ m, 2 nm to 1 ⁇ m, 10 nm to 1 ⁇ m, 2 nm to 200 nm, 10 nm to 200 ⁇ m nm, 20 nm to 200 nm or 50 nm to 200 nm.
  • the layer applied in particular by a subsequent electroplating process may be a metallic layer.
  • the layer in a particularly simple and cost-effective manner for. B. by a galvanization process, are applied to the substrate surface.
  • a metal layer deposited on the substrate surface may become a metal oxide layer by natural oxidation form.
  • a metal oxide layer can also be used in a later process step, for. B. by the targeted supply of oxygen to the deposited on the substrate surface metal layer can be formed.
  • the layer applied in particular by a subsequent electrostatic coating process may be a polymeric layer.
  • a polymeric layer can be applied to the pretreated substrate surface in a particularly simple and cost-effective manner by an electrostatic coating process.
  • the layer in particular the metallic layer, is applied to the surface of the substrate while applying an electrical voltage to the substrate, for example by a galvanization process.
  • the layer may also be de-energized, in particular by a chemical reaction, for.
  • a chemical oxidation reaction are applied to the surface of the substrate.
  • a material for such layers for example, Ni or Cu can be used.
  • the application of the layer to the surface of the substrate may be effected by a plating process or an electrostatic coating process.
  • the plating process and the electrostatic coating process may be performed, for example, in the manner detailed above.
  • the layer applied to the surface of the substrate in particular by the electroplating process, can be made of Ni, Cr or Cu, for example. These metals can be particularly simple, z. B. by electroplating, are applied to the pretreated substrate surface.
  • the layer applied to the pretreated surface of the substrate may be e.g. from paints, e.g. Powder coatings, and thermoplastics, e.g. PE, PA, PVC.
  • the application of the particles to the surface of the substrate comprises applying the particles to a surface, in particular an inner surface, a mold, such as an injection mold, an introduction of a substrate material, ie a material from which the substrate is to be formed in the mold, forming the substrate of the substrate material in the mold so that the particles are transferred from the original mold surface to the surface of the substrate, and removing the formed substrate with the particles deposited thereon from the mold.
  • a mold such as an injection mold
  • an introduction of a substrate material ie a material from which the substrate is to be formed in the mold
  • forming the substrate of the substrate material in the mold so that the particles are transferred from the original mold surface to the surface of the substrate
  • removing the formed substrate with the particles deposited thereon from the mold the definition that the particles are applied to the substrate surface also includes a partial or complete penetration or sinking of the particles into the substrate surface.
  • the particles can thus penetrate or sink into the substrate surface, in particular completely, so that a further coating of the substrate surface by electrostatic coating processes is possible.
  • the particles can thus penetrate or sink into the substrate surface, in particular completely, so that the substrate surface has antistatic properties.
  • conductive, in particular metallic, particles can be applied to the surface of a substrate in a simple and efficient manner. Since the substrate is formed in the mold from the substrate material, there are substantially no restrictions in the shape of the substrate. Thus, using the method according to the invention, the surfaces of substrates having complex shapes can also be provided with conductive, in particular metallic, particles in a simple and precisely defined manner.
  • the introduced into the mold substrate material may be deformable and z.
  • the conductive, in particular metallic, particles can be at least partially absorbed or pressed into the surface of the substrate, so that a stable and reliable adhesion of the particles to the substrate surface, in particular in a subsequent curing of the substrate material in the mold, given is.
  • the substrate material that is introduced into the mold may be a flowable or liquid substrate material.
  • the substrate may be formed in the mold by an injection molding process or the like.
  • the substrate when using a reactive two-component polymer, the substrate may be formed in the mold by a reactive injection molding (RI) process.
  • RI reactive injection molding
  • the substrate material may cure in forming the substrate. In this way, a particularly stable and reliable adhesion of the conductive, in particular metallic, particles to the substrate surface is ensured.
  • the substrate material may be a material that is not electrically conductive.
  • the substrate material may, for example, plastic, such as. Example, a polymer (eg., Teflon), or wood, glass or ceramic. These materials can be coated particularly simply with the method according to the invention.
  • the present invention relates to a product which is characterized by the
  • inventive method for coating a surface of a substrate is available.
  • the structure of such a product differs fundamentally from the structure of a product obtained using conventional pretreatment processes and coating processes, in particular with regard to the arrangement of the conductive, in particular metallic, particles on the substrate surface, ie at the interface between the substrate and the layer applied thereto from the detailed explanations given above.
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a substrate which is a conventional
  • Fig. 1 (a) shows the substrate after an etching step
  • Fig. 1 (c) shows the substrate after being seeded with metal particles
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for performing the
  • Figure 1 illustrates a conventional method known in the art for pretreating a surface of a substrate for a subsequent plating process.
  • the substrate 2 shown in the schematic cross-sectional view of Figure 1 (a) is an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS) substrate.
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer
  • Butadiene 4 taken up in the surface of the ABS substrate 2 is shown schematically in FIG. 1 (a).
  • the first step in the pretreatment of such a substrate 2 by conventional methods consists in roughening the substrate surface by pickling, for example in a chromosulfuric acid pickle (eg, 400 g / l C 03 and 400 g / l of H 2 SO 4), the working temperature for ABS Substrates is 60 ° C. In this pickling step, the butadiene 4 from the Substrate surface oxidized and thus removed from the surface, whereby recesses or
  • Cavities 5, z As caverns, arise in the substrate surface, as shown schematically in Figure 1 (b).
  • metallic nuclei for example palladium nuclei
  • palladium nuclei are used, which are surrounded by a tin shell and form a colloid.
  • the tin shell which ensures adhesion of the palladium seeds 6 in the recesses or cavities 5, in an accelerator (eg, tetrafluoroboric acid at 17 g / l) at a temperature of 45 to 50 "C so far away that the palladium nuclei 6 are exposed, the high standard potentia! of the palladium provides in one
  • accelerator eg, tetrafluoroboric acid at 17 g / l
  • Nickel plating in a nickel bath e.g., nickel sulfate, ammonia and sodium hypophosphite as the electron donor
  • a reducing agent which itself is oxidized, releases the electrons necessary for nickel deposition on the substrate surface.
  • Recesses or cavities 5 a mechanical gearing with the substrate 2 received.
  • This layer can then be further built up using conventional methods. For example, a copper-nickel-chromium system, as it is particularly widespread in decorative electroplating, be applied.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional representation of an apparatus for carrying out a method for pretreatment of a surface of a substrate according to an embodiment of the present invention
  • the device shown in FIG. 2 comprises a plasma nozzle 10, a gas supply device 20 and
  • the plasma nozzle 10 has an electrically conductive housing 5, which is preferably elongated, in particular rahmen-shaped, and an electrically conductive
  • Nozzle head 32 on.
  • the housing 5 and the nozzle head 32 form a nozzle channel 7 through which a process gas 18 flows.
  • a sacrificial electrode 16 is provided so as to be at least partially disposed in the nozzle channel 7.
  • the sacrificial electrode 16 is formed as a wire electrode.
  • the sacrificial electrode 16 is inserted into the nozzle channel 7 through a cylindrical channel 21 which extends through the wall of the nozzle head 32 and whose inner wall is coated with an insulating material in a direction perpendicular to the flow direction of the process gas 18 in the nozzle channel 7.
  • the longitudinal axis of the sacrificial electrode 16 is perpendicular to the flow direction of the process gas 18 in the nozzle channel.
  • a counter electrode 19 is provided so as to be at least partially disposed in the nozzle channel 7. In the embodiment shown in Figure 1 and the counter electrode 19 as
  • a tube 14 of a! Solatormaterials such as a ceramic used.
  • the pulse frequencies of the generator 22 are not particularly limited, and are preferably in the areas mentioned in the general part of the description. Between the generator 22 and the counter electrode 19 may advantageously be a rectifier (not shown) are switched.
  • the housing 5 and the nozzle head 32 are in the one shown in FIG.
  • DC voltage generator is formed, a DC voltage applied.
  • this DC voltage is a discharge, in particular an arc discharge, between the counter electrode 19 and the sacrificial electrode
  • the process gas 18 is introduced through the gas supply device 20 into the nozzle channel 7, specifically in the exemplary embodiment shown in FIG. 2, in such a way that it flows in a draped manner through the nozzle channel 7.
  • the swirl-shaped or vortex-shaped flow of the process gas 18 is illustrated in FIG. 2 by the spiral-like line 26.
  • Such a flow of the process gas 18 can be achieved by a twisting device 12. It can be a plate with openings or holes.
  • the discharge region 17 of the sacrificial electrode 16 that is to say the region of the sacrificial electrode 16 in which the discharge predominantly occurs, is the tip thereof, as is illustrated schematically in FIG.
  • the term "predominantly” herein defines that the discharge region 17 of the sacrificial electrode 16 is the region of the sacrificial electrode 16 in which the discharge occurs over a period that is 50% or more of the total discharge period, that is, the entire period in which the discharge takes place at the sacrificial electrode 16.
  • a piasma in the process gas 18 is caused by a discharge between the sacrificial electrode 16 and the counter electrode 19 generated.
  • this discharge 16 material is removed from the sacrificial electrode.
  • the sacrificial electrode 16 consists of a metal, for example a transition metal, so that the particles 30 formed from the abraded material are also metallic.
  • the particles 30 are transported further by the vortex-shaped gas flow 28 and pass out of the plasma nozzle 10 through an outlet 36 of the nozzle head 32.
  • the produced particles 30 can be selectively applied to the surface of a substrate 50 via the outlet 36, as shown schematically in FIG.
  • the substrate 50 may be made of plastic, e.g. As a polymer (eg., Teflon), or even made of wood, glass or ceramic.
  • plastic e.g. As a polymer (eg., Teflon), or even made of wood, glass or ceramic.
  • the substrate 50 can be moved relative to the plasma nozzle 10, whereby a controlled local application of the particles 30 on the surface of the substrate 50 is made possible.
  • the metallic particles 30 are deposited on the surface of the substrate 50 such that they are at least partially exposed at the substrate surface and project at least partially from the substrate surface.
  • the metallic particles 30 deposited on the substrate surface produce in a particularly efficient manner an electrical conductivity at this surface, which allows a further coating of the surface by electroplating or electrostatic coating without additional intermediate steps.
  • the surface of the substrate 50 in particular during the deposition of the particles 30 on the surface, can be extended through the outlet 36 of the nozzle head 32
  • Atmospheric pressure plasma roughened and / or activated.
  • the method according to the invention for pretreatment of a surface of a substrate can consequently be carried out in a particularly efficient and simple manner with the device shown in FIG.
  • the particles 30 deposited on the surface of the substrate 50 are partially absorbed or sunk in the substrate surface.
  • Such a partial sinking of the particles 30 in the Substratoberftumblee can be achieved by a suitable choice of the plasma temperature and / or the heat capacity of the particulate material and / or the melting temperature of the substrate material.
  • FIG. 1 (c) The differences between the pretreated substrate 50 according to the invention schematically shown in FIG. 2 and a substrate obtained by conventional pretreatment methods can be seen from a comparison of FIG. 1 (c) with FIG.
  • the particles 30 are partially received in the surface of the substrate 50 so that the entire area of the particles 30 located within the substrate 50 is in direct or direct contact with the substrate 50.
  • a layer in particular a metallic or a polymer layer, can be provided by a
  • the electroplating process or the electrostatic coating process can be carried out, for example, in the manner described in the general part of the description.
  • Embodiment of the present invention using the device shown in Figure 2 can be performed in a simple manner.
  • the particles 30 may be applied via the outlet 36 of the nozzle head 32 directly onto the inner surface of an injection mold.
  • the particles 30 may also be applied to a surface of another mold, in particular another mold.
  • a liquid Kunststoffmaierial such as a polymer material, are introduced or injected into the mold.
  • the introduced plastic material cures in the mold, so that a substrate is formed with metallic particles 30 applied to its surface.
  • the thus formed substrate with the particles 30 is removed from the mold and a subsequent coating process, such.
  • Substrate surfaces allows the use of these methods in a variety of applications, such.
  • In the medical sector for household appliances, for hygiene articles, for the automobile and aircraft industry and for electronic elements.
  • the methods according to the invention can be used for metallizing glasses and polymers, for applying local structures to plastic surfaces, for applying sensor elements to plastic surfaces (for example for strain measurement), for applying RFI D structures to plastic components (for example plagiarism) or to create cool-touch effects.
  • the methods allow for pretreatment of polymers, a coating for IR radiation protection (IR reflection), e.g. In the architectural field (eg, glass coatings) or in the automotive sector (eg, plastic coatings), and anti-frost / anti-ice coatings, for example, by conductive surfaces that can be heated by current flow.
  • IR radiation protection e.g. In the architectural field (eg, glass coatings) or in the automotive sector (eg, plastic coatings)
  • anti-frost / anti-ice coatings for example, by conductive surfaces that can be heated by current flow.
  • a method for pretreating a surface of a substrate, in particular for a subsequent electroplating process or a subsequent electrostatic coating process wherein the method by a discharge between electrodes in a process gas, an atmospheric pressure plasma is generated, at least one of the electrodes is a sacrificial electrode, from which the discharge material is removed, it is the abraded material to conductive, especially metallic, particles and / or from the ablated material lettBoxe, in particular metallic, particles are formed, and the particles are deposited on the surface of the substrate, that the electrical Conductivity of the surface of the substrate is increased.
  • the substrate consists of plastic, wood, glass or ceramic, preferably of plastic.
  • Transition metal in particular of Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti or Pt, or consist of Zn or AI.
  • Ground potential is applied a DC voltage.
  • a method of coating a surface of a substrate comprising the steps of: pretreating the surface of the substrate by the method of any one of (1) to (12)
  • the substrate material is plastic, wood, glass or ceramic, preferably plastic.
  • the transition metal particles are made of, in particular, Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti or Pt, or Zn or Al.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats (50), insbesondere für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess oder einen nachfolgenden elektrostatischen Beschichtungsprozess, wobei bei dem Verfahren durch eine Entladung zwischen Elektroden (16; 5, 32) in einem Prozessgas (18) ein Atmosphärendruckplasma erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode (16) ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, es sich bei dem abgetragenen Material um leitfähige, insbesondere metallische, Partikel (30) handelt und/oder aus dem abgetragenen Material leitfähige, insbesondere metallische, Partikel (30) entstehen, und die Partikel so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats erhöht wird. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats, bei denen eine Schicht auf eine vorbehandelte Oberfläche des Substrats aufgebracht wird. Die Erfindung betrifft überdies ein durch das Vorbehandiungsverfahren erhältliches Vorbehandlungsprodukt und ein durch die Beschichtungsverfahren erhältliches Produkt.

Description

VERFAHREN ZUR VORBEHANDLUNG EINER SUBSTRATOBERFLACHE
UND VERFAHREN ZUR BESCHICHTUNG DER SUBSTRATOBERFLÄCHE
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats, insbesondere für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess oder einen nachfolgenden elektrostatischen Besch ichtungsprozess. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung Verfahren zur Beschickung einer Oberfläche eines Substrats. Schließlich betrifft die Erfindung auch Produkte, die durch diese Verfahren erhältlich sind.
STAND DER TECHNIK
Die Beschickung von Werkstoffen, insbesondere von nicht elektrisch leitfähigen Werkstoffen, wie z. B. Kunststoffen, mit einer Schicht, insbesondere einer Metallschicht, ist in der Technik bekannt. Eine solche Beschickung kann aus dekorativen Zwecken, aber auch beispielsweise für die Abschirmung von Gehäusen elektronischer Geräte oder zur kostengünstigen Herstellung von Antennen, Hohlleiterbaugruppen oder dergleichen, erfolgen.
Allgemein können verschiedene Verfahren der Dünnschichttechnik für solche Beschichtungen, insbesondere für eine Metallisierung (z. B. Kunststoffmetallisierung), wie beispielsweise eine physikalische
Gasphasenabscheidung (PVD), z. B. durch Sputterdeposition oder thermisches Verdampfen, eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD), speziell eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, ein thermisches Spritzen, Galvanisieren, insbesondere Kunststoffgalvanisieren, oder eine elektrostatische Beschickung, verwendet werden.
Die Aufbringung einer Metallschicht auf Kunststoffe durch Galvanisieren wird als Kunststoffgaivanisieren bezeichnet. Da Kunststoffe üblicherweise nicht elektrisch leitfähig sind, muss die Oberfläche eines solchen Materials für eine anschließende galvanische Beschickung zunächst mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen werden, die gut an dem Kunststoffmaterial anhaftet. Für das Aufbringen einer solchen Schicht kommen insbesondere die oben genannten Beschichtungsverfahren in Frage.
Im Einzelnen sind gegenwärtig folgende Verfahrensschritte zur Vorbehandlung einer Kunststoffoberfiache für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess notwendig: Beizen, z. B. mit oxidativen Metallsalzlösungen, zum Aufrauen der Oberfläche; Aktivieren der Ku nststoffobe rftäche mit Metallkeimen, z. B. mit
Palladiumkeimen; und chemisches Metallisieren der Oberfläche zur Bildung einer leitenden Schicht, beispielsweise aus Kupfer oder Nickel durch Reduktion aus deren Metallsalzen. Die Aufrauhung der Oberfläche kann z, B. durch chemische Ätzverfahren oder durch mechanische Prozesse, wie Schleifen, Sandstrahlen, Honen oder Polieren, erfolgen. Durch eine solche Aufrauhung kann die Haftung der elektrisch leitfähigen Schichten an der Oberfläche verbessert werden.
Eine Übersicht über konventionelle Vorbehandlungsverfahren wird von Dietrich Rath mann in
„KunststoffgaSvanisierung", Chemie in unserer Zeit 15, Nr. 6, 1981 , Seiten 201 bis 207 gegeben.
Auch für eine elektrostatische Besch ichtung einer Substratoberfläche, wie beispielsweise ein elektrostatisches Lackieren, z. B. durch Puiverlackieren oder Sprühlackieren, ist eine elektrische Leitfähigkeit zumindest an der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats erforderlich. Folglich müssen nicht elektrisch leitfähige Substrate, wie z. B. Kunststoffsubstrate, auch für die elektrostatische Beschichtung einer entsprechenden Vorbehandlung unterzogen werden.
Die bekannten Vorbehandlungsverfahren erfordern somit die Durchführung mehrerer aufwendiger
Vorbehandlungsschritte, wodurch die Vorbehandlung zeitintensiv wird und die Verfahrenskosten ansteigen. Zudem bestehen insbesondere bei chemischen Ätzverfahren Probleme bezüglich der Umweltverträglichkeit der verwendeten Materialien.
Im Licht des zuvor erörterten Stands der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein effizientes, umweitverträgliches und kostengünstiges Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats, insbesondere für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess oder einen nachfolgenden elektrostatischen Beschichtungsprozess, bereitzustellen. Überdies zielt die Erfindung darauf ab, Verfahren zur Beschichtung einer solchen Substratoberfläche sowie Produkte, die durch diese Verfahren erhältlich sind, zur Verfügung zu stellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Vorbehandlungsprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 12, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und ein Produkt mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung folgen aus den Unteransprüchen.
Gemäß dem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats, insbesondere für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess oder einen nachfolgenden elektrostatischen Beschichtungsprozess, bereit. Bei dem Verfahren wird durch eine Entladung zwischen Elektroden in einem Prozessgas ein Atmosphärendruckplasma erzeugt, ist mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode oder Targetelektrode, von der durch die Entladung Material abgetragen oder abgelöst wird, handelt es sich bei dem abgetragenen Material um leitfähige, insbesondere metallische, Partikel und/oder entstehen aus dem abgetragenen Material leitfähige, insbesondere metallische, Partikel, und werden die Partikel so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden, dass die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats erhöht wird.
Die Begriffe„Opferelektrode" und„Targetelektrode* werden hierin synonym verwendet.
Leitfähige, insbesondere metallische, Partikel können durch Agglomerationsprozesse des abgetragenen Materials entstehen oder gebildet werden. Im Einzelnen kann es im Zeitraum zwischen dem Abtragen des Materials von der Opferelektrode und der Abscheidung auf der Oberfläche des Substrats zur Entstehung bzw, Bildung von Partikeln kommen.
Als Elektrode im erfindungsgemäßen Sinn wird jedes Element, z. B. jeder Bestandteil einer Vorrichtung zur Erzeugung des Atmosphärendruckplasmas, insbesondere einer Plasmadüse, verstanden, das zumindest zeitweise Ausgangs- oder Endpunkt des Entladungsfilaments ist.
Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird die Elektrode, von der in dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die das Plasma erzeugende Entladung Material abgetragen oder abgelöst wird, ais„Opferelektrode" oder Jargetelektrode* bezeichnet. In dem erfindungsgemäßen Verfahren können mehrere Elektroden, insbesondere Elektroden aus den gleichen oder unterschiedlichen Elektrodenmaterialien, Opferelektroden sein. Jedoch kann auch genau eine der Elektroden Opferelektrode sein.
Unter einem„Atmosphärend ruckpiasma", das auch als A D-Plasma oder Normaldruckplasma bezeichnet wird, versteht man ein Plasma, bei dem der Druck ungefähr dem Atmosphärendruck entspricht. C. Tendero et ai. geben in„Atmospheric pressure plasmas: A review", Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2006, S. 2 - 30 einen Überblick über Atmosphärendruckplasmen.
Der Begriff„Partikel" bezeichnet Teilchen eines bestimmten Materials, insbesondere makroskopische Teilchen, in Abgrenzung von einzelnen Atomen oder Molekülen oder Clustern davon.
Die Partikel weisen bevorzugt neben einer elektrischen Leitfähigkeit auch eine Wärmeleitfähigkeit auf.
Insbesondere können die Partikel metallisch sein.
Die Partikel können so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie an der Oberfläche des Substrats eine elektrische Leitfähigkeit erzeugen. Die Anordnung der Partikel an der Oberfläche des Substrats, so dass die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats erhöht wird, ist vorzugsweise ein mechanisch stabiler Zustand. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die abgeschiedenen Partikel in ihren Positionen an der Oberfläche des Substrats fixiert.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren können leitfähige, insbesondere metallische, Partikel in effizienter und kostengünstiger Weise hergestellt werden. Überdies können die so hergestellten Partikel direkt auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden. Da die auf der Oberfläche des Substrats abgeschiedenen Partikel die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche erhöhen, wird eine nachfolgende Galvanisierung oder eine nachfolgende elektrostatische Beschichtung der Oberfläche in einfacher Weise ermöglicht. Überdies ist keine Aufrauhung des Substrats durch chemische Ätz- oder Beizverfahren erforderlich. Folglich bietet das erfindungsgemäße Verfahren auch eine erheblich verbesserte Umweltverträglichkeit.
Vorzugsweise werden die Partikel so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden, dass sie die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats so erhöhen, dass der elektrische Oberflächenwiderstand der Oberfläche des Substrats bei Raumtemperatur {300 K) weniger als 1 * 10!1 Ohm, bevorzugt weniger als 5 * 1010 Ohm, bevorzugter weniger als 1 * 10'° Ohm, noch bevorzugter weniger als 5 * 109 Ohm und am bevorzugtesten weniger als 1 * 109 Ohm, beträgt.
Die Partikel können so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie an der
Substratoberfläche separat oder getrennt voneinander angeordnet sind. In diesem Fall wird durch die Partikel keine durchgehende Schicht an der Substratoberfläche gebildet.
Die Partikel können so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie an der Oberfläche des Substrats zumindest teilweise freiiiegen, also zumindest teilweise nicht durch eine Schicht eines anderen Materials bedeckt sind. Auf diese Weise kann die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats besonders zuverlässig gewährleistet werden.
Die Partikel können so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie zumindest teilweise von der Oberfläche des Substrats hervorstehen. In diesem Fall kann die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats durch die Partikel besonders effizient erhöht werden.
Die Partikel können so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie teilweise oder vollständig in die Substratoberfläche eindringen oder einsinken. Auf diese Weise kann eine besonders stabile Haftung der Partikel an dem Substrat erzielt werden. Die Partikel können so, insbesondere vollständig, in die Substratoberfläche eindringen oder einsinken, dass eine weitere Beschichtung der Substratoberfläche durch elektrostatische Beschichtungsprozesse möglich ist. Die Partikel können so, insbesondere vollständig, in die Substratoberfläche eindringen oder einsinken, dass die Substratoberfläche antistatische Eigenschaften aufweist.
Bei einem teilweisen Eindringen oder Einsinken der Partikel in die Substratoberfläche ist insbesondere eine weitere Beschichtung der Oberfläche durch Galvanisierung in effizienter Weise möglich.
Die Partikel können bei Atmosphärendruck auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, da keine Niederdruckeinrichtungen, wie z. B. Niederdruckkammern, Vakuumpumpen, Vakuumventile und dergleichen, erforderlich sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann, insbesondere bei Verwendung einer Plasmadüse zur Erzeugung des Atmosphärendruckplasmas und zur Herstellung der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel, die Oberfläche des Substrats durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere den relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, aufgeraut werden. Durch das Aufrauen wird in erster Linie die Topografie der Substratoberfläche geändert.
Durch dieses Aufrauen der Substratoberfläche kann die Haftung der Partikel und/oder die Haftung einer in einem nachfolgenden Galvanisierungsprozess oder elektrostatischen Beschichtungsprozess aufgebrachten Schicht weiter verbessert werden. Da sowohl die Erzeugung des Atmosphärendruckplasmas als auch die Hersteilung der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel durch die Entladung zwischen den Elektroden erfolgt, können das Plasma und die Partikel in einem Schritt unter Verwendung einer einzelnen Vorrichtung, wie beispielsweise einer Plasmadüse, bereitgestellt werden. Somit wird das erfindungsgemäße Verfahren weiter vereinfacht und kann die Verfahrenseffizienz weiter erhöht werden.
Überdies ist eine solche Aufrauh ung der Substratoberfläche durch das Atmosphärendruckplasma, im Gegensatz zu konventionellen chemischen Ätz- oder Beizverfahren, ökologisch unbedenklich.
Unter einem„aktiven" Plasmabereich wird allgemein ein Plasmabereich verstanden, der sich innerhalb des Volumens befindet, das von den Elektroden begrenzt wird, zwischen denen eine Spannung anliegt, durch die das Plasma erzeugt wird. Hingegen befindet sich der relaxierende Bereich des Plasmas außerhalb der Anregungszone, die durch die genannten Elektroden begrenzt ist. Der relaxierende Bereich des Plasmas wird gelegentlich auch als„after gloW-Bereich bezeichnet. Die Oberfläche des Substrats kann durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere den relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, aktiviert werden. Durch die Aktivierung wird in erster Linie die Topochemie der Substratoberfläche geändert. Insbesondere können die Benetzungseigenschaften und/oder die adhäsiven Eigenschaften der Oberfläche verbessert werden, wodurch eine bessere Haftung der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel und/oder einer nachfolgend aufgebrachten galvanischen oder elektrostatisch aufgebrachten Beschichtung ermöglicht wird. Beispielsweise können bei der Aktivierung von Kunststoffoberflächen neue funktionelle Gruppen durch den Einbau von Elementen, bevorzugt Sauerstoff, in die Oberfläche gebildet werden. Da das Atmosphärendruckplasma und die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel erfindungsgemäß in einem Schritt erzeugt werden, wie oben bereits ausführlich dargelegt wurde, kann eine solche Aktivierung in besonders einfacher und effizienter Weise durchgeführt werden.
Die Oberfläche des Substrats kann durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere den relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, gereinigt werden. Insbesondere kann durch das
Atmosphärendruckplasma eine Feinstreinigung der Oberfläche des Substrats erfolgen. Beispielsweise können durch das Atmosphärendruckplasma Kohlenwasserstoffe, Adsorbatschichten, Ölschichten oder dergleichen von der Substratoberfläche entfernt werden.
Die Oberfläche des Substrats kann durch das Atmosphärend ruckplasma.. insbesondere den relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, aufgeraut und/oder aktiviert und/oder gereinigt werden.
Das Aufrauen und/oder das Aktivieren und/oder das Reinigen der Oberfläche des Substrats durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere den relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, kann vor dem Abscheiden der Partikel auf der Substratoberfläche und/oder im Wesentlichen während bzw.
während des Abscheidens der Partikel auf der Substratoberfläche erfolgen. Somit können das Abscheiden der Partikel und das Aufrauen und/oder Aktivieren und/oder Reinigen der Substratoberfläche in besonders einfacher und effizienter Weise in einem Verfahrensschritt durchgeführt werden.
Die Oberfläche des Substrats kann vollständig mit den darauf abgeschiedenen Partikeln belegt oder bedeckt werden. Insbesondere kann durch die abgeschiedenen Partikel eine dichte leitfähige, insbesondere metallische, Beschichtung auf der Substratoberfläche ausgebildet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Oberfläche des Substrats nicht vollständig mit den darauf abgeschiedenen Partikeln belegt oder bedeckt. In diesem Fall kann z. B. eine in einem nachfolgenden Galvanisierungsprozess aufgebrachte Schicht, also eine Metallschicht, oder eine in einem nachfolgenden elektrostatischen Beschichtungsprozess aufgebrachte Schicht, wie z. B. bei einer elektrostatischen Lackierung, direkt mit der Substratoberfläche, beispielsweise einer Polymeraberfläche, wechselwirken. Eine solche Wechselwirkung kann die Haftung der nachfolgend durch Galvanisierung oder elektrostatische Beschichtung aufgebrachten Schicht weiter verbessern.
Das Substrat kann aus einem Material bestehen, das nicht elektrisch leitfähig, also isolierend, ist. Der Begriff „nicht elektrisch leitfähig" bezeichnet ein Material, das bei Raumtemperatur (300 K) eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10-10 S em 1 aufweist.
Insbesondere kann das Substrat aus Kunststoff, wie beispielsweise einem Polymer (z.B. Teflon), oder auch aus Holz, Glas oder Keramik bestehen.
Insbesondere bei Verwendung eines Kunststoffsubstrats können die Partikel aufgrund der Temperatur des Atmosphärendruckplasmas und der Wärmekapazität der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel mit besonders hoher Haftung auf das Substrat aufgebracht werden. Beispielsweise können die Partikel direkt oder unmittelbar nach ihrer Herstellung, z. B. mit einer Plasmadüse, auf der Substratoberfiäche abgeschieden werden. Aufgrund der durch den Plasmaprozess erhöhten Temperatur der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel können diese zumindest teilweise in die Kunststoffoberfläche einschmelzen und werden somit besonders stabil und zuverlässig an dieser Oberfläche gehalten.
Bei Verwendung eines Glas- oder Keramiksubstrats kann die Haftung der Partikel an der Substratoberfiäche beispielsweise durch eine Aktivierung oder Funktionaüsierung der Substratoberfiäche, z. B. durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere den reiaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, verbessert werden. Insbesondere kann, z. B. durch das Atmosphärendruckplasma, eine Adsorbatschicht an der Substratoberfiäche entfernt werden, wodurch die Reaktivität der Oberfläche erhöht und somit eine bessere Haftung der Partikel an der Oberfläche ermöglicht wird.
Die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel können aus einem Material mit einem Schmelzpunkt von mehr als 400 °C bestehen. In diesem Fall kann ein sogenanntes Abspratzen von Material von der
Opferelektrode besonders zuverlässig vermieden werden. Somit kann eine Beeinträchtigung der
Eigenschaften einer später auf die vorbehandelte Substratoberfiäche aufgebrachten Beschichtung, insbesondere eine Verschlechterung der Oberflächenstruktur der Beschichtung und des optischen
Erscheinungsbilds der Beschichtung, besonders zuverlässig verhindert werden.
Die Partikel können aus einem Übergangsmetall, insbesondere aus Cu, Ag, Au, Pd, Cr, i, Ti oder Pt, oder aus Zn oder AI bestehen. Alternativ können die Partikel aber auch aus Kohlenstoff bestehen.
Insbesondere können Edelmetalle als Material für die Partikel verwendet werden, da auf diese Weise die Gefahr einer OxkJation der Partikel minimiert werden kann. Die Opferelektrode kann eine längliche Form aufweisen. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung bezeichnet der Begriff„längliche Form* eine Form, deren Abmessung in einer Dimension größer, insbesondere erheblich größer, ist als in den zwei weiteren Dimensionen.
Insbesondere kann die Opferelektrode ein Draht, ein Stab oder ein Hohlprofil, insbesondere ein längliches Hohlprofil, sein. Die Entladung kann an einem Ende der länglichen Opferelektrode, insbesondere eines Drahts, erfolgen. Das Ende der länglichen Opferelektrode kann in Form einer Spitze, insbesondere einer Drahtspitze, vorliegen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die längliche Opferelektrode, insbesondere der Draht, der Stab oder das Hohlprofil, einen mittleren Durchmesser von 0,1 bis 20 mm, bevorzugt von 0,1 bis 10 mm, bevorzugter von 0,1 bis 5 mm und noch bevorzugter von 0,5 bis 1 ,5 mm, auf.
Aufgrund des Materialabtrags durch die Entladung ist die Opfereiektrode vorzugsweise nachführtar. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Begriff„nachführbar" im Zusammenhang mit einer Elektrode, dass der durch die Entladung abgetragene Teil der Elektrode, beispielsweise des Drahtes, durch Nachschieben der Elektrode ersetzt werden kann. Überdies kann die Opferelektrode drehbar oder rotierbar sein, so dass ein durch die Entladung abgetragener Teil der Elektrode durch eine Drehung der Elektrode ersetzt werden kann.
Die Opferelektrode kann in einer Richtung parallel zu einer Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse oder in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der
Plasmadüse in die Plasmadüse eingeführt sein. Für den Fall einer länglichen Opferelektrode kann die Längsachse der Opferelektrode parallel zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse oder senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse liegen.
Die Entladung kann eine gepulste oder pulsierende Entladung sein. Die gepulste oder pulsierende Entladung kann insbesondere durch einen gepulsten oder pulsierenden Betrieb einer Spannungsquelle, wie z. B. eines Generators, erzeugt werden, die dafür eingerichtet ist, eine Spannung, insbesondere eine Hochspannung, zwischen den Elektroden anzulegen, und mit der die Entladung, bei der es sich vorzugsweise um eine BogenentJadung handelt, bewirkt wird. Auf diese Weise kann eine gepulste oder pulsierende Spannung erzeugt werden. Vorzugsweise wird eine asymmetrische Wechselspannung erzeugt.
Die Pulsfrequenz der Spannungsquelle, z. B. des Generators, ist nicht besonders beschränkt und kann 5 bis 70 kHz betragen, wobei der Bereich von 15 bis 40 kHz bevorzugt ist. Für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens haben sich Pulsfrequenzen von 16 bis 25 kHz, insbesondere von 17 bis 23 kHz, als besonders vorteilhaft erwiesen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zwischen der Opferelektrode oder den Opferelektroden und Erdpotential eine Gleichspannung angelegt werden. Bei Verwendung mehrerer Opferelektroden kann jeweils eine Spannung, insbesondere eine Gleichspannung, getrennt und zeitlich gesteuert an jede der Opferelektroden angelegt werden.
Insbesondere kann jeweils eine zeitliche Steuerung der an jede der Opferelektroden angelegten Spannung so durchgeführt werden, dass eine Entladung zwischen einer Gegenelektrode und wechselnden Opferelektroden erfolgt. In diesem Fall kann z. B. über einen ersten vorgegebenen Zeitraum eine Entladung zwischen der Gegenelektrode und einer ersten Opferelektrode erfolgen, dann über einen zweiten vorgegebenen Zeitraum eine Entladung zwischen der Gegenelektrode und einer zweiten Opferelektrode erfolgen usw. Beispielsweise können mehrere Opferelektroden in einer im Wesentlichen ringförmigen Anordnung vorgesehen sein und kann die an jede dieser Opferelektroden angelegte Spannung zeitlich so gesteuert werden, dass die Entladung aufeinanderfolgend an unterschiedlichen nebeneinander liegenden Opferelektroden stattfindet und somit der Entladungsbereich der Opferelektroden in Umfangsrichtung der ringförmigen Anordnung„wandert".
Auf diese Weise kann die Materialabtragsausbeute weiter erhöht werden. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass die Opferelektroden in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse in die Plasmadüse eingeführt sind. Für den Fall länglicher Opferelektroden liegen bei dieser Ausführungsform die Längsachsen der Opferelektroden bevorzugt senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse. Bevorzugt sind die Opferelektroden in diesem Fall an einem unteren Bereich, insbesondere einem Auslass, der Plasmadüse vorgesehen.
Die an die Opferelektroden angelegten Spannungen können voneinander unterschiedliche Amplituden aufweisen. In diesem Fall entsteht nicht nur zwischen den Opferelektroden und der Gegenelektrode sondern auch zwischen den Opferelektroden selbst eine entsprechende elektrische Potentialdifferenz. Bei geeigneter Regelung der an die Opferelektroden angelegten Spannungen kann somit auch eine Entladung zwischen zwei oder mehr der Opferelektroden erzeugt werden.
Verwendbare Prozessgase, die beispielsweise in Plasmadüsen verwendet werden können, sind dem Fachmann geläufig. Beispielsweise können Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Edelgase (insbesondere Argon), Ammoniak (NH3), Schwefelwasserstoff (H2S} und Mischungen davon, insbesondere Druckluft, Stickstoff-Wasserstoff-Gemische und Edelgas-Wasserstoff-Gemische zum Einsatz kommen.
Die Durchflussmenge des Prozessgases durch das Atmosphärendruckplasma ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise im Bereich von 300 bis 10000 l/h liegen. Da sich zeigte, dass geringere
Durchflussmengen des Prozessgases tendenziell die Materialabtragsausbeute erhöhen, liegt die
Durchflussmenge erfindungsgemäß vorzugsweise im Bereich von 500 bis 4000 l/h. Die Partikel werden im erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise von dem Prozessgas transportiert, insbesondere können die Partikel durch das Prozessgas auf der Substratoberfläche abgeschieden werden.
Vorzugsweise sind die Partikel Mikro- und/oder Nanopartikel. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden unter Mikro- und Nanopartikeln Partikel verstanden, deren Durchmesser im Bereich von Mikrometern bzw. Nanometem liegt. Die Partikel können eine Partikelgröße bzw. einen Partikeldurchmesser im Bereich von 2 nm bis 20 μιτι, bevorzugt von 2 nm bis 10 pm, bevorzugter von 5 nm bis 5 pm, noch bevorzugter von 5 nm bis 1 pm und am bevorzugtesten von 5 nm bis 200 nm, aufweisen. Die Partikelgröße bzw. der
Partikeldurchmesser der Partikel kann auch in einem Bereich von 5 nm bis 10 pm, 2 nm bis 5 pm, 10 nm bis 5 pm, 2 nm bis 1 pm, 10 nm bis 1 pm, 2 nm bis 200 nm, 10 nm bis 200 nm, 20 nm bis 200 nm oder 50 nm bis 200 nm liegen.
Für die Erzeugung solcher Mikro- und/oder Nanopartikel können die zwischen den Elektroden angelegte Spannung, das Material der Opferelektrode, das verwendete Prozessgas und/oder der Leistungseintrag pro Fläche der Opferelektrode geeignet gewählt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Partikeln um Nanopartikel, also um Partikel, deren Durchmesser im Nanometerbereich, insbesondere im Bereich von 2 bis 100 nm, liegt. Ferner liegt auch der mittlere (volumengemittelte) Partikeldurchmesser der Partikel vorzugsweise im Bereich von Nano- oder Mikrometern, bevorzugter im Bereich von 2 nm bis 20 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 100 nm.
Die Bestimmung der Korngröße von sehr kleinen Partikeln, wie z. B. Nanopartikeln, ist beispielsweise mit Laserstreuungsverfahren oder Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) möglich. Für größere Partikel stehen auch die Siebanaiyse und Zentrifugationsverfahren zur Verfügung.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden das Erzeugen des Atmosphärendruckplasmas, das Abtragen des Materials und das Abscheiden der Partikel auf der Oberfläche des Substrats unter Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln in einem Atmosphärendruckplasma, insbesondere einer Plasmadüse, durchgeführt. In diesem Fall können Plasmaerzeugung, Partikelherstellung und
Partikelabscheidung unter Verwendung einer einzigen Vorrichtung erfolgen, so dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach und effizient durchgeführt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung zur Partikelherstellung, insbesondere die Plasmadüse, ein Gehäuse mit einem Kanal, strömt das Prozessgas durch den Kanal und sind die Elektroden zumindest teilweise in dem Kanal angeordnet. Somit können die Plasmaerzeugung und die Herstellung der Partikel mit einem besonders einfachen Vorrichtungsaufbau realisiert werden, Solche Plasmadüsen sind vom grundlegenden Aufbau her aus der DE-A-10 2009 048 397 bekannt. Die DE- A-10 2009 048 397 betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung oberflächenmodifizierter Partikel in einem Atmosphärendruckplasma in einer Plasmadüse unter Verwendung einer Sputterelektrode, von der durch eine Entladung Partikel abgesputtert werden. Die abgesplitterten Partikel werden beschichtet und/oder in einer auf einer Substratoberfläche abgeschiedenen Schicht dispergiert. Folglich erhöhen diese Partikel die elektrische Leitfähigkeit der Substratoberfläche nicht. Nicht elektrisch leitfähige Substrate, die durch das in der DE-A-10 2009 048 397 offenbarte Verfahren behandelt werden, sind daher nicht für eine nachfolgende Galvanisierung oder eine nachfolgende elektrostatische BeSchichtung geeignet.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Gehäuse einen Auslass auf und werden die Partikel durch den Auslass auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden. Bei diesem Aufbau des Gehäuses können die Partikel in einfacher Weise unmittelbar nach ihrer Erzeugung auf der
Substratoberfläche abgeschieden werden.
Zumindest ein Teil des Atmosphärendruckplasmas kann als Plasmastrahl durch den Auslass auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht werden. In diesem Fall wird in besonders einfacher Weise ein Aufrauen und/oder Aktivieren und/oder Reinigen der Substratoberfläche durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere den relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, ermöglicht.
Da sowohl die Partikel als auch der Plasmastrahl durch den Auslass des Gehäuses abgeführt werden können, kann ein Aufrauen und/oder Aktivieren und/oder Reinigen der Substratoberfläche durch das Atmosphärendruckplasma während oder im Wesentlichen während des Abseheidens der Partikel auf der Substratoberfiäche einfach durchgeführt werden.
Die Vorrichtung zur Partikelherstellung, insbesondere die Plasmadüse, kann während des Abscheidens der Partikel auf der Oberfläche des Substrats relativ zu dem Substrat bewegt werden.
Durch eine Bewegung der Vorrichtung relativ zu dem Substrat in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Substratoberfiäche liegt, kann in einfacher und genauer Weise der Flächenbetrag der Substratoberfiäche gesteuert oder eingestellt werden, auf dem die Partikel abgeschieden werden.
Die Vorrichtung zur Partikelherstellung, insbesondere die Plasmadüse, kann während des Abscheidens der Partikel auf der Oberfläche des Substrats relativ zu dem Substrat in einer Richtung oder mehreren
Richtungen bewegt werden, die im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Substrats liegt oder liegen. Auf diese Weise kann die Substratoberfiäche gezielt lokal mit den Partikeln versehen werden. Beispielsweise kann die Substratoberfiäche für eine spätere Aufbringung einer Leiterbahn oder dergleichen mittels Galvanisierung oder elektrostatischer Beschickung vorbehandelt werden. Eine Verwendung von Masken oder dergleichen ist nicht erforderlich.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Vorbehandlungsprodukt, insbesondere ein vorbehandeltes Substrat, das durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung erhältlich ist.
Bei dem Vorbehandlungsprodukt können die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel an der Oberfläche des Substrats zumindest teilweise freiliegen.
Bei dem Vorbehandlungsprodukt können die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel zumindest teilweise von der Oberfläche des Substrats hervorstehen.
Bei dem Vorbehandlungsprodukt kann das Substrat aus einem Material bestehen, das nicht elektrisch leitfähig ist, insbesondere aus Kunststoff, wie z. B. einem Polymer (z. B. Teflon), oder auch aus Holz, Glas oder Keramik.
Bei dem Vorbehandlungsprodukt kann die Oberfläche des Substrats vollständig mit den leitfahigen, insbesondere metallischen, Partikeln belegt oder bedeckt sein.
Gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Oberfläche des Substrats bei dem
Vorbehandlungsprodukt nicht vollständig mit den leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikeln belegt oder bedeckt.
Bei dem Vorbehandlungsprodukt können die Partikel aus einem Übergangsmetall, insbesondere aus Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti oder Pt, oder aus Zn oder AI bestehen.
Bei dem Vorbehandlungsprodukt können die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel eine
Partikelgröße im Bereich von 2 nm bis 20 pm, bevorzugt von 2 nm bis 10 μιτι, bevorzugter von 5 nm bis 5 μηι, noch bevorzugter von 5 nm bis 1 prn und am bevorzugtesten von 5 nm bis 200 nm, aufweisen. Die Partikelgröße der Partikel kann auch in einem Bereich von 5 nm bis 10 pm, 2 nm bis 5 pm, 10 nm bis 5 μηι, 2 nm bis 1 μιη, 10 nm bis 1 μιη, 2 nm bis 200 nm, 10 nm bis 200 nm, 20 nm bis 200 nm oder 50 nm bis 200 nm liegen.
Bei dem Vorbehandiungsprodukt können die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel zumindest teilweise in die Oberfläche des Substrats eingedrungen, beispielsweise eingeschmolzen, sein. Die Partikel können zumindest teilweise so in der Oberfläche des Substrats aufgenommen sein, dass der gesamte Bereich der Partikel, der sich innerhalb des Substrats befindet, in direktem oder unmittelbarem Kontakt zu dem Substrat steht.
In dem Bereich, in dem die Partikel aus dem Substrat hervortreten bzw. hervorstehen, kann ein Vorsprung, z. B. in der Form eines Seitenwalls, entlang der Umfangsrichtung der Partikel parallel zu der
Substratoberfläche vorliegen. Ein solcher Vorsprung kann beispielsweise durch ein Einschmelzen von durch den Plasmaprozess erwärmten leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikeln an der Oberfläche eines Kunststoffsubstrats und durch ein Verdrängen von geschmolzenem Kunststoffmaterial an die Seiten der Partikel, in ähnlicher Weise wie bei einem Meteoriteneinschlag, erzeugt werden. Eine solche Struktur der Partikel an der Substratoberfläche unterscheidet sich grundlegend von den durch konventionelle
Vorbehandlungsverfahren erzielten Strukturen. Bei diesen Vorbehandlungsverfahren werden zunächst durch Beizen Aussparungen oder Hohlräume an der Substratoberfläche erzeugt und anschließend Metallkeime in diese Aussparungen oder Hohlräume eingebracht.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats. Das Verfahren umfasst die Schritte des Vorbehandelns der Oberfläche des Substrats durch das erfindungsgemäße Vorbehandlungsverfahren und des Aufbringens einer Schicht auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats.
Die Schicht kann beispielsweise unter Erzeugen bzw. Anlegen einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen dem Substrat und einem Material der Schicht oder Teilchen eines Materials der Schicht, wie z B.
Pulverpartikeln oder Lacktröpfchen, auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebracht werden.
Beispielsweise kann das Substrat geerdet sein und eine Spannung an Teilchen des Schichtmaterials angelegt werden. Die Teilchen können durch diese Spannung aufgeladen werden. Die Schicht kann beispielsweise durch eine elektrostatische Beschichtung, wie z. B. ein elektrostatisches Lackieren, also z. B. ein
Pulverlackieren oder ein Sprühlackieren, auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebracht werden.
Die Schicht kann eine metallische oder polymere Schicht sein.
Für den Fall einer metallischen Schicht kann die Schicht in besonders einfacher und kostengünstiger Weise, z. B. durch einen Galvanisierungsprozess, auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebracht werden. Eine auf die Substratoberfläche aufgebrachte Metallschicht kann durch natürliche Oxidation eine
Metalloxidschicht ausbilden. Eine Metalloxidschicht kann auch in einem späteren Verfahrensschritt, z. B. durch die gezielte Zufuhr von Sauerstoff zu der auf der Substratoberfläche aufgebrachten Metallschicht, gebildet werden. Eine po!ymere Schicht kann in besonders einfacher und kostengünstiger Weise durch einen elektrostatischen Beschichtungsprozess auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebracht werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Schicht, insbesondere die metallische Schicht, unter Anlegen einer elektrischen Spannung an das Substrat, beispielsweise durch einen Galvanisierungsprozess, auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht.
Das Aufbringen der Schicht auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats kann durch einen
Galvanisierungsprozess oder einen elektrostatischen Beschichtungsprozess erfolgen. Aufgrund der durch die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel erhöhten elektrischen Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats können diese Prozesse in einfacher und effizienter Weise durchgeführt werden.
Zur Galvanisierung kann das vorbehandelte Substrat in ein elektrolytisches Bad eingebracht werden, in dem zwei Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode, angeordnet sind. An der Anode befindet sich das metallische Material, das auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats aufgebracht werden soll, z. B. Ni, Cr oder Cu, während das zu beschichtende Substrat an der Kathode vorgesehen wird. Zwischen Anode und Kathode wird ein elektrischer Strom durch das elektrolytische Bad geschickt. Dabei löst der elektrische Strom Metallionen von der Anode, die als Verbrauchselektrode dient, ab und lagert diese durch Reduktion auf der vorbehandelten Oberfläche des Substrats ab.
Auf diese Weise wird die vorbehandelte Substratoberfläche im Bereich der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel, also je nach Partikelanordnung an der Substratoberfläche vollständig oder lokal, mit dem Metall der Anode beschichtet. Je länger sich das Substrat in dem elektrolytischen Bad befindet und je höher der elektrische Strom ist, desto dicker wird die auf der Substratoberfläche ausgebildete Metallschicht. Mit einer solchen Galvanisierung lassen sich problemlos Schichtdicken im Bereich von beispielsweise bis zu 100 pm auf der Substratoberfläche erzeugen.
Der elektrostatische Beschichtungsprozess kann beispielsweise durch elektrostatisches Lackieren, z. B. Pulverlackieren oder Spruhlackieren, erfolgen. Das auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufzubringende Bescnichtungsmateria! kann insbesondere in Form eines Pulvers oder einer Flüssigkeit vorliegen. Teilchen des Beschichtungsmaterials, wie z .B. Pulverpartikel oder Lacktröpfchen, werden durch Anlegen einer Spannung elektrostatisch aufgeladen. Das Anlegen der Spannung an die Teilchen des
Beschichtungsmaterials kann z. B. innerhalb oder außerhalb einer Beschickungsvorrichtung erfolgen.
Zwischen den Teilchen des Beschichtungsmaterials und der zu beschichtenden Substratoberfläche wird eine elektrische Potentialdifferenz, z. B. durch Erden des Substrats und Anlegen einer Spannung an die Teilchen des Beschichtungsmaterials, erzeugt. Auf Grund dieser Potentialdifferenz lagern sich die
Beschichtungsteilchen auf der Substratoberfläche ab und bilden im Bereich der an der Oberfläche abgeschiedenen, leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel eine Schicht aus. Wie für den Fall der Galvanisierung kann diese Beschichtung, je nach Anordnung der Partikel an der Substratoberfläche, über die gesamte Oberfläche oder lokal, also nur in bestimmten Bereichen der Oberfläche, erfolgen. Mit
elektrostatischen Beschichtungsverfahren können Schichtdicken im Bereich von beispielsweise bis zu 100 μηι erzielt werden.
Die auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats aufgebrachte Schicht kann, insbesondere im Falle der Galvanisierung, z. B. aus Ni, Cr oder Cu bestehen. Diese Metalle können besonders einfach, z, B. durch Galvanisierung, auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebracht werden. Insbesondere im Falle der elektrostatischen Beschichtung kann die auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats aufgebrachte Schicht z.B. aus Lacken, z.B. Pulverlacken, und Thermoplasten, z.B. PE, PA, PVC, bestehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats, bei dem durch eine Entladung zwischen Elektroden in einem Prozessgas ein Atmosphärendruckplasma erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opfereiektrode oder
Targetelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen oder abgelöst wird, es sich bei dem abgetragenen Material um leitfähige, insbesondere metallische, Partikel handelt und/oder aus dem abgetragenen Material leitfähige, insbesondere metallische, Partikel entstehen, die Partikel auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht werden, und in einem späteren Schritt eine Schicht auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.
Die Partikel können aus einem Übergangsmetall, insbesondere aus Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti oder Pt, oder aus Zn oder AI bestehen.
Die Entladung kann eine gepulste Entladung sein.
Die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel können eine Partikelgröße im Bereich von 2 nm bis 20 μπΊ, bevorzugt von 2 nm bis 10 μιτι, bevorzugter von 5 nm bis 5 pm, noch bevorzugter von 5 nm bis 1 μιτι und am bevorzugtesten von 5 nm bis 200 nm, aufweisen. Die Partikelgröße der Partikel kann auch in einem Bereich von 5 nm bis 10 μιη, 2 nm bis 5 μιη, 10 nm bis 5 μιτι, 2 nm bis 1 μηι, 10 nm bis 1 μιτι, 2 nm bis 200 nm, 10 nm bis 200 nm, 20 nm bis 200 nm oder 50 nm bis 200 nm liegen.
Die insbesondere durch einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess aufgebrachte Schicht kann eine metallische Schicht sein. In diesem Fall kann die Schicht in besonders einfacher und kostengünstiger Weise, z. B. durch einen Galvanisierungsprozess, auf die Substratoberfläche aufgebracht werden. Eine auf die Substratoberfläche aufgebrachte Metallschicht kann durch natürliche Oxidation eine Metalloxidschicht ausbilden. Eine Metalioxidschicht kann auch in einem späteren Verfahrensschritt, z. B. durch die gezielte Zufuhr von Sauerstoff zu der auf der Substratoberfläche aufgebrachten Metallschicht, gebildet werden.
Die insbesondere durch einen nachfolgenden elektrostatischen Beschichtungsprozess aufgebrachte Schicht kann eine polymere Schicht sein. Eine polymere Schicht kann in besonders einfacher und kostengünstiger Weise durch einen elektrostatischen Beschichtungsprozess auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebracht werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Schicht, insbesondere die metallische Schicht, unter Anlegen einer elektrischen Spannung an das Substrat, beispielsweise durch einen Galvanisierungsprozess, auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht.
Die Schicht kann auch stromlos, insbesondere durch eine chemische Reaktion, z. B. eine chemische Oxidationsreaktion, auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht werden. Als Material für solche Schichten kann beispielsweise Ni oder Cu verwendet werden.
Das Aufbringen der Schicht auf die Oberfläche des Substrats kann durch einen Galvanisierungsprozess oder einen elektrostatischen Beschichtungsprozess erfolgen. Der Galvanisierungsprozess und der elektrostatische Beschichtungsprozess können beispielsweise in der oben bereits ausführlich dargelegten Weise durchgeführt werden.
Die auf die Oberfläche des Substrats insbesondere durch den Galvanisierungsprozess aufgebrachte Schicht kann beispielsweise aus Ni, Cr oder Cu bestehen. Diese Metalle können besonders einfach, z. B. durch Galvanisierung, auf die vorbehandelte Substratoberfläche aufgebracht werden.
Insbesondere im Falle der elektrostatischen Beschichtung kann die auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats aufgebrachte Schicht z.B. aus Lacken, z.B. Pulverlacken, und Thermoplasten, z.B. PE, PA, PVC, bestehen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Aufbringen der Partikel auf die Oberfläche des Substrats ein Aufbringen der Partikel auf eine Oberfläche, insbesondere eine Innenoberfläche, einer Form, wie beispielsweise einer Spritzgussform, ein Einbringen eines Substratmaterials, also eines Materials, aus dem das Substrat auszubilden ist, in die Form, ein Ausbilden des Substrats aus dem Substratmaterial in der Form, so dass die Partikel von der ursprünglichen Formoberfläche auf die Oberfläche des Substrats transferiert werden, und ein Entnehmen des ausgebildeten Substrats mit den auf dessen Oberfläche aufgebrachten Partikeln aus der Form. In diesem Zusammenhang umfasst die Definition, dass die Partikel auf der Substratoberfläche aufgebracht sind, auch ein teüweises oder vollständiges Eindringen oder Einsinken der Partikel in die Substratoberfläche.
Die Partikel können so, insbesondere vollständig, in die Substratoberfläche eindringen oder einsinken, dass eine weitere Beschichtung der Substratoberftäche durch elektrostatische Beschichtungsprozesse möglich ist. Die Partikel können so, insbesondere vollständig, in die Substratoberfläche eindringen oder einsinken, dass die Substratoberfläche antistatische Eigenschaften aufweist.
Bei einem teilweisen Eindringen oder Einsinken der Partikel in die Substratoberfläche ist insbesondere eine weitere Beschichtung der Oberfläche durch Galvanisierung in effizienter Weise möglich.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren können leitfähige, insbesondere metallische, Partikel in einfacher und effizienter Weise auf die Oberfläche eines Substrats aufgebracht werden. Da das Substrat in der Form aus dem Substratmateriai ausgebildet wird, bestehen bei der Formgebung des Substrats im Wesentlichen keine Einschränkungen. Somit können unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch die Oberflächen von Substraten mit komplexen Formen in einfacher und genau definierter Weise mit leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikeln versehen werden.
Das in die Form eingebrachte Substratmaterial kann verformbar sein und z. B. in der Form eines erwärmten Thermoplasten oder eines reaktiven zwei komponentigen Polymers vorliegen. In diesem Fall können die leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel zumindest teilweise in der Oberfläche des Substrats aufgenommen bzw. in diese eingedrückt werden, so dass eine stabile und zuverlässige Haftung der Partikel an der Substratoberfläche, insbesondere bei einem nachfolgenden Aushärten des Substratmaterials in der Form, gegeben ist.
Das Substratmaterial, das in die Form eingebracht wird, kann ein fließfähiges oder flüssiges Substratmaterial sein. Auf diese Weise wird eine besonders große Freiheit bei der Wahl der Substratform gewährleistet. Insbesondere kann das Substrat in der Form durch einen Spritzgießprozess oder dergleichen ausgebildet werden. Insbesondere bei Verwendung eines reaktiven zweikomponentigen Polymers kann das Substrat in der Form durch einen reaktiven Spritzgießprozess (RI ) ausgebildet werden.
Das Substratmaterial kann beim Ausbilden des Substrats in der Form aushärten. Auf diese Weise wird eine besonders stabile und zuverlässige Haftung der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel an der Substratoberfiäche gewährleistet.
Das Substratmaterial kann ein Material sein, das nicht elektrisch leitfähig ist. Das Substratmaterial kann beispielsweise Kunststoff, wie z. B. ein Polymer (z. B. Teflon), oder auch Holz, Glas oder Keramik sein. Diese Materialien lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders einfach beschichten.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Produkt, das durch die
erfindungsgemäßen Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats erhältlich ist.
Die Struktur eines solchen Produkts unterscheidet sich insbesondere hinsichtlich der Anordnung der leitfähigen, insbesondere metallischen, Partikel an der Substratoberfläche, also an der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der darauf aufgebrachten Schicht, grundlegend von der Struktur eines unter Verwendung konventioneller Vorbehandlungsverfahren und Beschichtungsverfahren erhaltenen Produkts, wie aus den obigen ausführlichen Erläuterungen diesbezüglich hervorgeht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, wobei
Figur 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Substrats ist, die einen konventionellen
Vorbehandlungsprozess veranschaulicht, wobei Figur 1(a) den anfänglichen Zustand des Substrats zeigt, Figur 1(b) das Substrat nach einem Ätzschritt zeigt und Figur 1 (c) das Substrat nach einer Bekeimung mit Metallpartikeln zeigt; und
Figur 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zum Durchführen des
Vorbehandlungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Figur 1 veranschaulicht ein in der Technik bekanntes, konventionelles Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess.
Das in der schematischen Querschnittsdarstellung der Figur 1 (a) gezeigte Substrat 2 ist ein Acrylnitril- Butadien-Styrol-Copo!ymerisat(ABS)-Substrat. In der Oberfläche des ABS-Substrats 2 aufgenommenes Butadien 4 ist in Figur 1(a) schematisch gezeigt. Der erste Schritt bei der Vorbehandlung eines solchen Substrats 2 durch konventionelle Verfahren besteht in einem Aufrauen der Substratoberfläche durch Beizen, beispielsweise in einer Chromschwefelsäurebeize (z. B, 400 g/l C 03 und 400 g/l H2SO4), wobei die Arbeitstemperatur bei ABS-Substraten 60°C beträgt. In diesem Beizschritt wird das Butadien 4 aus der Substratoberfläche aufoxidiert und somit aus der Oberfläche entfernt, wodurch Aussparungen oder
Hohlräume 5, z. B. Kavernen, in der Substratoberfläche entstehen, wie schematisch in Figur 1(b) gezeigt ist.
Anschließend werden metallische Keime 6, beispielsweise Palladiumkeime, in die Aussparungen oder Hohlräume 5 eingebracht, wie schematisch in Figur 1 (c) gezeigt ist. Insbesondere werden Palladiumkeime verwendet, die von einer Zinnhülle umgeben sind und ein Kolloid bilden. In einem weiteren Schritt wird die Zinnhülle, die für eine Haftung der Palladiumkeime 6 in den Aussparungen oder Hohlräumen 5 sorgt, in einem Beschleuniger (z. B, Tetrafluorborsäure mit 17 g/l) bei einer Temperatur von 45 bis 50 "C so weit entfernt, dass die Palladiumkeime 6 frei liegen. Das hohe Standard potentia! des Palladiums sorgt in einem
anschließenden Galvanisierungsprozess, wie z. B. einer Vernickelung in einem Nickelbad (z. B. Nickelsulfat, Ammoniak und Natriumhypophosphit als Elektronenlieferant) für den Start der Reaktion. Ein Reduktionsmittel, das selbst oxidiert wird, gibt die zur Nickelabscheidung auf die Substratoberfläche notwendigen Elektronen ab. Auf diese Weise entsteht eine erste dünne, leitfähige Nickelschicht, die durch ein Auffüllen der
Aussparungen oder Hohlräume 5 eine mechanische Verzahnung mit dem Substrat 2 eingeht. Auf diese Schicht kann dann weiter mit konventionellen Verfahren aufgebaut werden. Beispielsweise kann ein Kupfer- Nickel-Chrom-System, wie es insbesondere in der dekorativen Galvanotechnik weit verbreitet ist, aufgebracht werden.
Figur 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats gemäß einem Ausführungsbetspiel der vorliegenden
Erfindung.
Die in Figur 2 gezeigte Vorrichtung umfasst eine Plasmadüse 10, eine Gaszuführeinrichtung 20 und
Generatoren 22 und 23 als Spannungsquellen. Die Plasmadüse 10 weist ein elektrisch leitfähiges Gehäuse 5, das vorzugsweise länglich, insbesondere rahrförmig, ausgebildet ist und einen elektrisch leitfähigen
Düsenkopf 32 auf. Das Gehäuse 5 und der Düsenkopf 32 bilden einen von einem Prozessgas 18 durchströmten Düsenkanal 7.
Eine Opferelektrode 16 ist so vorgesehen, dass sie zumindest teilweise in dem Düsenkanal 7 angeordnet ist. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Opferelektrode 16 als Drahtelektrode ausgebildet. Die Opferelektrode 16 ist durch einen zylindrischen Kanal 21 , der durch die Wand des Düsenkopfes 32 verläuft und dessen Innenwand mit einem isolierenden Material beschichtet ist, in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases 18 in dem Düsenkanal 7 in den Düsenkanal 7 eingeführt. Die Längsachse der Opferelektrode 16 liegt senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases 18 in dem Düsenkanal 7. Überdies ist eine Gegenelektrode 19 so vorgesehen, dass sie zumindest teilweise in dem Düsenkanal 7 angeordnet ist. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch die Gegenelektrode 19 als
Drahtelektrode ausgebildet.
In den Düsenkanal 7 ist ein Rohr 14 eines !solatormaterials, beispielsweise einer Keramik, eingesetzt.
Mittels des Generators 22, der als Pulsgenerator ausgebildet ist, wird eine Spannung zwischen der
Gegenelektrode 19 und dem Gehäuse 5/Düsenkopf 32 angelegt. Die Pulsfrequenzen des Generators 22 sind nicht besonders beschränkt und liegen vorzugsweise in den im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten Bereichen. Zwischen den Generator 22 und die Gegenelektrode 19 kann vorteilhaft ein Gleichrichter (nicht gezeigt) geschaltet werden. Das Gehäuse 5 und der Düsenkopf 32 sind in dem in Figur 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel geerdet.
Zwischen der Opferelektrode 16 und Erdpotential wird durch den Generator 23, der als
Gleichspannungsgenerator ausgebildet ist, eine Gleichspannung angelegt. Durch diese Gleichspannung wird eine Entladung, insbesondere eine Bogenentladung, zwischen der Gegenelektrode 19 und der Opferelektrode
16 erzeugt.
Das Prozessgas 18 wird durch die Gaszuführeinrichtung 20 in den Düsenkanal 7 eingeleitet und zwar in dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel so, dass es drailförmig durch den Düsenkanal 7 hindurch strömt. Die drallförmige bzw. wirbeiförmige Strömung des Prozessgases 18 ist in Figur 2 durch die spiralartige Linie 26 veranschaulicht. Eine solche Strömung des Prozessgases 18 kann durch eine Dralleinrichtung 12 erreicht werden. Dabei kann es sich um eine Platte mit Öffnungen oder Löchern handeln.
Der Entiadungsbereich 17 der Opferelektrode 16, also der Bereich der Opferelektrode 16, in dem die Entladung überwiegend erfolgt, ist deren Spitze, wie in Figur 2 schematisch veranschaulicht ist. Der Begriff „überwiegend" definiert hierin, dass der Entladungsbereich 17 der Opferelektrode 16 der Bereich der Opferelektrode 16 ist, in dem die Entladung über einen Zeitraum erfolgt, der 50% oder mehr des gesamten Entladungszeitraums beträgt, also des gesamten Zeitraums, in dem die Entladung an der Opferelektrode 16 erfolgt.
Durch die Entladung wird von der Spitze der Opferelektrode 16, also von dem Entladungsbereich 17, Material abgetragen. Aus dem abgetragenen Material entstehen Partikel 30, vorzugsweise Mikro- und Nanopartikel, die mit der wirbeiförmigen Gasströmung 28 weitertransportiert werden.
Wie aus den obigen Ausführungen folgt, wird bei Betrieb der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung ein Piasma in dem Prozessgas 18 durch eine Entladung zwischen der Opferelektrode 16 und der Gegenelektrode 19 erzeugt. Durch diese Entladung wird von der Opferelektrode 16 Material abgetragen. Die Opferelektrode 16 besteht aus einem Metall, beispielsweise einem Übergangsmetall, so dass auch die aus dem abgetragenen Material entstehenden Partikel 30 metallisch sind.
Die Partikel 30 werden von der wirbeiförmigen Gasströmung 28 weitertransportiert und treten durch einen Auslass 36 des Düsenkopfes 32 aus der Plasmadüse 10 heraus. Somit können die hergestellten Partikel 30 über den Auslass 36 gezielt auf die Oberfläche eines Substrats 50 aufgebracht werden, wie in Figur 2 schematisch gezeigt ist.
Das Substrat 50 kann beispielsweise aus Kunststoff, z. B. einem Polymer (z. B. Teflon), oder auch aus Holz, Glas oder Keramik bestehen.
Wie durch den Pfeil 52 in Figur 2 angedeutet ist, kann hierbei das Substrat 50 relativ zu der Plasmadüse 10 bewegt werden, wodurch eine kontrollierte lokale Aufbringung der Partikel 30 auf der Oberfläche des Substrats 50 ermöglicht wird.
Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die metallischen Partikel 30 so auf der Oberfläche des Substrats 50 abgeschieden, dass sie an der Substratoberfläche zumindest teilweise freiliegen und zumindest teilweise von der Substratoberfläche hervorstehen. Somit erzeugen die auf der Substratoberfläche abgeschiedenen metallischen Partikel 30 in besonders effizienter Weise eine elektrische Leitfähigkeit an dieser Oberfläche, die eine weitere Beschichtung der Oberfläche durch Galvanisierung oder elektrostatische Beschichtung ohne zusätzliche Zwischenschritte ermöglicht.
Um die Haftung einer durch Galvanisierung oder elektrostatische Beschichtung aufgebrachten Schicht weiter zu verbessern, kann zudem die Oberfläche des Substrats 50, insbesondere während des Abscheidens der Partikel 30 auf der Oberfläche, durch das über den Auslass 36 des Düsenkopfes 32 ausgebrachte
Atmosphärendruckplasma aufgeraut und/oder aktiviert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats kann folglich mit der in der Figur 2 gezeigten Vorrichtung in besonders effizienter und einfacher Weise durchgeführt werden.
Wie in Figur 2 schematisch gezeigt ist, sind die auf der Oberfläche des Substrats 50 abgeschiedenen Partikel 30 teilweise in der Substratoberfläche aufgenommen bzw. in diese eingesunken. Ein solches teilweises Einsinken der Partikel 30 in die Substratoberftäche kann durch eine geeignete Wahl der Plasmatemperatur und/oder der Wärmekapazität des Partikelmaterials und/oder der Schmelztemperatur des Substratmaterials erzielt werden. Die Unterschiede zwischen dem in Figur 2 schematisch gezeigten, erfindungsgemäßen vorbehandelten Substrat 50 und einem durch konventionelle Vorbehandlungsverfahren erhaltenen Substrat sind aus einem Vergleich der Figur 1(c) mit der Figur 2 ersichtlich. Insbesondere sind bei dem erfindungsgemäßen vorbehandelten Substrat 50 die Partikel 30 teilweise in der Oberfläche des Substrats 50 aufgenommen, so dass der gesamte Bereich der Partikel 30, der sich innerhalb des Substrats 50 befindet, in direktem oder unmittelbarem Kontakt zu dem Substrat 50 steht.
Im Anschluss an eine wie oben dargelegte Vorbehandlung des Substrats 50 mittels der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung kann eine Schicht, insbesondere eine metallische oder poiymere Schicht, durch einen
Galvanisierungsprozess oder einen elektrostatischen Beschichtungsprozess auf die vorbehandelte
Oberfläche aufgebracht werden. Der Galvanisierungsprozess bzw. der elektrostatische Beschichtungsprozess können beispielsweise in der im allgemeinen Teil der Beschreibung dargelegten Weise erfolgen.
Somit kann ein Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung in einfacher Weise durchgeführt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Beschichtungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung können die Partikel 30 über den Auslass 36 des Düsenkopfes 32 direkt auf die innere Oberfläche einer Spritzgussform aufgebracht werden. Die Partikel 30 können jedoch auch auf eine Oberfläche einer anderen Form, insbesondere einer anderen Werkzeugform, aufgebracht werden. Anschließend kann ein flüssiges Kunststoffmaierial, wie z. B. ein Polymermaterial, in die Form eingebracht bzw. eingespritzt werden. Das eingebrachte Kunststoffmaterial härtet in der Form aus, so dass ein Substrat mit auf dessen Oberfläche aufgebrachten metallischen Partikeln 30 ausgebildet wird. Nach erfolgter Aushärtung des Kunststoffmaterials wird das so ausgebildete Substrat mit den Partikeln 30 aus der Form entnommen und einem nachfolgenden Beschichtungsprozess, wie z. B. einem Galvanisierungsprozess oder einem elektrostatischen
Beschichtungsprozess, unterzogen.
Die durch die erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichte einfache und effiziente Beschichtung von
Substratoberflächen gestattet den Einsatz dieser Verfahren in vielfältigen Anwendungsgebieten, wie z. B. im Medizinsektor, für Haushaltsgeräte, für Hygieneartikel, für den Automobil- und Flugzeugbau und für elektronische Elemente.
Die Verfahren gemäß der Erfindung können zum Metallisieren von Gläsern und Polymeren, zum Aufbringen lokaler Strukturen auf Kunststoffoberfiächen, zum Aufbringen von Sensorelementen auf Kunststoffoberfiächen (z. B. zur Dehnungsmessung), zum Aufbringen von RFI D-Strukturen auf Kunststoffbauteilen (z. B. für einen Plagiatschutz) oder zum Erzeugen von Cooltouch-Effekten verwendet werden. Beispielsweise ermöglichen die Verfahren eine Vorspiegelung von Polymeren, eine BeSchichtung für IR- Strahlungsschutz (IR-Reflektion), z. B. im Architekturbereich (z. B. Glasbeschichtungen) oder im automotiven Bereich (z. B. Kunststoffbeschichtungen), und Anti-Reif-/Anti-Eis-Beschichtungen, beispielsweise durch leitfähige Oberflächen, die durch Stromfluss geheizt werden können.
Überdies können mittels der erfindungsgemäßen Verfahren dekorative Beschichtungen von Polymeren, z. B. zur Steigerung der Wertigkeit von Kunststoffen, erzeugt werden.
Im Folgenden werden die wesentlichen Aspekte der vorliegenden Erfindung nochmal zusammengefasst:
(1 } Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats, insbesondere für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess oder einen nachfolgenden elektrostatischen Beschichtungsprozess, wobei bei dem Verfahren durch eine Entladung zwischen Elektroden in einem Prozessgas ein Atmosphärendruckplasma erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, es sich bei dem abgetragenen Material um leitfähige, insbesondere metallische, Partikel handelt und/oder aus dem abgetragenen Material lettfähige, insbesondere metallische, Partikel entstehen, und die Partikel so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats erhöht wird.
(2) Verfahren nach Punkt (1), bei dem das Substrat aus einem Material besteht, das nicht elektrisch leitfähig ist.
(3) Verfahren nach Punkt (1) oder (2), bei dem die Partikel so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie an der Oberfläche des Substrats zumindest teilweise freiliegen.
(4) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Partikel so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie zumindest teilweise von der Oberfläche des Substrats hervorstehen. (5) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Partikel bei Atmosphärendruck auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden.
(6) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Oberfläche des Substrats durch das Atmospharendruckplasma, insbesondere einen relaxierenden Bereich des Atmosphärendmckpiasmas, aufgeraut wird.
(7) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Oberfläche des Substrats durch das Atmosphärendruckplasma, insbesondere einen relaxierenden Bereich des Atmosphärendmckpiasmas, aktiviert wird.
(8) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Oberfläche des Substrats durch das Atmospharendruckplasma, insbesondere einen relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, gereinigt wird.
(9) Verfahren nach einem der Punkte (6) bis (8). bei dem das Auftauen und/oder das Aktivieren und/oder das Reinigen der Oberfläche des Substrats durch das Atmospharendruckplasma im Wesentlichen während des Abscheidens der Partikel auf der Oberfläche des Substrats erfolgt.
(10) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Oberfläche des Substrats nicht vollständig mit den darauf abgeschiedenen Partikeln belegt wird.
(11) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem das Substrat aus Kunststoff, Holz, Glas oder Keramik besteht, vorzugsweise aus Kunststoff.
(12) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Partikel aus einem
Übergangsmetall, insbesondere aus Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti oder Pt, oder aus Zn oder AI bestehen.
(13) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Entladung eine gepulste Entladung ist.
(14) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem zwischen Opferelektrode und
Erdpotential eine Gleichspannung angelegt wird.
(15) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Partikel eine Partikelgröße im Bereich von 2 nm bis 20 μηι, vorzugsweise 2 nm bis 50 nm, aufweisen. (16) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem das Erzeugen des Atmosphärendruckplasmas, das Abtragen des Materials und das Abscheiden der Partikel auf der Oberfläche des Substrats unter Verwendung einer Plasmadüse durchgeführt werden.
(17) Verfahren nach Punkt (16), bei dem Partikel im Zeitraum zwischen dem Abtragen des Materials von der Opferelektrode und der Abscheidung auf der Oberfläche des Substrats entstehen.
(18) Verfahren nach Punkt (16) oder (17), bei dem die Plasmadüse ein Gehäuse mit einem Kanal umfasst, das Prozessgas durch den Kanal strömt und die Elektroden zumindest teilweise in dem Kanal angeordnet sind.
(19) Verfahren nach Punkt (18), bei dem das Gehäuse einen Auslass aufweist und die Partikel durch den Ausiass auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden.
(20) Verfahren nach Punkt (19), bei dem zumindest ein Teil des Atmosphärendruckplasmas als Plasmastrahl durch den Auslass auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.
(21) Verfahren nach einem der Punkte (16) bis (20), bei dem die Plasmadüse während des Abscheidens der Partikel auf der Oberfläche des Substrats relativ zu dem Substrat bewegt wird.
(22) Verfahren nach Punkt (21), bei dem die Plasmadüse während des Abscheidens der Partikel auf der Oberfläche des Substrats relativ zu dem Substrat in einer Richtung oder mehreren Richtungen bewegt wird, die im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Substrats liegt oder liegen.
(23) Vorbehandlungsprodukt, das durch das Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte erhältlich ist.
(24) Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats, das die folgenden Schritte umfasst: Vorbehandeln der Oberfläche des Substrats durch das Verfahren nach einem der Punkte (1) bis
(22), und
Aufbringen einer Schicht auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats.
(25) Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats, bei dem durch eine Entladung zwischen Elektroden in einem Prozessgas ein Atmosphärendruckplasma erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, es sich bei dem abgetragenen Material um leitfähige, insbesondere metallische, Partikel handelt und/oder aus dem abgetragenen Material leitfähige, insbesondere metallische, Partikel entstehen, die Partikel auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht werden, und in einem späteren Schritt eine Schicht auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.
(26) Verfahren nach Punkt (25), bei dem das Aufbringen der Partikel auf die Oberfläche des Substrats die folgenden Schritte umfasst:
Aufbringen der Partikel auf eine Oberfläche einer Form,
Einbringen eines Substratmaterials in die Form,
Ausbilden des Substrats aus dem Substratmaterial in der Form, so dass die Partikel auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht werden, und
Entnehmen des ausgebildeten Substrats mit den auf dessen Oberfläche aufgebrachten Partikeln aus der Form.
(27) Verfahren nach Punkt (26), bei dem das Substratmaterial, das in die Form eingebracht wird, ein fließfähiges Substratmateriai ist.
(28) Verfahren nach Punkt (27), bei dem das Substratmaterial beim Ausbilden des Substrats in der Form aushärtet.
(29) Verfahren nach einem der Punkte (26) bis (28), bei dem das Substratmaterial nicht elektrisch leitfähig ist.
(30) Verfahren nach einem der Punkte (26) bis (29), bei dem das Substratmaterial Kunststoff, Holz, Glas oder Keramik ist, vorzugsweise Kunststoff. (31) Verfahren nach einem der Punkte (25) bis (30), bei dem die Partikel aus einem ÜbergangsmetalL insbesondere aus Cu, Ag, Au, Pd, Cr, Ni, Ti oder Pt, oder aus Zn oder AI bestehen.
(32) Verfahren nach einem der Punkte (25) bis (31 ), bei dem die Entladung eine gepulste Entladung ist.
(33) Verfahren nach einem der Punkte (25) bis (32), bei dem die Partikel eine Partikelgröße im Bereich von 2 nm bis 20 μηι, vorzugsweise 2 nm bis 50 nm, aufweisen.
(34) Verfahren nach einem der Punkte (24) bis (33), bei dem die Schicht eine metallische oder polymere Schicht ist.
(35) Verfahren nach einem der Punkte (24) bis (34), bei dem die Schicht unter Anlegen einer elektrischen Spannung an das Substrat auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.
(36) Verfahren nach einem der Punkte (24) bis (35), bei dem das Aufbringen der Schicht auf die Oberfläche des Substrats durch einen Galvanisierungsprozess oder einen elektrostatischen
Beschichtungsprozess erfolgt.
(37) Verfahren nach einem der Punkte (24) bis (36), bei dem die Schicht aus Ni, Cr oder Cu besteht.
(38) Verfahren nach einem der Punkte (24) bis (36), bei dem die Schicht aus PE, PA oder PVC besteht.
(39) Produkt, das durch das Verfahren nach einem der Punkte (24) bis (38) erhältlich ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 - Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche eines Substrats (50), insbesondere für einen nachfolgenden Galvanisierungsprozess oder einen nachfolgenden elektrostatischen Beschichtungsprozess, wobei bei dem Verfahren durch eine Entladung zwischen Elektroden (16; 5, 32) in einem Prozessgas (18) ein
Atmospharendruckplasma erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode (16) ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, es sich bei dem abgetragenen Material um leitfähige, insbesondere metallische, Partikel (30) handelt und/oder aus dem abgetragenen Material leitfähige, insbesondere metallische, Partikel (30) entstehen, und die Partikel (30) so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das Substrat aus einem Material besteht, das nicht elektrisch leitfähig ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Partikel so auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, dass sie an der Oberfläche des Substrats zumindest teilweise freiliegen und/oder zumindest teilweise von der Oberfläche des Substrats hervorstehen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche des Substrats durch das Atmospharendruckplasma, insbesondere einen relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, aufgeraut und/oder aktiviert und/oder gereinigt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Aufrauen und/oder das Aktivieren und/oder das Reinigen der Oberfläche des Substrats durch das Atmosphärendruckplasma im Wesentlichen während des
Abscheidens der Partikel auf der Oberfläche des Substrats erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche des Substrats nicht vollständig mit den darauf abgeschiedenen Partikeln belegt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Partikel eine Partikelgröße im Bereich von 2 nm bis 20 μΐτι, vorzugsweise 2 nm bis 50 nm, aufweisen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Erzeugen des
Atmosphärendruckplasmas, das Abtragen des Materials und das Abscheiden der Partikel auf der Oberfläche des Substrats unter Verwendung einer Plasmadüse (10) durchgeführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem Partikel (30) im Zeitraum zwischen dem Abtragen des Materials von der Opferelektrode und der Abscheidung auf der Oberfläche des Substrats entstehen.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Plasmadüse ein Gehäuse (5) mit einem Kanal (7) umfasst, das Prozessgas durch den Kanal strömt und die Elektroden zumindest teilweise in dem Kanal angeordnet sind; und/oder die Plasmadüse während des Abscheidens der Partikel auf der Oberfläche des Substrats relativ zu dem Substrat bewegt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen Opferelektrode und Erdpotential eine Gleichspannung angelegt wird.
12. Vorbehandlungsprodukt, das durch das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche erhältlich ist.
13. Verfahren zur Beschickung einer Oberfläche eines Substrats, das die folgenden Schritte umfasst: Vorbehandeln der Oberfläche des Substrats durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
11 , und
Aufbringen einer Schicht auf die vorbehandelte Oberfläche des Substrats.
14. Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats (50), bei dem durch eine Entladung zwischen Elektroden (16; 5, 32) in einem Prozessgas (18) ein
Atmosphärend ruckplasma erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode (16) ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, es sich bei dem abgetragenen Material um leitfähige, insbesondere metaiiische, Partikel (30) handelt und/oder aus dem abgetragenen Material leitfähige, insbesondere metaiiische, Partikel (30) entstehen, die Partikel auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht werden, und in einem späteren Schritt eine Schicht auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Aufbringen der Partikel auf die Oberfläche des Substrats die folgenden Schritte umfasst:
Aufbringen der Partikel auf eine Oberfläche einer Form,
Einbringen eines Substratmaterials, insbesondere eines fließfähigen Substratmaterials, in die Form,
Ausbilden des Substrats aus dem Substratmaterial in der Form, so dass die Partikel auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht werden, und
Entnehmen des ausgebildeten Substrats mit den auf dessen Oberfläche aufgebrachten Partikeln aus der Form.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem die Schicht eine metallische oder polymere Schicht ist; und/oder die Schicht unter Anlegen einer elektrischen Spannung an das Substrat auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem das Aufbringen der Schicht auf die Oberfläche des Substrats durch einen Galvanisierungsprozess oder einen elektrostatischen
Beschichtungsprozess erfolgt.
18. Produkt, das durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17 erhältlich ist.
PCT/EP2014/072115 2013-10-15 2014-10-15 Verfahren zur vorbehandlung einer substratoberfläche und verfahren zur beschichtung der substratoberfläche Ceased WO2015055716A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013220841.3 2013-10-15
DE201310220841 DE102013220841A1 (de) 2013-10-15 2013-10-15 Verfahren zur Vorbehandlung einer Substratoberfläche und Verfahren zur Beschichtung der Substratoberfläche

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015055716A1 true WO2015055716A1 (de) 2015-04-23

Family

ID=51743427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/072115 Ceased WO2015055716A1 (de) 2013-10-15 2014-10-15 Verfahren zur vorbehandlung einer substratoberfläche und verfahren zur beschichtung der substratoberfläche

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102013220841A1 (de)
WO (1) WO2015055716A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4248262A4 (de) * 2020-11-17 2024-11-13 Applied Materials, Inc. Optische vorrichtung mit gradation des struktur- und brechungsindex und verfahren zu deren herstellung
DE102023121696A1 (de) * 2023-06-27 2025-01-02 Plasmatreat Gmbh Verfahren und vorrichtung zur beschichtung einer werkstückoberfläche

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4113578A (en) * 1973-05-31 1978-09-12 Honeywell Inc. Microcircuit device metallization
DE10223865A1 (de) * 2002-05-29 2003-12-24 Plasmatreat Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Plasmabeschichtung von Werkstücken
US20060156983A1 (en) * 2005-01-19 2006-07-20 Surfx Technologies Llc Low temperature, atmospheric pressure plasma generation and applications
DE102006014317A1 (de) * 2006-03-23 2007-09-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit einem Hohlraum und Vorrichtung mit einem zur Führung eines Fluids geeigneten Hohlraum
DE102009048397A1 (de) 2009-10-06 2011-04-07 Plasmatreat Gmbh Atmosphärendruckplasmaverfahren zur Herstellung oberflächenmodifizierter Partikel und von Beschichtungen
US20110151270A1 (en) * 2009-12-18 2011-06-23 Todd Jay Rockstroh Methods of laser assisted plasma coating at atmospheric pressure and superalloy substrates comprising coatings made using the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006015591B3 (de) * 2006-03-31 2007-11-29 Technische Universität Clausthal Organischer Werkstoff mit katalytisch beschichteter Oberfläche und Verfahren zu dessen Herstellung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4113578A (en) * 1973-05-31 1978-09-12 Honeywell Inc. Microcircuit device metallization
DE10223865A1 (de) * 2002-05-29 2003-12-24 Plasmatreat Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Plasmabeschichtung von Werkstücken
US20060156983A1 (en) * 2005-01-19 2006-07-20 Surfx Technologies Llc Low temperature, atmospheric pressure plasma generation and applications
DE102006014317A1 (de) * 2006-03-23 2007-09-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit einem Hohlraum und Vorrichtung mit einem zur Führung eines Fluids geeigneten Hohlraum
DE102009048397A1 (de) 2009-10-06 2011-04-07 Plasmatreat Gmbh Atmosphärendruckplasmaverfahren zur Herstellung oberflächenmodifizierter Partikel und von Beschichtungen
US20120261391A1 (en) * 2009-10-06 2012-10-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Atmospheric pressure plasma method for producing surface-modified particles and coatings
US20110151270A1 (en) * 2009-12-18 2011-06-23 Todd Jay Rockstroh Methods of laser assisted plasma coating at atmospheric pressure and superalloy substrates comprising coatings made using the same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Kunststoffgalvanisierung", CHEMIE IN UNSERER ZEIT, vol. 15, no. 6, 1981, pages 201 - 207
C. TENDERO ET AL.: "Atmospheric pressure plasmas: A review", SPECTROCHIMICA ACTA PART B: ATOMIC SPECTROSCOPY, 2006, pages 2 - 30, XP028004295, DOI: doi:10.1016/j.sab.2005.10.003

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013220841A1 (de) 2015-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2486163B1 (de) Atmosphärendruckplasmaverfahren zur herstellung oberflächenmodifizierter partikel und von beschichtungen
EP3943277B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur additiven fertigung von bauteilen
DE102006061435A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Aufspritzen insbesondere einer Leiterbahn, elektrisches Bauteil mit einer Leiterbahn sowie Dosiervorrichtung
EP1725398A1 (de) Haftfester verbund und verfahren zur herstellung
DE112017001370T5 (de) Plasmaerzeugungsvorrichtung
DE19958474A1 (de) Verfahren zur Erzeugung von Funktionsschichten mit einer Plasmastrahlquelle
DE10223865B4 (de) Verfahren zur Plasmabeschichtung von Werkstücken
WO2015055716A1 (de) Verfahren zur vorbehandlung einer substratoberfläche und verfahren zur beschichtung der substratoberfläche
DE102008064134B4 (de) Verfahren zur Beschichtung von Gegenständen mittels eines Niederdruckplasmas
DE19910985B4 (de) Verfahren zur Erzeugung metallischer Hohlfasern oder Hohlfaserstrukturen
EP2954764A1 (de) Bauteil mit strukturierter oberfläche und verfahren zu dessen herstellung
DE102013107659A1 (de) Plasmachemische Beschichtungsvorrichtung
EP3336135B1 (de) Verfahren zur modifizierung von kunststoffoberflächen
AT517694B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung
EP2948287B1 (de) Verfahren zur herstellung eines bauteils mit strukturierter oberfläche
EP1989341A2 (de) Metallisierter verbundwerkstoff
DE102010056325B3 (de) Verfahren zur Herstellung einer Abschirmung
EP2350344B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum aufbringen oder einbetten von partikeln auf oder in eine durch plasmabeschichtung aufgebrachte schicht
EP4446477B1 (de) Verfahren zum beschichten eines substrats
DE102007041327B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Nanopulver
DE102007006786B4 (de) Anlage und Verfahren zum Beschichten eines Substrates
WO2015055711A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von partikeln in einem atmosphärendruckplasma
WO2022161616A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur aufbringung einer metallischen beschichtung auf eine oberfläche
WO2016058593A1 (de) Verfahren zur herstellung eines formkörpers sowie eine deckschicht zur anwendung bei dem verfahren
WO2019238347A1 (de) Verfahren zur beschichtung eines substrats

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14786167

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14786167

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1