WO2004020696A2 - Verfahren zum herstellen einer schaumförmigen metallstruktur, metallschaum sowie anordnung aus einem trägersubstrat und einem metallschaum - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer schaumförmigen metallstruktur, metallschaum sowie anordnung aus einem trägersubstrat und einem metallschaum Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a foam-shaped metal structure, a metal foam and an arrangement of a carrier substrate and a metal foam.
  • a known manufacturing process consists of foaming aluminum to about 1.5 times its volume.
  • the resulting foam-shaped metal structure is closed-pore, ie has a large number of pores per unit volume.
  • the production of this foam-like metal structure from aluminum is extremely expensive and is also questionable for ecological reasons.
  • Another known method is to vapor-coat a non-conductive plastic substrate, which has a foamed, ie pore-like, structure with metal.
  • the plastic substrate must be in plate form and must not exceed 1 - 2 mm in thickness.
  • the vapor deposition takes place from both opposite main sides of the substrate. Only with this small thickness is it ensured that the surface of the plastic substrate can also be provided with a metal layer in the interior.
  • the plastic substrate pretreated in this way is introduced into a galvanizing device, as a result of which the thin metal layer on the surface of the foamed substrate is galvanically reinforced. Because of the extraordinarily large manufacturing effort Because of its high cost, the foam-like metal structure produced in this way is currently not widely used in industrial use.
  • a particular disadvantage is that the thickness and the shape (plate shape) of the plastic substrate is limited due to the production technology.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for producing a foam-shaped metal structure, which allows the production of an inexpensive and arbitrarily designed metal foam. Furthermore, a metal foam and an arrangement of a carrier substrate and a metal foam are to be specified, which can have any shape and are suitable for use in a wide variety of industrial applications.
  • the inventive method for producing a foam-shaped metal structure is indicated by the features of claim 1.
  • the metal foam according to the invention is described by the features of claim 21.
  • the arrangement of a carrier substrate and a metal foam according to the invention is represented by the features of claim 33.
  • a galvanizing process is used to produce the foam-like metal structure. This means, before the electroplating step can be carried out, the surface of a non-conductive substrate with foamed, i. H. Porous structure have been provided with a conductive surface.
  • the process according to the invention enables one to produce a homogeneous, conductive surface in interior areas even if the substrate has a large thickness or an otherwise arbitrary shape.
  • the method according to the invention creates a possibility with which galvanization in the inner regions of the substrate with a foamed structure can be reliably achieved.
  • the method according to the invention for producing a foam-like metal structure no longer has these restrictions and comprises the following steps:
  • the substrate can be a commercially available foam, e.g. B. made of polyurethane.
  • the substrate can be in the form of an endless product, a plate product or any shape.
  • the conductive particles are preferably fixed to the surface of the substrate by means of an adhesion promoter which is applied to the entire surface of the substrate before the step of applying the conductive particles.
  • An adhesive is preferably used as the adhesion promoter, which is thin enough that it penetrates into the pores of the substrate and covers the surface of each individual pore web there.
  • the adhesion promoter can be applied to the substrate, for example, by soaking it in the adhesion promoter. So that the pores of the substrate are not completely filled with the adhesion promoter, which would prevent the conductive particles from accumulating on the surface in the pores of the substrate, the adhesion promoter not adhering to the surface of the substrate is preferably removed again. This can be done, for example, in a simple manner by pressing out the initially flexible, non-conductive substrate.
  • Adhesion promoter adhering to the substrate is dried or at least dried. In this case too, however, it must be ensured that the adhesive properties of the adhesion promoter remain undiminished, so that the conductive particles applied later can be fixed to the surface of the substrate via the adhesion promoter.
  • the conductive particles which can be, for example, copper, silver, any other conductive material, an alloy or a polymer, are applied, for example, by inflation (for example by means of a nozzle) or by using an adhesion promoter provided substrate is immersed in a container with conductive particles. If the substrate is a flat substrate, the conductive particles can be applied from one main side or from two opposite main sides simultaneously or in succession. If it is an arbitrarily shaped substrate with a three-dimensional shape, it is advantageous to apply the conductive particles from different sides to ensure that conductive particles enter each pore.
  • the conductive particles are fixed to the adhesion promoter when they are applied.
  • the further applied (eg inflated) conductive particles no longer adhere to the surface of the substrate, but remain "exposed” in the pores.
  • part of the conductive particles is thus fixed to the adhesion promoter, while another part is embedded in the pores of the substrate in a free-lying or freely movable manner. The latter are referred to below as further conductive particles.
  • Metal layer takes place, it can be advantageous to carry out a pressing of the substrate after the application of the conductive particles, through which at least some of the further conductive particles are removed from the substrate and through which another part is brought into intimate contact with the adhesion promoter.
  • the other part of the conductive particles is due to the ones already adhering to the substrate Particles and some of the "exposed" particles are formed.
  • the pressing out of the substrate can be accomplished by rollers that are guided over the substrate, or by knocking or squeezing out.
  • This step is intended on the one hand to better mechanically fix part of the substrate conductive particles are achieved with the adhesion promoter, on the other hand it should be ensured that the pores of the substrate are not or not completely filled with further conductive particles that are not fixed with the adhesion promoter.
  • the proportion of the exposed, further conductive particles in the pores of the substrate can saturate the electrolyte the inner regions of the substrate can be controlled. How many of the conductive particles should remain exposed in the pores ultimately depends on the metallization process used and also an optimization process.
  • the conductive particles are applied in such a way that there is an excess of further conductive particles, which are not bound to the adhesion promoter, in the inner region of the substrate and can be ionized in the electroplating device.
  • the further conductive particles can be dispensed with.
  • the term “entire surface” is not only to be understood as the visible part of the substrate. Since the substrate has a foamed structure, that is has a large number of pores formed by pore webs, the “entire surface” is thus formed by surfaces of all pores. The “entire surface” thus also includes all undercuts that are not externally visible.
  • a first variant it can be generated by electroless metallization with a metal deposit on the conductive particles by reduction.
  • the substrate is thus immersed in a chemical bath, whereby a reductive chemical deposit, e.g. from Cu or Ni.
  • a reductive chemical deposit e.g. from Cu or Ni.
  • the homogeneous metal layer can be produced by electroless metallization using an ion exchange process.
  • base ions e.g. Cu ions
  • noble ions e.g. from Ag.
  • the metal layer can be done very quickly with this method, however, no large layer thicknesses are possible.
  • galvanic metallization can also be carried out using a current source.
  • the pretreated substrate described above with conductive and further conductive - ie exposed, particles not fixed to the adhesion promoter or the surface of the substrate - is introduced into a galvanizing device in which the conductive particles fixed to the surface of the substrate via the adhesion promoter are electroplated should be strengthened.
  • the electroplating device can be carried out in a conventional manner and has at least one anode device which is located in an electrolyte is.
  • the electrolyte can be acidic or cyanide.
  • the substrate provided with the conductive particles is switched cathodically, so that ions separated from the anode device initially accumulate on the outer regions of the substrate and galvanically reinforce the conductive particles fixed on the surface via the adhesion promoter.
  • the electrolyte in the interior of the substrate becomes poor, so that the ions deposited by the anode device do not contribute to galvanic amplification in the inner region of the substrate.
  • the further conductive particles (not fastened to the adhesion promoter) in the inner regions of the substrate dissolve in the acidic or cyanide electrolyte during the electroplating process and immediately thereafter to the conductive ones fixed to the adhesion promoter or substrate Accumulate particles.
  • the desired galvanic reinforcement of the conductive particles fixed to the adhesion promoter takes place in the inner regions of the substrate.
  • the conductive particles exposed in the pores of the substrate thus saturate the electrolyte again and are immediately deposited again on the cathodically connected conductive particles fixed to the coupling agent. The electrolyte thus self-accumulates.
  • the electrolyte of the galvanizing device is adapted to the material of the conductive particles.
  • the conductive particles consist of copper, for example, then a copper electrolyte should also be used, because here the exposed copper particles are converted into copper sulfate in a bath such as sulfuric acid and can therefore be deposited as an elemental metal in ion form.
  • current can be applied to the electrodes continuously.
  • galvanic metallization with a current source is also conceivable, which is switched in the pulse method.
  • the self-enrichment of the electrolyte can be dispensed with by placing the substrate in a relative movement with respect to the electrolyte at predetermined intervals.
  • the relative movement moves the inner regions of the substrate from regions with depleted electrolytes to regions with sufficiently enriched electrolytes.
  • the relative movement can be brought about by a movement of the substrate in the electrolyte or a flow of the electrolyte generated at regular intervals through the substrate.
  • the relative movement should take place during the currentless phase of the electroplating process, so that the electrolyte can accumulate inside the substrate.
  • the thickness of the homogeneous metal layer then formed can be controlled.
  • the method according to the invention enables the production of any foam-shaped metal structure in a simple manner, regardless of the configuration of the non-conductive starting substrate.
  • the thickness of the homogeneous metal layer that then arises and the speed with which the metal layer is produced can be controlled.
  • the foam-like metal structure can be produced extremely inexpensively and quickly using the method specified.
  • a further metal layer is applied to the substrate provided with a homogeneous metal layer which extends over the entire surface. The application of the further metal layer brings about a further improvement in the mechanical stability of the metal foam.
  • the thickness of the metal layer could also be produced by means of the currentless or current-carrying methods, as described above, it is easier and cheaper to produce a further metal layer by immersing the substrate in a melt of the further metal.
  • the other metal is preferably made of aluminum, since this ensures high mechanical stability with a low weight.
  • the use of any other metal or alloy is also conceivable.
  • An advantage of this further process step is that the additional metal layer is inexpensive because a large layer thickness can be produced in the shortest possible time. Immersing the substrate in a molten metal has only become possible by providing the non-heat-resistant substrate made of a non-conductive material (e.g. polyurethane) with a heat-resistant, homogeneous metal layer. If it is possible to produce a foam-shaped substrate from a heat-resistant material, the method step described could of course also be used without first producing a metal layer on the surface of the substrate.
  • a non-conductive material e.g. polyurethane
  • the substrate provided with the adhesion promoter is placed on a carrier substrate, for. B. made of a metal, an alloy or a non-conductive plastic, and then carried out from the side facing away from the carrier substrate, the step of applying the conductive particles.
  • This process step creates an arrangement of a carrier substrate and a metal foam in which the metal foam is firmly connected to the carrier substrate by the galvanization.
  • the substrate is first fixed on the carrier substrate via the adhesion promoter.
  • the conductive particles When the conductive particles are applied, they stick to the adhesion promoter on or in the non-conductive substrate with a foamed structure and also to the surface of the carrier substrate.
  • a homogeneous metal layer is formed which forms both on the carrier substrate and on and in the non-conductive substrate with a foamed structure. Due to the homogeneity of the metal layer, a unit is created between the carrier substrate and the metal foam that is then produced. If necessary, the additional metal layer can also be produced by immersing it in a molten metal.
  • Such arrangements of a carrier substrate and a metal foam can be used, for example, in the automotive industry for back-foaming molded parts, for. B. bumpers, fenders or the like can be used.
  • Such an arrangement is mechanically extremely resilient, while at the same time being lightweight.
  • the manufacture as is apparent from the previous description, is extremely easy to implement, as a result of which the costs can be kept low.
  • such arrangements in the area of motor vehicle parts also have a noise-insulating function.
  • the metal foam is arranged between two carrier substrates for insulation and stabilization purposes.
  • the arrangement can be used as a wall.
  • the process can be varied in such a way that a firm connection to the two opposite carrier substrates is ensured.
  • the surface of the substrate is provided with conductive particles on which a homogeneous metal layer is arranged.
  • the substrate is preferably open-pore and has a maximum of 50 ppi (pores per inch).
  • the metal foam can have any shape, which depends in particular on the shape of the underlying substrate. In particular, the substrate can have a thickness of more than 3 mm.
  • the conductive particles are attached to the substrate via an adhesion promoter, which may be an adhesive, for example.
  • the conductive particles can be arranged on the substrate or the adhesion promoter with or without an embedding compound surrounding them.
  • the embedding compound is preferably dispensed with.
  • the conductive particles are embedded in the surface of the substrate. This could be done, for example, by introducing the conductive particles into the starting material of the substrate to be manufactured. After manufacturing the foam
  • the conductive particles are embedded in the substrate, at least some of which are located on the surface.
  • the conductive particles are preferably arranged in a scale-like manner with respect to one another, whereby on the one hand an approximately before the thickness of the layer formed by the particles results and on the other hand the desired electrical contact between the particles is established. This enables a particularly uniform, homogeneous metal layer.
  • the layer formed by the conductive particles preferably has a thickness of less than 5 ⁇ m.
  • a further metal layer is arranged on the metal layer, which can, but does not have to, consist of another metal.
  • the arrangement according to the invention consists of a carrier substrate and a metal foam, in which the metal foam is firmly connected to the carrier substrate via the homogeneous metal layer which is produced during the production of the metal foam.
  • the carrier substrate can be made of any material, e.g. a metal, an alloy or a non-conductive material.
  • the carrier substrate can have any shape, in particular have a flat or any curved three-dimensional surface.
  • FIG. 1 shows a substrate with a foamed structure that can be used as a basis for the method according to the invention
  • FIGS. 2, 2a show an enlarged detail from the substrate of FIG. 1,
  • FIG. 3 shows an electroplating device with which the method according to the invention can be carried out
  • Figure 4 shows an arrangement of a carrier substrate and a metal foam in a first embodiment
  • Figure 5 shows an arrangement of a carrier substrate and a metal foam in a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a flat, non-conductive substrate 10 which comprises a foamed, i.e. H. Pore-containing structure.
  • the substrate is made of polyurethane, for example, but can in principle be made of any non-conductive material.
  • the reference numeral 11 designates pores as they occur with any foamed structure. The size of the pores can be determined by the manufacture of the non-conductive substrate. Substrates with a foamed structure are roughly divided into open- or closed-pore foams.
  • the invention uses open-pore foams as the starting material, preferably with a maximum of 50 ppi. Such substrates can be manufactured in endless or plate form.
  • the method according to the invention can be used regardless of the size of the pores of the substrate and the configuration of the substrate. This means that the cuboid or plate-like shape of the substrate 10 shown in FIG. 1 with two opposite main sides 13, 14 is not absolutely necessary.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail from the substrate 10 of FIG. 1.
  • FIG. 2 shows the substrate 10 after the application of an adhesion promoter 15, which is arranged along the entire surface 12 of each individual pore 11, and after the application of the conductive particles 16 and further conductive particles 16a.
  • the reference numeral 16 denotes those conductive particles which are fixed to the adhesion promoter 15, which may be an adhesive, for example.
  • the reference numeral 16a denotes those conductive particles which are located freely in the interior of the pores 11. In particular, the conductive particles 16a are not fixed to the adhesion promoter 15. This distinction is important in the case of galvanic metallization with a current source, since the substrate pretreated according to FIG. 2 is connected cathodically after being introduced into a galvanizing device (FIG. 3).
  • inner regions denotes those regions of the substrate 10 which are not located in the region of a main side 13 or any other side of the substrate 10. Accordingly, those pores which are adjacent to the main side 13 or another main side of the substrate 10 are referred to as “outer regions” of the substrate.
  • the distinction is made because the galvanic reinforcement in the outer regions of the substrate is carried out by the ions deposited by the anode device 32 and accumulation on the conductive particles 16. If there were no further conductive particles 16a in the inner regions of the substrate 10, the electrolyte would become poor immediately in the transition region from the outer regions to the inner regions, so that galvanic reinforcement would not be possible in the inner regions.
  • the further conductive particles 16a now serve to compensate for this depletion of the electrolyte 34 and instead to ensure a temporary saturation of the electrolyte in the inner regions. The saturation takes place due to the dissolution of the further conductive particles 16a.
  • the ions that form are deposited directly on the conductive particles 16 in the inner regions of the substrate 10 and thus provide the desired galvanic reinforcement.
  • the result is a homogeneous metal layer along the surface 12 of the substrate 10.
  • a thicker or thinner homogeneous metal layer 17 can be achieved.
  • Further parameters for controlling the thickness of the metal layer 17 are the current intensity applied to the anode device 32 and the selection of the electrolyte 34.
  • the described method can be combined with an electroless metallization with precipitation by reduction or with an electroless metallization with ion exchange methods, these methods then being carried out before the galvanization described.
  • the production of the homogeneous metal layer is of course also only possible with the two methods just mentioned.
  • the production of the homogeneous metal layer can also be achieved by using a pulse process.
  • the depleted electrolyte is exchanged for enriched electrolyte by causing the substrate to move relative to the electrolyte. The relative movement always takes place when the electrodes are not supplied with current.
  • the metal foam already present can be immersed in a metal melt, for example made of aluminum. Due to the metallization of the substrate, the substrate can easily withstand the high temperatures of the melt. After the dipping process, a further metal layer 18 is formed on the metal layer 17, which brings about an even better stability of the metal foam. Which material is used as the basis for the further metal layer depends, among other things, on how well it combines with the material of the metal layer.
  • the further metal layer 18 is shown in FIG. 2a only for illustration in some of the pores 11.
  • the schematic galvanizing device 30 shown in FIG. 3 consists in a conventional manner of a trough 31 which is filled with an electrolyte 34.
  • An anode device 32 is arranged in the electrolyte 34, which in the present exemplary embodiment consists of two opposite anodically connected plates, between which the pretreated substrate according to FIG. 2 is arranged. As already described, the pretreated substrate 10 is switched cathodically. It is advantageous if the electrolyte 34 can be set in a flow so that the substrate 10 can be exposed to a flowing electrolyte 34. However, the invention also works when the electrolyte is static.
  • FIGS. 4 and 5 schematically show two arrangements of a carrier substrate and a metal foam, in which the metal foam is firmly connected to the carrier substrate via the homogeneous metal layer by the galvanization.
  • the arrangement can be planar (FIG. 4) or three-dimensional (FIG. 5).
  • the firm connection between the substrate 10 and the carrier substrate 20 arises from the fact that the substrate 10 was first provided with an adhesion promoter and then applied to the carrier substrate 20.
  • the conductive particles which can be present, for example, in powder form, are now applied from the side 20 facing away from the carrier substrate. The application can take place, for example, by means of inflation. The conductive particles thus not only stick to the surfaces of the substrate 10 provided with the adhesion promoter, but also in the areas of the carrier substrate 20 which are wetted with the adhesion promoter.
  • a homogeneous metal layer is thus formed, which extends along the surface of the carrier substrate 20 extends to the surface of the substrate 10.
  • Such arrangements can preferably be used in the automotive industry for back-foaming molded parts (e.g. bumpers or fenders).
  • the arrangements produced in this way are extremely robust, light, inexpensive to produce and also lead to insulation protection.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer schaumförmigen Metallstruktur mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines nicht-leitenden Substrates (10) mit geschäumter Struktur, Aufbringen von leitfähigen Partikeln (16) auf das Substrat, so daß diese an der gesamten Oberfläche (12) des Substrates, und insbesondere an jeder einzelnen Pore (11), fixiert sind, Einbringen des vorbehandelten Substrates (10) in eine Galvanisiereinrichtung (30), in der auf den leitfähigen Partikeln (16) eine homogene Metallschicht (17) ausgebildet wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen einer schaumförmigen Metallstruktur, Metallschäum sowie Anordnung aus einem Trägersubstrat und ei- nem Metallschaum
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer schaumförmigen Metallstruktur, einen Metallschaum sowie eine Anordnung aus einem Trägersubstrat und einem Metallschaum.
Die Herstellung einer schaumförmigen Metallstruktur, die auch Metallschaum genannt wird, ist bislang nur unter großen technischen Schwierigkeiten sowie unter großem finanziellen Aufwand möglich.
Ein bekanntes Herstellungsverfahren besteht darin, Aluminium auf sein ca. l,5faches Volumen aufzuschäumen. Die dabei entstehende schaumförmige Metallstruktur ist geschlossenporig, weist also eine große Anzahl an Poren pro Volumeneinheit auf. Die Herstellung dieser schaumförmigen Metallstruktur aus Aluminium ist außerordentlich teuer und darüber hinaus aus ökologischen Gründen fragwürdig.
Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, ein nicht- leitendes Kunststoff-Substrat , das eine geschäumte, d. h. Poren aufweisende, Struktur hat, mit Metall zu bedampfen. Das Kunststoff-Substrat muß dabei in Plattenform vorliegen und darf eine Dicke von 1 - 2 mm nicht übersteigen. Das Bedampfen erfolgt dabei von beiden gegenüberliegenden Hauptseiten des Substrates her. Nur bei dieser geringen Dicke ist sichergestellt, daß auch die Oberfläche des Kunststoff-Substrats in Innenbereichen mit einer Metallschicht versehen werden kann. Nach dem Bedampfen wird das solchermaßen vorbehandelte Kunststoff-Substrat in eine Galvanisiereinrichtung eingebracht, wodurch sich die dünne, auf der Oberfläche des geschäumten Substrates befindliche Metallschicht galvanisch verstärkt. Aufgrund des außerordentlich großen Herstellungsaufwandes findet die derart hergestellte schaumförmige Metallstruktur wegen ihrer hohen Kosten derzeit keine breite Anwendung im industriellen Einsatz. Nachteilig ist insbesondere, daß die Dicke und die Form (Plattenform) des Kunststoff-Substrates aufgrund der Herstellungstechnologie beschränkt ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zum Herstellen einer schaumförmigen Metallstruktur anzugeben, welches die Fertigung eines kostengünsti- gen und beliebig ausgestalteten Metallschaumes erlaubt. Ferner soll ein Metallschaum sowie eine Anordnung aus einem Trägersubstrat und einem Metallschaum angegeben werden, die eine beliebige Form aufweisen können und für die Anwendung in den verschiedensten industriellen Applikationen geeignet sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer schaumförmigen Metallstruktur ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 angegeben. Der erfindungsgemäße Metallschaum ist durch die Merkmale des Anspruches 21 beschrieben. Die erfindungsgemäße Anordnung aus einem Trägersubstrat und einem Metallschaum ist durch die Merkmale des Anspruches 33 wiedergegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich jeweils aus den abhängigen Ansprüchen.
Zur Herstellung der schaumförmigen Metallstruktur wird, wie beim Stand der Technik, auf ein Galvanisierverfahren zurückgegriffen. Dies bedeutet, bevor der Schritt des Galvanisie- rens vorgenommen werden kann, muß die Oberfläche eines nichtleitenden Substrates mit geschäumter, d. h. Poren aufweisen- der Struktur, mit einer leitfähigen Oberfläche versehen worden sein.
Wie aus den nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritten deutlich wird, wird man durch das erfindungsgemäße Verfahren in die Lage versetzt, eine homogene, leitfähige Oberfläche auch dann in Innenbereichen zu erzeugen, wenn das Substrat eine große Dicke oder eine ansonsten beliebige Form aufweist. Darüber hinaus schafft das erfindungsgemäße Verfahren eine Möglichkeit, mit der eine Galvanisierung in Innenbereichen des Substrates mit geschäumter Struktur zuverlässig erzielbar ist.
Die Schwierigkeit bestand bislang darin, daß die von einer Anode einer Galvanisiereinrichtung abgeschiedenen Ionen nichts zur Metallisierung, der sogenannten galvanischen Verstärkung, in den Innenbereichen des Substrates beitragen. Der Elektrolyt verarmt nämlich derart in den Innenbereichen des Substrates, daß sich keine freien Ionen mehr an der metallisierten Oberfläche des geschäumten Substrates anlagern können. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren war es deshalb bislang nur möglich, plattenförmige Substrate mit einer Dicke bis zu 3 mm zu einer schaumförmigen Metallstruktur zu verarbeiten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer schaumförmigen Metallstruktur weist diese Einschränkungen nicht mehr auf und umfaßt die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines nicht-leitenden Substrates mit geschäumter Struktur,
Aufbringen von leitfähigen Partikeln auf das Substrat, so daß diese an der gesamten Oberfläche des Substrates, und insbesondere an jeder einzelnen Pore, fixiert sind, Einbringen des vorbehandelten Substrates in eine Galvanisiereinrichtung, in der auf den leitfähigen Partikeln eine homogene Metallschicht ausgebildet wird.
Im Gegensatz zum Bedampfen des Substrates als Vorbehandlungs- schritt für die Ausbildung der Metallschicht im Stand der Technik ist vorgesehen, leitfähige Partikel derart auf das Substrat aufzubringen, daß diese über die gesamte Oberfläche des Substrates, in mechanischem und damit auch in elektrischem Kontakt zueinander stehen. Hierdurch ist es im Unterschied zum Stand der Technik möglich, eine homogene, also vollständig durchgehende Metallschicht zu erzeugen. Darüber hinaus ist man nicht auf den Einsatz einer galvanischen Metallisierung beschränkt.
Bei dem Substrat kann es sich um einen handelsüblichen Schaumstoff, z. B. aus Polyurethan, handeln. Das Substrat kann als Endlosware, als Plattenware oder beliebig geformt vorliegen.
Die Fixierung der leitfähigen Partikel an der Oberfläche des Substrates erfolgt vorzugsweise durch einen Haftvermittler, der vor dem Schritt des Aufbringems der leitfähigen Partikel auf die gesamte Oberfläche des Substrates aufgebracht wird. Als Haftvermittler wird vorzugsweise ein Kleber verwendet, der dünnflüssig genug ist, daß er in die Poren des Substrates eindringt und dort die Oberfläche jedes einzelnen Porensteges bedeckt .
Das Aufbringen des Haftvermittlers auf das Substrat kann bei- spielsweise durch Tränken desselben in dem Haftvermittler erfolgen. Damit die Poren des Substrates nicht vollständig mit dem Haftvermittler ausgefüllt sind, wodurch ein Anlagern der leitfähigen Partikel an der Oberfläche in den Poren des Substrates verhindert werden würde, wird der nicht an der Ober- fläche des Substrates anhaftende Haftvermittler vorzugsweise wieder abgetragen. Dies kann beispielsweise auf einfache Weise durch Auspressen des zunächst flexiblen, nicht-leitenden Substrats erfolgen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der an der Oberfläche des
Substrates anhaftende Haftvermittler getrocknet oder zumindest angetrocknet wird. Auch in diesem Fall muß jedoch sichergestellt sein, daß die adhäsiven Eigenschaften des Haftvermittlers unvermindert erhalten bleiben, so daß die später aufgebrachten leitfähigen Partikel über den Haftvermittler an der Oberfläche des Substrates fixiert werden können. Das Aufbringen der leitfähigen Partikel, bei denen es sich beispielsweise um Kupfer, Silber, ein beliebiges anderes leitfähiges Material, eine Legierung oder einen Polymer handeln kann, erfolgt beispielsweise durch Aufblasen (z. B. mit- tels einer Düse) oder indem das mit Haftvermittler versehene Substrat in ein Behältnis mit leitfähigen Partikeln eingetaucht wird. Das Aufbringen der leitfähigen Partikeln kann dabei, sofern es sich um ein flächiges Substrat handelt, von einer Hauptseite oder von beiden gegenüberliegenden Hauptsei- ten gleichzeitig oder nacheinander erfolgen. Handelt es sich um ein beliebig geformtes Substrat mit einer dreidimensionalen Form, so ist es vorteilhaft, das Aufbringen der leitfähigen Partikel von verschiedenen Seiten her vorzunehmen, um sicherzustellen, daß in jede Pore leitfähige Partikel gelangen.
Überall dort, wo die Oberfläche des Substrates mit dem Haft- vermittler versehen ist, werden die leitfähigen Partikel beim Aufbringen an dem Haftvermittler fixiert. Sobald ein Oberflächenbereich einer Pore mit den leitfähigen Partikeln versehen ist, bleiben die weiterhin aufgebrachten (z. B. aufgeblasenen) leitfähigen Partikel nicht mehr an der Oberfläche des Substrates haften, sondern verbleiben "frei liegend" in den Poren. Nach dem Schritt des Aufbringens der leitfähigen Partikel ist somit ein Teil der leitfähigen Partikel an dem Haftvermittler fixiert, während ein anderer Teil frei liegend oder frei beweglich in den Poren des Substrates eingelagert ist. Die letztgenannten werden nachfolgend als weitere leitfähige Partikel bezeichnet.
Abhängig davon, auf welche Weise die Ausbildung der homogenen
Metallschicht erfolgt, kann es vorteilhaft sein, nach dem Aufbringen der leitfähigen Partikel ein Auspressen des Substrates vorzunehmen, durch das zumindest ein Teil der weiteren leitfähigen Partikel aus dem Substrat entfernt wird und durch das die ein anderer Teil mit dem Haftvermittler in innigen Kontakt gebracht wird. Der andere Teil der leitfähigen Partikel wird durch die bereits an dem Substrat haftenden Partikel und manche der „frei liegenden" Partikel gebildet. Das Auspressen des Substrates kann durch Rollen, die über das Substrat geführt werden, oder durch Ausklopfen oder Ausdrük- ken bewerkstelligt werden. Durch diesen Schritt soll einer- seits eine bessere mechanische Fixierung eines Teils der leitfähigen Partikel mit dem Haftvermittler erzielt werden, zum anderen soll sichergestellt werden, daß die Poren des Substrates nicht oder nicht vollständig mit nicht mit dem Haftvermittler fixierten weiteren leitfähigen Partikeln ge- füllt sind.
Wie aus der nachfolgenden Beschreibung der alternativ oder in Kombination eingesetzten Verfahren zur Herstellung der homogenen Metallschicht ersichtlich werden wird, kann im Fall ei- ner galvanischen Metallisierung mit Stromquelle durch den Anteil der freiliegenden, weiteren leitfähigen Partikel in den Poren des Substrates die Sättigung des Elektrolyten in den Innenbereichen des Substrates gesteuert werden. Wie viele der leitfähigen Partikel in den Poren freiliegend bleiben sollen, ist letztendlich abhängig vom eingesetzten Metallisierungsverfahren und darüber hinaus ein Optimierungsprozeß.
Es ist somit im Fall einer galvanischen Metallisierung mit Stromquelle zweckmäßig, wenn das Aufbringen der leitfähigen Partikel derart erfolgt, daß ein Überschuß an weiteren, nicht an dem Haftvermittler gebunden leitfähigen Partikeln in den Innenbereiches des Substrates vorherrscht, die in der Galvanisiereinrichtung ionisierbar sind. Im Fall einer (ausschließlich) stromlosen Metallisierung kann hingegen auf die weitere leitfähigen Partikel verzichtet werden.
Zur Erzeugung der homogenen Metallschicht über die gesamte Oberfläche des Substrates können, wie bereits angedeutet, stromlose (chemische) oder strombehaftete Verfahren einge- setzt werden. Unter dem Begriff der „gesamten Oberfläche" ist dabei nicht nur der sichtbare Teil des Substrates zu verstehen. Da das Substrat eine geschäumte Struktur aufweist, also eine Vielzahl an durch Porenstege gebildete Poren aufweist, wird die „gesamte Oberfläche" somit durch Oberflächen sämtlicher Poren gebildet. Die „gesamte Oberfläche" umfaßt somit auch sämtliche Unterschneidungen, die äußerlich nicht sicht- bar sind.
Die Erzeugung kann gemäß einer ersten Variante durch stromlose Metallisierung mit einem Metall-Niederschlag auf den leitfähigen Partikeln durch Reduktion erfolgen. Das Substrat wird somit in ein chemisches Bad eingetaucht, wodurch ein redukti- ver chemischer Niederschlag, z.B. aus Cu oder Ni, resultiert. Mit diesem Verfahren ist auf einfache und schnelle Weise die Erzeugung hoher Schichtstärken - gemeint ist die Schichtstärke der homogenen Metallschicht - möglich. Da das Verfahren aus dem Stand der Technik an sich bekannt ist, wird auf eine genauere Beschreibun an dieser Stelle verzichtet.
Gemäß einer zweiten Variante kann die homogene Metallschicht durch eine stromlose Metallisierung mit einem Ionentauschver- fahren erfolgen. Dabei erfolgt ein Austausch von unedlen Ionen (z.B. Cu-Ionen) mit edlen Ionen (z.B. aus Ag) . Mit diesem Verfahren kann die Metallschicht sehr schnell erfolgen, allerdings sind keine großen Schichtstärken möglich.
Alternativ oder zusätzlich zu den eben beschriebenen Verfahren kann auch galvanische Metallisierung unter Verwendung einer Stromquelle erfolgen.
Dabei wird das oben beschriebene, vorbehandelte Substrat mit leitfähigen und weiteren leitfähigen - d.h. frei liegende, nicht an dem Haftvermittler oder der Oberfläche des Substrates fixierte - Partikel in eine Galvanisiereinrichtung eingebracht, in der die über den Haftvermittler an der Oberfläche des Substrates fixierten leitfähigen Partikel galvanisch ver- stärkt werden sollen. Die Galvanisiereinrichtung kann auf konventionelle Weise ausgeführt werden und weist zumindest eine Anodeneinrichtung auf, die in einem Elektrolyten gelegen ist. Der Elektrolyt kann sauer oder zyanidisch sein. Das mit den leitfähigen Partikeln versehene Substrat wird kathodisch geschalten, so daß sich von der Anodeneinrichtung abgeschiedene Ionen zunächst an den Außenbereichen des Substrates an- lagern und die über den Haftvermittler an der Oberfläche fixierten leitfähigen Partikel galvanisch verstärken. Da sich die von der Anodeneinrichtung abgeschiedenen Ionen bereits in den Außenbereichen des Substrates an den leitfähigen Partikeln anlagern, verarmt der Elektrolyt im Inneren des Substra- tes, so daß die von der Anodeneinrichtung abgeschiedenen Ionen nichts zur galvanischen Verstärkung in dem Innenbereich des Substrates beitragen.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß sich die (nicht an dem Haftvermittler befestigten) weiteren leitfähigen Partikel in den Innenbereichen des Substrates während des Galvanisie- rungsvorganges in dem sauren oder zyanidischen Elektrolyten anlösen und sich unmittelbar danach sofort an den an dem Haftvermittler oder Substrat fixierten leitfähigen Partikeln anlagern. Hierdurch findet die gewünschte galvanische Verstärkung der an dem Haftvermittler fixierten leitfähigen Partikel in den Innenbereichen des Substrates statt. Die in den Poren des Substrates freiliegenden leitfähigen Partikel sättigen somit den Elektrolyten wieder an und werden unmittelbar danach an den kathodisch geschalteten, an dem Haftvermittler fixierten, leitfähigen Partikeln wieder abgeschieden. Es findet somit eine Selbstanreicherung des Elektrolyten statt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Elektrolyt der Galva- nisiereinrichtung dem Material der leitfähigen Partikel angepaßt ist. Bestehen die leitfähigen Partikel beispielsweise aus Kupfer, so sollte ebenfalls ein Kupfer-Elektrolyt verwendet werden, weil hier die freiliegenden Kupfer-Partikel in einem, z.B. schwefelsaueren, Bad, in Kupfersulfat übergehen und somit als elementares Metall in Ionenform abgeschieden werden können. In der beschriebenen Variante können die Elektroden kontinuierlich mit Strom beaufschlagt werden. Es ist jedoch auch eine galvanische Metallisierung mit Stromquelle denkbar, die im Pulsverfahren geschalten ist.
In diesem Verfahren, das ebenfalls alternativ oder zusätzlich zu den oben genannten stromlosen Verfahren eingesetzt werden kann, kann auf die Selbstanreicherung des Elektrolyten verzichtet werden, indem das Substrat in vorgegebenen Abständen in eine Relativbewegung gegenüber dem Elektrolyt versetzt wird. Durch die Relativbewegung werden die Innenbereiche des Substrates von Bereichen mit verarmten Elektrolyten in Bereiche mit ausreichend angereichertem Elektrolyten gebracht. Die Relativbewegung kann durch eine Bewegung des Substrates in dem Elektrolyten oder eine in regelmäßigen Abständen erzeugte Strömung des Elektrolyten durch das Substrat bewirkt werden. Die Relativbewegung sollte dabei während der stromlosen Phase des Galvanisiervorganges stattfinden, so daß eine Anreicherung des Elektrolyten im Inneren des Substrates erfolgen kan .
Je nachdem, wie lange das vorbehandelte Substrat in der Galvanisiereinrichtung verbleibt, kann die Dicke der dann entstehenden homogenen Metallschicht gesteuert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf einfache Weise die Herstellung einer beliebigen schaumförmigen Metallstruktur, unabhängig von der Ausgestaltung des nicht-leitenden Ausgangssubstrates. Insbesondere ist es möglich, beliebig dicke schaumförmige Metallstrukturen herzustellen. Je nachdem, welche Verfahren zur Herstellung der homogenen Metall- Schicht eingesetzt werden, kann die Dicke der dann entstehenden homogenen Metallschicht, sowie die Schnelligkeit, mit der die Metallschicht erzeugt wird, gesteuert werden. Die schaum- förmige Metallstruktur läßt sich mit dem angegebenen Verfahren äußerst kostengünstig und schnell produzieren. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird auf das mit einer - sich über die gesamte Oberfläche erstreckenden - homogenen Metallschicht versehene Substrat eine weitere Metall- Schicht aufgebracht. Das Aufbringen der weiteren Metall- schicht bewirkt eine weitere Verbesserung der mechanischen Stabilität des Metallschaumes. Obwohl die Dicke der Metallschicht ebenso, wie oben beschrieben, mittels den stromlosen oder strombehafteten Verfahren erzeugt werden, könnte, ist es einfacher und kostengünstiger, eine weitere Metallschicht durch Eintauchen des Substrates in eine Schmelze des weiteren Metalls zu erzeugen. Das weitere Metall besteht vorzugsweise aus Aluminium, da dieses eine hohe mechanische Stabilität bei gleichzeitig geringem Gewicht gewährleistet. Denkbar ist jedoch auch die Verwendung eines jeden anderen beliebigen Me- talls oder einer Legierung.
Ein Vorteil dieses weiteren Verfahrensschrittes besteht darin, daß die weitere Metallschicht kostengünstig, weil in kürzester Zeit eine große Schichtdicke erzeugbar ist. Das Ein- tauchen des Substrates in eine Metallschmelze ist erst dadurch möglich geworden, daß das an sich nicht hitzebeständige Substrat aus einem nicht-leitenden Material (z.B. Polyurethan) mit einer hitzebeständigen, homogenen Metallschicht versehen wurde . Sofern die Erzeugung eines schaumför- migen Substrates aus einem hitzebeständigen Material möglich ist, könnte der beschriebene Verfahrensschritt natürlich auch ohne vorherige Erzeugung einer Metallschicht auf der Oberfläche des Substrates eingesetzt werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das mit dem Haft- vermittler versehene Substrat auf ein Trägersubstrat, z. B. aus einem Metall, einer Legierung oder einem nicht-leitenden Kunststoff, aufgebracht und anschließend von der dem Trägersubstrat abgewandten Seite der Schritt des Aufbringens der leitfähigen Partikel durchgeführt. Durch diesen Verfahrens- schritt entsteht eine Anordnung aus einem Trägersubstrat und einem Metallschaum, bei der der Metallschaum durch die Galvanisierung mit dem Trägersubstrat fest verbunden ist.
Das Substrat wird zunächst auf dem Trägersubstrat über den Haftvermittler fixiert. Beim Aufbringen der leitfähigen Partikel bleiben diese sowohl an dem Haftvermittler auf bzw. in dem nicht-leitenden Substrat mit geschäumter Struktur als auch auf der Oberfläche des Trägersubstrates hängen. Beim anschließenden Einbringen der Anordnung aus dem Trägersubstrat und dem Substrat mit der geschäumten Struktur in eine Galvanisiereinrichtung entsteht eine homogene Metallschicht, die sich sowohl auf dem Trägersubstrat als auch auf und in dem nicht-leitenden Substrat mit geschäumter Struktur ausbildet. Aufgrund der Homogenität der Metallschicht entsteht eine Ein- heit zwischen dem Trägersubstrat und dem dann entstandenen Metallschaum. Sofern notwendig, kann zusätzlich die weitere Metallschicht durch Eintauchen in eine Metallschmelze erzeugt werden.
Derartige Anordnungen aus einem Trägersubstrat und einem Metallschaum können beispielsweise in der AutomobilIndustrie zum Hinterschäumen von Formteilen, z. B. Stoßstangen, Kotflügeln oder ähnlichem, eingesetzt werden. Eine solche Anordnung ist mechanisch äußerst belastbar, bei gleichzeitig geringem Gewicht. Die Fertigung ist, wie aus der vorherigen Beschreibung hervorgeht, außerordentlich einfach zu realisieren, wodurch die Kosten gering gehalten werden können. Darüber hinaus übernehmen solche Anordnungen im Bereich von Kraftfahrzeugteilen auch eine geräusch-dämmende Funktion.
Ein weiteres Einsatzgebiet könnte im Baubereich liegen, indem der Metallschaum zu Dämm- und Stabilisierungszwecken zwischen zwei Trägersubstraten angeordnet ist. Die Anordnung kann als Wand eingesetzt werden. Fertigungstechnisch läßt sich das Verfahren derart variieren, daß eine feste Verbindung zu den beiden gegenüberliegenden Trägersubstraten gewährleistet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Metallschaum mit einem nichtleitenden Substrat mit geschäumter, Poren aufweisender, Struktur ist die Oberfläche des Substrates mit leitfähigen Partikeln versehen, auf denen eine homogene Metallschicht an- geordnet ist. Das Substrat ist vorzugsweise offenporig ausgebildet und weist maximal 50 ppi (Poren per Inch) auf. Der Metallschaum kann jede beliebige Form aufweisen, die insbesondere von der Form des zugrunde liegenden Substrates abhängt. Insbesondere kann das Substrat eine Stärke von mehr als 3 mm aufweisen.
Die leitfähigen Partikel sind in einer bevorzugten Ausgestaltung über einen Haftvermittler an dem Substrat befestigt, bei dem es sich beispielsweise um einen Kleber handeln kann.
Die leitfähigen Partikel können mit oder ohne eine sie umgebende Einbettungsmasse auf dem Substrat bzw. dem Haftvermittler angeordnet sein. Bevorzugt wird auf die Einbettungsmasse verzichtet.
Denkbar ist auch, daß die leitfähigen Partikel in die Oberfläche des Substrates eingelassen sind. Dies könnte beispielsweise dadurch erfolgen, daß die leitfähigen Partikel bereits in das Ausgangsmaterial des zu fertigenden Substrates eingebracht werden. Nach der Fertigung des schaumförmigen
Substrates sind die leitfähigen Partikel in das Substrat eingelassen, von denen zumindest ein Teil an der Oberfläche gelegen ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung stehen die leitfähigen
Partikel in mechanischem und damit auch elektrischen Kontakt zueinander. Dabei ist der elektrische Kontakt nicht erst durch die auf den leitfähigen Partikeln aufgebrachte homogene Metallschicht hergestellt.
Bevorzugt sind die leitfähigen Partikel schuppenförmig zueinander angeordnet, wodurch sich einerseits eine in etwa glei- ehe Dicke der durch die Partikel gebildeten Schicht ergibt und andererseits der gewünschte elektrische Kontakt zwischen den Partikeln hergestellt ist. Hierdurch wird eine besonders gleichförmige homogene Metallschicht ermöglicht. Die durch die leitfähigen Partikel gebildete Schicht weist vorzugsweise eine Dicke von weniger als 5 μm auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist auf der Metallschicht eine weitere Metallschicht angeordnet, die aus einem anderen Metall bestehen kann, aber nicht muß.
Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einem Trägersubstrat und einem Metallschaum, bei der der Metallschaum über die bei der Herstellung des Metallschaumes entstehende homo- gene Metallschicht fest mit dem Trägersubstrat verbunden ist. Das Trägersubstrat kann aus jedem beliebigen Material, z.B. einem Metall, einer Legierung oder einem nicht-leitenden Material bestehen. Weiterhin kann das Trägersubstrat eine beliebige Form aufweisen, insbesondere eine flache oder belie- big gekrümmte dreidimensionale Oberfläche aufweisen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Substrat mit geschäumter Struktur, das dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundegelegt werden kann,
Figuren 2, 2a einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Substrat der Figur 1,
Figur 3 eine Galvanisiereinrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann,
Figur 4 eine Anordnung aus einem Trägersubstrat und einem Metallschaum in einer ersten Ausführungsform und Figur 5 eine Anordnung aus einem Trägersubstrat und einem Metallschaum in einer zweiten Ausführungsform.
Die Figur 1 zeigt ein flächiges, nicht-leitendes Substrat 10, das eine geschäumte, d. h. Poren aufweisende, Struktur umfaßt. Das Substrat besteht beispielsweise aus Polyurethan, kann prinzipiell jedoch aus jedem beliebigen nicht-leitenden Material bestehen. Mit dem Bezugszeichen 11 sind Poren bezeichnet, wie sie bei jeder geschäumten Struktur vorkommen. Die Größe der Poren kann durch die Fertigung des nichtleitenden Substrates bestimmt werden. Substrate mit geschäumter Struktur werden grob in offen- oder geschlossenporige Schäume eingeteilt. Die Erfindung verwendet als Ausgangsmaterial offenporige Schäume mit vorzugsweise maximal 50 ppi . Solche Substrate können in Endlos- oder Plattenform gefertigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell unabhängig von der Größe der Poren des Substrates sowie der Ausgestal- tung des Substrates eingesetzt werden. Dies bedeutet, es ist nicht zwangsläufig die in Figur 1 dargestellte quader- oder plattenfδrmige Form des Substrates 10 mit zwei gegenüberliegenden Hauptseiten 13, 14 notwendig.
Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Substrat 10 der Figur 1. Die Figur 2 zeigt das Substrat 10 nach dem Aufbringen eines Haftvermittlers 15, der entlang der gesamten Oberfläche 12 jeder einzelnen Pore 11 angeordnet ist, sowie nach dem Aufbringen der leitfähigen Partikel 16 und weiterer leitfähiger Partikel 16a. Mit dem Bezugszeichen 16 sind dabei diejenigen leitfähigen Partikel bezeichnet, die an dem Haftvermittler 15, bei dem es sich beispielsweise um einen Kleber handeln kann, fixiert sind. Mit dem Bezugszeichen 16a sind diejenigen leitfähigen Partikel bezeichnet, die frei im Inne- ren der Poren 11 gelegen sind. Die leitfähigen Partikel 16a sind insbesondere nicht an dem Haftvermittler 15 fixiert. Diese Unterscheidung ist bei der galvanischen Metallisierung mit Stromquelle von Bedeutung, da das gemäß Figur 2 vorbehandelte Substrat nach dem Einbringen in eine Galvanisiereinrichtung (Figur 3) kathodisch geschalten wird. Die leitfähi- gen Partikel 16, die an dem Haftvermittler 15 entlang der
Oberfläche 12 des Substrates 10 fixiert sind, sind somit aufgrund einer im wesentlichen eng aneinanderliegenden Anordnung kathodisch geschaltet. Die im Inneren der Poren 11 gelegenen weiteren leitfähigen Partikel 16a hingegen dienen zur Selbstanreicherung des Elektrolyten in den Innenbereichen des Substrates 10.
Mit dem Begriff "Innenbereiche" sind diejenigen Bereiche des Substrates 10 bezeichnet, die nicht im Bereich einer Haupt- seite 13 oder einer beliebigen anderen Seite des Substrates 10 gelegen sind. Demgemäß sind diejenigen Poren, die an die Hauptseite 13 oder eine andere Hauptseite des Substrates 10 angrenzen, als "Außenbereiche" des Substrates bezeichnet. Die Unterscheidung wird deshalb gemacht, da die galvanische Ver- Stärkung in den Außenbereichen des Substrates durch die von der Anodeneinrichtung 32 abgeschiedenen Ionen und Anlagerung an die leitfähigen Partikel 16 erfolgt. Wären in den Innenbereichen des Substrates 10 keine weiteren leitfähigen Partikel 16a vorhanden, so würde der Elektrolyt unmittelbar im Über- gangsbereich von den Außenbereichen zu den Innenbereichen verarmen, so daß in den Innenbereichen keine galvanische Verstärkung möglich wäre. Die weiteren leitfähigen Partikel 16a dienen nun dazu, diese Verarmung des Elektrolyten 34 auszugleichen und statt dessen eine temporäre Sättigung des Elek- trolyten in den Innenbereichen sicherzustellen. Die Sättigung erfolgt aufgrund einer Anlösung der weiteren leitfähigen Partikel 16a. Unmittelbar nachdem der Elektrolyt 34 gesättigt ist, scheiden sich die entstehenden Ionen unmittelbar an den leitfähigen Partikeln 16 in den Innenbereichen des Substrates 10 ab und sorgen somit für die gewünschte galvanische Verstärkung. Im Ergebnis entsteht somit eine homogene Metallschicht entlang der Oberfläche 12 des Substrates 10. Je nach- dem, wie lange das vorbehandelte Substrat 10 gemäß Figur 2 in der Galvanisiereinrichtung gemäß Figur 3 behandelt wird, kann eine dickere oder dünnere homogene Metallschicht 17 erzielt werden. Weitere Parameter zur Steuerung der Dicke der Metall- schicht 17 sind die an der Anodeneinrichtung 32 anliegende Stromstärke sowie die Auswahl des Elektrolyten 34.
Das beschriebene Verfahren kann mit einer stromlosen Metallisierung mit Niederschlag durch Reduktion oder mit eine strom- losen Metallisierung mit lonentauschverfahren kombiniert werden, wobei diese Verfahren dann vor der beschriebenen Galvanisierung durchgeführt werden. Die Herstellung der homogenen Metallschicht ist natürlich auch nur mit den beiden eben aufgeführten Verfahren möglich.
Während das beschriebene Galvanisierungsverfahren kontinuierlich mit Gleichstrom arbeitet, ist die Herstellung der homogenen Metallschicht auch bei Verwendung eines Pulsverfahrens erzielbar. Hierbei wird der verarmte Elektrolyt durch ange- reicherten Elektrolyt ausgetauscht, indem das Substrat in eine Relativbewegung zu dem Elektrolyt versetzt wird. Die Relativbewegung findet immer dann statt, wenn die Elektroden nicht mit Strom beaufschlagt sind.
Zur Verstärkung der Metallschicht 17 kann der bereits vorliegende Metallschaum in eine Metallschmelze, z.B. aus Aluminium eingetaucht werden. Durch die Metallisierung des Substrates kann dieses den hohen Temperaturen der Schmelze ohne weiteres Stand halten. Nach dem Tauchvorgang entsteht auf der Metall- schicht 17 eine weitere Metallschicht 18, die eine noch bessere Stabilität des Metallschaumes bewirkt. Welches Material der weiteren Metallschicht zugrunde gelegt wird, hängt u.a. davon ob, wie gut sich dieses mit dem Material der Metall- schicht verbindet. Die weitere Metallschicht 18 ist in der Figur 2a lediglich zur Anschauung in einigen der Poren 11 eingezeichnet . Die in Figur 3 dargestellte schematische Galvanisiereinrichtung 30 besteht in konventioneller Weise aus einer Wanne 31, die mit einem Elektrolyten 34 gefüllt ist. In dem Elektrolyten 34 ist eine Anodeneinrichtung 32 angeordnet, die im vor- liegenden Ausführungsbeispiel aus zwei gegenüberliegenden anodisch geschalteten Platten besteht, zwischen denen das vorbehandelte Substrat gemäß Figur 2 angeordnet ist. Wie bereits beschrieben, wird das vorbehandelte Substrat 10 kathodisch geschalten. Vorteilhaft ist es, wenn der Elektrolyt 34 in ei- ne Strömung versetzbar ist, so daß das Substrat 10 einem strömenden Elektrolyten 34 ausgesetzt werden kann. Die Erfindung funktioniert jedoch auch dann, wenn der Elektrolyt statisch vorliegt.
Die Figuren 4 und 5 zeigen schematisch zwei Anordnungen aus einem Trägersubstrat und einem Metallschaum, bei der der Metallschaum durch die Galvanisierung mit dem Trägersubstrat über die homogene Metallschicht fest verbunden ist. Die Anordnung kann dabei planar (Figur 4) oder dreidimensional (Fi- gur 5) ausgebildet sein.
Die feste Verbindung zwischen dem Substrat 10 und dem Trägersubstrat 20 entsteht dadurch, daß das Substrat 10 zunächst mit einem Haftvermittler versehen wurde und anschließend auf das Trägersubstrat 20 aufgebracht wird. Von der von dem Trägersubstrat abgewandten Seite 20 erfolgt nun das Aufbringen der leitfähigen Partikel, die beispielsweise in Pulverform vorliegen können. Das Aufbringen kann beispielsweise mittels Aufblasen erfolgen. Die leitfähigen Partikel bleiben somit nicht nur an den mit dem Haftvermittler versehenen Oberflächen des Substrates 10 hängen, sondern auch in den Bereichen des Trägersubstrates 20, die mit dem Haftvermittler benetzt sind.
Beim Einbringen der gesamten Anordnung in die Galvanisiereinrichtung gemäß Figur 3 entsteht somit eine homogene Metall- schicht, die sich entlang der Oberfläche des Trägersubstrates 20 zu der Oberfläche des Substrates 10 hin erstreckt. Derartige Anordnungen können vorzugsweise in der AutomobilIndustrie zum Hinterschäumen von Formteilen (z. B. Stoßstangen oder Kotflügeln) verwendet werden. Die derart hergestellten Anordnungen sind äußerst robust, leicht, kostengünstig herzustellen und führen darüber hinaus zu einem Dämmschutz. Insbesondere ist es möglich, jede beliebige Rundung eines Formteils (des Trägersubstrates 20) zu berücksichtigen, da das geschäumte Substrat 10 in seinem Ausgangszustand flexibel ist.
Bezugszeichenliste
10 Substrat
11 Poren 12 Oberfläche
13 erste Hauptseite
14 zweite Hauptseite
15 Haftvermittler
16, 16a leitfähige Partikel 17 Metallschicht
18 Metallschicht
20 Trägersubstrat
30 Galvanisiereinrichtung 31 Wanne 32 Anodeneinrichtung
33 Kathodeneinrichtung
34 Elektrolyt

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer schaumförmigen Metallstruktur mit folgenden Schritten: - Bereitstellen eines nicht-leitenden Substrates (10) mit geschäumter Struktur,
- Aufbringen von leitfähigen Partikeln (16) auf das Substrat, so daß diese an der gesamten Oberfläche (12) des Substrates (10) , und insbesondere an jeder einzelnen Pore (11) , fixiert sind,
- Einbringen des vorbehandelten Substrates (10) in eine Galvanisiereinrichtung (30) , in der auf den leitfähigen Partikeln (16) eine homogene Metallschicht (17) ausgebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Fixierung der leitfähigen Partikel (16) an der Oberfläche des Substrates (10) durch einen Haftvermittler (15) bewirkt wird, der vor dem Schritt des Aufbringen der leitfähigen Par- tikel (16) auf die gesamte Oberfläche des Substrates (10) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Aufbringen eines Haftvermittlers (15) auf das Substrat (10) durch Tränken desselben in dem Haftvermittler erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der nicht an der Oberfläche des Substrates (10) anhaftende Haftvermittler (15) abgetragen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der an der Oberfläche (12) des Substrates (10) anhaftende Haftvermittler (15) getrocknet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Aufbringen der leitfähigen Partikel (16) ein Auspressen des Substrates (10) umfaßt, durch das zumindest ein Teil der leitfähigen Partikel (16) aus dem Substrat entfernt wird und durch das ein anderer Teil mit dem Haftvermittler (15) in innigen Kontakt gebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das mit Haftvermittler (15) versehene Substrat auf ein Trägersubstrat (20) aufgebracht wird und anschließend von der dem Trägersubstrat abgewandten Seite der Schritt des Aufbrin- gens der leitfähigen Partikel (16) erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erzeugung der homogenen Metallschicht (17) des geschäumten Substrates (10) durch stromlose Metallisierung mit einem Metall-Niederschlag auf den leitfähigen Partikeln (16) durch Reduktion erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erzeugung der homogenen Metallschicht (17) des geschäumten Substrates (10) durch stromlose Metallisierung mit einem lonentauschverfahren erfolgt .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erzeugung der homogenen Metallschicht (17) in Innenbereichen des geschäumten Substrates (10) durch Anlösen von weiteren leitfähigen Partikeln (16a) in einem sauren oder zyanidi- schen Bad erfolgt, wodurch die dann in ionisierter Form vor- liegenden weiteren leitfähigen Partikel (16a) sich an den am Haftvermittler (15) fixierten leitfähigen Partikeln (16) anlagern.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Aufbringen der leitfähigen Partikel (16) derart erfolgt, daß ein Überchuß an den weiteren leitfähigen Partikeln (16a) in den Innenbereichen des Substrates (10) vorherrscht, die in der Galvanisiereinrichtung (30) ionisierbar sind.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die den Überschuß bildenden weiteren leitfähigen Partikel (16a) nicht in dem Haftvermittler (15) gebunden sind.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erzeugung der homogenen Metallschicht (17) in Innenbereichen des geschäumten Substrates (10) durch eine galvanische Metallisierung mit einer Stromquelle im Pulsverfahren erfolgt, bei der das vorbehandelte Substrat (10) in vorgegebe- nen Abständen in eine Relativbewegung gegenüber dem Elektrolyt versetzt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Relativbewegung durch eine Bewegung des Subtrates (10) in dem Elektrolyt (34) bewirkt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Relativbewegung durch eine Strömung des Elektrolyten (34) durch das Substrat (10) bewirkt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Relativbewegung des Subtrates (10) gegenüber dem Elektrolyt während der stromlosen Phase des Galvanisiervorganges stattfindet, so daß eine Anreicherung des Elektrolyten (34) im Inneren des Substrates (10) erfolgen kann.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Elektrolyt der Galvanisiereinrichtung (30) dem Material der leitfähigen Partikel (16) angepaßt ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf das mit einer homogenen Metallschicht (17) versehene Substrat (10) eine weitere Metallschicht (18) aufgebracht wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Aufbringen der weiteren Metallschicht (18) durch Eintauchen in eine Schmelze des weiteren Metalls erfolgt.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das weitere Metall (18) Aluminium ist.
21. Metallschaum mit einem nicht-leitenden Substrat (10) mit geschäumter, Poren aufweisender Struktur, wobei die Oberflä- ehe (12) des Substrates mit leitfähigen Partikeln (16) versehen ist, und wobei auf den leitfähigen Partikeln (16) eine homogene Metallschicht (17) angeordnet ist.
22. Metallschaum nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die leitfähigen Partikel (10) über einen Haftvermittler (15) an dem Substrat (10) befestigt sind.
23. Metallschaum nach Anspruch 21 oder 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die leitfähigen Partikel (16) mit oder ohne eine sie umgebende Einbettungsmasse auf dem Substrat (10) bzw. dem Haftvermittler (15) angeordnet sind.
24. Metallschaum nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die leitfähigen Partikel (16) in die Oberfläche (12) des Substrates (10) eingelassen sind.
25. Metallschaum nach einem der Anspruch 21 bis 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die leitfähigen Partikel (16) in Kontakt zueinander stehen.
26. Metallschaum nach einem der Ansprüche 21 bis 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die leitfähigen Partikel (16) schuppenförmig zueinander angeordnet sind.
27. Metallschaum nach einem der Ansprüche 21 bis 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die durch die leitfähigen Partikel (16) gebildete Schicht eine Dicke von weniger als 5 μm aufweist.
28. Metallschaum nach einem der Ansprüche 21 bis 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf der Metallschicht (17) eine weitere homogene Metall- schicht (18) angeordnet ist.
29. Metallschaum nach Anspruch 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Metallschicht (17) aus einem anderen Metall als die weitere Metallschicht (18) besteht.
30. Metallschaum nach einem der Ansprüche 21 bis 29, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Substrat (10) eine offenporige Struktur aufweist.
31. Metallschaum nach einem der Ansprüche 21 bis 30, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Substrat (10) aus Polyurethan besteht.
32. Metallschaum nach einem der Ansprüche 21 bis 31, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Substrat (10) eine Stärke von mehr als 3 mm aufweist.
33. Anordnung aus einem Trägersubstrat (20) und einem Metall- schäum, bei der der Metallschaum über die bei der Herstellung des Metallschaumes entstehende homogene Metallschicht fest mit dem Trägersubstrat verbunden ist.
34. Anordnung nach Anspruch 33, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Trägersubstrat aus einem Metall, einer Legierung oder einem nicht-leitenden Material besteht.
35. Anordnung nach Anspruch 33 oder 34, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Trägersubstrat (20) eine flache oder beliebig gekrümmte dreidimensionale Oberfläche aufweist.
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