通过电刷镀对基质进行电化学涂覆的方法以及用于实施该方法的装置

摘要

本发明涉及一种通过电刷镀对基质(15)进行电化学涂覆的方法。这种方法得借助于电解液进行，在所述电解液中分散着粒子，所述粒子将被涂装到待生成涂层(16)中去。按照本发明，提议，将粒子通过一种单独的管路系统(22)添加给用于电解液的载体(12)。电解液通过管路系统(21)加入。通过这种方式有利地实现，可以阻止粒子在电解液中发生团聚，因为在输入粒子后一直到生成涂层(16)，只经历了很短的时间。同时本发明还请求保护一种具有两个被设计用于上述用途的管路系统(21，22)的电化学涂覆装置。

权利要求

1.一种通过电刷镀对基质(15)进行电化学涂覆的方法，其中分散着粒子的电解液，在使用载体(12)的情况下，被涂覆到基质(15)上，此时在所述基质(15)上生成金属涂层(16)，粒子被涂装到所述金属涂层(16)的基层中，其特征在于，载体通过两个在流体技术上互相独立的输送系统馈给，即，通过用于电解液的第一管路系统和用于粒子的第二管路系统，●在所述第一管路系统中，粒子的浓度比所要求的浓度至少减低，或者不存在粒子，以及●借助于所述第二管路系统，粒子被添加到电解液中，直至在该电解液中达到所要求的粒子浓度。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在电解液中所要求的粒子浓度，是处于分散稳定性临界值上方的值。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二管路系统中的粒子被作为分散剂输入。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将粒子作成粉末在第二管路系统中输送。

5.按照权利要求3或4中任一项所述的方法，其特征在于，通过能量的作用阻止粒子在第二管路系统中发生团聚。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，通过超声波的作用阻止粒子在第二管路系统中发生团聚。

7.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用纳米粒子作为所述粒子。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述纳米粒子是CNT。

9.一种通过电刷镀对基质(15)进行电化学涂覆的装置，具有

●允许液体渗透的载体(12)，用于将电解液输送到待涂覆的基质(15)上，以及●在载体(12)旁具有排放口(30)的用于电解液的第一管路系统(21)，其特征在于，所述装置具有第二管路系统(22)，所述第二管路系统(22)可以与第一管路系统无关地被馈给，且通入第一管路系统(21)或者载体(12)中，并且在第二管路系统(22)中设有超声波发生器(28)。

10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，将第一管路系统(21)和第二管路系统(22)组合在一个管路模块中，所述管路模块借助其排放口(30)与载体(12)连通。

11.按照权利要求9或10所述的装置，其特征在于，第二管路系统(22)的通向第一管路系统(21)或者通向载体(12)的出口，配备了计量阀(31)。

12.按照权利要求11所述的装置，其特征在于，所述计量阀(31)是压电阀。

说明书

通过电刷镀对基质进行电化学涂覆的方法以及用于实施该

方法的装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种通过电刷镀对基质进行电化学涂覆的方法，其中分散着粒子的电解液，在使用载体的情况下被涂覆到基质上，此时在所述基质上生成金属涂层，粒子被涂装到所述金属涂层的基层中。

背景技术

[0002] 本文开头所述类型的方法，可以例如从JP01301897A中获知。为了生成分散着粒子的涂层，按照该文献的设想提出，采用电刷镀方法。所述电刷镀，可以理解为一种电化学的涂覆方法，其中不是将待涂覆的基质浸入电解液中，而是将电解液借助于一种被称为刷子的载体涂覆到基质上。在此不必采用狭义意义上的刷子。相反地，载体必须具备下列性能，即，由于首要的毛细作用可以将电解液输送到基质上。因为要在单根鬃毛之间产生适合用于输送电解液的毛细通道，所以例如刷子是适合用于此类用途的。其它适合用于输送电解液的结构是，例如海绵状的，也就是多空隙的、本身具有弹性的材料。

[0003] 为了能够有效地进行涂覆，通过一种通道系统供给载体以电解液，所述通道系统与载体的毛细通道流通。与传统的将基质浸入电解液中的电化学涂覆法相比，主要优点在于，通过持续不断的电解液的再输入，可以实现较高的材料渗透率。与此相应地，可以例如在电镀涂覆时转移较高的分离流量，因此可以快速地形成涂层。与电解槽不同，在电刷镀时可以通过电解液持续不断的流动，避免由于电解液中有限的扩散速度而出现会限制涂覆速度的静止状态。

[0004] 当然，还公知将粒子涂装到以电化学方法生成的涂层中，所述涂层是在电化学槽中被加以涂覆的。例如，根据US2007/0036978A1公知，将CNT(该缩略词在下面被用于Carbon Nano Tubes或者碳纳米管)涂装到以电化学方法分离的涂层中。当然，在此通过使该CNT只可以限制性地分散在电化学槽中的方法，提出其它的限制CNT涂装的因素。提出问题，如何形成稳定的分散性，也就是经历24小时以上较长的时间间隔，还能稳定地保持的分散性。虽然存在通过应用湿润剂对分散性加以巩固的可能性，但是这种湿润剂随后至少部分地也会分离到涂层中。借助于将CNT涂装到电化学的涂层中，力争达到例如传导性能的改善。优先驻留在CNT表面的湿润剂的存在，则限制了所期望的效应，即，将CNT涂装到以电化学方法分离的涂层的金属基层中。

发明内容

[0005] 因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种借助于电刷镀对基质进行电化学涂覆的方法，在所述方法中可以实现相对高的粒子涂装比率。

[0006] 该技术问题按照本发明的设想，是借助于本文开头所述的方法这样解决的，载体通过两个在流体技术上相互独立的输送系统，即用于电解液的第一管路系统以及用于粒子的第二管路系统馈给，在所述第一管路系统中，粒子的浓度比所要求的浓度至少减低或者不存在粒子，借助于所述第二管路系统，将粒子添加到电解液中，直至在该电解液中达到所要求的粒子浓度为止。通过按照本发明的方法有利地实现，不必在电解液中形成稳定的粒子分布。确切地说，可以对下列状况加以利用，即，在电刷镀时，当输送到载体中的电解液到达待涂覆的基质的表面时，所经历的时间是很短暂的。此外，电解液通过由载体构成的毛细通道传输，所述毛细通道增加了在电解液中发生团聚的难度。因此在从电解液的成分中对基质进行涂覆的短时间内，发生所不希望的粒子的团聚，极其不可能。其优点在于，也可以应用像CNT之类的本身难以分散在可供使用的电解液中的粒子。另一种对上述状况合理地加以利用的可能性在于，可以添加相对高浓度的粒子，所述浓度对于所涉及的电解液中的分散性来说，通常不再稳定。由此可以提高所生成涂层中粒子的涂装比率。可供支配用于形成具有分散粒子的电化学涂层的作业窗，因此有利地变大。

[0007] 电刷镀的另一个优点由下列方法得出，输送介质在涂层形成过程期间与基质接触。通过这种方式，遏制了树枝状涂层的生长，因为生成的涂层立即变得致密。否则因为树枝的形成将不利于CNT的涂装-对涂层质量起负面影响。

[0008] 按照本发明的一种尤其有利的设计方案规定，在电解液中所要求的粒子浓度，是一个处于分散稳定性临界值上方的值。由此造成的提高了所生成涂层中粒子涂装比率的优点，已作了说明。

[0009] 本发明的另一种设计方案规定，将第二管路系统中的粒子作为分散剂来输入。在此，同样可以采用气体(形成气溶胶)、液体(形成悬浮液)或者固体(形成固体混合物)作为分散剂。当使用固体时，优选从较大的粒子中形成可以便于操作、计量或者制造的粉末作为分散到待生成涂层中的粒子。但是也可以对被作成粉末涂装到待生成涂层中的粒子进行输送和计量。所以分散剂的应用，通常有利于简化操作。还可以优选采用电解液本身作为液态分散剂。以此使通过第一管路系统输入的电解液以及通过第二管路系统输入的电解液，仅仅在分散粒子的浓度上存在区别。构成流量主体的第一管路系统中的电解液，此时有利地未被配给大量的的粒子，从而可以有利地简化操作。尤其在多次使用电解液，也就是在进行了电刷镀以后把电解液收集且返回到馈给第一管路系统的存储器时，也可以使少量的粒子存在于该电解液中。这样，就不会造成已述的团聚的问题，因为当达到临界浓度时，粒子已经沉积在进行了电刷镀之后的接收槽中并且因此不会返回存储器中。

[0010] 另一方面，通过第二管路系统输入的相对少量的电解液，分别在其被应用之前的瞬间被加以混合，因而不需要这种悬浮液持久稳定。作为替代方案，也可以采用一种缩减了有关粒子的分散性的液体作为液态分散剂。这种分散剂当然允许以所希望的方式对电刷镀的涂覆过程发生影响。这些必须在选择时相应地加以考虑。

[0011] 如果将液体或者甚至固体作为分散剂输入，则可以将该液体或者固体有利地选取为，使得所述分散剂能够在电刷镀期间所具有的温度下被蒸发或者升华。以此方式使粒子在可以被涂装到所生成的涂层中之前，不能进行电刷镀作业。可能的话，采用一种防止气体状的分散剂在出口处进入外界环境的适当的收集装置。由此可以避免可能存在的健康方面的风险，或者利用所述分散剂用于重新生成分散剂。

[0012] 按照本方法的另一种设计方案规定，通过能量，尤其超声波的作用，防止粒子在第二管路系统中发生团聚。因此还可以有利地应用超临界分散剂，因为分散的粒子已经在第二管路系统中发生团聚的风险，通过能量的导入得以减低。尤其在应用超声波时，还可以将该超声波导入载体中，从而还能防止粒子在该区域中发生团聚。通过上述方法可以将这些粒子逐个地涂装到所生成涂层的基层中。

[0013] 如果所述粒子是纳米粒子，尤其CNT，则获得本发明的另一种有利的扩展设计。当使用纳米粒子时，可以有利地在待涂覆构件上生成尤其精细的涂层结构。此外，上面所述的防止纳米粒子在被涂装到涂层中以前发生团聚的机理，可以尤其有效地加以利用。尤其可以在不使用干扰涂覆功能的湿润剂的情况下，有利地将CNT涂装到金属基层中。

[0014] 此外，本发明还涉及通过电刷镀对基质进行电化学涂覆的装置，其具有将电解液输送到待涂覆基质上的允许液体渗透的载体以及用于电解液的第一管路系统，所述第一管路系统在所述载体旁具有排放口。

[0015] 这种装置在本文开头所述的JP01301897A中已加以说明。按照该文献的设想，将用于电刷镀的装置构造成圆筒形，其中采用一种海绵状的圆筒作为载体。在这种圆筒的内部，设有管路系统，所述管路系统具有在所述载体中央延伸的且具有细长的圆柱体形状。这种管状的管路系统具有多个通向载体材料的孔。

[0016] 此外，本发明要解决的技术问题还在于，提供一种通过电刷镀对基质进行电化学涂覆的装置，利用所述装置可以相对有效地生成分散着粒子的电化学涂层。

[0017] 按照本发明的设想，该技术问题是这样解决的，即，这种装置具有第二管路系统，所述第二管路系统可以与第一管路系统无关地被馈给且通向第一管路系统或者载体。因此，按照本发明的设想，提供了一种可能性，把要涂装到待生成涂层中的粒子，单独地输送给所述装置。根据这种第二管路系统是通向第一管路系统还是直接通向载体的不同情况，按照本发明，可以将要涂装到涂层中的粒子，在实施涂覆作业前瞬间，才输入涂覆电解液中。如此，可以有利地避免形成由涂覆电解液和待涂装粒子组成的分散剂。这样，产生一种将尤其粒子涂装到通过电化学方法生成的涂层中的可能性，所述粒子在被作为分散剂的电解液中的分散性是难以解决的。例如可以如已述及的那样，也避免使用会负面影响涂覆结果的湿润剂。

[0018] 按照本发明的一种扩展设计规定，将第一管路系统和第二管路系统组合在一个管路模块中，所述管路模块借助于其排放口与载体连通。以此方式可以有利地产生一种尤其紧凑的装置，在所述装置中，电解液和粒子所经过的路程，可以保持很短。由此可以有利地尽可能地避免粒子在电解液中发生团聚。此外，所述装置有利地具有一种简单的结构，从而可以例如方便地更换载体。

[0019] 按照本发明的另一种扩展设计规定，借助于一种超声波发生器对第二管路系统进行干预。所述发生器通过下列方式对第二管路系统进行干预，即，由发生器产生的超声波至少在第二管路系统中发生作用。超声波有利地使得在第二管路系统中被加以输送的粒子不发生团聚。例如还可以使在第二管路系统中被加以输送的粒子粉末，借助于超声波保持流动性。有关如何可以将超声波发生器应用到管路系统中的详细说明，例如可以从DE102004030523A1中获知。

[0020] 另外，如果第二管路系统通向第一管路系统或者通向载体的出口配备有计量阀，尤其压电阀，是有利的。也可以对本发明的这种设计方案进行变换，其中可以参考上述的DE102004030523A1的说明。通过应用压电阀，可以有利地非常精确地对添加到电解液中的粒子进行计量，即使这种粒子被加工成粉末。

[0021] 如果把由超声波产生的激励不仅作用于第二管路系统，而且还作用于第一管路系统和/或载体，是尤其有利的。通过这种方式可以避免或许仍处于电解液中的粒子发生团聚或者粒子在被导入电解液中之后发生团聚。此外，通过载体中超声波的影响，促进了电解液与粒子的充分混合。

附图说明

[0022] 接下来根据图纸对本发明的其他详情加以说明。相同或者类似的图上元件在此分别标有相同的附图标记，并且只有当单张附图之间存在差别时，才加以多次说明。附图中：

[0023] 图1示出在应用按照本发明的装置的实施例的情况下，按照本发明的方法的实施例的流程示意图，

[0024] 图2示出按照本发明的装置的另一个实施例的立体示意图，以及[0025] 图3示出可以被应用于按照本发明的装置的另一个实施例的管路模块的剖面图。

具体实施方式

[0026] 按照本发明的装置11具有载体12和管路模块13，在所述管路模块13上连接着所述载体12。所述载体是一种可以被安置到基质15表面14上的刷子。正如接下来将详细说明的那样，可以利用所述装置在基质15上生成涂层16，在所述涂层16中分散着未被详细示出的粒子。

[0027] 为了达到生成涂层16的目的，将基质15安置在接收槽17中。此外将基质15和装置11接上电源，其中将所述基质接成阴极。将电解液从电解液存储器19中输入载体12中。这种电解液含有构成涂层16的金属基层(未详细示出)的涂覆材料的离子。此外，把要涂装到涂层16中的粒子，从含有粒子的高浓度悬浮液的粒子存储器20中导入载体12中。

[0028] 管路模块13具有用于电解液的第一管路系统21以及用于粒子的第二管路系统22。这两个系统是彼此独立的，也就是说，第一管路系统可以通过电解液存储器19馈给，而第二管路系统22可以与之无关地由粒子存储器20馈给。随后在载体中进行电解液与粒子的混合，其中具有电解液成分的液体还优选被用作粒子的分散剂。

[0029] 为了形成涂层16，现在将装置11沿图示方向(箭头)在表面14上方牵引。在此必须保持粒子和电解液的稳定流动。通过施加电压，致使涂层16相对快速地形成，其中与粒子混合后多余的电解液，被接收在接收槽17中。回流管路23从该接收槽17通往分离装置24，在那里，粒子又从电解液中被分离出来。现在只含有少量粒子的电解液，被返回电解液存储器19中，而被高度浓缩在电解液液体中的粒子，被返回粒子存储器20中。现在可以利用重新获得的电解液或者重新获得的粒子继续进行涂覆作业。在此要考虑的是，当生成涂层16时，必须以未示出的方式对移置到表面14上的物质加以补充。

[0030] 如果把线材25用作按照图1的基质15，则按照图2的装置11适用于涂覆所述线材25。因此同样将所述装置构造成管状。首先将载体12，一种多空隙的海绵状组织，构造成圆柱形，并且在中心轴上具有用于线材25的通孔。装置可以沿所示箭头方向在线材上来回移动。

[0031] 为了能够进行涂覆，将管路模块13环状地围绕载体12布设，也就是说，管路模块形成一种管状的轴环。通过第一管路系统21将电解液供给这种轴环。在此采用一种中央套管，其中电解液穿过载体12传输，此时也与线材25产生接触并且在管路模块13的管状轴环的端部被排出。

[0032] 此外，第二管路系统22被构造在管路模块13的侧壁上且具有多个用于把粒子输送到载体12中的出口26。这些出口均匀地在管路模块的长度及其圆周上分布。在此考虑到粒子在载体12中的扩散比电解液受限，所以在载体12中的均匀分布是通过大量的出口26达成的。

[0033] 将粒子导入第二管路系统22中，是通过未详细示出的连接模块27实现的。这种连接模块27此外还分别具有一个超声波发生器28。将这种发生器28的尺寸确定成，使得超声波能够在整个管路模块13中传播。所述超声波遏制了粒子在第二管路系统22中发生团聚。

[0034] 在图3中示出了装置的剖面图，从中可以获知管路模块13与载体12的配合作用。所述载体12仍然由海绵状的、弹性的、多空隙的组织组成，其中可识别出空隙29。管路模块具有构成排放口30的第一管路系统21，所述排放口30与载体12邻接。可以将电解液从排放口压入空隙29中。

[0035] 与按照图2的实施例不同，第二管路系统22平行于第一管路系统21地布设。第二管路系统的出口26不通向载体12，而通向第一管路系统21。此时电解液与已处于第一管路系统中的粒子发生充分混合，这样做的优点是，使用于充分混合所需的扩散过程此时还能够相对不受干扰地进行。以此方法制成的电解液分散剂在载体中还必须经过的路程很短，因而既不会发生粒子的离析，也不会发生粒子的团聚。

[0036] 在第二管路系统中，可以有利地将粒子作成粉末来输送。为了防止粒子团聚，将发生器28直接布设在第二管路系统22中。这种发生器可以例如由压电晶体构成。此外，对处于第二管路系统22中的粉末的计量，可以通过在出口26上设置计量阀31而加以简化。可以将这种计量阀构造成压电阀。通过应用压电技术，可以有利地实现一种非常紧凑的管路模块结构形式。因而可以使第一和第二管路系统中的路程保持很短，从而避免了粒子在到达待涂覆表面之前发生团聚。