專利名稱：通過電刷鍍對基質(zhì)進行電化學(xué)涂覆的方法以及用于實施該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過電刷鍍對基質(zhì)進行電化學(xué)涂覆的方法，其中分散著粒子的電 解液，在使用載體的情況下被涂覆到基質(zhì)上，此時在所述基質(zhì)上生成金屬涂層，粒子被涂裝 到所述金屬涂層的基層中。
背景技術(shù)：
本文開頭所述類型的方法，可以例如從JP01301897A中獲知。為了生成分散著粒 子的涂層，按照該文獻的設(shè)想提出，采用電刷鍍方法。所述電刷鍍，可以理解為一種電化學(xué) 的涂覆方法，其中不是將待涂覆的基質(zhì)浸入電解液中，而是將電解液借助于一種被稱為刷 子的載體涂覆到基質(zhì)上。在此不必采用狹義意義上的刷子。相反地，載體必須具備下列性 能，即，由于首要的毛細作用可以將電解液輸送到基質(zhì)上。因為要在單根鬃毛之間產(chǎn)生適合 用于輸送電解液的毛細通道，所以例如刷子是適合用于此類用途的。其它適合用于輸送電 解液的結(jié)構(gòu)是，例如海綿狀的，也就是多空隙的、本身具有彈性的材料。為了能夠有效地進行涂覆，通過一種通道系統(tǒng)供給載體以電解液，所述通道系統(tǒng) 與載體的毛細通道流通。與傳統(tǒng)的將基質(zhì)浸入電解液中的電化學(xué)涂覆法相比，主要優(yōu)點在 于，通過持續(xù)不斷的電解液的再輸入，可以實現(xiàn)較高的材料滲透率。與此相應(yīng)地，可以例如 在電鍍涂覆時轉(zhuǎn)移較高的分離流量，因此可以快速地形成涂層。與電解槽不同，在電刷鍍時 可以通過電解液持續(xù)不斷的流動，避免由于電解液中有限的擴散速度而出現(xiàn)會限制涂覆速 度的靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)然，還公知將粒子涂裝到以電化學(xué)方法生成的涂層中，所述涂層是在電化學(xué)槽 中被加以涂覆的。例如，根據(jù)US2007/0036978A1公知，將CNT(該縮略詞在下面被用于 Carbon Nano Tubes或者碳納米管)涂裝到以電化學(xué)方法分離的涂層中。當(dāng)然，在此通過使 該CNT只可以限制性地分散在電化學(xué)槽中的方法，提出其它的限制CNT涂裝的因素。提出 問題，如何形成穩(wěn)定的分散性，也就是經(jīng)歷24小時以上較長的時間間隔，還能穩(wěn)定地保持 的分散性。雖然存在通過應(yīng)用濕潤劑對分散性加以鞏固的可能性，但是這種濕潤劑隨后至 少部分地也會分離到涂層中。借助于將CNT涂裝到電化學(xué)的涂層中，力爭達到例如傳導(dǎo)性 能的改善。優(yōu)先駐留在CNT表面的濕潤劑的存在，則限制了所期望的效應(yīng)，即，將CNT涂裝 到以電化學(xué)方法分離的涂層的金屬基層中。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種借助于電刷鍍對基質(zhì)進行電化學(xué)涂 覆的方法，在所述方法中可以實現(xiàn)相對高的粒子涂裝比率。該技術(shù)問題按照本發(fā)明的設(shè)想，是借助于本文開頭所述的方法這樣解決的，載體 通過兩個在流體技術(shù)上相互獨立的輸送系統(tǒng)，即用于電解液的第一管路系統(tǒng)以及用于粒子 的第二管路系統(tǒng)饋給，在所述第一管路系統(tǒng)中，粒子的濃度比所要求的濃度至少減低或者不存在粒子，借助于所述第二管路系統(tǒng)，將粒子添加到電解液中，直至在該電解液中達到所 要求的粒子濃度為止。通過按照本發(fā)明的方法有利地實現(xiàn)，不必在電解液中形成穩(wěn)定的粒 子分布。確切地說，可以對下列狀況加以利用，即，在電刷鍍時，當(dāng)輸送到載體中的電解液到 達待涂覆的基質(zhì)的表面時，所經(jīng)歷的時間是很短暫的。此外，電解液通過由載體構(gòu)成的毛細 通道傳輸，所述毛細通道增加了在電解液中發(fā)生團聚的難度。因此在從電解液的成分中對 基質(zhì)進行涂覆的短時間內(nèi)，發(fā)生所不希望的粒子的團聚，極其不可能。其優(yōu)點在于，也可以 應(yīng)用像CNT之類的本身難以分散在可供使用的電解液中的粒子。另一種對上述狀況合理地 加以利用的可能性在于，可以添加相對高濃度的粒子，所述濃度對于所涉及的電解液中的 分散性來說，通常不再穩(wěn)定。由此可以提高所生成涂層中粒子的涂裝比率?？晒┲溆糜?形成具有分散粒子的電化學(xué)涂層的作業(yè)窗，因此有利地變大。電刷鍍的另一個優(yōu)點由下列方法得出，輸送介質(zhì)在涂層形成過程期間與基質(zhì)接 觸。通過這種方式，遏制了樹枝狀涂層的生長，因為生成的涂層立即變得致密。否則因為樹 枝的形成將不利于CNT的涂裝-對涂層質(zhì)量起負面影響。按照本發(fā)明的一種尤其有利的設(shè)計方案規(guī)定，在電解液中所要求的粒子濃度，是 一個處于分散穩(wěn)定性臨界值上方的值。由此造成的提高了所生成涂層中粒子涂裝比率的優(yōu) 點，已作了說明。本發(fā)明的另一種設(shè)計方案規(guī)定，將第二管路系統(tǒng)中的粒子作為分散劑來輸入。在 此，同樣可以采用氣體(形成氣溶膠)、液體(形成懸浮液)或者固體(形成固體混合物) 作為分散劑。當(dāng)使用固體時，優(yōu)選從較大的粒子中形成可以便于操作、計量或者制造的粉末 作為分散到待生成涂層中的粒子。但是也可以對被作成粉末涂裝到待生成涂層中的粒子進 行輸送和計量。所以分散劑的應(yīng)用，通常有利于簡化操作。還可以優(yōu)選采用電解液本身作 為液態(tài)分散劑。以此使通過第一管路系統(tǒng)輸入的電解液以及通過第二管路系統(tǒng)輸入的電解 液，僅僅在分散粒子的濃度上存在區(qū)別。構(gòu)成流量主體的第一管路系統(tǒng)中的電解液，此時有 利地未被配給大量的的粒子，從而可以有利地簡化操作。尤其在多次使用電解液，也就是在 進行了電刷鍍以后把電解液收集且返回到饋給第一管路系統(tǒng)的存儲器時，也可以使少量的 粒子存在于該電解液中。這樣，就不會造成已述的團聚的問題，因為當(dāng)達到臨界濃度時，粒 子已經(jīng)沉積在進行了電刷鍍之后的接收槽中并且因此不會返回存儲器中。另一方面，通過第二管路系統(tǒng)輸入的相對少量的電解液，分別在其被應(yīng)用之前的 瞬間被加以混合，因而不需要這種懸浮液持久穩(wěn)定。作為替代方案，也可以采用一種縮減了 有關(guān)粒子的分散性的液體作為液態(tài)分散劑。這種分散劑當(dāng)然允許以所希望的方式對電刷鍍 的涂覆過程發(fā)生影響。這些必須在選擇時相應(yīng)地加以考慮。如果將液體或者甚至固體作為分散劑輸入，則可以將該液體或者固體有利地選取 為，使得所述分散劑能夠在電刷鍍期間所具有的溫度下被蒸發(fā)或者升華。以此方式使粒子 在可以被涂裝到所生成的涂層中之前，不能進行電刷鍍作業(yè)?？赡艿脑?，采用一種防止氣體 狀的分散劑在出口處進入外界環(huán)境的適當(dāng)?shù)氖占b置。由此可以避免可能存在的健康方面 的風(fēng)險，或者利用所述分散劑用于重新生成分散劑。按照本方法的另一種設(shè)計方案規(guī)定，通過能量，尤其超聲波的作用，防止粒子在第 二管路系統(tǒng)中發(fā)生團聚。因此還可以有利地應(yīng)用超臨界分散劑，因為分散的粒子已經(jīng)在第 二管路系統(tǒng)中發(fā)生團聚的風(fēng)險，通過能量的導(dǎo)入得以減低。尤其在應(yīng)用超聲波時，還可以將該超聲波導(dǎo)入載體中，從而還能防止粒子在該區(qū)域中發(fā)生團聚。通過上述方法可以將這些 粒子逐個地涂裝到所生成涂層的基層中。如果所述粒子是納米粒子，尤其CNT，則獲得本發(fā)明的另一種有利的擴展設(shè)計。當(dāng) 使用納米粒子時，可以有利地在待涂覆構(gòu)件上生成尤其精細的涂層結(jié)構(gòu)。此外，上面所述的 防止納米粒子在被涂裝到涂層中以前發(fā)生團聚的機理，可以尤其有效地加以利用。尤其可 以在不使用干擾涂覆功能的濕潤劑的情況下，有利地將CNT涂裝到金屬基層中。此外，本發(fā)明還涉及通過電刷鍍對基質(zhì)進行電化學(xué)涂覆的裝置，其具有將電解液 輸送到待涂覆基質(zhì)上的允許液體滲透的載體以及用于電解液的第一管路系統(tǒng)，所述第一管 路系統(tǒng)在所述載體旁具有排放口。這種裝置在本文開頭所述的JP01301897A中已加以說明。按照該文獻的設(shè)想，將 用于電刷鍍的裝置構(gòu)造成圓筒形，其中采用一種海綿狀的圓筒作為載體。在這種圓筒的內(nèi) 部，設(shè)有管路系統(tǒng)，所述管路系統(tǒng)具有在所述載體中央延伸的且具有細長的圓柱體形狀。這 種管狀的管路系統(tǒng)具有多個通向載體材料的孔。此外，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題還在于，提供一種通過電刷鍍對基質(zhì)進行電化學(xué) 涂覆的裝置，利用所述裝置可以相對有效地生成分散著粒子的電化學(xué)涂層。按照本發(fā)明的設(shè)想，該技術(shù)問題是這樣解決的，S卩，這種裝置具有第二管路系統(tǒng)， 所述第二管路系統(tǒng)可以與第一管路系統(tǒng)無關(guān)地被饋給且通向第一管路系統(tǒng)或者載體。因 此，按照本發(fā)明的設(shè)想，提供了一種可能性，把要涂裝到待生成涂層中的粒子，單獨地輸送 給所述裝置。根據(jù)這種第二管路系統(tǒng)是通向第一管路系統(tǒng)還是直接通向載體的不同情況， 按照本發(fā)明，可以將要涂裝到涂層中的粒子，在實施涂覆作業(yè)前瞬間，才輸入涂覆電解液 中。如此，可以有利地避免形成由涂覆電解液和待涂裝粒子組成的分散劑。這樣，產(chǎn)生一種 將尤其粒子涂裝到通過電化學(xué)方法生成的涂層中的可能性，所述粒子在被作為分散劑的電 解液中的分散性是難以解決的。例如可以如已述及的那樣，也避免使用會負面影響涂覆結(jié) 果的濕潤劑。按照本發(fā)明的一種擴展設(shè)計規(guī)定，將第一管路系統(tǒng)和第二管路系統(tǒng)組合在一個管 路模塊中，所述管路模塊借助于其排放口與載體連通。以此方式可以有利地產(chǎn)生一種尤其 緊湊的裝置，在所述裝置中，電解液和粒子所經(jīng)過的路程，可以保持很短。由此可以有利地 盡可能地避免粒子在電解液中發(fā)生團聚。此外，所述裝置有利地具有一種簡單的結(jié)構(gòu)，從而 可以例如方便地更換載體。按照本發(fā)明的另一種擴展設(shè)計規(guī)定，借助于一種超聲波發(fā)生器對第二管路系統(tǒng)進 行干預(yù)。所述發(fā)生器通過下列方式對第二管路系統(tǒng)進行干預(yù)，即，由發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波 至少在第二管路系統(tǒng)中發(fā)生作用。超聲波有利地使得在第二管路系統(tǒng)中被加以輸送的粒 子不發(fā)生團聚。例如還可以使在第二管路系統(tǒng)中被加以輸送的粒子粉末，借助于超聲波 保持流動性。有關(guān)如何可以將超聲波發(fā)生器應(yīng)用到管路系統(tǒng)中的詳細說明，例如可以從 DE102004030523A1 中獲知。另外，如果第二管路系統(tǒng)通向第一管路系統(tǒng)或者通向載體的出口配備有計量閥， 尤其壓電閥，是有利的。也可以對本發(fā)明的這種設(shè)計方案進行變換，其中可以參考上述的 DE102004030523A1的說明。通過應(yīng)用壓電閥，可以有利地非常精確地對添加到電解液中的 粒子進行計量，即使這種粒子被加工成粉末。
如果把由超聲波產(chǎn)生的激勵不僅作用于第二管路系統(tǒng)，而且還作用于第一管路系 統(tǒng)和/或載體，是尤其有利的。通過這種方式可以避免或許仍處于電解液中的粒子發(fā)生團 聚或者粒子在被導(dǎo)入電解液中之后發(fā)生團聚。此外，通過載體中超聲波的影響，促進了電解 液與粒子的充分混合。


接下來根據(jù)圖紙對本發(fā)明的其他詳情加以說明。相同或者類似的圖上元件在此分 別標(biāo)有相同的附圖標(biāo)記，并且只有當(dāng)單張附圖之間存在差別時，才加以多次說明。附圖中圖1示出在應(yīng)用按照本發(fā)明的裝置的實施例的情況下，按照本發(fā)明的方法的實施 例的流程示意圖，圖2示出按照本發(fā)明的裝置的另一個實施例的立體示意圖，以及圖3示出可以被應(yīng)用于按照本發(fā)明的裝置的另一個實施例的管路模塊的剖面圖。
具體實施例方式按照本發(fā)明的裝置11具有載體12和管路模塊13，在所述管路模塊13上連接著所 述載體12。所述載體是一種可以被安置到基質(zhì)15表面14上的刷子。正如接下來將詳細說 明的那樣，可以利用所述裝置在基質(zhì)15上生成涂層16，在所述涂層16中分散著未被詳細示 出的粒子。為了達到生成涂層16的目的，將基質(zhì)15安置在接收槽17中。此外將基質(zhì)15和 裝置11接上電源，其中將所述基質(zhì)接成陰極。將電解液從電解液存儲器19中輸入載體12 中。這種電解液含有構(gòu)成涂層16的金屬基層(未詳細示出)的涂覆材料的離子。此外， 把要涂裝到涂層16中的粒子，從含有粒子的高濃度懸浮液的粒子存儲器20中導(dǎo)入載體12 中。管路模塊13具有用于電解液的第一管路系統(tǒng)21以及用于粒子的第二管路系統(tǒng) 22。這兩個系統(tǒng)是彼此獨立的，也就是說，第一管路系統(tǒng)可以通過電解液存儲器19饋給，而 第二管路系統(tǒng)22可以與之無關(guān)地由粒子存儲器20饋給。隨后在載體中進行電解液與粒子 的混合，其中具有電解液成分的液體還優(yōu)選被用作粒子的分散劑。為了形成涂層16，現(xiàn)在將裝置11沿圖示方向(箭頭)在表面14上方牽引。在此 必須保持粒子和電解液的穩(wěn)定流動。通過施加電壓，致使涂層16相對快速地形成，其中與 粒子混合后多余的電解液，被接收在接收槽17中?；亓鞴苈?3從該接收槽17通往分離裝 置24，在那里，粒子又從電解液中被分離出來?，F(xiàn)在只含有少量粒子的電解液，被返回電解 液存儲器19中，而被高度濃縮在電解液液體中的粒子，被返回粒子存儲器20中?，F(xiàn)在可以 利用重新獲得的電解液或者重新獲得的粒子繼續(xù)進行涂覆作業(yè)。在此要考慮的是，當(dāng)生成 涂層16時，必須以未示出的方式對移置到表面14上的物質(zhì)加以補充。如果把線材25用作按照圖1的基質(zhì)15，則按照圖2的裝置11適用于涂覆所述線 材25。因此同樣將所述裝置構(gòu)造成管狀。首先將載體12，一種多空隙的海綿狀組織，構(gòu)造 成圓柱形，并且在中心軸上具有用于線材25的通孔。裝置可以沿所示箭頭方向在線材上來 回移動。為了能夠進行涂覆，將管路模塊13環(huán)狀地圍繞載體12布設(shè)，也就是說，管路模塊
6形成一種管狀的軸環(huán)。通過第一管路系統(tǒng)21將電解液供給這種軸環(huán)。在此采用一種中央 套管，其中電解液穿過載體12傳輸，此時也與線材25產(chǎn)生接觸并且在管路模塊13的管狀 軸環(huán)的端部被排出。此外，第二管路系統(tǒng)22被構(gòu)造在管路模塊13的側(cè)壁上且具有多個用于把粒子輸 送到載體12中的出口 26。這些出口均勻地在管路模塊的長度及其圓周上分布。在此考慮 到粒子在載體12中的擴散比電解液受限，所以在載體12中的均勻分布是通過大量的出口 26達成的。將粒子導(dǎo)入第二管路系統(tǒng)22中，是通過未詳細示出的連接模塊27實現(xiàn)的。這種 連接模塊27此外還分別具有一個超聲波發(fā)生器28。將這種發(fā)生器28的尺寸確定成，使得 超聲波能夠在整個管路模塊13中傳播。所述超聲波遏制了粒子在第二管路系統(tǒng)22中發(fā)生 團聚。在圖3中示出了裝置的剖面圖，從中可以獲知管路模塊13與載體12的配合作用。 所述載體12仍然由海綿狀的、彈性的、多空隙的組織組成，其中可識別出空隙29。管路模塊 具有構(gòu)成排放口 30的第一管路系統(tǒng)21，所述排放口 30與載體12鄰接?？梢詫㈦娊庖簭呐?放口壓入空隙29中。與按照圖2的實施例不同，第二管路系統(tǒng)22平行于第一管路系統(tǒng)21地布設(shè)。第 二管路系統(tǒng)的出口 26不通向載體12，而通向第一管路系統(tǒng)21。此時電解液與已處于第一 管路系統(tǒng)中的粒子發(fā)生充分混合，這樣做的優(yōu)點是，使用于充分混合所需的擴散過程此時 還能夠相對不受干擾地進行。以此方法制成的電解液分散劑在載體中還必須經(jīng)過的路程很 短，因而既不會發(fā)生粒子的離析，也不會發(fā)生粒子的團聚。在第二管路系統(tǒng)中，可以有利地將粒子作成粉末來輸送。為了防止粒子團聚，將發(fā) 生器28直接布設(shè)在第二管路系統(tǒng)22中。這種發(fā)生器可以例如由壓電晶體構(gòu)成。此外，對 處于第二管路系統(tǒng)22中的粉末的計量，可以通過在出口 26上設(shè)置計量閥31而加以簡化。 可以將這種計量閥構(gòu)造成壓電閥。通過應(yīng)用壓電技術(shù)，可以有利地實現(xiàn)一種非常緊湊的管 路模塊結(jié)構(gòu)形式。因而可以使第一和第二管路系統(tǒng)中的路程保持很短，從而避免了粒子在 到達待涂覆表面之前發(fā)生團聚。
權(quán)利要求
1.一種通過電刷鍍對基質(zhì)(15)進行電化學(xué)涂覆的方法，其中分散著粒子的電解液， 在使用載體(12)的情況下，被涂覆到基質(zhì)(15)上，此時在所述基質(zhì)(15)上生成金屬涂層 (16)，粒子被涂裝到所述金屬涂層(16)的基層中，其特征在于，載體通過兩個在流體技術(shù) 上互相獨立的輸送系統(tǒng)饋給，即，通過用于電解液的第一管路系統(tǒng)和用于粒子的第二管路 系統(tǒng)， 在所述第一管路系統(tǒng)中，粒子的濃度比所要求的濃度至少減低，或者不存在粒子，以及眷借助于所述第二管路系統(tǒng)，粒子被添加到電解液中，直至在該電解液中達到所要求 的粒子濃度。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在電解液中所要求的粒子濃度，是處于分 散穩(wěn)定性臨界值上方的值。
3.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在第二管路系統(tǒng)中的粒子被 作為分散劑輸入。
4.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，將粒子作成粉末在第二管路 系統(tǒng)中輸送。
5.按照權(quán)利要求3或4中任一項所述的方法，其特征在于，通過能量、尤其超聲波的作 用，阻止粒子在第二管路系統(tǒng)中發(fā)生團聚。
6.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，采用納米粒子，尤其CNT作為 所述粒子。
7.—種通過電刷鍍對基質(zhì)(15)進行電化學(xué)涂覆的裝置，具有 允許液體滲透的載體(12)，用于將電解液輸送到待涂覆的基質(zhì)(15)上，以及 在載體(12)旁具有排放口(30)的用于電解液的第一管路系統(tǒng)(21)，其特征在于，所 述裝置具有第二管路系統(tǒng)(22)，所述第二管路系統(tǒng)(22)可以與第一管路系統(tǒng)無關(guān)地被饋 給，且通入第一管路系統(tǒng)(21)或者載體(12)中。
8.按照權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，將第一管路系統(tǒng)(21)和第二管路系統(tǒng) (22)組合在一個管路模塊中，所述管路模塊借助其排放口(30)與載體(12)連通。
9.按照權(quán)利要求7或8中任一項所述的裝置，其特征在于，借助于超聲波發(fā)生器(28) 對第二管路系統(tǒng)(22)進行干預(yù)。
10.按照權(quán)利要求7至9中任一項所述的裝置，其特征在于，第二管路系統(tǒng)(22)的通向 第一管路系統(tǒng)(21)或者通向載體(12)的出口，配備了計量閥(31)，尤其壓電閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過電刷鍍對基質(zhì)(15)進行電化學(xué)涂覆的方法。這種方法得借助于電解液進行，在所述電解液中分散著粒子，所述粒子將被涂裝到待生成涂層(16)中去。按照本發(fā)明，提議，將粒子通過一種單獨的管路系統(tǒng)(22)添加給用于電解液的載體(12)。電解液通過管路系統(tǒng)(21)加入。通過這種方式有利地實現(xiàn)，可以阻止粒子在電解液中發(fā)生團聚，因為在輸入粒子后一直到生成涂層(16)，只經(jīng)歷了很短的時間。同時本申請還請求保護一種具有兩個被設(shè)計用于上述用途的管路系統(tǒng)(21，22)的電化學(xué)涂覆裝置。
文檔編號C25D5/20GK102007233SQ200980113630
公開日2011年4月6日 申請日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月16日
發(fā)明者丹尼爾·雷茲尼克, 弗蘭克·海因里克斯多夫, 漢斯-理查德·克雷奇默, 詹斯·D·詹森, 阿諾·斯泰肯伯恩 申請人:西門子公司