Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Metallisierung von Kunststoffen und Verbundmaterialien mit innovativen Atmosphärendruckplasmatechnologien

Zur Metallisierung von Kunststoffoberflächen benötigt man nach aktuellem Stand der Technik mehrere Badprozesse für die Vorbehandlung der Oberfläche gefolgt von einem Galvanisierungs- oder stromlosen Abscheidungsverfahren. Die zugehörigen Vorbehandlungsschritte benötigen teils umweltbedenkliche Chemikalien, wie z.B. Cr(VI)-haltige Verbindungen, die nach aktuellen EU-Richtlinien zeitnah verboten werden.

Ziel des Projektes METAPLAST ist daher die Entwicklung von trockenchemischen und umweltfreundlichen Plasmatechniken für die Abscheidung von metallischen Schichten auf Polymeroberflächen unter atmosphärischen Bedingungen. Die Verfahren sollen dabei derart ausgelegt werden, dass sie auch auf thermosensitiven Materialien anwendbar und für eine nachfolgende Metallisierung geeignet sind. Die notwendigen Badprozesse für die Vorbehandlung der Polymeroberflächen können so ersetzt werden. Zudem ermöglicht die Verwendung von Atmosphärendruck-Plasmadüsen eine maskenlose, lokale Metallisierung.

Eine der verwendeten Plasmaquellen („Ion-Jet torch“) ist für die Abscheidung vergleichsweise dicker (1 – 100 µm) Schichten geeignet, wodurch die Galvanisierung komplett ersetzt werden kann. Das Ergebnis ist ein vollständig chemikalienfreier Beschichtungsprozess für die Erzeugung von metallischen Schichten auf Polymeroberflächen. Nachteilig dabei sind die rauen Oberflächen. Für Anwendungen die eine möglichst glatte Oberfläche benötigen, bieten sich deshalb vor allem dünne Beschichtungen (50 nm – 1 µm) an, die mit einer zweiten Plasmaquelle hergestellt („Arc-PVD jet“) und einer nachfolgenden Metallbeschichtung kombiniert werden. Das Projekt profitiert dabei vor allem aus der engen Zusammenarbeit zwischen den Partnern MATERIA Nova (Wallonie, Belgien) und Fraunhofer IFAM (Bremen, Deutschland). Die Deutsche Forschungsgesellschaft für Oberflächentechnik e.V. (DFO / Neuss) koordiniert das Projekt und bewertet die entwickelten Technologien hinsichtlich ihrer industriellen Anwendbarkeit.

Ergebniszusammenfassung:

Das im Rahmen des Projektes entwickelte Arc-PVD-Verfahren ermöglicht die Bekeimung von Polymeroberflächen mit Pd-Partikeln vor der Durchführung der stromlosen bzw. galvanischen Metallisierungsprozesse. Dieser auf der Atmosphärendruck-Plasmatechnik beruhende einstufige Prozess ist trocken, inline-fähig und bietet somit eine Alternative zu den herkömmlichen mehrstufigen nasschemischen Vorbehandlungen. Außerdem ermöglicht der erprobte technische Ansatz eine bedarfsgerechte, lokale Metallisierung verschiedener Polymerarten. Das bei Materia Nova entwickelte Plasma-IonJet-Verfahren ermöglicht die Abscheidung von Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt (Kupfer, Zinn, Zink) aus Pulver auf verschiedenen Polymerarten und ermöglicht anschließende weiterführende Metallisierung.

Beide Verfahren stellen aufgrund der im Vergleich zum herkömmlichen Vorbehandlungsprozess hohen Prozesskosten aus ökonomischer Sicht insbesondere für Spezialanwendungen Alternativen dar, bei denen Bauteile lokal begrenzt metallisiert werden sollen und die Prozess- und/ oder Rohstoffkosten relativ hoch sind. Hier ist z.B. die Laser-Direkt-Strukturierung (LDS) zu nennen, bei der relativ hochpreisige mit Metall-Verbindungen additivierte Kunststoffe eingesetzt werden. Diese könnten durch Standard-Kunststoffe ersetzt werden.