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Kupfer

26.07.2018

Kupfer und Kupferlegierungen werden galvanisch und chemisch abgeschieden, um deren gute elektrische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit auszunutzen. Darüber hinaus ist es möglich, eine mikroraue Oberfläche durch eine Verkupferung einzuebnen und damit eine glänzende Oberfläche zu erzeugen. Zur Nutzung der guten elektrischen Leitfähigkeit wird in der Regel hochreines Kupfer aus Elektrolyten ohne oder mit nur sehr geringen Zusätzmengen abgeschieden. Zum Einsatz kommen hier Elektrolyte auf Basis von Kupfersulfat, aus denen beispielsweise Kupferfolien für Leiterplatten hergestellt werden. Ebenfalls reines Kupfer wird auf ICs abgeschieden. Hierbei wird neben der guten Leitfähigkeit die sehr gute Streufähigkeit von Kupferelektrolyten genutzt, um die feinen Leiter durch Füllen der strukturierten Siliziumoberfläche herzustellen. Auf galvanisierfähigen Kunststoffen (bevorzugt ABS) wird die Möglichkeit zur Herstellung von hochglänzenden Oberflächen sowie die gute Korrosionsbeständigkeit genutzt. In Kombination mit Nickel und Chrom waren Kupferschichten lange Zeit ein Teil der hochqualitativen Korrosionsschutzschichten beispielsweise auf Armaturenteilen der Sanitärindustrie. Aus Kostengründen wird heute auf Kupfer verzichtet. 

Neben reinem Kupfer sind die Kupferlegierungen Messing und Bronze wichtige Legierungen, die beide auch durch galvanische Verfahren als Schicht abscheidbar sind. Messingschichten werden in unterschiedlicher Zusammensetzung von Weiß bis goldfarben eingesetzt, beispielsweise in der Möbelindustrie oder auch zur Verbesserung der Haftfestigkeit von Gummi auf Stahldrähten in der Reifenherstellung. Kupfer-Zinn-Legierungen (Bronzen) lassen sich ebenfalls in unterschiedlicher Zusammensetzung und damit auch in unterschiedlichen Farben von Weiß bis Rot abscheiden. Die Kupfer- beziehungsweise Kupferlegierungsschichten sind durch einen weiten Bereich der Härte und Duktilität charakterisiert. In der Regel steigt der elektrische Widerstand der Schichten mit dem Anteil an Fremdstoffen (Zusätze, die eingebaut werden) beziehungsweise Legierungspartner, weshalb für elektrotechnische Anwendungen bevorzugt hochreines Kupfer verwendet wird. Fremdstoffe und Legierungsmetalle erhöhen die Härte und reduzieren die Dehnung der Kupferschichten. Letzteres macht sich bei sehr dicken Schichten auch im Verhalten der beschichteten Teile bemerkbar, insbesondere dann, wenn die Schichtdicken in den Bereich von einigen Millimetern gehen. Je nach Einsatzgebiet liegen die üblichen Kupferschichtdicken im Bereich von wenigen Mikrometern (für elektrotechnische Anwendungen) bis zu mehreren Millimetern, wenn die mechanischen Eigenschaften gefragt sind. Für dekorative Zwecke sind zwischen etwa 5 µm und 40 µm dicke Schichten gebräuchlich.

Tab.: Eigenschaften von galvanisch abgeschiedenem Kupfer

Parameter Kupfer, hochrein Kupfer mit Zusätzen Kupfer-Zink Kupfer-Zinn
Zugfestigkeit 120-150 N/mm2 200 – 540 N/mm2 900-1100 N/mm2
Dehnung 11-15 % 1-40 %
Härte 120-135 HV 40-350 HV 100-600 HV 200-600 HV