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Ermittlung von Bad- und Prozessparametern bei der galvanischen Abscheidung von Trennmembranen

Lippold, Frank (2005):
Ermittlung von Bad- und Prozessparametern bei der galvanischen Abscheidung von Trennmembranen.
Technische Universität Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit beschreibt den Einfluss der Bad- und Prozessparameter von Nickelsulfamatbädern auf die inneren Spannungen, das E-Modul und die Querkontraktionszahl der galvanisch abgeschiedene Metallschicht. Durch die exakte Einstellung dieser Materialeigenschaften, kann die Vorspannung und die Nachgiebigkeit von galvanisch abgeschiedener Trennmembranen definiert eingestellt werden, um das Übertragungsverhalten zu optimieren.

Beim galvanischen Prozess hat nicht nur die Badzusammensetzung, die im Nickelsulfamat- und Nickelchloridgehalt variiert wird einen Einfluss auf die Nickelschicht. Auch die Prozessparameter, wie die Temperatur, Stromdichte und der pH-Wert wirken auf die Materialeigenschaften ein.

Nickelschichten verformen durch die inneren Spannungen das Substrat, auf dem sie abgeschieden sind. Dieser Effekt wird auch für ihre Messung genutzt. Abhängig von der Geometrie des Substrats und der Art der Beschichtung kommt es zu einer Längenänderung oder Durchbiegung. Hier ist ein Messverfahren zur Durchbiegungsmessung umgesetzt.

An dem einseitig beschichteten Substrat lässt sich durch einen Biegeversuch das E-Modul und die Querkontraktionszahl bestimmen.

Es wird experimentell nachgewiesen, dass die mechanischen Spannungen in einem weiten Bereich variiert werden können. So können Druckspannungen bis zu 60 N/mm2 und Zugspannungen von 120 N/mm2 in den Nickelschichten erzeugt werden.

Durch eine softwaregestützte Versuchsauswertung ist es möglich, die einzelnen Einflussgrößen getrennt, aber auch die Wechselwirkungseffekte, zu analysieren. Hier ist ein Regressionspolynom 2. Ordnung angenähert worden, welches lineare, quadratische und Wechselwirkungen enthält. Das angenäherte Polynom entspricht mit einem mittleren Fehler von 10,8% dem wahren Zusammenhang. Durch die Berücksichtigung von kubischen Anteilen kann dieser Fehler minimiert werden.

Das verwendete Galvanikbad war mit 1,8 l zu klein dimensioniert, ab 5 l ergeben sich stabile Verhältnisse. So sind bei einigen Versuchsreihen Zersetzungsprodukte entstanden, die die Messung verfälschten. Eine schlecht regulierbare Prozessgröße war bei den Untersuchungen der pH-Wert, der auch den größten Einfluss auf die Spannungen ausübt.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 2005
Creators: Lippold, Frank
Title: Ermittlung von Bad- und Prozessparametern bei der galvanischen Abscheidung von Trennmembranen
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit beschreibt den Einfluss der Bad- und Prozessparameter von Nickelsulfamatbädern auf die inneren Spannungen, das E-Modul und die Querkontraktionszahl der galvanisch abgeschiedene Metallschicht. Durch die exakte Einstellung dieser Materialeigenschaften, kann die Vorspannung und die Nachgiebigkeit von galvanisch abgeschiedener Trennmembranen definiert eingestellt werden, um das Übertragungsverhalten zu optimieren.

Beim galvanischen Prozess hat nicht nur die Badzusammensetzung, die im Nickelsulfamat- und Nickelchloridgehalt variiert wird einen Einfluss auf die Nickelschicht. Auch die Prozessparameter, wie die Temperatur, Stromdichte und der pH-Wert wirken auf die Materialeigenschaften ein.

Nickelschichten verformen durch die inneren Spannungen das Substrat, auf dem sie abgeschieden sind. Dieser Effekt wird auch für ihre Messung genutzt. Abhängig von der Geometrie des Substrats und der Art der Beschichtung kommt es zu einer Längenänderung oder Durchbiegung. Hier ist ein Messverfahren zur Durchbiegungsmessung umgesetzt.

An dem einseitig beschichteten Substrat lässt sich durch einen Biegeversuch das E-Modul und die Querkontraktionszahl bestimmen.

Es wird experimentell nachgewiesen, dass die mechanischen Spannungen in einem weiten Bereich variiert werden können. So können Druckspannungen bis zu 60 N/mm2 und Zugspannungen von 120 N/mm2 in den Nickelschichten erzeugt werden.

Durch eine softwaregestützte Versuchsauswertung ist es möglich, die einzelnen Einflussgrößen getrennt, aber auch die Wechselwirkungseffekte, zu analysieren. Hier ist ein Regressionspolynom 2. Ordnung angenähert worden, welches lineare, quadratische und Wechselwirkungen enthält. Das angenäherte Polynom entspricht mit einem mittleren Fehler von 10,8% dem wahren Zusammenhang. Durch die Berücksichtigung von kubischen Anteilen kann dieser Fehler minimiert werden.

Das verwendete Galvanikbad war mit 1,8 l zu klein dimensioniert, ab 5 l ergeben sich stabile Verhältnisse. So sind bei einigen Versuchsreihen Zersetzungsprodukte entstanden, die die Messung verfälschten. Eine schlecht regulierbare Prozessgröße war bei den Untersuchungen der pH-Wert, der auch den größten Einfluss auf die Spannungen ausübt.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Beschichten galvanisch, Mathematik Software MATLAB, Spannung mechanische, Versuchsplanung statistisch
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 06 Sep 2011 15:41
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1577

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 01-12-2004

Ende Datum: 14-03-2005

Querverweis: 17/24 EMKS 1453

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: EMikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKD 1577
Referees: Wohlgemuth, Dipl.-Ing. Christian and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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