Kupfer ätzen

Kupfer ätzen von A-Z

Das Ätzen von Kupfer ist möglich. Kupfer ist ein Element und hat als alleiniges Metall eine rötliche Farbe. Nur das Gold hat als metallisches Element neben dem Kupfer eine Farbe aufzuweisen. Kupfer bietet gute Leitfähigkeit für elektrischen Strom und für Wärme. Daher kommt Kupfer in elektrischen Kabeln, in Leiterbahnen oder in Wärmeleitern zum Einsatz.
Bei Dächern mit Kupferblechdeckung bildet sich an der Oberfläche eine beständige grünliche Patina. Durch diese Patina wird das darunterliegende Metall gut vor weiterer Korrosion geschützt, so dass Kupferdächer eine Lebensdauer von mehreren Jahrhunderten erreichen können. Bei Zugabe von Legierungselementen wird die Deckschichtbildung noch gefördert.
Viele Legierungen wie Messing, Bronze und Neusilber beinhalten Kupfer. Kupferlegierungen werden wegen ihrer guten Eigenschaften (Farbe, Korrosionbeständigkeit, Preis, Verarbeitbarkeit) vielfältig eingesetzt. Dabei werden zwei Arten von Legierung unterschieden: Knetlegierungen (sie können bei Normaltemperatur gut mechanisch verformt werden) und Gußwerkstoffe (z.B. Neusilber. Messing).

Kupfer ätzen mit Eisen-(III)-chlorid

Eisen-(III)-chlorid ist giftig.
Wenn Sie mit Säure oder Eisen-(III)-chlorid arbeiten, müssen Sie zu Ihrem Schutz Gummihandschuhe und eine Schutzbrille tragen.
Eisen-(III)-chlorid bekommt man in Stücken in Apotheken, Drogerien oder im Fachhandel. Es darf auf keinen Fall in Papiertüten oder in anderen Behältnissen, die sich bei Feuchtigkeit auflösen gelagert werden. Grund hierfür ist die hygroskopische (oder auch wasseranziehende) Eigenschaft des Eisen-(III)-chlorids. Besser geeignet zur Aufbewahrung sind Behältnisse oder Flaschen aus Glas oder Kunststoff. Ungeeignet sind hingegen Dosen oder Gefäße aus Metall und auch Metalldeckel auf Gläsern, das Eisen-(III)-chlorid wirkt ätzend auf Metalle.
Wichtig: keine Reinigungsmittel oder andere Chemikalien dürfen in die Lösung gelangen. Dabei kann gefährliches Chlorgas entstehen, das als chemischer Kampfstoff gilt.

Ansetzen

Zwischen 35° Bé und 42° Bé liegt das günstigste Lösungsverhältnis. In den Betrieben wird die Eisen-(III)-chlorid-Lösung der Salpetersäure und dem holländischen Bad vorgezogen, da sich bei diesen Verfahren wegen der unterschiedlichen Wärmeentwicklung beim Ätzen die Ätzergebnisse nicht genau steuern lassen. Allerdings kann beim Verwenden von Eisen-(III)-chlorid der Ätzvorgang nicht optisch verfolgt werden, so dass für den künstlerischen Bereich die anderen Ätzlösungen eher geeignet sind, auch wenn die Ergebnisse nicht dem Vergleich mit einem hochwertigen Vier-Farb-Druck standhalten.

Methode von Preissig: 36°, Verhältnis 1:1

Eine halb so konzentrierte Lösung wird von Preissig vorgeschlagen. Für Kupfer wird eine Lösung von 36° Bé im Verhältnis 1:1 mit Wasser verdünnt

Methode von Krejca: 32-34°

Krejca ätzt mit Eisen-(III)-chlorid in einer Konzentration zwischen 32° Bé und 34° Bé. Die Ätztemperatur soll dabei 24°C betragen. 2 kg zerstossenes Kristallsalz werden dabei in 1 Liter Wasser aufgelöst.

Technischer Tiefdruck: 42° oder 34°

Die Technischen Tiefdruckereien arbeiten mit Eisen-(III)-Chlorid-Lösung mit 42° Bé (oder verdünnt auf 34° Bé).
Zur genauen Bestimmung des Eisen-(III)-Chlorid-Gehalts (oder auch des Frischegehalts der Lösung) kommt ein Acidometer (elektronisches Messgerät) oder ein Aräometer (Anzeige der Dichte der Lösung in ° Bé) zum Einsatz.

Vorätzen

Krejca empfiehlt ein Vorätzen, damit das Ätzverfahren gleichmäßig verläuft. Die Platte wird dabei für einige Zeit in eine verbrauchte Eisen-(III)-Chlorid-Lösung getaucht.

Eigenschaften von Eisen-(III)-Chlorid

Eisen-(III)-Chlorid ätzt Kupfer 3,8 mal stärker in die Tiefe als in die Breite. Daraus folgt, daß der Ätzfaktor von Kupfer und Eisen-(III)-Chlorid 3,8 beträgt. Der Ätzfaktor bei Zink beträgt 2, bei Zink ergeben sich dabei breitere und nicht so tiefe Ätzlinien.

Chemischer Ablauf mit Eisen-(III)-Chlorid

Aus der Reduktion des Wasserlöslichen Eisen-(III)-Chlorids zu wasserunlöslichem Eisen-(II)-Chlorid entsteht bei der Kupferätzungein brauner Kupferoxidschlamm. Dieser Schlamm schlägt sich in den geätzten Linien und Punkten nieder und verhindert bzw. verzögert so die weitere Ätzung.
Neben Eisenhydroxid entstehen Salzsäure und basisches Eisenchlorid beim Lösen des Eisen-(III)-Chlorids.
Die Eisenchloridlösung enthält auch Oxidationsmittel wie Fe(OH)3 und Fe(OH)Cl2, die den Kupfer angreifen und Kupferoxid bilden, das dann von der Salzsäure gelöst wird. Aus dem dreiwertigen FeCl3 entsteht dabei das zweiwertige FeCl2.

Duch das Eisenchlorid FeCl2 und das Kupferchlorid CuCl2 nimmt die verbrauchte Lösung eine grünliche Färbung an. Die verbrauchte Lösung enthält CuCl.

Verbesserung des Ätzvorganges

Damit die Ätzung beschleunigt werden kann, muss der sogenannte Ätzschlamm (Kupferchlorid, das beim Ätzen entsteht) von der Platte entfernt werden. Dies geschieht durch eine ständige Bewegung der Ätzwanne oder durch Abstreifen mit einem kleinen Pinsel. Das Verfahren, die Platte umgekehrt in die Wanne zu legen, hat den Nachteil, daß der weitere Ätzvorgang nicht beobachtet werden kann und dies zur Lackbeschädigung führen kann.
Um die Bläschen oder den Ätzschlamm von der Platte zu entfernen, empfiehlt Lohmann, einen Bausch Glaswolle oder eine Hühnerfeder zu verwenden. Das Kupferchlorid bleibt in Lösung, wenn man 10% Salpetersäure hinzugibt.

Die Linien erscheinen tiefer als sie tatsächlich geätzt sind, weil sie sich beim Ätzen schwarz färben. Daher lässt sich der ätzvorgang schwer beurteilen. Duch kurzes Eintauchen in wässrige Salpetersäure kann der Schleier entfernt werden. Dabei müssen unbedingt Schutzhandschuhe getragen werden.

Beim Ätzen in Tiefdruckanstalten wird die Lösung entweder von unten (aus Düsen) gleichmäßig auf die Platte gesprüht oder mit Schaufeln auf die Platte gespritzt. In anderen Anordnungen fliesst die Lösung permanent an der Platte herab.

Damit die Ätzung gleichmäßig verläuft, kann man die frische Ätzlösung mit 1%igem Ammoniak oder mit Kupferspänen neutralisieren. Dabei können die Eisenchlorid-Kristalle manchmal einen Überschuß an reiner Salzsäure enthalten und als frische Lösung aggressiv ätzen. Passiert das, können die Ätzzeiten nicht mehr kalkuliert werden.

Beim Ätzen kann die Temperatur einen spürbaren Einfluß auf den Ätzvorgang nehmen. Dabei ätzen warme Bäder intensiver, während kalte fast gar nicht ätzen. Wird ein temperiertes Bad mit kontrollierter Bewegung und Eisen-(III)-Chlorid verwendet, kann der Ätzverlauf genau gesteuert werden. Bei 40° C arbeitet die Ätzlösung am besten. Die Ätzwanne kann zum Temperieren in eine größere Wanne mit warmem Wasser gestellt werden.
Die Ätzlösung ist verbraucht, wenn sich ihre Farbe verändert. Dabei zeigt die frische Lösung eine orange Färbung, die verbrauchte Lösung ändert ihre Farbe in Grün.

Kupferätzung mit Salpetersäure

Sicherheitshinweise

Beim Arbeiten mit Salpetersäure nur im Freien, bei offenem Fenster oder unter einem Abzug ätzen.
Hintergrund sind giftige Stickoxid-Gase, die sich beim Ätzen mit Salpetersäure bilden können.
Außerdem sollte beim Verdünnen der Säure immer die Säure in das Wasser geschüttet werden. In der umgekehrten Reihenfolge spritzt die Säure nach einer kurzen und heftigen Reaktion heraus und kann im schlimmsten Fall die Augen verletzen.

Hinweise zur Salpetersäure:

Salpetersäure ätzt weniger in die Tiefe, also breiter als Eisen-(III)-Chlorid. Da Salpetersäure scharf ätzt, erhält die Strichätzung einen faserigen Charakter. Eisen-(III)-Chlorid ätzt im vergleich ruhiger und gleichmäßiger. In manchen Empfehlungen werden beim Ätzvorgang mit Salpetersäure die aufstegenden Bläschen ständig mit einer Vogelfeder entfernt, damit die Ätzung durch die Säure gleichmäßig geschehen kann. Allerdings kann dabei unerwünschtes Material in die Säure gelangen, was dazu führt, das der Ätzvorgang nicht mehr kontrollierbar ist. Eine vorteilhaftere Methode besteht darin, gerade so viel Säure in die Schale zu geben, dass die Platte bedeckt ist und das Ätzbad hin und her geschaukelt werden kann. Dabei gilt: Je höher die Säure über der Platte steht, desto stärker ist die Wirkung des Ätzens.

Weitere Tips zur Ätzlösung:

Ätzwasser, das bereits benutzt wurde, ätzt stärker als frisch angesetztes Ätzwasser. Indem man ein Bad mit frisch angesetztem Ätzwasser eine gewisse Zeit in die Sonne stellt oder Metallspäne hinzugibt, kann man das frische Ätzwasser aktivieren.

Wenn eine Ätzlösung zu lang nicht benutzt wurde, kann sie an Wirkung verlieren. Sie kann durch Hinzugeben eines Schusses konzentrierter Salzsäure wieder aktiviert werden. Ein Zeichen für eine zu konzentrierte Salpetersäurelösung sind sehr große Bläschen. Bei einer Strichätzung kanndas zu ungleichmäßigen Ergebnissen führen.
Zur Kontrolle sollte die Platte ab und zu aus der Ätzlösung genommen und die Ätztiefe mit einem Fadenzähler gemessen werden.

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