Mikrocontroller.net - Benutzerbeiträge [de]

AVRDUDE

2015-05-21T11:32:21Z

Coldtobi: es gibt einen Patch

== Beschreibung ==
AVRDUDE (http://www.nongnu.org/avrdude/) ist eine Programmiersoftware für Atmel [[AVR]] Controller.

Funktionen unter Anderem:

* Übertragen von Programmcode in den Flash-Speicher
* Auslesen ungeschützen Codes aus dem Flash
* Setzen und Lesen von Fuse- und Lockbits (Siehe auch: [[AVR_Fuses#Vergleich_der_Fuses_bei_verschiedenen_Programmen|Vergleich der Fuses bei verschiedenen Programmen]])
* Schreiben und Lesen des EEPROMs

AVRDUDE kann das [[STK500]] (auch mit Firmware 2.x als stk500v2), das Atmel AVRISP (auch mit Firmware 2.x als avrispv2 o.ä.), das Atmel AVRISP MKII (USB Ansteuerung mittels lib-usb bzw. lib-usb-W32), [[AVR_In_System_Programmer#USB | AVR910-kompatible]] Programmierer, den [[AVR Butterfly]]/AVR109-kompatible Bootloader, [[STK200]]-Programmierdongles und verschiedene andere Parallelport-Adapter sowie "serielle Statusportprogrammierer" (Siprog) ansteuern. Auch das Atmel JTAGICE (oder Nachbauten wie Bootice oder Evertool), Atmel JTAGICE-MKII und der AVR Dragon können als Programmierhardware genutzt werden.

Das Programm ist unter MS-Windows (Cygwin nicht erforderlich), Linux, BSD, Solaris und Mac OS X lauffähig. Die Version für MS-Windows ist im [[WinAVR]]-Paket enthalten. Der Quellcode ist frei verfügbar (Lizenz beachten).

Da alle AVRDUDE-Funktionen über Kommandozeilenparamter gesteuert werden können, eignet es sich gut zur Integration in Makefiles. Beispiele finden sich in der Makefile-Vorlage von [[WinAVR]] und Mfile.

Die gesamte Konfiguration liegt in einer Textdatei (avrdude.conf), so dass sich bei Bedarf ein beliebiger neuer Parallelport-Programmierdongle oder auch ein noch nicht unterstützter AVR-Controller ergänzen lassen. Die Syntax für die Definition eines AVR-Controllers lehnt sich an die Datenblatt-Tabelle für die serielle Programmierung an, so dass man praktisch nur das Datenblatt "intelligent" abtippen muss.

Für die Ansteuerung von Parallelport-Adaptern unter MS-Windows NT/2000/XP wird ein spezieller Porttreiber (giveio) mitgeliefert. Bei der Installation von [[WinAVR]] wird giveio bereits mitinstalliert.

Programmer mit üblicher serieller Schnittstelle (RS232) benötigen keine zusätzliche Software oder Treiber zum Betrieb mit AVRDUDE.

Für Hardware mit USB-Anschluss muss die lib-usb bzw. lib-usb-win32 installiert sein.

===GUIs===
Bei [[WinAVR]] wird die grafische Oberfläche avrdude-gui.exe mitgeliefert.

In der IDE von [[LunaAVR]] ist ebenfalls eine GUI für AVRDUDE enthalten (Windows und Linux).

Für Windows, Linux und andere Betriebssysteme gibt es weitere GUIs: den in Java geschriebene [[Burn-o-mat|AVR Burn-O-Mat]], den [http://www.soft-land.de/ AVRBurner] und [http://blog.zakkemble.co.uk/avrdudess-a-gui-for-avrdude/ AVRDUDESS].

Für Mac OS X gibt es noch [http://www.vonnieda.org/software/avrfuses AVRFuses.app]. AVRFuses muss beim ersten Starten auf den verwendeten Programmer und den Speicherort von AVRDUDE eingestellt werden.

GUIs vereinfachen vor allem Programmieren der Fuses.

== Kurzanleitung für Linux und STK200 ==

Zunächst muss ein Hardware-Link auf die Printerport-Treiber eingerichtet werden:
<pre>
su
mknod /dev/parport0 c 99 0
chmod a+rw /dev/parport0
avrdude -p m8535 -c stk200 -e -U qqtraff.hex
</pre>

Hinweis :
Bei USB Programmern ist zu beachten, dass diese durch das Betriebssystem auf einen anderen Port gelegt werden können, als im Beispiel angegeben.
Diesen Port kann man unter Anderem "im Terminal" mit dem Befehl
<pre>
user@server: dmesg
</pre>
ermitteln.
Alternativ kann man sich eine Auflistung der Ports, im Verzeichnis "/dev" anzeigen lassen:
<pre>
user@server: ls /dev/
</pre>
Sollte man nicht sicher sein, auf welchem Port der Programmer liegt, kann man den Programmer nochmals ausstecken und "ls /dev/" ausführen. Der nun Fehlende Port, ist der Programmerport.
Diesen Port muss man statt "parport0" in die oben beschriebenen Terminalkommandos einsetzen.

Siehe auch :
* [http://wiki.ctbot.de/index.php/AVR_ISP_Programmer#BlueMP3_bzw._STK200_kompatible_Flasher weitere Beispiele für avrdude Kommandos (http://wiki.ctbot.de/index.php)]
* [[AVR_In_System_Programmer#STK200-kompatibel]]
* http://www.mikrocontroller.net/topic/200390#new

== STK500 seriell unter Linux ==

Wenn das STK500 über ein ganz normales Seriell-kabel bzw. über ein echter serieller Schnittstelle (RS232) an PC angeschlossen ist und AVRDUDE folgende Meldung bringt:
<pre>
avrdude: ser_open(): can't open device "/dev/ttyS0": Permission denied
</pre>
Dann müssen die Rechte an nicht root benutzer erweitern, also:
<pre>
sudo adduser deinusername dialout
</pre>

Siehe :
* http://www.mikrocontroller.net/topic/330022#3634927

== Tipps + Tricks ==

=== [[AVR_In_System_Programmer#Parallelport|Parallelport-Programmer]] an aktuellen PCs ===

Ein echter Parallelport ist die preiswerteste und auch schnellste Art der Datenübertragung zum Zielsystem (Mikrocontroller), alle anderen wie bspw. eine PCI-, PCIexpress- oder ExpressCard-Karte sind komplizierter und teurer.

==== Steckkarten ====

Diese liegen auf anderen Basisadressen. Kann man im Geräte-Manager einsehen. Diese ist <tt>avrdude</tt> per Kommandozeile ''(irgendwie)'' mitzuteilen. Sonst kann es nicht funktionieren.

Die Geschwindigkeit ist gleich eingebauter echter Parallelports, also sehr schnell.

Mit InpOut32.dll (siehe unten) ist eine automatische Umleitung von Standard-Parallelportadressen auf diese nicht-standardmäßigen möglich. Allerdings unter Geschwindigkeitsverlust durch das Exception-Handling.

==== USB-Parallel-Adapter ====

Gewöhnliche USB-Paralleldrucker-Adapter (um 5 € zu haben) '''funktionieren nicht'''.

Falls ausschließlich D0..D7 (8 Ausgänge) sowie ERR, ONL und PE (3 Eingänge) verwendet werden,
kann unter Verwendung eines 8-bit-Fang-Flipflops ein solcher Adapter ''dennoch'' verwendet werden,
unter Einsatz der unten genannten InpOut32.dll. Gähnend langsam.

[http://www.tu-chemnitz.de/~heha/usb2lpt Spezielle USB-Parallel-Adapter], die Portadressen emulieren, funktionieren, allerdings ebenso gähnend langsam.

==== Geschwindigkeit begrenzen ====

Aktuelle PCs sind einfach zu schnell mit dem Bitgewackel an der parallelen Schnittstelle, vor allem für AVRs, die noch mit den 1 MHz im Auslieferungszustand laufen (maximal zulässiger ISP-Takt < 250 kHz). Neuere Versionen von avrdude unterstützen zu diesem Zweck eine Option '''-i <N>''', wobei <N> die Anzahl der Mikrosekunden bezeichnet, die beim Bitwackeln zusätzlich zu warten ist. Einfach mal mit -i 10 anfangen und dann entweder die Fuses auf die Ziel-Taktfrequenz umstellen (falls diese wesentlich höher sein wird als die 1 MHz), oder sukkzessive mit kleineren Werten testen ([http://www.mikrocontroller.net/topic/83524#699933 Forenbeitrag von Jörg]).

Die Option -i ist auch nützlich bei AVRs, die für einen langsamen Takt konfiguriert sind. Bei einem ATmega8, der mit einem 32.768 kHz Quarz läuft, kann es z.B. notwendig sein, die Option -i 90 zu verwenden. Den Zahlenwert ggf. ausprobieren.

Manche Programmer werten die Option -i manchmal nicht aus, dann sollte man einen anderen Programmer versuchen.

Beim USBTINY und USBASP kann man die Geschwindigkeit der SPI-Schnittstelle mit dem Parameter -B [Periodendauer in Mikrosekunden] begrenzen. Da beide Geräte durch Interrupts der Software-USB-Schnittstelle stark belastet werden, handelt es sich hier um die Maximalbitrate.

==== Spezielle Hacks ====

Unter Windows XP Service Pack 2 auf einem IBM Thinkpad T40 ließ sich die Fehlermeldung „avrdude: AVR device not responding“ beheben durch Ändern im Gerätemanager⇒Lpt1⇒Eigenschaften⇒Anschlusseinstellungen⇒„Interrupt-nie-verwenden“ in „Jeden dem Anschluss zugewiesenem Interrupt verwenden“.

==== 64-Bit-Problem ====

Unter 64-Bit-Windows-Versionen kann das Parallelport zunächst nicht benutzt werden, da der mitgelieferte GiveIO-Treiber systembedingt nicht funktioniert. Patch siehe http://savannah.nongnu.org/patch/?7275 (Für den Patch fehlt scheinbar noch etwas zusätzliche Dokumentation. Der Leser sei eingeladen diese zu erstellen und den Patch entsprechend dem Open Source Gedanken zu erweitern.)

=====Problem gelöst!=====
So geht's:
* Neue [http://www-user.tu-chemnitz.de/~heha/viewzip.cgi/hs_freeware/inpout32-h%23s.zip/2013/Release InpOut32.dll] herunterladen
* Kommandozeile: crundll InpOut32,CatchIo avrdude.exe ... (usw.)

Und so funktioniert's:
* Die winzige crundll.exe ist ein Ersatz für rundll32.exe, als Konsolen-Version. Das verhindert, dass für avrdude eine neue Konsole geöffnet wird.
* crundll lädt InpOut32.dll und ruft den Einsprungpunkt CatchIoW auf. Als Kommandozeile wird L"avrdude.exe ..." (also die üblichen Parameter) übergeben
* Die CatchIoW-Routine erstellt einen schlafenden Prozess aus dem avrdude-Image. Nicht als Debugger, um teuere Prozessumschaltungen für das Exception-Handling (s.u.) zu vermeiden
* Ein "Remote Thread" wird im avrdude-Prozess gestartet, um InpOut32.dll zu laden. Genannt: [http://de.wikipedia.org/wiki/DLL-Injection DLL-Injektion]
* Die DLL-Initialisierungsroutine packt inpout64.sys aus, installiert und lädt diesen Kernmodus-Treiber. Das erfordert Admin-Rechte. Da es keine "I/O permission map" im X64 "long mode" gibt, kann es keinen Treiber geben, der E/A-Zugriffe für den User Mode transparent macht. Deshalb bleibt nichts anderes als ein Exception-Mechanismus übrig, um das Problem zu erschlagen. Nebenbei kann InpOut32.dll auf unübliche Portadressen sowie USB-Geräte umleiten. Die dazu notwendige Geräte- und Adresserkennung läuft ebenfalls in der Initialisierungsroutine
* In der Initialisierung wird ein prozessweiter Exception-Filter installiert
* Ein zweiter "Remote Thread" ändert die Adresse von kernel32.dll:GetVersionEx(). Die Ersatzroutine liefert als Plattform Windows 9x/Me. Auch genannt API-Hooking. Der Grund für den zweiten "Remote Thread" ist, dass dieses Verhalten bei regulärer Benutzung der InpOut32.dll (also LoadLibrary oder quasistatische Einbindung) unerwünscht ist.
* Der avrdude-Prozess wird aufgeweckt und startet. Er "erkennt" Windows 9x/Me and versucht gar nicht erst, GiveIo.sys zu starten.
* Dann macht avrdude die üblichen IN+OUT-Befehle. Jeder dieser Befehle generiert eine (IMHO) Allgemeine Schutzverletzung, also Int13 (General Protection Fault #GP). Bevor die sattsam bekannte Messagebox erscheint, geht der Interrupthandler zu ntdll:KiUserExceptionDispatcher, welche schließlich den installierten prozessweiten Exception-Filter aufruft, bevor es zum Abarbeiten eventueller try/except-Blöcke kommt
* Der Filter (also das Stückchen Kode in der InpOut32.dll) stellt fest, dass es sich tatsächlich im einen IN- oder OUT-Befehl handelt. Der Befehl wird einfach übersprungen und inpoutx64.sys bemüht, per DeviceIoControl() die E/A-Operation im Kernel Mode auszuführen. Kontext-Register (hier AL und DX) werden entsprechend benutzt. Danach meldet der Filter dem Aufrufer "Ausnahme erschlagen, bitte weiter im Text"
* Nach dieser länglichen Umleitung geht es weiter mit dem nächsten Assemblerbefehl

Fertig.

=====Problem nochmal und endgültig gelöst!=====

Erst mal um einen Irrtum auszuräumen: Es gibt im Long Mode des 64-Bit-Prozessors sehr wohl eine IOPM! Und die funktioniert auch genauso wie zu Zeiten des 386er Prozessors. Damit ist es möglich, ganz ohne Verzögerungen durch das Exception-Handling Chips zu programmieren. Also '''in voller Geschwindigkeit'''. Nunmehr gibt es eine [http://www.tu-chemnitz.de/~heha/hs/giveio64.zip/ 64-Bit-giveio.sys], auf meiner Webseite. Witzigerweise sind keine (dauerhaften) Änderungen an Systemstrukturen erforderlich, da sich die entscheidende Information im (nicht durch den ''PatchGuard'' auslesbaren) Cache des Prozessors befindet. Der Treiber ist nunmehr zertifiziert und kann ohne Deaktivierung des Treiberzertifizierungszwangs oder ähnlicher Vorkehrungen verwendet werden.

=== USB-Programmer ===
Die meisten USB-Programmiergeräte benötigen [http://sourceforge.net/apps/trac/libusb-win32/wiki libusb-win32] bzw. [http://www.libusb.org/ libusb].

Ein Selbstbau-USB-Programmieradapter ist unter
[http://www.rototron.info/?Page=USBAVR/USBAVR.aspx http://www.rototron.info]
zu finden. Er benötigt eine relativ neue AVRDUDE-Version, aber benötigt unter ''keinem'' Windows-Betriebssystem einen Treiber, da er ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Human_Interface_Device HID]-Gerät implementiert. <tt>libusb-win32</tt> wird nicht benötigt. Normale (= reduzierte) Benutzerrechte genügen zum Betrieb des Gerätes.

==== libusb0.dll wird bei WinAvr 20070525 nicht gefunden====
[http://www.mikrocontroller.net/topic/83524#701461 Forenbeitrag von Paul]: Habe leider noch etwas zu bemängeln, und zwar meckerte avrdude, dass es die "libusb0.dll" nicht fand. Musste dann erst noch manuell den Pfad c:\winavr\utils\libusb\bin in die autoxecec.bat eintragen. Siehe auch [http://www.avrfreaks.net/index.php?name=PNphpBB2&file=viewtopic&p=373283 Diskussion bei www.avrfreaks.net]

====Aufruf unter Linux als user (non-root)====

Unter Linux kann häufig avrdude nur als user 'root' auf den USB-Programmer zugreifen. Als normaler User bekommt man eine Fehlermeldung wie:

<pre>
#avrdude -c usbtiny -p m8

avrdude: error: usbtiny_transmit:
error sending control message:
Operation not permitted
</pre>

Dies liegt daran, dass die device-nodes, die beim Einstecken des USB-Programmers von udev angelegt werden, root zugeordnet sind. Man kann dies ändern, indem man udev-Regeln für die verwendeten Programmer anlegt. Unter Debian muß man dazu nur eine neue Datei, z. B. 015_usbprog.rules unter /etc/udev/rules.d anlegen, z. B. mit folgenden Inhalt:

<pre>
# Atmel AVR ISP mkII
SUBSYSTEM=="usb", ATTRS{idVendor}=="03eb", ATTRS{idProduct}=="2104", GROUP="users", MODE="0660"

# usbprog bootloader
ATTRS{idVendor}=="1781", ATTRS{idProduct}=="0c62", GROUP="users", MODE="0660"

# USBasp programmer
ATTRS{idVendor}=="16c0", ATTRS{idProduct}=="05dc", GROUP="users", MODE="0660"

# USBtiny programmer
ATTRS{idVendor}=="1781", ATTRS{idProduct}=="0c9f", GROUP="users", MODE="0660"
</pre>



Danach muss in der Regel der udev-Dienst neu gestartet werden, was -- je nach System -- mit einem der beiden folgenden Befehle funktionieren sollte (natürlich nur als root):


<pre>sudo /sbin/udevadm control --reload-rules</pre> bei aktueller udev-version, oder
<pre>sudo /sbin/udevcontrol --reload_rules</pre>, bei älteren udev-versionen.

Danach sollte der USB-Programmer erneut angeschlossen werden. Falls es immer noch nicht funktioniert kann es helfen, als GROUP "plugdev" statt "users" zu verwenden.

Hiermit werden der AVR ISP mkII, der usbprog Bootloader, USBasp und USBtiny bekannt gemacht, so daß alle User in der Gruppe "users" darauf zugreifen können.

Für weitere USB-Programmer muß man die entsprechende Zeile (mit ATTRS...) anlegen und die passenden Vendor und Product IDs eintragen.

Siehe auch:
* [http://www.reactivated.net/writing_udev_rules.html Writing udev rules]

====Linux-Treiberprobleme====

Wenn der Programmer (usbprog mit AVRisp mkII) unter Ubuntu trotz korrekter Konfiguration nicht gefunden wird, kann es daran liegen, dass das Paket "libmtp-runtime" installiert ist. siehe [https://www.mikrocontroller.net/topic/245816 hier]

====JTAGICE3 Problem====

avrdude 6.0.1 hat Probleme mit der Firmware-Version 3.x des JTAGICE3 Debuggers. Abhilfe schafft das Wechseln auf die vorherige Firmware-Version 2.xx.

=== Anzeige unterstützter AVRs ===
Wie die anderen Atmels bei avrdude heißen zeigt:
<pre>
avrdude -?
avrdude -p ?
</pre>

=== neuere AVRs hinzufügen ===
Manch neueres Silizium wird nicht erkannt da sich z.T. die IDs geändert haben. Um diese erfolgreich zu Programmieren empfiehlt sich ein eigenes config-File zu verwenden. Darin werden die 'fehlenden' CPUs ergänzt:

z.B. ATmega168P (Programmierung wie ATmega168): einfach den ATmega168 Teil duplizieren und die entsprechenden Änderungen (id, desc, signature) vornehmen
<pre>
#------------------------------------------------------------
# ATmega168P
#------------------------------------------------------------

part
id = "m168p";
desc = "ATMEGA168P";
has_debugwire = yes;
flash_instr = 0xB6, 0x01, 0x11;
eeprom_instr = 0xBD, 0xF2, 0xBD, 0xE1, 0xBB, 0xCF, 0xB4, 0x00,
0xBE, 0x01, 0xB6, 0x01, 0xBC, 0x00, 0xBB, 0xBF,
0x99, 0xF9, 0xBB, 0xAF;
stk500_devcode = 0x86;
# avr910_devcode = 0x;
signature = 0x1e 0x94 0x0b;

...
;
</pre>

danach kann, unter Angabe des neuen config-Files, auch ein ATmega168P programmiert werden, z.B.:

<pre>
avrdude -pm168p -C ~/.avrdude.config.neu -cstk500v2 -v -U flash:w:main.hex
</pre>

=== Anschluss an COM10 und höher (Windows) ===

Wenn AVRDUDE unter Windows an COM10 und höher betrieben werden soll, ist eine andere Schreibweise für die Schnittstelle in der Kommandozeile nötig. Beispiel:

<pre>
avrdude -c stk500v2 -p m16 -P \\.\com13 -uF -vvvv 2> logfile.txt
</pre>

In diesem Beispiel wird statt der gewohnten Schreibweise '''com13''' die spezielle Schreibweise '''\\.\com13''' verwendet und es wird mit ''-vvvv 2> logfile.txt'' eine ausführliche Debugausgabe für Fragen im Forum erzeugt. Näheres hierzu in der [http://www.mikrocontroller.net/topic/90401 Forumsdiskussion].

=== AVRISPmkII + AVRDUDE + Window Vista (32) ===

http://www.mikrocontroller.net/topic/126594#1157327

=== "avrdude was compiled without usb support" ===

Offenbar enthielt WinAVR-20100110 zunächst fälschlicherweise eine AVRDUDE Version ohne USB Support [http://www.mikrocontroller.net/topic/163022#1554907].

Abhilfe:

1. WinAVR deinstallieren, gleiches Release (WinAVR-20100110) nocheinmal herunterladen und installieren (mindestens seit Anfang März 2010 enthält dieses Release avrdude in der Version 5.10 und bringt USB-Support mit).

2. AVRDUDE selbst compilieren: http://www.mikrocontroller.net/topic/163675

3. Compilierte Version 5.10 downloaden: http://www.mikrocontroller.net/topic/163675#1594689

=== Textausgabe in Datei umleiten? ===

Die Windows-"Shell" ''cmd'' benutzt für die Ausgabeumleitung die gleiche Syntax wie die Bourne-Shell (und damit auch
Bash):

<pre>
programm >datei 2>&1
</pre>

zur Umleitung von STDOUT und STDERR in die gleiche Datei (Yalu in [http://www.mikrocontroller.net/topic/124509#1135568]).

Beispiel für Windows ([http://www.mikrocontroller.net/topic/124509#1136322], [http://www.microsoft.com/resources/documentation/windows/xp/all/proddocs/en-us/redirection.mspx?mfr=true M$]):

<pre>
avrdude -c avrispmkII -p m8 -P usb:xx -v > "C:\output.txt" 2>&1
</pre>

oder nur STDERR in Datei umleiten:

<pre>
avrdude -c avrispmkII -p m8 -P usb:xx -v 2> "C:\output.txt"
</pre>

=== [http://www.franzis.de/elektronik/lernpakete-elektronik/lernpaket-mikrocontroller Franzis] bzw. [http://www.elo-web.de/elo/mikrocontroller-und-programmierung/avr-grundlagen/experimente-mit-dem-attiny13 ELO] Lernpaket Mikrocontroller (Attiny13) ===

Markus hat in [http://www.mikrocontroller.net/topic/169549#1649459] einen Weg beschrieben, wie man den einfachen Programmieradapter des Lernpakets mit AVRDUDE ansteuern kann.

Eine weitere Anleitung [http://www.elektronik-labor.de/AVR/AVRdude.html LP Mikrocontroller und Attiny45 mit Avrdude] gibt es von Ralf Beesner auf der Webseite des Entwicklers Burkhard Kainka. In ''avrdude.conf'' wird dabei ein neuer Programmieradapter namens ''burkhard'' hinzugefügt. Ein zweiter Eintrag ''burkhard2'' in dieser '''avrdude.conf''' ist für die Programmierung des Atmega8 auf dem Franzis Retro-Pong Bausatz mit Hilfe des "Mega8-ISP-Programmer" (Layout siehe ELO-Webseite) vorgesehen.

=== AVRDUDE mit Arduino Bootloader benutzen ===

Mit der Option ''-c stk500v1'' kann AVRDUDE den [[Bootloader]] in Arduino Boards ansprechen [http://www.mikrocontroller.net/topic/195963#1919654].

Es existieren auch modifizierte Versionen von AVRDUDE, die einen Programmer namens ''arduino'' kennen (avrdude.conf untersuchen!). Damit lautet die Kommandozeile für ein Arduinoboard mit Atmega168 beispielsweise [http://www.neuraladvance.com/2010/04/08/using-avrdude-with-the-arduino-duemilanove/]

<pre>
avrdude -c arduino -p m168 -P usb -U flash:w:<filename>
</pre>

Evtl. muss auch noch die Datenrate mit der Option -b angepasst werden, je nach Board werden verschiedene (19200, 57600, 115200) verwendet.

Die Bootloader-Hacks von [http://www.ladyada.net/library/arduino/bootloader.html Ladyada] arbeiten nochmal etwas anders.

Gelegentlich gibt es unter Windows Probleme mit der allgemeinen AVRDUDE Version und deren Handling der DTR/RTS Leitung ([[RS232]]). Es kann helfen, unmittelbar von dem Absenden der Kommandozeile einen RESET auf dem Arduinoboard durchzuführen.
Ein kurzes Setzen der DTR Leitung auf HIGH bewirkt ein RESET. So ist es möglich eine .bat Datei zu erstellen mit folgendem Code: (com6 ist ein Virtueller USB Comport)
<pre>
mode com6 dtr=on
avrdude -c arduino -p m168 -P \\.\com6 -U flash:w:<filename>
if %ERRORLEVEL%==0 goto fertig
Pause
:fertig
exit
</pre>

Wenn man den mode-Befehl nicht verwenden kann, etwa weil man cygwin und ein makefile verwendet, so kann man stattdessen <pre>cmd /c mode com6 dtr=on</pre> verwenden. In cygwin empfiehlt sich <pre>cmd /c mode com6 dtr=on > /dev/null</pre>, damit wird die unnütze Ausgabe des Befehls verborgen.

Siehe auch:
* http://www.mikrocontroller.net/topic/232367
* http://www.mikrocontroller.net/topic/238243

=== mysmartUSB V2.11 und ATtiny 13 ===

mysmartUSB V2.11 verlangt -cavr910 als Programmer. Leider ist in avrdude
5.10 immer noch nicht der ATtiny13 damit zu programmieren. Also in die
avrdude.conf folgendes mit unter ATtiny13 aufnehmen, so kann er dann
korrekt programmiert werden(inkl. Fuse Bits).
<pre>
#------------------------------------------------------------
# ATtiny13
#------------------------------------------------------------

part
id = "t13";
desc = "ATtiny13";
has_debugwire = yes;
flash_instr = 0xB4, 0x0E, 0x1E;
eeprom_instr = 0xBB, 0xFE, 0xBB, 0xEE, 0xBB, 0xCC, 0xB2, 0x0D,
0xBC, 0x0E, 0xB4, 0x0E, 0xBA, 0x0D, 0xBB, 0xBC,
0x99, 0xE1, 0xBB, 0xAC;
stk500_devcode = 0x14;
avr910_devcode = 0x55;
......
</pre>

Achtung! Programmieren geht auch mit -cavr911. Allerdings geht das Fuse
setzen nicht und man bekommt eine Fehlermeldung.(Programm läuft aber)
<pre>
Reading | ################################################## | 100%
0.12s

avrdude: verifying ...
avrdude: 226 bytes of flash verified
avrdude: reading input file "0x7a"
avrdude: writing lfuse (1 bytes):

Writing | ***failed;
################################################## | 100% 0.00s

avrdude: 1 bytes of lfuse written
avrdude: verifying lfuse memory against 0x7a:
avrdude: load data lfuse data from input file 0x7a:
avrdude: input file 0x7a contains 1 bytes
avrdude: reading on-chip lfuse data:

Reading | ################################################## | 100%
0.00s

avrdude: verifying ...
avrdude: 1 bytes of lfuse verified
avrdude: reading input file "0xff"
avrdude: writing hfuse (1 bytes):

Writing | ***failed;
</pre>

== Anpassungen von avrdude.conf an neuere AVRs ==

* '''ATtiny167''' siehe [http://www.mikrocontroller.net/topic/236355 Forumbeitrag von Volker U.]

== Weblinks ==
* Offizielle AVRDUDE Homepage unter http://www.nongnu.org/avrdude/
* User Manual (engl.) unter http://www.nongnu.org/avrdude/user-manual/avrdude.html#Top
* Kompilierte Windows Version mit USB Support http://yuki-lab.jp/hw/avrdude-GUI/avrdude-5.5-win32-bin.zip
* Kompilierte Windows Version avrdude 5.10 mit USB Support http://www.mikrocontroller.net/topic/163675#1594689
* Kompilierte Windows Version avrdude 5.11.1 mit USB Support http://www.mikrocontroller.net/topic/163675#2383773
* Kompilierte Windows Version avrdude 6.0 rc2 http://www.mikrocontroller.net/topic/296379#3166155
* Wer Interesse an der modifizierten Version von AVRDUDE und des AVR910-Programmer hat, kann sich bei http://www.fischl.de/thomas/elektronik/avr910e/ informieren. Der Programmer bleibt auch mit der Modifikation weiterhin kompatibel zu anderer Programmiersoftware.
* [[LunaAVR]] GUI für AVRDUDE in der IDE enthalten http://avr.myluna.de mit FUSE-Editor (für Windows und Linux)
* [[Burn-o-mat|AVR Burn-O-Mat]] GUI (Graphic User Interface) für AVRDUDE http://burn-o-mat.net mit FUSE-Editor (Java, für Windows und Linux)
* [http://www.soft-land.de/ AVRBurner] Ponyprog-ähnliche Oberfläche für AVRDUDE.

[[Kategorie:AVR-Programmer und -Bootloader]]
[[Kategorie:Entwicklungstools]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2015-01-12T14:42:01Z

Coldtobi:

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwindigkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich dieses Problem von selber lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regeln bzw. steuern] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermaßen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompliziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

# Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
# Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
# Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
# Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
# Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird,
* eindampfen / verdunsten lassen -- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist, also nicht empfohlen. Alternative kann man vorher die Säure verbrauchen (z.B Kupferabfälle reinwerfen).

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf?PHPSESSID=1da7320c28e11ef5e869924af1ffb231
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2015-01-12T14:40:59Z

Coldtobi: /* Prozessparameter */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwindigkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich dieses Problem von selber lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regeln bzw. steuern] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermaßen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompliziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

# Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
# Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
# Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
# Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
# Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird,
* eindampfen / verdunsten lassen -- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist, also nicht empfohlen. Man kannst vorher die Säure aufbrauchen (z.B Litzen reinwerfen).

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf?PHPSESSID=1da7320c28e11ef5e869924af1ffb231
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2015-01-12T12:29:57Z

Coldtobi: /* Durchführung der Titration */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwindigkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich dieses Problem von selber lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regeln bzw. steuern] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermaßen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompliziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

# Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
# Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
# Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
# Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
# Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird oswe
* eindampfen / verdunsten lassen (nicht empfohlen)-- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist.

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf?PHPSESSID=1da7320c28e11ef5e869924af1ffb231
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2015-01-12T12:29:01Z

Coldtobi: /* Durchführung der Titration */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwindigkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich dieses Problem von selber lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regeln bzw. steuern] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermaßen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompliziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

# Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
# Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
# Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
# Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
# Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird oswe
* eindampfen / verdunsten lassen (nicht empfohlen)-- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist.

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf?PHPSESSID=1da7320c28e11ef5e869924af1ffb231
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2015-01-12T12:26:53Z

Coldtobi:

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwindigkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich dieses Problem von selber lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regeln bzw. steuern] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermaßen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompliziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

# Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
# Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
# Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
# Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
# Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird oswe
* eindampfen / verdunsten lassen (nicht empfohlen)-- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist.

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf?PHPSESSID=1da7320c28e11ef5e869924af1ffb231
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2015-01-12T12:24:16Z

Coldtobi: typos

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwindigkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich dieses Problem von selber lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regeln bzw. steuern] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermaßen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompliziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird oswe
* eindampfen / verdunsten lassen (nicht empfohlen)-- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist.

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf?PHPSESSID=1da7320c28e11ef5e869924af1ffb231
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2015-01-12T12:21:49Z

Coldtobi: fragment ergänzt

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich dieses Problem von selber lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird oswe
* eindampfen / verdunsten lassen (nicht empfohlen)-- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist.

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf?PHPSESSID=1da7320c28e11ef5e869924af1ffb231
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-12-01T16:55:22Z

Coldtobi: /* Prozessparameter */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird oswe
* eindampfen / verdunsten lassen (nicht empfohlen)-- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist.

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf?PHPSESSID=1da7320c28e11ef5e869924af1ffb231
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-07-05T11:37:50Z

Coldtobi: /* Herstellung der Natronlauge */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird oswe
* eindampfen / verdunsten lassen (nicht empfohlen)-- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist.

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 230g Kupfer aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf?PHPSESSID=1da7320c28e11ef5e869924af1ffb231
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-07-05T06:39:40Z

Coldtobi: /* Herstellung der Natronlauge */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird oswe
* eindampfen / verdunsten lassen (nicht empfohlen)-- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist.

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 230g Kupfer aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf?PHPSESSID=1da7320c28e11ef5e869924af1ffb231
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T20:28:55Z

Coldtobi: /* Vorteile */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird oswe
* eindampfen / verdunsten lassen (nicht empfohlen)-- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist.

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 230g Kupfer aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T15:57:51Z

Coldtobi: /* Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird oswe
* eindampfen / verdunsten lassen (nicht empfohlen)-- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist.

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 230g Kupfer aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T15:57:29Z

Coldtobi: /* Konzentration des Kuper(II)chlorids */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure (33%)
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird oswe
* eindampfen / verdunsten lassen (nicht empfohlen)-- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist.

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 230g Kupfer aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T15:55:15Z

Coldtobi: /* Konzentation der Salzsäure = */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure (33%)
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird oswe
* eindampfen / verdunsten lassen (nicht empfohlen)-- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist.

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 230g Kupfer aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T15:52:41Z

Coldtobi: /* Kontrolle der Dichte */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ====

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure (33%)
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird oswe
* eindampfen / verdunsten lassen (nicht empfohlen)-- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist.

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 230g Kupfer aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T15:04:54Z

Coldtobi: Beispiel

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ====

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure (33%)
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T14:57:48Z

Coldtobi: /* Badpflege / Prozessführung */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ====

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure (33%)
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Datei:Hcl-rechner-cucl.ods

2014-05-26T14:55:50Z

Coldtobi: Coldtobi lud eine neue Version von „Datei:Hcl-rechner-cucl.ods“ hoch

Berechnungspreadsheet für das Nachdosieren von Salzsäure (CuCl-Ätzen)

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T14:39:37Z

Coldtobi: /* Kontrolle des Salzsäuregehaltes */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ====

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure (33%)
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. 

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T14:38:27Z

Coldtobi: /* Badpflege / Prozessführung */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ====

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure (33%)
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. 

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T14:37:22Z

Coldtobi: /* Badpflege / Prozessführung */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ====

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure (33%)
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen", siehe unten verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T14:34:30Z

Coldtobi: /* Badpflege / Prozessführung */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ====

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure (33%)
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T14:32:32Z

Coldtobi: /* Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ====

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure (33%)
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T14:29:22Z

Coldtobi: /* Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ====

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure (33%)
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T14:20:58Z

Coldtobi: /* Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ====

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure (33%)
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T14:12:57Z

Coldtobi: /* Equipment */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ====

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure (33%)
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2014-05-26T14:09:51Z

Coldtobi: /* Kupferchlorid gezielt herstellen */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ====

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure (33%)
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-12-18T16:55:47Z

Coldtobi: /* Disclaimer */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-12-18T16:53:02Z

Coldtobi: /* Einleitung */ Disclaimer hinzugefügt

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-12-18T16:01:11Z

Coldtobi: /* Methoden */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-12-18T11:07:32Z

Coldtobi: /* Nachteile: */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-12-18T11:00:49Z

Coldtobi: /* Einleitung */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-12-18T11:00:29Z

Coldtobi: /* Einleitung */ Kritische Betrachtung hinzugefügt -- Vor und Nachteile

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-12-18T09:57:34Z

Coldtobi: /* Equipment */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-12-18T09:54:54Z

Coldtobi: /* Equipment */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla).

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-12-18T09:53:16Z

Coldtobi: /* Equipment */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt....

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-12-18T09:36:49Z

Coldtobi: /* Externe Links */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[[Kategorie:Platinen]]

Datei:Hcl-rechner-cucl.ods

2013-12-18T09:32:07Z

Coldtobi: Coldtobi lud eine neue Version von „Datei:Hcl-rechner-cucl.ods“ hoch: nun mit Dichteabschätzer...

Berechnungspreadsheet für das Nachdosieren von Salzsäure (CuCl-Ätzen)

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-12-18T09:09:27Z

Coldtobi: /* Kontrolle der Dichte */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss dazu 380g (das HCl erstmal ignoriert) CuCl2 in Lösung gehen, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca. 200g HCl auch ca. 625g Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-12-18T08:57:46Z

Coldtobi: /* Gleichungen */ Klarstellung "verbraucht sich nicht" warum es immer mehr wird

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss man dazu 380g (das HCl mal ignoriert) CuCl2 in Lösung gaben, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca.200g HCl auch ca. 625ml Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-12-18T08:39:28Z

Coldtobi: Link repariert

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser. Die Ätzbrühe verbraucht sich also nicht, wird aber mit der Zeit immer mehr.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss man dazu 380g (das HCl mal ignoriert) CuCl2 in Lösung gaben, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca.200g HCl auch ca. 625ml Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-12-18T08:27:38Z

Coldtobi: beta -> release

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser. Die Ätzbrühe verbraucht sich also nicht, wird aber mit der Zeit immer mehr.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://Applikationsschrift%20von%20Kontakt%20Chemie%20für%20deren%20Positiv%2020%20Lack%20 Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze vom Computer ausrechnen zu lassen, habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss man dazu 380g (das HCl mal ignoriert) CuCl2 in Lösung gaben, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca.200g HCl auch ca. 625ml Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-09-24T09:03:39Z

Coldtobi: /* Materialien */

= Einleitung =

(Anmerkung: Dieser Artikel ist im entstehen -- coldtobi, 24.08.2013. Ihr könnt sehr gerne mithelfen (und z.B meine Formulierungen verbessern). Danke!)

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertigen Kupfer und das 2-die Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertiges Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft also diese Gleichung ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, das sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft fein verteilt durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser. Die Ätzbrühe verbrauchts sich also nicht, wird aber mit der Zeit immer mehr.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://Applikationsschrift%20von%20Kontakt%20Chemie%20für%20deren%20Positiv%2020%20Lack%20 Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze einem vom Computer ausrechnen zu lassen, habe dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss man dazu 380g (das HCl mal ignoriert) CuCl2 in Lösung gaben, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca.200g HCl auch ca. 625ml Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-09-24T09:01:39Z

Coldtobi: /* Equipment */

= Einleitung =

(Anmerkung: Dieser Artikel ist im entstehen -- coldtobi, 24.08.2013. Ihr könnt sehr gerne mithelfen (und z.B meine Formulierungen verbessern). Danke!)

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertigen Kupfer und das 2-die Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertiges Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft also diese Gleichung ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, das sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft fein verteilt durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser. Die Ätzbrühe verbrauchts sich also nicht, wird aber mit der Zeit immer mehr.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://Applikationsschrift%20von%20Kontakt%20Chemie%20für%20deren%20Positiv%2020%20Lack%20 Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze einem vom Computer ausrechnen zu lassen, habe dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss man dazu 380g (das HCl mal ignoriert) CuCl2 in Lösung gaben, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca.200g HCl auch ca. 625ml Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-09-18T20:15:08Z

Coldtobi: /* Materialien */

= Einleitung =

(Anmerkung: Dieser Artikel ist im entstehen -- coldtobi, 24.08.2013. Ihr könnt sehr gerne mithelfen (und z.B meine Formulierungen verbessern). Danke!)

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertigen Kupfer und das 2-die Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertiges Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft also diese Gleichung ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, das sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft fein verteilt durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser. Die Ätzbrühe verbrauchts sich also nicht, wird aber mit der Zeit immer mehr.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://Applikationsschrift%20von%20Kontakt%20Chemie%20für%20deren%20Positiv%2020%20Lack%20 Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen in [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke) der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze einem vom Computer ausrechnen zu lassen, habe dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss man dazu 380g (das HCl mal ignoriert) CuCl2 in Lösung gaben, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca.200g HCl auch ca. 625ml Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-09-18T20:07:17Z

Coldtobi: /* Ätzen */

= Einleitung =

(Anmerkung: Dieser Artikel ist im entstehen -- coldtobi, 24.08.2013. Ihr könnt sehr gerne mithelfen (und z.B meine Formulierungen verbessern). Danke!)

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertigen Kupfer und das 2-die Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertiges Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft also diese Gleichung ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, das sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft fein verteilt durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser. Die Ätzbrühe verbrauchts sich also nicht, wird aber mit der Zeit immer mehr.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://Applikationsschrift%20von%20Kontakt%20Chemie%20für%20deren%20Positiv%2020%20Lack%20 Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen in [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke) der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf‎ Plastik-Bestaendigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze einem vom Computer ausrechnen zu lassen, habe dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss man dazu 380g (das HCl mal ignoriert) CuCl2 in Lösung gaben, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca.200g HCl auch ca. 625ml Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-09-18T19:56:01Z

Coldtobi: /* Ätzen */

= Einleitung =

(Anmerkung: Dieser Artikel ist im entstehen -- coldtobi, 24.08.2013. Ihr könnt sehr gerne mithelfen (und z.B meine Formulierungen verbessern). Danke!)

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertigen Kupfer und das 2-die Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertiges Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft also diese Gleichung ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, das sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft fein verteilt durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser. Die Ätzbrühe verbrauchts sich also nicht, wird aber mit der Zeit immer mehr.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://Applikationsschrift%20von%20Kontakt%20Chemie%20für%20deren%20Positiv%2020%20Lack%20 Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen in [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke) der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Gefäß ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche maximal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

(muss noch geschrieben werden -- Küvettenbau, Sprühätzen, Erfahrungen/Chemikalienbeständigkeit ...)

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze einem vom Computer ausrechnen zu lassen, habe dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss man dazu 380g (das HCl mal ignoriert) CuCl2 in Lösung gaben, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca.200g HCl auch ca. 625ml Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-09-18T19:31:48Z

Coldtobi: /* Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen */

= Einleitung =

(Anmerkung: Dieser Artikel ist im entstehen -- coldtobi, 24.08.2013. Ihr könnt sehr gerne mithelfen (und z.B meine Formulierungen verbessern). Danke!)

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertigen Kupfer und das 2-die Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertiges Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft also diese Gleichung ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, das sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft fein verteilt durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser. Die Ätzbrühe verbrauchts sich also nicht, wird aber mit der Zeit immer mehr.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://Applikationsschrift%20von%20Kontakt%20Chemie%20für%20deren%20Positiv%2020%20Lack%20 Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen in [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke) der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Gefäß ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit 50% Deckung hat etwa 5g Cu -- entspricht 38 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 750ml Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.

(muss noch geschrieben werden -- Küvettenbau, Sprühätzen, Erfahrungen/Chemikalienbeständigkeit ...)

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze einem vom Computer ausrechnen zu lassen, habe dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss man dazu 380g (das HCl mal ignoriert) CuCl2 in Lösung gaben, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca.200g HCl auch ca. 625ml Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2013-09-18T18:43:01Z

Coldtobi: /* Ätzen */

= Einleitung =

(Anmerkung: Dieser Artikel ist im entstehen -- coldtobi, 24.08.2013. Ihr könnt sehr gerne mithelfen (und z.B meine Formulierungen verbessern). Danke!)

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertigen Kupfer und das 2-die Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertiges Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft also diese Gleichung ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, das sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft fein verteilt durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser. Die Ätzbrühe verbrauchts sich also nicht, wird aber mit der Zeit immer mehr.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beinflusst, muss
erstmal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man
sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://Applikationsschrift%20von%20Kontakt%20Chemie%20für%20deren%20Positiv%2020%20Lack%20 Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

:770ml Wasser
:200ml Salzsäure
:30ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bilderstory..,. (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt.)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen in [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke) der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind mir die Guten Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]).

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Gefäß ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.
Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen, um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten, so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit 50% Deckung hat etwa 5g Cu -- entspricht 38 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 750ml Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.

(muss noch geschrieben werden -- Küvettenbau, Sprühätzen, Erfahrungen/Chemikalienbeständigkeit ...)

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden.
Dazu gehört zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) -- und zum anderen muss ein Auge auf die Dichte geworfen werden,
damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will *etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt auf die Ätzgeschwingidkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich das lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermassen) konstant zu halten: Zum Einen eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regleung und zum Anderen eine Steuerung] der Säurekonzentration.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompleziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man 4.17g/100ml, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

==== Durchführung der Titration ====

1. Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
2. Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
3. Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
4. Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
5. Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall, und 
eine Seite einer Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte) 
Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer 
"Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5Mol/l. Da wir 2 Mal soviele Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, brauchen wir 0,077 Mol Salzsäure.
Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077Mol/(7,5Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Um das ganze einem vom Computer ausrechnen zu lassen, habe dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods

Es ist egal, wann ich diese hinzugebe, es sei denn mein Badvolumen ist so klein, dass diese einen signifikanten Unterschied an der Konzentration machen würde: Dan macht es Sinn sie schon zuvor zuzugeben.

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert aber ich für etwas overkill halte :)

Wenn man nämlich mit einer Feinwaage ein bestimmtes Volumen abwiegt, kann man sich auch daraus die Dichte errechnen.
Also mit der Spritze z.B 100ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

Die Dichte sollte nicht größer als ca. 1,38 kg/l sein. Bei Bedarf verdünnt man seine Ätze dementsprechend mit Wasser.

Bei zu kleiner Dichte kann man eh nichts sinnvolles machen, ausser weiterätzen oder die Lösung eindampfen. (was aber kein Spass ist, wegen den Salzsäuredämpfen)

Diesen Check braucht man nur ab und zu machen, denn eine Dichte von 1,38 ist gar nicht so einfach zu erreichen.

Überschlagsrechnung: Zum einen muss man dazu 380g (das HCl mal ignoriert) CuCl2 in Lösung gaben, was bei einer molaren Masse von 134g/Mol ca 2.8 Mol sind, also ein Liter ätzt 2.8*65g= ~180g Kupfer. Zum anderen hat man in der Zeit schon 5.6 Mol Salzsäure verbraucht. Bei einer 25%igen Salzsäure braucht man dazu 750ml Lösung, die neben den ca.200g HCl auch ca. 625ml Wasser enthält und damit schon verdünnt wird.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[[Kategorie:Platinen]]