Ätzen von Kupfer mit Eisen-(III)-chlorid
Themen dieser Teilseite
Einige wichtige Tipps zum Ätzen mit Kupfer, zur Aufbewahrung, Giftigkeit und zum Ansatz von 🛒➥ Eisen-III-Chlorid:
Es ist in Drogerien, Apotheken und im Fachhandel in Stücken erhältlich. Da es stark hygroskopisch (wasseranziehend) ist, darf es niemals in Papiertüten oder Behältnissen aufbewahrt werden, die sich bei Feuchtigkeit auflösen. Kunststoff- oder Glasflaschen sind besser geeignet. Weil FeCl3 Metalle ätzt sind auch Metallgefäße (Dosen) ungeeignet, ebenso Metalldeckel auf den Gläsern. Beim ➥ Umgang mit Säure oder Eisen-(III)- Chlorid müssen Sie Gummihandschuhe und eine Schutzbrille tragen.
Eisen-(III)-chlorid ist giftig!
Hinweise zum Umgang und zu Gefährdungen durch Eisen(III)Chlorid finden Sie in der➥ GESTIS-Stoffdatenbank. Weil in der Eisen-III-Chlorid-Lösung Salzsäure entstehen kann, darf keine andere Chemikalie – vor allem kein Reinigungsmittel – in die Lösung gelangen. Das dabei möglicherweise entstehende Chlorgas war ein Kampfgas des Ersten und Zweiten Weltkrieges.
Ansatz der FeCl3-Lösung
Das günstigste Lösungsverhältnis liegt zwischen 35° Bé und 42° Bé. Die Betriebe ziehen FeCl3-Lösung der Salpetersäure und dem holländischen Bad vor, weil sich die Ätzergebnisse durch die unterschiedliche Wärmeentwicklung beim Ätzen nicht exakt steuern lassen. Der Nachteil von FeCl3 ist, dass der Ätzvorgang optisch nicht verfolgt werden kann. Daher sind für den Künstler die anderen Ätzlösungen eher angeraten, auch wenn sie nicht den Ansprüchen eines High-Tech-Vierfarbdruckes genügen.
Preissig: 36°, 1:1
Preissig empfiehlt eine halb so konzentrierte Lösung. Er verwendet zur Kupferätzung eine Lösung von 36° Bé, die er 1:1 mit Wasser verdünnt.
Krejca: 32-34°
Er ätzt mit FeCl3 in einer Konzentration zwischen 32°-34° Bè. Als Ätztemperatur empfiehlt er 24°C. Er löst dazu 2 kg zerstoßenes Kristallsalz in 1 Liter Wasser auf.
Hayter: 45°, 1:1
Auch Hayter nimmt eine gesättigte Lösung mit 45°Bé, die er mit derselben Menge Wasser vermischt.
Technischer Tiefdruck: 42° bzw. 34°
In Tiefdruckereien wird zur exakten Bestimmung des Eisen-III-Chlorid-Gehalts (Frischegehalts der Lösung) ein sogenanntes Acidometer (elektronisch) oder ein Araeometer verwendet. Letzteres zeigt die Dichte der Lösung in °Bé an. Tiefdruckereien arbeiteten mit FeCl3-Lösung mit 42° Bé, bzw. verdünnt auf 34° Bé.
Eigenschaften von FeCl3
Der Ätzfaktor von Kupfer und Eisen-III-Chlorid beträgt 3,8. Das bedeutet, Eisen-(III)-Chlorid ätzt Kupfer 3,8 mal stärker in die Tiefe als in die Breite. Bei Zink beträgt der Ätzfaktor 2. Zink ergibt also breitere und nicht so tiefe Ätzlinien.
Ablauf mit FeCl3
Vorätzen
Damit der Ätzverlauf gleichmäßiger verläuft, empfiehlt Krejca ein Vorätzen. Er taucht die Platte für einige Zeit in eine verbrauchte, erschöpfte Eisen-III-Chlorid-Lösung.
Chemische Reaktion
Beim Ätzen von Kupfer entsteht aus der Reduktion des wasserlöslichen Eisen-(III)-chlorids zu wasserunlöslichem Eisen(II)-Chlorid ein brauner Kupferoxid-Schlamm. Dieser schlägt sich in den geätzten Linien und Punkten nieder und verhindert (bzw. verzögert) so die weitere Ätzung.
Beim Lösen des Eisen-III-Chlorids in Wasser entstehen neben Eisenhydroxyd = Fe(OH)3 noch Salzsäure =HCl und basisches Eisenchlorid= Fe(OH)Cl2. Die Oxydationsmittel in der Eisenchlorid-Lösung, z.B. Fe(OH)3 und Fe(OH)Cl2 greifen bei der Kupferätzung das Kupfer an und bilden Kupferoxyd. Dieses wird durch die Salzsäure aufgelöst. Dabei entsteht aus dem dreiwertigen FeCl3 das zweiwertige FeCl2.
Hauptreaktionsgleichung:
Cu + 2 FeCl2 –> CuCl2 + 2 FeCl2
Die verbrauchte Lösung färbt sich durch das Eisenchlorür FeCl2 und das Kupferchlorid CuCl2 grünlich. Außerdem enthält die verbrauchte Lösung Kupferchlorür CuCl. Die verbrauchte Lösung gehört nicht in den Abfluss, sondern zum Sondermüll. Sie enthält giftige Kupfersalze, Kupferoxyd und Eisenchlorür.
Tips zur Verbesserung der Kupferätzung
Um die Ätzung zu beschleunigen, muss das beim Ätzen von Kupfer entstehende Kupferchlorid (der „Ätzschlamm“) von der Platte entfernt werden. Dies erfolgt durch ständige Bewegung der Wanne oder mit einem weichen Pinsel. Manche empfehlen, die Platte umgekehrt in die Wanne zu legen. Das hat den Nachteil, dass der Ätzvorgang nicht mehr beobachten werden kann. Bei der Technik des Vernis mou kann es so auch zu einer Lackbeschädigung führen. Lohwasser empfiehlt das Verwenden eines Bausches Glaswolle oder einer Hühnerfeder, um die Bläschen (bzw. den Ätzschlamm) von der Platte zu entfernen. Auch die Zugabe von 10% Salpetersäure hält das Kupferchlorid in Lösung.
Die Linien färben sich durch den Ätzschlamm beim Ätzen gleichzeitig schwarz. Daher erscheinen sie tiefer, als sie wirklich sind und die Ätzung lässt sich schwer beurteilen. Diesen Ätzschleier können Sie durch kurzes Eintauchen in wässrige Salpetersäurelösung entfernen. (Handschuhe!)
In Tiefdruckanstalten wird die Platte von unten aus Düsen gleichmäßig mit Lösung besprüht. Bei einem anderen Verfahren wird die Druckmatrize mit Schaufeln ständig bespritzt. Bei anderen Vorrichtungen fließt die Lösung ständig über die Platte herab. Ähnliche Apparate kann sich der versierte Amateur selbst herstellen.
Abstumpfen und Temperieren
Es ist besser, die frische Ätzlösung vor der Verwendung mit 1%-igem Ammoniak oder mit Kupferspänen „abzustumpfen“, damit die Ätzung gleichmäßig verläuft. Die Kristalle des Eisenchlorids können manchmal einen Überschuss an reiner Salzsäure besitzen und so als frische Lösung zu aggressiv ätzen. Die Ätzzeiten lassen sich dann nicht mehr kalkulieren. Ich verwende zum Abstumpfen haarfeine Drähte eines alten, abisolierten Elektrokabels (Litze) und lasse das nach dem Ansetzen von der frischen Säure „auffressen“.
Warme Bäder ätzen intensiver, kalte fast gar nicht. In einem temperierten Bad mit kontrollierter Bewegung und FeCl3 ist der Ätzablauf exakt steuerbar. Die Lösung arbeitet am besten, wenn sie auf 40°C temperiert wird. Sie können zum Temperieren die Ätzwanne in eine zweite, größere mit warmem Wasser oder auf eine Warmhalteplatte stellen.
Durch Farbveränderung zeigt sich bei der Lösung, wann sie verbraucht ist. Die frische Lösung ist orangefarbig, die verbrauchte wechselt zu grün.
Rezepturen zum Ätzen von Kupfer
Rezept 1:
Zutaten:
- 250 g Eisen-(III)-chlorid
- 750 ml Wasser
Hinweis:
Traudl Riess empfiehlt 1 Teil FeCl3 und 3 Teile H2O.
Rezept 2
Zutaten:
- 200 g Eisen-(III)-chlorid
- 1000 ml Wasser
Hinweis:
Kupfer wird mit einer Lösung von 200 gr Eisen-(III)-chlorid auf 1 Liter Wasser geätzt.
Auffrischen der Lösung
Mit einem alten Kaffeefilter und einem Trichter können Sie ab und zu die ausgefällten Bestandteile herausfiltern und die Lösung wieder etwas klären.
Bezugsquellen
Ätzmittel
- 🛒 Natriumpersulfat
- 🛒 Eisen-III-Chlorid
- 🛒 Schwefelsäure
- 🛒 Salzsäure 33%Hilfsmittel
- 🛒 Natriumhydroxid, Ätznatron, NaOH, auch als kaustisches Soda bezeichnet (1kg Perlen, z.B. Herstellung von Seife)
- 🛒 Schlämmkreide
- 🛒 Aceton (Nagelreiniger)
- 🛒 Zitronensäure (Entkalker)
- 🛒 Stahlwolle (0000, extra fein)
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