DE102008058783A1

DE102008058783A1 - Process for the atmospheric coating of nano-surfaces

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Publication number: DE102008058783A1
Application number: DE102008058783A
Authority: DE
Inventors: Alexander Knospe; Thomas Beer; Michael KÜBLER; August Prof. Dr. Burr
Original assignee: Plasmatreat GmbH
Current assignee: Plasmatreat GmbH
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2010-05-27
Also published as: WO2010057853A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht auf eine Nanooberfläche eines Werkstücks, bei dem ein atmosphärischer Plasmastrahl durch elektrische Entladung in einem Arbeitsgas erzeugt wird und ein Precursormaterial räumlich getrennt vom Arbeitsgas zugeführt wird, wobei das Precursormaterial direkt dem Plasmastrahl zugeführt wird und die aufgebrachte Schicht eine der Nanooberfläche des Werkstücks im Wesentlichen entsprechende Nanooberfläche aufweist. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Aufbringen einer Trennschicht bei Abformprozessen, wobei das abzuformende Werkstück eine Nanooberfläche aufweist.The invention relates to a method for applying a layer to a nano-surface of a workpiece, in which an atmospheric plasma jet is generated by electrical discharge in a working gas and a precursor material is supplied spatially separated from the working gas, wherein the precursor material is supplied directly to the plasma jet and the applied layer one of the nano-surface of the workpiece has substantially corresponding nano-surface. In particular, the invention relates to a method for applying a release layer in the case of molding processes, wherein the workpiece to be shaped has a nano-surface.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht auf eine Nanoberfläche eines Werkstücks, bei dem ein atmosphärischer Plasmastrahl durch elektrische Entladung in einem Arbeitsgas erzeugt wird und ein Precursormaterial räumlich getrennt vom Arbeitsgas zugeführt wird, wobei das Precursormaterial direkt dem Plasmastrahl zugeführt wird und die aufgebrachte Schicht eine der Nanooberfläche des Werkstücks entsprechende Nanooberfläche aufweist.The The invention relates to a method for applying a layer a nano surface of a workpiece in which a atmospheric plasma jet by electrical discharge is generated in a working gas and spatially separated a precursor material is supplied from the working gas, wherein the precursor material is fed directly to the plasma jet and the applied Layer one of the nano-surface of the workpiece has corresponding nano-surface.

Werkstücke mit einer Nanooberfläche werden häufig für die Kunststoffformgebung, insbesondere als Formen in Press- oder Prägeverfahren bei der Verarbeitung von Duromeren oder Mehrkomponentenspritzgießverfahren, beispielsweise bei Zweikomponenten-Spritzgussverfahren, zur Massenproduktion von Kunststoff-Bauteilen mit Nanooberflächen eingesetzt.workpieces with a nano surface are common for the plastic molding, especially as forms in press or Embossing process in the processing of duromers or Multi-component injection molding, for example in Two-component injection molding process, for the mass production of plastic components used with nano-surfaces.

Unter einer Nanooberfläche wird dabei eine Oberfläche verstanden, deren typische Strukturgrößen mindestens in einer Raumdimension zumindest teilweise im Bereich zwischen 10 und 10.000 nm, bevorzugt im Submikrometer-, insbesondere im Nanometer-Bereich liegen. Solche Strukturen werden im Folgenden insgesamt auch als Nanostrukturen bezeichnet.Under a nano surface becomes a surface understood, whose typical structure sizes at least in a space dimension at least partially in the range between 10 and 10,000 nm, preferably in the submicrometer, in particular in the nanometer range lie. Such structures are also referred to collectively below Designated nanostructures.

Unter einer Nanooberfläche wird auch eine Oberfläche verstanden, deren Ebenheit in mindestens einer Raumrichtung zumindest teilweise im Bereich zwischen 10 und 10.000 nm, bevorzugt im Submikrometer-, insbesondere im Nanometer-Bereich liegt.Under a nano surface also becomes a surface understood, the flatness in at least one spatial direction at least partially in the range between 10 and 10,000 nm, preferably in submicrometer, especially in the nanometer range.

Weiterhin wird unter einer Nanooberfläche auch eine Oberfläche mit größeren Strukturen, beispielsweise im Millimeter oder Mikrometerbereich verstanden, deren Strukturgenauigkeit, insbesondere in Kantenbereichen, im Bereich zwischen 10 und 10.000 nm, bevorzugt im Submikrometer-, insbesondere im Nanometer-Bereich liegt.Farther also becomes a surface under a nano surface with larger structures, for example in millimeters or micrometer range understood their structural accuracy, in particular in edge regions, in the range between 10 and 10,000 nm, preferred in the submicrometer, in particular in the nanometer range.

Werkstücke mit Nanooberflächen spielen als Form beispielsweise eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Mikrooptiken, diffraktiven optischen Elementen, holographischen Oberflächenstrukturen, Mikrofluidikanwendungen (Lab-on-a-chip) sowie Oberflächen mit Oberflächeneffekten zur Hydrophobisierung (Lotusblüteneffekt), Hydrophilisierung oder zur Entspiegelung (Mottenaugeneffekt).workpieces with nano surfaces play as a form example one important role in the production of micro-optics, diffractive optical elements, holographic surface structures, Microfluidic applications (lab-on-a-chip) and surfaces with surface effects for hydrophobization (lotus flower effect), Hydrophilization or for antireflection (moth eye effect).

Auch ein Einsatz dieser Werkstücke zur Fertigung von Nanooberflächen mit bioaktiven Eigenschaften für diagnostische Anwendungen ist denkbar. So kann eine solche Nanooberfläche beispielsweise bioadhäsive Eigenschaften aufweisen oder die Wachstumsrichtung von darauf aufgebrachten Zellen beeinflussen. Bei Prothesen kann durch eine Nanooberfläche das Verwachsen mit dem Gewebe verbessert werden.Also an employment of these workpieces for the production of Nanooberflächen with bioactive properties for diagnostic applications is conceivable. For example, such a nano surface can have bioadhesive properties or the growth direction of cells deposited on it. For prostheses can through a nano surface the intergrowth with the tissue be improved.

Weiterhin können derartige Nanooberflächen die Optik oder Haptik von Materialien verbessern. So kann zum Beispiel eine Kunstlederoberfläche durch die Überlagerung von größeren Narbstrukturen mit Mikro- und/oder Nanostrukturen verbessert werden.Farther Such nano-surfaces may be the optics or Improve the feel of materials. For example, a synthetic leather surface by the superimposition of larger scar structures be improved with micro and / or nanostructures.

Weiterhin werden solche Werkstücke zur Formung bei Ur- oder Umformungsverfahren, beispielsweise beim Reaktionsspritzgießen oder Laminierverfahren, eingesetzt.Farther such workpieces are used for forming in original or forming processes, for example, in the reaction injection molding or lamination process, used.

Im Stand der Technik, beispielsweise bei Thermoplastspritzgussverfahren oder Reaktionsspritzgussverfahren, wird ein Kunststoff, zum Beispiel ein dünnflüssiger Zweikomponenten-Polyurethan-Kunststoff, ein Epoxidharz, Silikon oder andere vernetzende Polymere, in bzw. auf die Form gegeben. Diese Verfahren haben bei der Anwendung auf Formen mit einer Nanooberfläche den Nachteil, dass aufgrund der durch die Nanostrukturen erhöhten Oberfläche der Form und die dadurch vergrößerten Adhäsionskräfte zwischen Form und Kunststoff große Kräfte aufgewandt werden müssen, um Form und Kunststoff wieder voneinander zu trennen. Insbesondere bei chemisch vernetzten Polymeren ist sind sehr hohe Adhäsionskräfte zu überwinden. Vergleichbare Nachteile treten auch beim Reaktionsspritzgießen, dem sogenannten Reaction Injection Moulding auf.in the State of the art, for example in thermoplastic injection molding or reaction injection molding, becomes a plastic, for example a low-viscosity two-component polyurethane plastic, an epoxy resin, silicone or other cross-linking polymers, in or given to the form. These methods have in the application to forms with a nano surface the disadvantage that due to the through the nanostructured surface of the Shape and the resulting increased adhesion forces expended great forces between form and plastic need to be to form and plastic again from each other to separate. Especially with chemically crosslinked polymers are to overcome very high adhesion forces. Similar disadvantages also occur in reaction injection molding, the so-called Reaction Injection Molding.

Bei Formen, die keine Nanostrukturen an ihrer Oberfläche aufweisen, werden im Stand der Technik konventionelle Trennmittel, insbesondere ölige, wachsartige oder in Pulverform vorliegende Trennmittel, verwendet, um die Form und den Kunststoff mit geringerem Kraftaufwand voneinander trennen zu können. Diese werden auf die Form aufgesprüht, bevor der Kunststoff zur Abformung in bzw. auf die Form gegeben wird.at Forms that have no nanostructures on their surface, In the prior art conventional release agents, in particular oily, waxy or in powder form release agents, used to form and separate the plastic from each other with less effort can. These are sprayed on the mold before the plastic is given for impression in or on the mold.

Die Verwendung konventioneller Trennmittel, wie sie im Stand der Technik bei Formen ohne Nanostruktur an der Oberfläche üblich sind, ist bei Formen mit einer Nanooberfläche nachteilig, da die konventionellen Trennmittel die Nanooberfläche nicht konturfolgend benetzen. Konturfolgend meint hier die Ausbildung einer Schicht im Wesentlichen gleichmäßiger Dicke, so dass die Schicht eine Nanooberfläche aufweist, die der Nanooberfläche, auf welche die Schicht aufgebracht wird, im Wesentlichen entspricht. Daher ist mit einer konventionellen Trennschicht keine präzise Abformung der Oberfläche der Form möglich. Weiterhin wird bei der Entformung, d. h. bei der Entfernung des Kunsstoffes aus der Form, auch ein Teil des Trennmittels aus der Form entfernt, so dass es nach nur wenigen Abformungsvorgängen erforderlich ist, neues Trennmittel auf die Form aufzubringen. Bei wiederholtem Aufsprühen konventioneller Trennmittel kommt es zudem zu der Bildung eines Belags auf der Form, so dass die Form regelmäßig gereinigt werden muss.The use of conventional release agents common in the prior art in non-nanostructured forms on the surface is disadvantageous in nano-surface molds because the conventional release agents do not wet the contour of the nano-surface. Contouring here means the formation of a layer of substantially uniform thickness, so that the layer has a nano-surface that substantially corresponds to the nano-surface to which the layer is applied. Therefore, with a conventional release layer, no precise impression of the surface of the mold is possible. Furthermore, during removal from the mold, ie when the plastic is removed from the mold, part of the release agent is also removed from the mold, so that after only a few molding operations it is necessary to apply new release agent to the mold. With repeated spraying of conventional release agents, there is also the formation of a deposit on the mold, so that the mold must be cleaned regularly.

Weiterhin, wird die abgeformte Oberfläche durch das abgelöste Trennmittel verunreinigt, was besonders bei Oberflächen für diagnostische oder medizinische Anwendungen nachteilig ist. Bei diesen Anwendungen werden häufig Silikone eingesetzt, die aufgrund ihrer Adhäsion bei der Abformung ebenfalls problematisch sind. Auch bei der Herstellung von ebenen Nanooberflächen, beispielsweise bei der Herstellung von lackierten Edelholzfurnieren, sind konventionelle Trennmittel oder gar eine Formung ohne Trennmittel nachteilig, da die Oberflächen nach dem Abformen eine geringere Ebenheit aufweisen und in einem weiteren Arbeitsschritt poliert werden müssen.Farther, the molded surface is detached by the Release agents contaminated, which is especially true for surfaces detrimental for diagnostic or medical applications is. Silicones are often used in these applications, also problematic due to their adhesion to the impression are. Also in the production of flat nano surfaces, for example, in the production of varnished precious wood veneers, are conventional release agents or even a molding without release agent disadvantageous because the surfaces after molding a smaller Have flatness and polished in a further step Need to become.

Einen weiteren Stand der Technik stellt die EP 1301286 B1 dar. Sie offenbart ein Verfahren, bei denen eine eine Gradientenschichtstruktur aufweisende Trennschicht in einem Plasma unter Niederdruckbedingungen auf eine Werkstückoberfläche aufgebracht wird. Ein Trennmittelauftrag unter Niederdruckbedingungen hat aber den Nachteil, dass durch die notwendige Vakuumkammer hohe Investitionskosten entstehen, die Beschichtung nur im Chargenbetrieb erfolgen und nur aufwändig in eine Prozesskette eingebaut werden kann.Another prior art is the EP 1301286 B1 It discloses a method in which a release layer having a gradient layer structure is applied to a workpiece surface in a plasma under low pressure conditions. However, a release agent application under low-pressure conditions has the disadvantage that high investment costs arise due to the necessary vacuum chamber, the coating can only take place in batch operation and can only be laboriously incorporated into a process chain.

Ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls, d. h. eines Plasmastrahls mit einem Umgebungsdruck, der in der Größenordnung des Atmosphärendrucks liegt, ist aus EP 1 335 641 A1 bekannt. Hierzu wird ein Arbeitsgas, vor allem Luft, Stickstoff, Formiergas (Mischung aus Stickstoff und Wasserstoff) oder ein Edelgas, insbesondere Argon oder Helium, durch einen Kanal geleitet, in dem durch Hochspannung ein Plasmastrahl über eine elektrische Entladung, d. h. eine Koronaentladung und/oder eine Bogenentladung, erzeugt wird.A method and an apparatus for producing an atmospheric plasma jet, ie a plasma jet with an ambient pressure which is of the order of magnitude of the atmospheric pressure, is lacking EP 1 335 641 A1 known. For this purpose, a working gas, especially air, nitrogen, forming gas (mixture of nitrogen and hydrogen) or a noble gas, in particular argon or helium, passed through a channel in which by high voltage a plasma jet via an electrical discharge, ie a corona discharge and / or an arc discharge is generated.

Bei Beschichtungsverfahren mittels eines atmosphärischen Plasmastrahles wird vorzugsweise der Effekt der Plasmapolymerisation genutzt, wie sie in EP 1 230 414 B1 offenbart ist. Bei dieser Methode wird ein Precursormaterial in flüssiger Form direkt in den Plasmastrahl eingebracht, dort chemisch und/oder elektronisch angeregt, so dass vor, bei oder nach der Abscheidung des angeregten Precursors auf eine Oberfläche eine Polymerisation des Precursors einsetzt.In the case of coating processes using an atmospheric plasma jet, it is preferable to use the effect of the plasma polymerization, as described in US Pat EP 1 230 414 B1 is disclosed. In this method, a precursor material is introduced in liquid form directly into the plasma jet, there excited chemically and / or electronically, so that before, during or after the deposition of the excited precursor to a surface polymerization of the precursor begins.

In der DE 10 2005 059 706 A1 ist ein Verfahren offenbart, bei dem eine Trennschicht mit einem atmosphärischen Plasmastrahl auf eine Oberfläche aufgebracht wird. Die Schichtdicken der mit diesem Verfahren aufgebrachten Schichten sind allerdings zu groß, um damit Nanostrukturen konturfolgend benetzen zu können.In the DE 10 2005 059 706 A1 For example, there is disclosed a method in which a layer of atmospheric plasma jet is applied to a surface. However, the layer thicknesses of the layers applied with this method are too large in order to be able to wet nanostructures in a contour-following manner.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, das Verfahren zum Aufbringen einer dünnen konturfolgenden Schicht, insbesondere einer Trennschicht zur Verbesserung der Entformung bei Abformungsverfahren, auf einer Nanooberfläche zu verbessern.Of the The invention is therefore based on the technical problem, the method for applying a thin contour-following layer, in particular one Separating layer for improving the demoulding in impression methods, to improve on a nano surface.

Dieses technische Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This technical problem is inventively a method with the features of claim 1 solved. Further advantageous embodiments are in the subclaims specified.

Das Aufbringen einer konturfolgenden Schicht auf ein Werkstück kann dadurch verbessert werden, dass ein atmosphärischer Plasmastrahl durch elektrische Entladung in einem Arbeitsgas erzeugt und ein Precursormaterial für die Schicht vom Arbeitsgas getrennt direkt in den Plasmastrahl eingebracht wird und das im Plasmastrahl angeregte Precursormaterial mittels Plasmaauftrag unter atmosphärischem Druck auf die Nanooberfläche eines Werkstücks in einer dünnen Schicht aufgebracht wird. Unter dem Begriff ”elektrische Entladung” werden hierbei, wie weiter oben ausgeführt, Koronaentladungen und/oder Bogenentladungen verstanden.The Applying a contour-following layer on a workpiece can be improved by being an atmospheric Plasma jet generated by electrical discharge in a working gas and a precursor material for the working gas layer is introduced directly into the plasma jet and in the Plasma jet excited precursor material by plasma deposition under atmospheric pressure on the nano-surface of a workpiece is applied in a thin layer. Under the term "electrical Discharge "are here, as stated above, Corona discharges and / or arc discharges understood.

Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass unter Atmosphärendruck eine dünne Schicht, vorzugsweise mit einer Schichtdicke im Submikrometer-Bereich, so auf eine Nanooberfläche aufgebracht werden kann, dass die aufgebrachte Schicht eine der Nanooberfläche des Werkstücks im Wesentlichen entsprechende Nanooberfläche aufweist. Das Verfahren erlaubt daher, die Eigenschaften, insbesondere physikalische, chemische und biologische Eigenschaften, der Werkstückoberfläche unter Erhaltung der Struktur als Nanooberfläche durch das Aufbringen einer Schicht unter Atmosphärendruck zu modifizieren. Dieses Verfahren überwindet somit das technische Vorurteil, dass die große kinetische Energie, mit der ein Precursormaterial durch den Plasmastrahl auf eine zu beschichtende Oberfläche trifft, das Ausbilden einer auf Nanostrukturgröße sauberen Schicht verhindert.The described method has the advantage that under atmospheric pressure a thin layer, preferably with a layer thickness in the submicron range, so applied to a nano surface can be that the applied layer one of the nano surface of the workpiece substantially corresponding nano surface having. The method therefore allows the properties, in particular physical, chemical and biological properties of the workpiece surface while preserving the structure as a nano surface by the Apply a layer to modify under atmospheric pressure. This method thus overcomes the technical prejudice that the great kinetic energy with which a precursor material through the plasma jet on a surface to be coated meets, forming a nanostructure size clean layer prevented.

Das oben erläuterte Verfahren zum Aufbringen einer Schicht auf eine Nanooberfläche eines Werkstücks ist besonders geeignet für das Aufbringen einer anti-adhäsiven Schicht, insbesondere einer Trennschicht bei einem Spritzguss- oder Pressverfahren. Eine anti-adhäsive Schicht meint in diesem Zusammenhang eine Schicht, die dadurch ausgezeichnet ist, dass die diese und eine darauf aufgebrachte Schicht zusammenhaltende Kraft geringer ist als die Kraft, die die direkt auf das Werkstück aufgebrachte Schicht und das Werkstück zusammenhalten würde.The above-described method for applying a layer to a nano-surface of a workpiece is particularly suitable for applying an anti-adhesive layer, in particular a release layer in an injection molding or pressing process. An anti-adhesive layer in this context means a layer which is excellent in that the cohesive force and the layer applied thereto are lower as the force that would hold together the layer applied directly to the workpiece and the workpiece.

Das beschriebene Verfahren hat demnach den Vorteil, dass durch die aufgebrachte anti-adhäsive Schicht das Trennen beispielsweise eines Formteils von einer Form erleichtert wird, da ein geringerer Kraftaufwand erforderlich ist. Das Verfahren ist damit in besonderer Weise geeignet für Werkstücke mit einer großen Oberfläche, bei denen das Ablösen einer Schicht ohne eine anti-adhäsive Schicht einen enormen Kraftaufwand erfordern würde. Außerdem ist das Verfahren besonders für Materialien geeignet, die materialbedingt sehr große Adhäsionskräfte aufweisen, beispielsweise Polyurethane, Epoxide, Silikone, ungesättigte Polyester, Acrylate, Melamine oder Phenoplaste.The described method therefore has the advantage that by the applied anti-adhesive layer separating for example one Mold is facilitated by a mold, as a lesser effort is required. The method is thus particularly suitable for workpieces with a large surface, where peeling a layer without an anti-adhesive Layer would require a tremendous amount of effort. Furthermore the method is particularly suitable for materials that Material-related very large adhesion forces have, for example, polyurethanes, epoxies, silicones, unsaturated Polyester, acrylates, melamines or phenoplasts.

Weiterhin hat das Verfahren den Vorteil, dass die erleichterte Ablösung, beispielsweise des Formteils von der Form, auch eine sauberere Ablösung bewirkt, das heißt, dass das Formteil und die Form beim Ablöseprozess nicht beschädigt wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei der Herstellung hochglatter bzw. hochglänzender Oberflächen, da die erfindungsgemäß abgeformte Oberfläche kaum Oberflächenfehler aufweist und nicht weiter behandelt, beispielsweise poliert, werden muss, um die hochglatte bzw. hochglänzende Eigenschaft zu erhalten.Farther the method has the advantage that the facilitated separation, for example, the molded part of the mold, also causes a cleaner separation, that is, the molding and the mold during the peeling process not damaged. This is particularly advantageous in the production of highly glossy or high-gloss surfaces, since the invention molded surface hardly has surface defects and not further treated, for example Polished, must be, to the high gloss or high gloss To get property.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Bildung eines Belages auf der Formoberfläche durch die sehr geringe Schichtdicke der bei diesem Verfahren aufgebrachten Trennmittelschicht reduziert wird, so dass das Form-Werkstück seltener gereinigt werden muss.One Another advantage of this method is that the formation a coating on the mold surface by the very small Layer thickness of the release agent layer applied in this process is reduced, so that the mold workpiece cleaned less frequently must become.

Das Verfahren ist besonders geeignet zum Aufbringen einer Schicht unter Verwendung eines Fluor-organischen Precursors, insbesondere von Decafluorpentan und Hexafluorpropenoxid. Eine aus einem Fluor-organischem Precursor abgeschiedene Schicht ist geeignet, eine Nanooberflächen konturfolgend abzubilden. Außerdem zeigt eine solche Schicht besonders gute anti-adhäsive Eigenschaften. Diese Eigenschaften sind gerade bei nanostrukturierten Werkstücken vorteilhaft, da diese aufgrund der Nanostrukturen eine besonders große Oberfläche aufweisen.The Method is particularly suitable for applying a layer below Use of a fluoro-organic precursor, in particular of Decafluoropentane and hexafluoropropene oxide. One from a fluoro-organic Precursor-deposited layer is suitable, a nano-surfaces contour follow. In addition, such a layer shows particularly good anti-adhesive properties. These properties are particularly advantageous for nanostructured workpieces, because of the nanostructures they are particularly large Have surface.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens wird dadurch erreicht, dass auf die aufgebrachte Schicht eine weitere Schicht, eine Sekundärschicht, aufgebracht wird. Dadurch dass die erfindungsgemäß aufgebrachte Schicht den Nanostrukturen der Werkstückoberfläche entsprechende Nanostrukturen an ihrer Oberfläche aufweist, werden diese Strukturen auch als Abdruck an der die Schicht berührenden Oberfläche der Sekundärschicht ausgebildet. Abdruck meint hier die Ausbildung der Strukturen als Negativ. Somit lassen sich mit diesem Verfahren dünne verborgene Schichten herstellen, die eine der Werkstückoberfläche entsprechende nanostrukturierte Form aufweisen. Außerdem lassen sich zwei in ihren Nanostrukturen komplementäre Schichten mit einer zwischen ihnen liegenden Trennschicht herstellen.A further advantageous embodiment of the method is achieved by that on the applied layer another layer, a secondary layer, is applied. In that the invention applied Layer the nanostructures of the workpiece surface has corresponding nanostructures on its surface, These structures are also used as an impression on the layer touching Surface of the secondary layer formed. imprint here means the formation of structures as a negative. Thus let make thin hidden layers with this method, the one corresponding to the workpiece surface have nanostructured form. In addition, you can two layers complementary in their nanostructures with one produce between them separating layer.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens wird durch die Verwendung von Kunststoffen für die Sekundärschicht erreicht, die für die Abformung von Nanostrukturen besonders geeignet sind. Die Verwendung eines solchen Kunststoffes führt zu einer besonders präzisen Abformung der Nanostrukturen der Schicht in die Sekundärschicht.A Another particularly advantageous embodiment of the method is through the use of plastics for the secondary layer achieved, especially for the molding of nanostructures are suitable. The use of such a plastic leads for a particularly precise impression of the nanostructures the layer into the secondary layer.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens wird durch das Entfernen der Sekundärschicht nach ihrem Aufbringen und ggf. einer Aushärtung erreicht. Die als Abdruck in die Sekundärschicht eingebrachte Nanostruktur bleibt bei diesem Verfahren im Wesentlichen erhalten, so dass das Verfahren besonders zur Abformung nanostrukturierter Werkstücke, beispielsweise im Spritzgussverfahren, geeignet ist. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens liegt darin begründet, dass die als Trennschicht benutzte aufgebrachte dünne konturfolgende Schicht beim Ablösevorgang der Sekundärschicht im Wesentlichen auf dem Werkstück verbleibt, so dass dieselbe Trennschicht für viele Abformungsprozesse benutzt werden kann, ohne dass das Neuaufbringen einer Trennschicht erforderlich ist. Durch die Dünnheit der Trennschicht ist außerdem auch bei mehrfachem Aufbringen einer solchen Schicht die Belagbildung auf dem Werkstück begrenzt, so dass auch die Reinigung des Werkstücks seltener erfolgen muss. Ferner sind abgeformte Teile nach dem Lösen von der Form nicht durch anhaftende Trennmittelreste verunreinigt und müssen daher nicht separat gereinigt werden.A advantageous embodiment of the method is by removing the secondary layer after its application and possibly one Curing achieved. The impression in the secondary layer introduced nanostructure remains in this process essentially so that the process is particularly useful for taking nanostructured Workpieces, for example by injection molding, is suitable. Another advantage of this method lies in the fact that in that the thin contour follower used as the release layer Layer during the stripping process of the secondary layer essentially remains on the workpiece, so that the same Separating layer can be used for many molding processes can, without requiring the reapplying of a release layer is. Due to the thinness of the release layer is also even with multiple application of such a layer, the formation of deposits limited to the workpiece, so also cleaning of the workpiece must be done less frequently. Furthermore, are molded Do not remove any adhering parts after releasing from the mold Release agent residues contaminated and therefore need not be separated getting cleaned.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigenFurther Features and advantages of the present invention will become apparent in the description an embodiment explained in more detail, with reference to the accompanying drawings. In the drawing show

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur atmosphärischen Plasma-Beschichtung einer Nanooberfläche, bei der die Schicht konturfolgend auf die Oberfläche aufgebracht wird, 1 An embodiment of a method according to the invention for the atmospheric plasma coating of a nano-surface, in which the layer is successively applied to the surface,

2 einen Abformprozess einer Nanooberfläche, 2 a molding process of a nano surface,

2a einen stark vergrößerten Schnitt der Nanoberfläche aus 2 mit einer darauf mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachten Schicht, 2a a greatly enlarged section of the nano surface 2 with an applied thereto by the method according to the invention Layer,

2b den Schnitt wie in 2a mit einer auf die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachte Schicht aufgebrachten Sekundärschicht und 2 B the cut as in 2a with a secondary layer applied to the layer applied by the method according to the invention and

2c den Schnitt wie in 2b nach Ablösen der Sekundärschicht. 2c the cut as in 2 B after detachment of the secondary layer.

Das in 1 gezeigte Verfahren zur Plasmabeschichtung 1 weist eine einen Plasmastrahl 2 erzeugende Plasmaquelle 3 auf, mit dem nach Einbringen eines Precursors in den Plasmastrahl eine Nanooberfläche 4, beispielsweise eine nanostrukturierte Nanooberfläche beschichtet wird.This in 1 shown method for plasma coating 1 one has a plasma jet 2 generating plasma source 3 with, after introducing a precursor into the plasma jet a nano surface 4 , For example, a nanostructured nano-surface is coated.

Die Plasmaquelle 3 weist ein Düsenrohr 5 aus Metall auf, das sich konisch zu einem Düsenrohrauslass 6 verjüngt. Am dem Düsenrohrauslass 6 entgegengesetzten Ende weist das Düsenrohr 5 eine Dralleinrichtung 8 mit einem Einlass 10 für ein Arbeitsgas auf, beispielsweise für Stickstoff. Eine Zwischenwand 12 der Dralleinrichtung 8 weist einen Kranz von schräg in Umfangsrichtung angestellten Bohrungen 14 auf, durch die das Arbeitsgas verdrallt wird. Der stromabwärtige, konisch verjüngte Teil des Düsenrohres wird deshalb von dem Arbeitsgas in der Form eines Wirbels 16 durchströmt, dessen Kern auf der Längsachse des Düsenrohres verläuft.The plasma source 3 has a nozzle tube 5 made of metal, which tapers to a nozzle tube outlet 6 rejuvenated. At the nozzle tube outlet 6 opposite end has the nozzle tube 5 a twisting device 8th with an inlet 10 for a working gas, for example for nitrogen. An intermediate wall 12 the swirl device 8th has a ring of inclined in the circumferential direction employed holes 14 on, by which the working gas is twisted. The downstream, conically tapered portion of the nozzle tube is therefore of the working gas in the form of a vortex 16 flows through, the core of which runs on the longitudinal axis of the nozzle tube.

An der Unterseite der Zwischenwand 12 ist mittig eine Elektrode 18 angeordnet, die koaxial in Richtung des verjüngten Abschnittes in das Düsenrohr hineinragt. Die Elektrode 18 ist elektrisch mit der Zwischenwand 12 und den übrigen Teilen der Dralleinrichtung 8 verbunden. Die Dralleinrichtung 8 ist durch ein Keramikrohr 20 elektrisch gegen das Düsenrohr 5 isoliert. Über die Dralleinrichtung 8 wird an die Elektrode 18 eine hochfrequente Hochspannung angelegt, die von einem Transformator 22 erzeugt wird. Der Einlass 10 ist über einen nicht gezeigten Schlauch mit einer unter Druck stehenden Arbeitgasquelle mit variablem Durchsatz verbunden. Das Düsenrohr 5 ist geerdet.At the bottom of the partition 12 is an electrode in the middle 18 arranged, which protrudes coaxially in the direction of the tapered portion in the nozzle tube. The electrode 18 is electric with the partition 12 and the remaining parts of the twisting device 8th connected. The swirl device 8th is through a ceramic tube 20 electrically against the nozzle tube 5 isolated. About the twisting device 8th gets to the electrode 18 a high frequency high voltage applied by a transformer 22 is produced. The inlet 10 is connected via a hose, not shown, with a pressurized working gas source with variable flow rate. The nozzle tube 5 is grounded.

Durch die angelegte Spannung wird eine Hochfrequenzladung in der Form eines Lichtbogens 24 zwischen der Elektrode 18 und dem Düsenrohr 5 erzeugt. Der Begriff ”Lichtbogen” wird hier als phänomenologische Beschreibung der Entladung verwendet, da die Entladung in Form eines Lichtbogens auftritt. Der Begriff ”Lichtbogen” wird aber bei Gleichspannungsentladung mit im Wesentlichen konstanten Spannungswerten verstanden.The applied voltage becomes a high-frequency charge in the form of an arc 24 between the electrode 18 and the nozzle tube 5 generated. The term "arc" is used here as a phenomenological description of the discharge, since the discharge occurs in the form of an arc. However, the term "arc" is understood in DC discharge with substantially constant voltage values.

Aufgrund der drallförmigen Strömung des Arbeitsgases wird dieser Lichtbogen jedoch im Wirbelkern auf der Achse des Düsenrohres 5 kanalisiert, so dass er sich erst im Bereich des Düsenrohrauslasses 6 zur Wand des Düsenrohres 5 verzweigt. Das Arbeitsgas, das im Bereich des Wirbelkerns und damit in unmittelbarer Nähe des Lichtbogens 24 mit hoher Strömungsgeschwindigkeit rotiert, kommt mit dem Lichtbogen in innige Berührung und wird dadurch zum Teil in den Plasmazustand überführt, so dass ein atmosphärischer Plasmastrahl 2 durch den Düsenrohrauslass 6 aus der Plasmaquelle 3 austritt. Strömungsabwärts des Düsenrohrauslasses 6 ist eine Lanze 26 vorgesehen, an die über einen nicht gezeigten Schlauch eine Precursorquelle angeschlossen ist. Durch die Lanze 26 wird Precursormaterial direkt in den Plasmastrahl 2 eingebracht. Das Precursormaterial wird im Plasmastrahl teilweise ionisiert und mit dem Plasmastrahl durch die Auslassöffnung 28 transportiert. Das teilionisierte Precursormaterial gelangt mit dem Plasmastrahl auf die Nanooberfläche 4 und bildet dort unter Plasmapolymerisation eine Schicht aus.Due to the swirling flow of the working gas, however, this arc is in the vortex core on the axis of the nozzle tube 5 channeled so that it only in the area of the nozzle tube outlet 6 to the wall of the nozzle tube 5 branched. The working gas that is in the area of the vortex core and thus in the immediate vicinity of the arc 24 rotated at high flow rate, comes into intimate contact with the arc and is thereby partially transferred to the plasma state, so that an atmospheric plasma jet 2 through the nozzle tube outlet 6 from the plasma source 3 exit. Downstream of the nozzle tube outlet 6 is a lance 26 provided, to which a precursor source is connected via a hose, not shown. Through the lance 26 Precursor material is injected directly into the plasma jet 2 brought in. The precursor material is partially ionized in the plasma jet and with the plasma jet through the outlet 28 transported. The partially ionized precursor material reaches the nano-surface with the plasma jet 4 where it forms a layer under plasma polymerization.

2 zeigt einen Abformprozess an einer nanostrukturierten Nanooberfläche eines Werkstücks unter Verwendung einer durch ein erfindungsgemäßes Verfahren aufgebrachten Trennschicht. 2 shows a molding process on a nanostructured nano-surface of a workpiece using a release layer applied by a method according to the invention.

2a zeigt einen Schnitt der Nanooberfläche 4 aus 2 in einer starken Vergrößerung. Die auf der Nanooberfläche 4 ausgebildeten Strukturen und Aussparungen 30, 30', 30'', 30''' haben eine typische Größe in der Größenordnung von 10 bis 10.000 nm, bevorzugt von 10 bis 1.000 nm und besonders bevorzugt von 10 bis 400 nm. Auf die Oberfläche 4 wurde mit einem erfindungsgemäßen Verfahren eine konturfolgende dünne Schicht 32 aufgebracht. 2a shows a section of the nano surface 4 out 2 in a strong magnification. The on the nano surface 4 trained structures and recesses 30 . 30 ' . 30 '' . 30 ''' have a typical size of the order of 10 to 10,000 nm, preferably from 10 to 1,000 nm and more preferably from 10 to 400 nm. On the surface 4 was a contour-following thin layer with a method according to the invention 32 applied.

2b zeigt einen Schnitt wie in 2a dargestellt, wobei auf die konturfolgenden Schicht 32 eine Sekundärschicht 34 aufgebracht wurde. 2 B shows a cut as in 2a shown, wherein on the contour-following layer 32 a secondary layer 34 was applied.

2c zeigt einen Schnitt wie in 2b dargestellt, wobei die Sekundärschicht 34 von der konturfolgenden Schicht 32 getrennt wurde. Die konturfolgende Schicht ist dabei im Wesentlichen auf der Nanooberfläche 4 verblieben. Die abgelöste Sekundärschicht weist den Nanostrukturen 30 bis 30''' der Nanooberfläche 4 als Abdruck entsprechende Strukturen 36 bis 36''' auf. 2c shows a cut as in 2 B shown, wherein the secondary layer 34 from the contour following layer 32 was separated. The contour-following layer is essentially on the nano surface 4 remained. The detached secondary layer has the nanostructures 30 to 30 ''' the nano surface 4 as impression corresponding structures 36 to 36 ''' on.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1301286 B1 [0014]
- EP 1335641 A1 [0015]
EP 1230414 B1 [0016]
- DE 102005059706 A1 [0017]

Claims

Method for applying a layer ( 32 ) on a nano surface ( 4 ) of a workpiece, - in which an atmospheric plasma jet ( 2 ) is produced by electrical discharge in a working gas, - in which a precursor material is supplied spatially separated from the working gas, - wherein the precursor material directly to the plasma jet ( 2 ), characterized in that - the applied layer ( 32 ) one of the nano surface ( 4 ) of the workpiece has substantially corresponding nano-surface.

Method according to claim 1, characterized in that the applied layer ( 32 ) has anti-adhesive properties.

Process according to claims 1 or 2, characterized in that the precursor is a fluoro-organic Connection is used.

Process according to claims 1 to 3, characterized in that on the layer ( 32 ) a secondary layer ( 34 ) is applied.

Process according to claims 1 to 4, characterized in that for the secondary layer ( 34 ) a suitable for the molding of nanostructures plastic is used.

Process according to claims 1 to 5, characterized in that the secondary layer ( 34 ) is removed again.