DE10146986A1

DE10146986A1 - Verfahren zur Herstellung von mikrostrukturierten Prägewerkzeugen

Info

Publication number: DE10146986A1
Application number: DE2001146986
Authority: DE
Inventors: Ralf Bonitz; Martin Zimmermann; Lars Herzbach; Bernd Loeffelbein; Rudolf Kemler
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2001-09-24
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2003-04-10

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung von mikrostrukturierten Vorrichtungen, insbesondere Prägewerkzeugen. Aufgabe der Erfindung ist es, einen gegenüber dem Stand der Technik neuen und wesentlich verbesserten Weg zur Mikrostrukturierung von Materialien aufzuzeigen, die als Formgebungswerkstoffe insbesondere in der Glas- und/oder Kunststoffindustrie einsetzbar sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist zur Herstellung von mikrostrukturierten Vorrichtungen, insbesondere Formgebungs- bzw. Prägewerkzeugen, vorgesehen, ein zu strukturierendes Werkstoffmaterial (1a, 1b) zunächst in pulverförmigem und/oder feinkörnigem Zustand bereitzustellen, ferner eine mikrostrukturierte Negativmaske (2) bereitzustellen und diese in das Werkstoffmaterial (1a, 1b) einzubetten, das Werkstoffmaterial (1a, 1b) einschließlich des darin eingebetteten Negativmasters (2) einem HIP-Prozess, also einem Heiß-Isostatischen-Press-Prozess zu unterziehen und anschließend den Negativmaster (2) vom Werkstoffmaterial (1a, 1b) zu entfernen.

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mikrostrukturierten Prägewerkzeugen, eine für diese Herstellung geeignete Vorrichtung sowie ein entsprechend mikrostrukturierte Vorrichtung.
Wie einem Fachmann auf diesem Gebiet an sich bekannt ist, wird für die Herstellung von üblicherweise im µm-Bereich strukturierten Produkten oder Erzeugnissen, wie insbesondere Glas- und/oder Kunststoffbauteilen ein entsprechendes Formgebungs- oder Prägewerkzeug benötigt.
Hierzu muss ein derartiges Prägewerkzeug folglich auf seinem zur Prägung des Erzeugnisses vorgesehenen Oberflächenkontaktbereich das entsprechende Negativ der geforderten Struktur aufweisen. Bei der Herstellung bzw. Formgebung der strukturierten Erzeugnisse werden diese negativen Oberflächenstrukturen des Präge- bzw. Formgebungswerkzeuges in das zu fertigende Erzeugnis eingebracht. Die zu strukturierenden Erzeugnisse liegen hierbei herkömmlicherweise zunächst in Form einer Schmelze vor und werden unter Anwendung hoher Temperaturen und/oder Drücke mit der entsprechend einzuprägenden Struktur geformt.
Folglich müssen die Formgebungs- bzw. Prägewerkzeuge während eines solchen Formgebungsverfahren zur Strukturierung der Erzeugnisse hohen Temperaturen, üblicherweise in Bereichen zwischen 200°C bis 1400°C standhalten. Zusätzlich weisen die zu strukturierenden Erzeugnisse, wie beispielsweise Gläser oder Kunststoffe darüber hinaus häufig korrosive Eigenschaften auf. Folge hiervon ist, dass die eingesetzten Formgebungs- bzw. Prägewerkzeuge somit extremen Bedingungen standhalten müssen und in Abhängigkeit vom jeweiligen Erzeugnis entsprechend bearbeitet werden.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die entsprechende Bearbeitung, also insbesondere die Strukturierung der Formgebungswerkzeuge bzw. Prägewerkzeuge im µm-Bereich, beispielsweise auf Basis einer Funkenerosion durchzuführen.
Der auf einer solchen Funkenerosion basierende Strukturierungsprozess findet in Folge des thermischen Wirkprinzip nahezu kräftefrei und unabhängig von den mechanischen Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials statt. So ist es beispielsweise unter Einsatz einer Technologie des Bahnerodierens bekanntermaßen möglich, großflächige Werkzeuge zu bearbeiten, wobei mittels Scheiben- oder Stiftelektroden die Strukturen in das Werkzeugmaterial eingebracht werden. Über einen an die Elektroden angelegten Strom werden die zu strukturierenden Bereich aufgeschmolzen und in Folge von der Werkzeugoberfläche entfernt.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass einerseits durch das Aufschmelzen an den Kanten der strukturierten Bereiche unerwünschte Oberflächenfehler entstehen und andererseits das zu bearbeitende bzw. zu strukturierende Werkzeug elektrisch leitend sein muss.
Ferner ist es bekannt, durch eine Laserbearbeitung, ähnlich wie bei der Funkenerosion die Werkstoffe mit Hilfe des thermischen Wirkprinzips zu strukturieren. Gegenüber den auf Funkenerosion basierenden Verfahren kann bei einer Laserbearbeitung eine sehr viel höhere Energiedichte sichergestellt werden, so dass Oberflächenfehler, die durch Aufschmelzungen zustande kommen, minimiert werden. Von Nachteil ist jedoch, dass eine Laserbearbeitung sehr zeitaufwendig und teuer ist.
Darüber hinaus ist es bekannt, mittels einer Mikrozerspanung Mikrostrukturen in Werkstoffmaterialien einzubringen. Herkömmlicherweise werden hierbei monokristalline Diamanten eingesetzt, die eine Kantenschärfe von weniger als 10 nm aufweisen, so dass durch bei sehr genauer Werkzeugführung das Einbringen von Mikrostrukturen äußerst präzise möglich ist. Derartige Verfahren sind beispielsweise als sogenannte Fly- Cutting-Verfahren bekannt. Zur Zeit werden mit diesen Verfahren duktile Nichteisenmetalle wie Kupfer, Messing und Aluminiumlegierungen sowie chemische Nickel-Phosphor- Schichten strukturiert. Nickel-, Kobalt- und/oder Eisenlegierungen, Hartmetalle und Keramiken können dahingegen mit diesem Verfahren nicht strukturiert werden, da der Diamant hierbei insbesondere aufgrund einer Reaktion mit Eisen oder durch Verschleiß beim Einsatz versagt. Folglich ist das Verfahren einer Mikrozerspanung nur bei sehr ausgewählten Materialien anwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gegenüber dem Stand der Technik neuen und wesentlich verbesserten Weg zur Mikrostrukturierung von Materialien aufzuzeigen, die als Formgebungswerkstoffe insbesondere in der Glas- und/oder Kunststoffindustrie einsetzbar sind, wobei insbesondere die vorstehend aufgezeigten Probleme weitgehend vermieden werden und definierte, qualitativ hochwertige Strukturen im µm- Bereich auf kostengünstige Weise fertigbar sind.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und eine entsprechend mikrostrukturierte Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gegeben.

Vorteilhafte und/oder bevorzugte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist zur Herstellung von mikrostrukturierten Vorrichtungen, insbesondere Formgebungs- bzw. Prägewerkzeugen vorgesehen, ein zu strukturierendes Werkstoffmaterial zunächst in pulverförmigen und/oder feinkörnigem Zustand bereitzustellen, ferner eine mikrostrukturierte Negativmaske bereitzustellen und diese in das Werkstoffmaterial einzubetten, das Werkstoffmaterial einschließlich des darin eingebetteten Negativmasters einem HIP-Prozess, also einem Heiß-Isostatischen-Preß-Prozess zu unterziehen und anschließend den Negativmaster vom Werkstoffmaterial zu entfernen.

Von Vorteil hierbei ist, dass erforderliche Toleranzen für die Mikrostruktur des bereitzustellenden Negativmasters, insbesondere bei Wahl eines entsprechend geeigneten Materials, mittels an sich bekannter Strukturerzeugungsverfahren auf einfache Weise eingehalten werden können und die im Negativmaster erzeugten Strukturen somit lediglich als Ganzes in das je nach Toleranzen und Strukturgrößen entsprechend pulverförmig und/oder feinkörnig bereitgestellte Werkstoffmaterial übertragen werden müssen. Ferner stellen die unter Anwendung des HIP-Prozesses eingesetzten Temperaturen und Drücke sicher, dass bei dem verdichteten, die übertragenen Strukturen aufweisenden Werkstoffmaterial und folglich bei dem hergestellten Prägewerkzeuges eine Restporösität im wesentlichen vollständig ausgeschlossen ist.

Auf die erfindungsgemäße Weise ist es somit erstmalig möglich, definierte Strukturen auf im wesentlichen beliebigen Materialzusammensetzungen, wie beispielsweise hochlegierten Legierungen, Halblegierungen und/oder Keramiken bis hin zum µm-Bereich zu erzielen.

Als Material für den Negativmaster, also in welches die gewünschte Negativstruktur eingebracht wird, hat sich in zweckmäßiger Weise Silizium oder Quarzglas als geeignet erwiesen. Für die Erzeugung von Mikrostrukturen im Negativmaster hat sich ferner die Anwendung von Ätzverfahren, wie sie beispielsweise bei der Strukturierung von Siliziumwafern eingesetzt werden, als besonders effizient und somit Kosten sparend erwiesen.

Zur weiteren Erhöhung der Qualität der in das Präge- oder Formwerkzeug übertragenen Mikrostrukturierung ist in besonders bevorzugter Weiterbildung ferner vorgesehen, dass die Pulver- und/oder Korngrößen des verwendeten Werkstoffmaterials in nm-Bereich bereitgestellt werden.

Für eine verbesserte, insbesondere leichtere Trennung des Negativmasters von dem verdichteten Werkstoffmaterial nach Durchführung des HIP-Prozesses, sieht die Erfindung darüber hinaus in bevorzugter Weiterbildung vor, den Negativmaster mit einer Diffusionsbarriereschicht, beispielsweise einer Siliziumdioxid umfassenden Schicht zu beschichten. Praktischer Weise kann eine derartige Beschichtung auf an sich jede hierfür bekannte Weise, beispielsweise durch Anwendung eines chemischen Bedampfungsverfahrens oder physikalischen Bedampfungsverfahrens, also eines sogenannten CVD (chemical vapour deposition) oder PVD (physical vapour deposition) -Verfahrens, durchgeführt werden.

Das Einbetten des Negativmasters in das Werkstoffmaterial erfolgt in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung derart, dass eine entsprechend dimensionierte, sogenannte HIP-Kapsel zunächst wenigstens teilweise mit dem Werkstoffmaterial gefüllt wird, der Negativmaster in die HIP-Kapsel eingebracht wird und die HIP-Kapsel anschließend bis zu einer definierten Hinterfütterung des Negativmasters aufgefüllt wird.

Die Erfindung sieht darüber hinaus vor, dass das bereitzustellende Werkstoffmaterial hochtemperaturbeständige und oder korrosionsbeständige Materialien aufweist, um eine erhöhte Widerstandsfähigkeit der erfindungsgemäß als Prägewerkzeuge hergestellten Vorrichtungen während der Formgebungs- bzw. Prägeverfahren zur Strukturierung von Produkten oder Erzeugnissen, wie insbesondere Glas- oder Kunststoffbauteilen zu gewährleisten. Ein Verschleiß oder eine Verschlechterung des Formgebungs- bzw. Prägewerkzeuges ist somit auch in Folge von hohen Temperaturen und/oder einer Kontaktierung mit korrosiven Medien im wesentlichen vollständig ausgeschlossen.

Je nach Anwendungszweck, d. h. insbesondere je nach zu strukturierendem Erzeugnis oder Produkt haben sich als Werkstoffmaterialien insbesondere hochtemperaturbeständige Legierungen auf Eisen-, Nickel- und/oder Kobalt-Basis, keramische Werkstoffe, Edelmetalle und deren Legierungen und/oder Refraktärmetalle als vorteilhaft erwiesen.

Zur Trennung des Negativmasters vom verdichteten und somit mikrostrukturierten Werkstoffmaterial, sieht die Erfindung in praktischer Weise ferner den Einsatz von an sich bekannten Ätzverfahren vor.

Das so hergestellte, als Festkörper verdichtete Werkstoffmaterial, kann bei entsprechender Formgebung während des HIP-Prozesses unmittelbar als Prägewerkzeug verwendet werden oder je nach gewünschtem Einsatzgebiet endbearbeitet werden, beispielsweise in Form eines Prägestempels, der in einer Prägeanlage entsprechend aufnehmbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben.

In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1-8 einzelne bevorzugte erfindungsgemäße Verfahrensschritte zur Herstellung eines mikrostrukturierten Formgebungs- bzw. Prägewerkzeuges.
Nachfolgend wird auf Fig. 1 bis 8 Bezug genommen, welche einzelne Verfahrensschritte einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beispielhaft und schematisch darstellen.
Fig. 1 zeigt eine zur Durchführung eines heiß-isostatischen Pressprozesses, nachfolgend als HIP-Prozess oder HIP- Verfahren bezeichnet, entsprechend geeignete Kapsel 3, in welcher pulverförmiges bzw. feinkörniges Material 1a, 1b gefüllt ist und in welches ferner ein Negativmaster 2 eingebettet ist. Die Kapsel 3 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Stahl, beispielsweise aus St37. Der Negativmaster 2 umfasst im vorliegenden Beispiel eine Siliziumschicht, kann jedoch nach spezifischen Anlagen- und/oder Anwendungsparametern auch anderes geeignetes Material, wie beispielsweise eine Quarzglaskomponente umfassen.
Ein Oberflächenbereich des Negativmasters 2 weist eine durch Anwendung von einem an sich bekannten Ätzverfahren erzeugte Negativstruktur 4 im Mikrometer-Bereich auf. Diese Negativstruktur 4 entspricht der durch ein Prägeverfahren mittels des erfindungsgemäß hergestellten Prägewerkzeuges in das zu fertigende Produkt bzw. Erzeugnis einzubringenden Oberflächenstruktur. Die Negativstruktur 4 ist somit eine im wesentlichen getreue Abbildung der in das zu fertigende Produkt bzw. Erzeugnis einzuprägenden Struktur.
Das zur Herstellung des mikrostrukturierten Prägewerkzeuges verwendete Material 1a, 1b weist zweckmäßigerweise je nach vorgegebenen Toleranzen und herzustellenden Strukturgrößen Pulver- bzw. Korngrößen im Nanometer-Bereich auf. Das Material 1a, 1b stellt im wesentlichen das für eine nachfolgende Strukturierung eines Produkts entsprechende Prägekontaktmaterial dar und umfasst je nach spezifischem Anwendungszweck insbesondere hochtemperaturbeständige und/oder korrosionsbeständige Materialien.
In der Praxis haben sich bevorzugt hochtemperaturbeständige Legierungen auf Fe-, Mi- und Co-Basis, wie beispielsweise die auf dem Markt eingeführten Legierungsserien Inconel, Incoloy, Nicrofer, Nimonic, Udimet, PM 1000, PM 2000, Deloro alloys, Stellite, Tribaloy, Hastelloy und Haynes bewährt. In zweckmäßiger Weise können jedoch auch keramische Werkstoffe wie beispielsweise Si₃N₄, SiC, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, B₄C, BN, BCN, WC, TiC, TiN, Ti₂N, TiB₂, TiCN, TiAlN, AlN, AlON, CrN, CrON, ZrN und TaC oder Edelmetalle und deren Legierungen, wie insbesondere Pt, Au, Ir, Rh, Os, Ru und Re sowie Refraktärmetalle wie beispielsweise W, Hf, Ta, Hb und Mo je nach zu strukturierendem Erzeugnis verwendet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei einem späteren Formgebungsverfahren unter Einsatz eines hergestellten Formgebungs- bzw. Prägewerkzeugs die höchsten Temperaturen, beispielsweise im Bereich um 1400°C unmittelbar an der Prägeoberfläche, also an den der Negativstruktur 4 benachbarten Bereichen des Werkstoffmaterials 1a, 1b auftreten und mit zunehmendem Abstand sich die Temperaturen, denen das Prägewerkzeug ausgesetzt ist, vermindern. Folglich können von dem Negativmaster 2 beabstandete Materialschichten 1b auch qualitativ minderwertige Materialien umfassen, da diese, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben, zum einen in einem weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung des Prägewerkzeuges entfernt bzw. zum anderen nicht unmittelbar mit dem zu prägenden, also zu strukturierenden Produkt in unmittelbaren Kontakt treten.
Darüber hinaus sind qualitativ minderwertige Materialien 1b üblicherweise wesentlich kostengünstiger, als die unmittelbar in Prägekontakt tretenden, qualitativ hochwertigen, temperatur- und korrosionsbeständigen Materialien 1a.
Für die Übertragung der Negativstruktur 4 auf das Werkstoffmaterial 1a, 1b und somit zur Vorbereitung des hierfür durchzuführenden HIP-Prozesses wird die Kapsel 3 zweckmäßigerweise zunächst teilweise mit einem vorzugsweise der vorstehend aufgeführten Materialien 1a, 1b wenigstens teilweise gefüllt, der Negativmaster in die Kapsel 3 eingesetzt und diese anschließend soweit aufgefüllt, bis der Negativmaster 2, wie nachfolgend anhand von Fig. 6 näher beschrieben, ausreichend hinterfüttert ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Negativmaster 2 ferner an seiner Oberfläche mit einer nicht näher dargestellten Diffusionsbarriereschicht beschichtet, so dass im Anschluss an das HIP-Verfahren eine bessere Trennbarkeit des Negativmasters 2 und der dann zu einem Festkörper verdichteten Werkstoffmaterialien 1a, 1b gewährleistet ist. Eine derartige Diffusionsbarriereschicht kann beispielsweise Siliziumdioxyd umfassen und/oder durch ein sogenanntes CVD- Verfahren oder PVD-Verfahren auf eine für einen Fachmann auf diesem Gebiet an sich bekannte Weise abgeschieden werden.
Nach dem Einbetten des Negativmasters 2 in das Werkstoffmaterial 1a, 1b wird die Kapselfüllung insgesamt zunächst mittels einer entsprechend angepassten Einrichtung, wie beispielsweise einem Schieber 5 vorverdichtet. Hierbei entstehende Freiräume 6 können durch Nachfüllen von Werkstoffmaterial 1a, 1b, wie bei Fig. 2 durch den Pfeil A angedeutet, aufgefüllt werden. Die Kapsel 3 mit dem vorverdichteten Inhalt wird anschließend, wie bei Fig. 3 skizzenhaft durch den Pfeil B angedeutet, evakuiert und anschließend mittels eines Verschlusses 7 (Fig. 4) luftdicht abgeschlossen. In diesem vorbereiteten Zustand sind beim vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 70% des Kapselvolumens mit dem pulverförmigen Material 1a, 1b bzw. dem Negativmaster 2 gefüllt und ca. 30% des Kapselvolumens umfassen Vakuum.
Nach der gemeinsamen Kapselung des Negativmasters 2 und des Werkstoffmaterials 1a, 1b sowie der im wesentlichen vollständigen Evakuierung wird die Kapsel 3 in einen Ofen 8, wie bei Fig. 5 zu sehen, eingeführt. In Sauerstoff reduzierter Atmosphäre, beispielsweise mittels Zuführung eines Schutzgases wie Argon wird die Kapsel 3 mitsamt des Inhalts auf vorzugsweise etwa zwei Drittel der Schmelztemperatur des Werkstoffmaterials 1a, 1b erhitzt und einem hohen isostatisch zugeführten Druck, bei Fig. 5 mit den Pfeilen C angedeutet, ausgesetzt.
Basierend auf dem vorstehend aufgeführten Vakuumanteil von 30% des Kapselvolumens hat sich in der Praxis ein Druck von etwa 800 bis 1200 bar als ausreichend erwiesen, um eine Restporösität, wie sie etwa beim Sintern entstehen und in Folge zu einer verminderten Oberflächengüte auf dem geprägten Erzeugnis führen würde, im wesentlichen vollständig auszuschließen.
Die Kapsel 3 zieht sich folglich aufgrund des isostatisch beaufschlagten Drucks in allen Dimensionen um etwa 10% zusammen.
Nach Beendigung des HIP-Prozesses und nach Entfernen der HIP- Kapsel 3 weist somit das verdichtete Werkstoffmaterial 1a, 1b mit dem darin eingebetteten Negativmaster in etwa eine wie bei Fig. 6 dargestellte Form auf. Mit anderen Worten wirken sich die aufgrund der insbesondere durch den isostatischen Druck bedingten Dimensionsverringerungen von etwa 10% der Kapsel 3 auch auf die Dimensionen des Werkstoffmaterials 1a, 1b aus, wobei die jeweiligen Oberflächen beispielsweise konkavartig verformt werden.
Wie bei Fig. 6 zu sehen, gewährleistet die vorstehend beschriebene Hinterfütterung des Negativmasters 2 mit Werkstoffmaterial 1a, 1b, dass der Master 2 auch nach Beendigung des HIP-Verfahrens nicht offen bzw. frei liegt, sondern von Werkstoffmaterial 1a, 1b im wesentlichen vollständig umgeben ist.
Die Entfernung des zu einem Festkörper verdichteten Werkstoffmaterials 1a, 1b aus der Kapsel sowie das Freilegen der für ein späteres Formgebungsverfahren benötigten Werkstoffbereiche, also insbesondere das Entfernen überschüssigen Materials, erfolgt in praktischer Weise auf mechanische Weise.
Fig. 7 zeigt einen derartig aus pulver- bzw. feinkörnigem Werkstoffmaterial 1a, 1b durch Verdichtung hergestellten Festkörper, bei dem die Bereich mit überschüssigem Werkstoffmaterial 1a, 1b entfernt wurden. Im vorliegenden Beispiel ist der Negativmaster 2 im stehengelassenen, für das spätere Formgebungsverfahren benötigten, lediglich das Material 1a umfassenden Werkstoffbereich, im wesentlichen offen zugänglich.
Das Entfernen bzw. Lösen des strukturierten Negativmasters 2 aus dem stehengelassenen, verdichteten Werkstoffmaterial 1a derart, dass anschließend, wie bei Fig. 8 dargestellt, die mikrostrukturierte zur Formgebung bzw. Prägung mit dem zu prägenden Erzeugnis in Kontakt tretende Oberfläche 9 freigelegt ist, erfolgt zweckmäßigerweise mit einem für einen Fachmann auf diesem Gebiet an sich bekanntem Ätzverfahren. Die mikrostrukturierte Oberfläche 9 des vom Negativmaster 2 befreiten Materials 1a ist in Folge eine im wesentlichen identische, jedoch negative Abbildung der Negativstruktur 4 des Masters 2.
Das derart aus dem Werkstoffmaterial 1a zu einem Festkörper verdichtete Bauteil mit der mikrostrukturierten Oberfläche 9 kann nunmehr beispielsweise zur Aufnahme in einer entsprechenden Formgebungsapparatur bzw. Prägeapparatur entsprechend, beispielsweise in Form eines aufnehmbaren Prägestempels endbearbeitet werden und stellt folglich im dargestellten Zustand gemäß Fig. 8 ein Halbzeug dar.
Je nach verwendeter Kapsel 3 kann das zum Festkörper verdichtete und vom Negativmaster 2 befreite Werkstoffmaterial 1a jedoch auch bereits eine Form aufweisen, welches den im wesentlichen unmittelbaren Einsatz als Prägewerkzeug, also ohne weitergehende Endbearbeitung ermöglicht.
Mit der Erfindung wird somit durch Einhippen von strukturierten Komponenten die Herstellung von mikrostrukturierten Werkzeugen auf kostengünstige Weise ermöglicht. In Folge der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielten hohen Oberflächengüte im Mikrometer-Bereich eignet sich ein derart hergestelltes Prägewerkzeug insbesondere als Heißformgebungswerkzeug für im wesentlichen alle bei Prägevorgängen mit diesem in Kontakt kommenden Produkte, wie insbesondere Glas oder Kunststoff. Die hierbei erzielten Oberflächengüten weisen eine im Mikrobereich liegende Rauhheit auf und genügen somit den hohen Anforderungen an definiert fein zu strukturierende Oberflächen. Beispiele für derart feinstrukturierte Oberflächen sind beispielsweise ein V-Groove-Array, diffraktive Strukturen auf Linsen und/oder Mikrofluidike.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer mikrostrukturierten Vorrichtung, insbesondere eines Prägewerkzeuges, umfassend

a) das Bereitstellen von pulverförmigem und/oder feinkörnigem Werkstoffmaterial (1a, 1b),

b) das Bereitstellen eines mikrostrukturierten Negativmasters (2),

c) das Einbetten des Negativmasters (2) in das Werkstoffmaterial (1a, 1b),

d) das Durchführen eines HIP-Prozesses und

e) das Entfernen des Negativmasters (2) vom Werkstoffmaterial (1a; 1b).

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem Schritt b) das Erzeugen einer Negativstruktur (4) an einer Silizium oder Quarzglas umfassenden Komponente (2) umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem Schritt b) das Durchführen eines Ätzverfahrens zum Erzeugen des mikrostrukturierten Negativmasters (2) umfasst.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) das Bereitstellen von Material (1a, 1b) mit Pulver- und/oder Korngrößen im Nanometer-Bereich umfasst.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Negativmaster (2) vor Schritt c) mit einer Diffusionsbarriereschicht beschichtet wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c) ein teilweises Füllen einer HIP-Kapsel (3) mit dem Werkstoffmaterial (1a, 1b), das Einbringen des Negativmasters (2) in die HIP-Kapsel und ein Auffüllen der HIP-Kapsel (3) mit dem Werkstoffmaterial (1a, 1b) bis zu einer definierten Hinterfütterung des Negativmasters (2) umfasst.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) das Bereitstellen eines hochtemperaturbeständigen und/oder korrosionsbeständigen Materials (1a, 1b) umfasst.

8. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei als Werkstoffmaterial (1a, 1b) eine Legierung auf Eisen-, Nickel- und/oder Cobalt-Basis, ein keramischer Werkstoff, ein Edelmetall oder eine Edelmetallegierung und/oder ein Refraktärmetall bereitgestellt wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, dass Schritt e) das Durchführen eines Ätzverfahrens umfasst.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt e) das als Festkörper verdichtete Werkstoffmaterial (1a, 1b) unmittelbar als mikrostrukturiertes Prägewerkzeug verwendet werden kann oder eine entsprechende Endbearbeitung des mikrostrukturiertes Festkörpers vorgenommen wird.

11. Vorrichtung zur Herstellung von mikrostrukturierten Prägewerkzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als mikrostrukturierter Negativmaster (2) in einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche einsetzbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner gekennzeichnet durch eine in einer Silizium oder Glasschicht geätzte Mikrostruktur (4).

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, ferner gekennzeichnet durch eine Diffusionsbarriereschicht.

14. Mikrostrukturierte Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturierung unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, insbesondere durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.