DE102004051374A1 - Electroformed ion implantation structural material and method of making the structural material - Google Patents
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Abstract
Ein galvanogeformtes Ionenimplantations-Strukturmaterial wird hergestellt aus einem galvanogeformten Körper, gebildet durch Galvanoformung, und weist eine Ionenimplantationsschicht auf, welche gebildet wird durch Implantieren von Ionen in den galvanogeformten Körper. Bei dem galvanogeformten Strukturmaterial wird die Mikrostruktur an einer Position tiefer als die Ionenimplantationsschicht moduliert, und die Härte wird größer als bei dem ursprünglichen galvanogeformten Körper, selbst bei einer Position tiefer als die Ionenimplantationsschicht.An electroformed ion implantation structural material is made of an electroformed body formed by electroforming, and has an ion implantation layer formed by implanting ions into the electroformed body. In the electroformed structural material, the microstructure is modulated at a position lower than the ion implantation layer, and the hardness becomes larger than that of the original electroformed body even at a position lower than the ion implantation layer.
Description
Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindungbackground the invention field of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein galvanogeformtes Ionenimplantations-Strukturmaterial und ein Verfahren zur Herstellung des Strukturmaterials und genauer ein galvanogeformtes Ionenimplantations-Strukturmaterial, hergestellt aus einem galvanogeformten Körper, bei welchem ein Abschnitt, welcher an dem Oberflächenabschnitt tiefer ist als eine Ionenimplantationsschicht, eine größere Härte aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Strukturmaterials.The The present invention relates to an electroformed ion implantation structural material and a method for producing the structural material, and more particularly an electroformed ion implantation structural material made from an electroformed body, wherein a portion which is deeper at the surface portion than an ion implantation layer having a higher hardness, and a method for the production of the structural material.
Beschreibung des Standes der Technikdescription of the prior art
Das LIGA-Verfahren ist geeignet zur Herstellung hochpräziser metallischer Mikrostrukturkörper auf einer Massenproduktionsbasis (LIGA ist die Abkürzung von Lithographie, Galvanoformung, Abformung). Das LIGA-Verfahren arbeitet mit Synchrotron-Strahlung (SR), wobei es sich um einen Röntgenstrahl mit hoher Richtwirkung handelt. Folglich kann das LIGA-Verfahren eine tiefe Lithographie ausführen. Genauer kann dieses einen Strukturkörper mit einer Höhe von mehreren hundert Mikrometern mit einer Präzision in der Größenordnung von Mikrometern bearbeiten. Anders ausgedrückt kann dieses auf einfache Weise einen metallischen Mikrostrukturkörper mit hoher Dicke herstellen. Des weiteren weist dieses andere besondere Merkmale auf. Daher wird davon ausgegangen, dass das LIGA-Verfahren auf ein breites Feld von Gebieten angewandt wird.The LIGA process is suitable for the production of high-precision metallic Microstructure body on a mass production base (LIGA is the abbreviation of lithography, electroforming, Impression). The LIGA method uses synchrotron radiation (SR), which is an x-ray with high directivity. Consequently, the LIGA procedure to do a deep lithograph. Specifically, this may be a structural body having a height of several one hundred microns with a precision in the order of magnitude of micrometers. In other words, this can be simple Way to produce a metallic microstructure body with high thickness. Furthermore, this has other special features. Therefore, get away from it assumed that the LIGA procedure covers a wide field of areas is applied.
Das LIGA-Verfahren ist eine Verarbeitungstechnik, welche Lithographie, Plattieren als Galvanoformung und Formung kombiniert. Bei dem LIGA-Verfahren wird beispielsweise eine Fotolackschicht, ausgebildet auf einem elektrisch leitfähigen Substrat, mit SR durch eine absorbierende Maske (Retikel) mit einem vorbestimmten Muster bestrahlt. Die Lithographie bildet einen Fotolackstrukturkörper (Harzform) gemäß dem Muster der absorbierenden Maske (Maskenmuster). Wird Metall in der Öffnung des Maskenmusters mittels Galvanoformung abgeschieden, so kann ein metallischer Mikrostrukturkörper erhalten werden. Wird dieser hochpräzise metallische Mikrostrukturkörper als Spritzwerkzeug verwendet, so kann ein Mikrostrukturformkörper aus Kunstharz mittels Spritzgießen oder Ähnlichem hergestellt werden. Werden derartig erhaltene Mikrostrukturformkörper kombiniert, so kann eine Mikromaschine hergestellt werden. Die oben beschriebene Technik ist beispielsweise beschrieben in einer Arbeit von Manabu Yasui, Yasuo Hirabayashi und Hiroyuki Fujita (pp. 734-337, No. 11, Vol. 52, 2001, "Journal of the Surface Finishing Society of Japan").The LIGA process is a processing technique, which lithography, Plating combined as electroforming and forming. In the LIGA process For example, a photoresist layer formed on a electrically conductive substrate, with SR through an absorbent mask (reticle) with a predetermined one Pattern irradiated. The lithograph forms a photoresist structural body (resin mold) according to the pattern the absorbent mask (mask pattern). Will metal in the opening of the Mask pattern deposited by electroforming, so can a metallic Microstructure body to be obtained. If this high-precision metallic microstructure body as Injection mold used, so can a microstructure molding made of synthetic resin by injection molding or similar getting produced. If microstructured shaped bodies obtained in this way are combined, so a micromachine can be made. The technique described above is described, for example, in a work by Manabu Yasui, Yasuo Hirabayashi and Hiroyuki Fujita (pp. 734-337, No. 11, Vol. 52, 2001, "Journal of the Surface Finishing Society of Japan ").
Jedoch ist bei dem oben beschriebenen LIGA-Verfahren das mittels Galvanoformungsbehandlung herzustellende Metall auf das Metall beschränkt, welches platziert werden kann, wie beispielsweise Nickel (Ni), Eisen (Fe), Kobalt (Co) und eine Ni-Fe-Legierung. Ist eine größere Härte bzw. eine höhere Festigkeit erforderlich, so wurde ein Material großer Härte, wie beispielsweise eine Ni-Mangan-Legierung (Ni-Mn-Legierung) bzw. eine Ni-Wolfram-Legierung (Ni-W-Legierung) manchmal in diesem Fall verwendet, wobei jedoch für die Steuerung der Plattierlösung und Ähnliches eine hochentwickelte Technik erforderlich ist. Diese Erfordernis begrenzt den diesbezüglichen Anwendungsbereich.however In the LIGA method described above, this is by electroforming treatment metal to be produced is limited to the metal being placed can, such as nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co) and a Ni-Fe alloy. Is a greater hardness or a higher strength required, so was a material of high hardness, such as a Ni-manganese alloy (Ni-Mn alloy) or a Ni-tungsten alloy (Ni-W alloy) sometimes used in this case, however for the Control of the plating solution and similar a sophisticated technique is required. This requirement limits the relevant Scope of application.
Ferner kann, wenn bezüglich eines Mikrostrukturelements die Verschleißfestigkeit erforderlich ist, die Oberfläche davon mit einer Hartschicht versehen werden, welche gebildet wird durch ein Verfahren wie beispielsweise Plattieren, physikalische Abscheidung aus der Gasphase (PVD) bzw. chemische Abscheidung aus der Gasphase (CVD). In diesem Fall stellt jedoch die Art und Weise der Erzielung einer ausreichenden Bindungsfestigkeit zwischen dem Elementenkörper und der Beschichtung ein Problem dar. Ferner kann es bei komplizierter Form schwierig sein, eine Beschichtung an einem beschatteten Abschnitt zum Zeitpunkt der Abscheidung aus der Gasphase sowie in einem geringfügigst- bzw. genaukonkavartigen Abschnitt zu bilden.Further can, if respect a microstructure element the wear resistance is required the surface thereof be provided with a hard layer, which is formed by a process such as plating, physical Deposition from the gas phase (PVD) or chemical deposition the gas phase (CVD). In this case, however, the way achieving a sufficient bond strength between the element body and Furthermore, it can be more complicated Form to be difficult, a coating on a shaded section at the time of deposition from the gas phase and in a minor or form an exact concave-like section.
Hingegen kann in einem Fall, in welchem eine Galvanoformung ausgeführt wird unter Verwendung einer Salzschmelze anstelle einer wässrigen Lösung als Galvanoformungsbad, dieses Verfahren einen äußerst harten Galvanoformungskörper aus Chrom (Cr), Titan (Ti), Molybdän (Mo) oder Ähnlichem im Vergleich zu der herkömmlichen auf Ni basierenden Legierung herstellen. Jedoch ist die Salzschmelze, welche anwendbar ist auf die Galvanoformung unter Verwendung der oben beschriebenen Metalle, begrenzt auf eine Temperatur von 250°C oder mehr. Folglich verformt sich bei der Lithographie unter Verwendung des gewöhnlichen Fotolacks der Fotolack infolge der Wärme, wodurch dieser unbrauchbar wird. Ferner sind Salzschmelzen äußerst feuchtigkeitsabsorbierend und chemisch reaktiv. Die Eigenschaften stellen Einschränkungen dar, wie beispielsweise die Erfordernis, die Galvanoformung in einer Edelgasumgebung durchzuführen.On the other hand may be in a case where electroforming is carried out using a molten salt instead of an aqueous solution as Galvanoformungsbad, this process a very hard galvanoforming body made of chrome (Cr), titanium (Ti), molybdenum (Mo) or the like compared to the conventional one to produce Ni-based alloy. However, the molten salt, which is applicable to electroforming using the metals described above, limited to a temperature of 250 ° C or more. Consequently, lithography deforms using the ordinary Photoresist the photoresist due to the heat, making it useless becomes. Furthermore, molten salts are extremely moisture-absorbing and chemically reactive. The properties are limitations such as the requirement of electroforming in one To perform noble gas environment.
Angesichts der oben beschriebenen Umstände fordert die Industrie seit längerem die Entwicklung eines galvanogeformten Strukturmaterials, welches durch ein gewöhnliches Verfahren gebildet und einfach hinsichtlich Festigkeit verbessert werden kann, sowie die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung des Strukturmaterials.in view of the circumstances described above has been calling for the industry for some time the development of an electroformed structural material, which by a common one Process formed and simply improved in terms of strength and the development of a manufacturing process of the structural material.
Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein galvanogeformtes Ionenimplantations-Strukturmaterial, welches auf einfache Weise die Festigkeit eines galvanogeformten Körpers verbessern kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Strukturmaterials zu schaffen.It An object of the present invention is an electroformed Ion implantation structural material, which in a simple way can improve the strength of an electroformed body, as well to provide a method for producing the structural material.
Erfindungsgemäß wird obenstehende Aufgabe gelöst durch die Schaffung des folgenden galvanogeformten Ionenimplantations-Strukturmaterials. Das galvanogeformte Ionenimplantations-Strukturmaterial besteht aus einem galvanogeformten Körper, welcher durch Galvanoformung gebildet wird. Das galvanogeformte Strukturmaterial weist eine Ionenimplantationsschicht auf, welche durch Implantieren beschleunigter Ionen in den galvanogeformten Körper gebildet wird.According to the invention above Task solved by the creation of the following electroformed ion implantation structural material. The Electroplated ion implantation structure material consists of an electroformed Body, which is formed by electroforming. The electroformed Structural material has an ion implantation layer which formed by implanting accelerated ions into the electroformed body becomes.
Bei dem galvanogeformten Strukturmaterial wird eine Ionenimplantationsschicht mit hoher Festigkeit an dem Oberflächenabschnitt gebildet, und eine modulierte Struktur feinerer Struktur wird an einer Position tiefer als die Ionenimplantationsschicht gebildet. Folglich kann die Festigkeit verbessert werden an dem Oberflächenabschnitt und einem Abschnitt tiefer als der Oberflächenabschnitt.at the galvano-formed structural material becomes an ion implantation layer formed with high strength at the surface portion, and a modulated structure of finer structure becomes at one position formed deeper than the ion implantation layer. Consequently, can the strength can be improved at the surface portion and a portion deeper as the surface section.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft die vorliegende Erfindung das nachfolgende Verfahren zur Herstellung eines galvanogeformten Ionenimplantations-Strukturmaterials. Das Verfahren umfasst (a) einen Schritt des Bildens eines galvanogeformten Körpers und (b) einen Schritt des Implantierens beschleunigter Ionen in den galvanogeformten Körper. Die Kombination obenstehender Schritte ermöglicht die Bildung einer modulierten Struktur mit feinerer Struktur an einer Position tiefer als die Ionenimplantationsschicht an dem Oberflächenabschnitt.According to one Aspect of the present invention provides the present invention the following process for producing an electroformed Ion implantation structural material. The method comprises (a) a step of forming an electroformed body and (b) a step of implanting accelerated ions into the electroformed body. The combination of the above steps allows the formation of a modulated structure with a finer structure at a position lower than the ion implantation layer at the surface portion.
Erfindungsgemäß kann, wenn das galvanogeformte Ionenimplantations-Strukturmaterial sowie das Verfahren zur Herstellung des Strukturmaterials verwendet werden, die Lebensdauer eines galvanogeformten Strukturmaterials leicht verbessert werden. Daher können das Strukturmaterial sowie das Verfahren verwendet werden für galvanogeformte Strukturmaterialien im allgemeinen, welche bisher einem Schmiedevorgang unterzogen werden mussten, um die Festigkeit zu verbessern, sowie für winzige galvanogeformte Strukturmaterialien für Mikromaschinen. Folglich wird davon ausgegangen, dass die durch die vorliegende Erfindung entwickelte Technik auf eine breite Bandbreite von Anwendungen angewandt wird, einschließlich der Eliminierung des Schmiedevorgangs und weitere unbekannte Anwendungen.According to the invention, when the electroformed ion implantation structural material and the Method of producing the structural material can be used the life of an electroformed structural material is light be improved. Therefore, you can the structural material and method are used for electroformed structural materials in general, which have been subjected to a forging process so far needed to improve the strength, as well as for tiny electroformed Structural materials for Micromachines. Consequently, it is assumed that the by the present invention has developed a wide bandwidth technology of applications, including the elimination of the forging process and other unknown applications.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description the drawing
Es zeigt:It shows:
Genaue Beschreibung der ErfindungPrecise description the invention
Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung stießen auf ein Phänomen, dass,
wenn Ionen in einen galvanogeformten Körper implantiert werden, die
Implantation die Härte
an einem Abschnitt jenseits der Reichweite der Ionen erhöht. Das
Prinzip der Erzeugung dieses Phänomens
jedoch ist noch zu klären. Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung studierten umfangreiche Literatur,
konnten jedoch nicht bestätigen,
dass das oben beschriebene Phänomen
veröffentlicht
würde.
Nichts desto trotz bestätigten
Versuche, welche unter Variation der Versuchsbedingungen ausgeführt wurden,
die Reproduzierbarkeit des Phänomens.
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf
die Zeichnung erläutert.
Es
existieren Hohlräume
Wie oben beschrieben, ist es wahrscheinlich, dass die oben beschriebene Zunahme der Härte erzielt werden kann durch Bildung der modulierten Struktur, welche eine feinere Struktur aufweist, an einem Abschnitt tiefer als die Ionenimplantationsschicht.As described above, it is likely that the above described Increase in hardness can be achieved by forming the modulated structure, which has a finer structure, at a section deeper than the Ion implantation layer.
Ausführungsbeispielembodiment
Ein Plattieren (Galvanoformen) wurde 100 Minuten lang bei einer Temperatur von 55°C bei einem Strom von 5A mit folgender Zusammensetzung eines Plattierbades (Galvanoformbades) und unter Verwendung einer Nickelplatte mit einer Größe von 10cm2 als Kathode und Nickel als Anode ausgeführt:Plating (electroforming) became 100 For 5 minutes at a temperature of 55 ° C. at a current of 5A with the following composition of a plating bath (Galvanoform bath) and using a nickel plate with a size of 10 cm 2 as the cathode and nickel as the anode:
{Plattierbad}{Plating bath}
- Nickelsulfamat: 300 g/l (g/dm3)Nickel sulfamate: 300 g / l (g / dm 3 )
- Mangansulfamat: 40 g/lManganese sulfamate: 40 g / l
- Erster Glanzbildner (Natriumsaccharinsäure): geeignete MengeFirst brightener (sodium saccharic acid): suitable amount
- Zweiter Glanzbildner (Butindiol): geeignete MengeSecond brightener (butynediol): suitable amount
- Netzmittel (Natriumlaurethsulfat): geeignete MengeWetting agent (sodium laureth sulfate): suitable amount
Nachfolgend wurde ein Segment mit einer Größe von 2cm2 aus dem Mittelabschnitt des Musters (galvanogeformter Körper) ausgeschnitten. Das Segment wurde halbiert, so dass jede Hälfte eine Breite von 1cm aufwies. Eine Hälfte wurde als Muster (1) zum Messen der Härte und des Kristallkorndurchmessers verwendet. Die andere Hälfte wurde als Muster (2) zur Ionenimplantation verwendet.Subsequently, a 2cm 2 segment was cut from the central portion of the pattern (electroformed body). The segment was halved so that each half had a width of 1cm. One half was used as the pattern (1) for measuring hardness and crystal grain diameter. The other half was used as pattern (2) for ion implantation.
Die
Härte wurde
durch folgendes Verfahren gemessen. Das Muster (
Das Muster (2) (galvanogeformter Körper) wurde einer omnidirektionalen Ionenimplantation unter folgenden Bedingungen unterzogen:The Pattern (2) (electroformed body) was an omnidirectional ion implantation under the following conditions subject:
{Bedingungen der omnidirektionalen Ionenimplantation}{Conditions of omnidirectional Ion implantation}
- Spannung: 30kVVoltage: 30kV
- Art des implantierten Ions: Kohlenstoff (C)Type of implanted ion: carbon (C)
- Impulsfrequenz: 150kHzPulse frequency: 150kHz
- Behandlungszeit: 60 MinutenTreatment time: 60 minutes
- Äußerster Vakuumgrad: 6,7 × 10–4Pa oder wenigerExtreme degree of vacuum: 6.7 × 10 -4 Pa or less
- Temperatur: Substrathalter wurde mit einem Kühlmittel bei 25°C gekühltTemperature: Substrate holder was cooled with a coolant at 25 ° C
Nach der Ionenimplantation wurden die Vickers-Härte und der Kristallkorndurchmesser wie bei Muster (1) gemessen.To The ion implantation became the Vickers hardness and the crystal grain diameter as measured in sample (1).
(Messergebnisse)(Measurement results)
Muster (1) wies eine Vickers-Härte, Hv, von 439 auf sowie Kristallkorndurchmesser von 10–1000nm. Eine Beobachtung mittels Rasterionen-Mikroskopie (SIM) nach einer FIB-Behandlung bestätigte, dass es winzige Hohlräume in der Größenordnung von Nanometern gab.template (1) had a Vickers hardness, Hv, from 439 upwards as well as crystal grain diameter of 10-1000nm. An observation by means of scanning ion microscopy (SIM) after a FIB treatment confirmed that it's tiny cavities in the order of magnitude of nanometers.
Hingegen zeigte das galvanogeformte Ionenimplantations-Strukturmaterial eine erhöhte Vickers-Härte, Hv, von 511 an einer Position tiefer als die Ionenimplantationsschicht. Der Kristallkorndurchmesser verringerte sich auf den Bereich von 5–250nm an der gleichen Position. Die Beobachtung mittels SIM nach einer FIB-Behandlung offenbarte, dass die bei Muster (1) festgestellten Hohlräume kleiner wurden und deren Dichte wesentlich abnahm.On the other hand The galvano-formed ion implantation structural material showed increased Vickers hardness, Hv, of 511 at a position lower than the ion implantation layer. The crystal grain diameter decreased to the range of 5-250nm the same position. The observation by SIM after FIB treatment revealed that the cavities found in pattern (1) are smaller were and their density decreased significantly.
Die anhand anderer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erhaltenen Feststellungen sowie das oben beschriebene Ausführungsbeispiel werden nachfolgend nacheinander erläutert.
- (1) Bei dem oben beschriebenen galvanogeformten Ionenimplantations-Strukturmaterial kann eine Ionenimplantationsschicht in dem Oberflächenabschnitt, welcher von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von maximal 5μm reicht, gebildet werden, und eine Struktur, bei welcher die Mikrostruktur moduliert wird, kann an einer Position tiefer als die Ionenimplantationsschicht gebildet werden. Die oben beschriebene Struktur, bei welcher die Mikrostruktur eines galvanogeformten Körpers moduliert wird, meint eine Struktur, bei welcher die galvanogeformte Mikrostruktur derart transformiert wird, dass Kristallkörner, welcher feiner sind als die Kristallkörner bei Galvanoformung, den Hauptabschnitt ausmachen. Diese Struktur ermöglicht die Herstellung eines winzigen Strukturmaterials mit exzellenter Lebensdauer. Soll die Ionenimplantation eine Tiefe von mehr als 5μm ausgehend von der Oberfläche erreichen, so ist ein äußerst groß dimensionierter Beschleuniger erforderlich. Dieses System weicht von dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung ab, welcher darin besteht, die Festigkeit einfach zu erhöhen. Die Modulation der Mikrostruktur kann an einer Querschnittsmittenposition erfolgen, tief im Inneren ausgehend von der Oberfläche des galvanogeformten Strukturmaterials. Wie oben beschrieben, sind der Grund, warum die oben beschriebene modulierte Struktur durch Ionenimplantation erzeugt wird, die Tiefe, in welcher die modulierte Struktur ausgehend von der Oberfläche gebildet wird usw., noch zu klären. Nichts desto trotz wird die modulierte Struktur über die gesamte Dicke eines galvanogeformten Strukturmaterials mit einer Dicke von 80μm oder so gebildet. Sobald die modulierte Struktur gebildet ist, kann diese im gesamten Querschnitt gebildet werden. Anders ausgedrückt, die tiefenweise Verteilung der modulierten Struktur kann nicht bzw. darf nicht gesteuert werden. Wird jedoch die modulierte Struktur feinerer Struktur zumindest an der Querschnittsmittenposition gebildet, so ist diese Struktur äußerst nützlich für die Verbesserung der Lebensdauer des galvanogeformten Strukturmaterials.
- (2) Erfindungsgemäß kann der
Abschnitt, an welchem die oben beschriebene Modulation der Mikrostruktur
erfolgt, einen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von maximal
0,5μm aufweisen.
Die Bildung der modulierten Struktur feinerer Struktur kann die
Festigkeit verbessern. Wie in
5 bis8 dargestellt, behält, wenn die Struktur des galvanogeformten Körpers, welcher eine Stängelkristallstruktur aufweist, moduliert wird, der Stängelkristall die Form des Stängelkristalls bei, während dieser feiner wird. Bei den Stängelkristallen handelt es sich bei dem durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser um einen durchschnittlichen Korndurchmesser in einem Schnitt parallel zur Wachstumsrichtung der Stängelkristalle. Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäß die Modulation der Mikrostruktur und die Verringerung des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers an einer Position tiefer als die Ionenimplantationsschicht bewirken, dass der Abschnitt, an welchem die Mikrostruktur moduliert wird, eine Härte aufweist, welche größer ist als diejenige des galvanogeformten Körpers zum Zeitpunkt der Bildung davon mittels Galvanoformung. - (3) Der galvanogeformte Körper, gebildet mittels Galvanoformung, ist ein Material, in welches Ionen zu implantieren sind. Weist der galvanogeformte Körper selbst eine feine Struktur auf, so ist es einfach, die modulierte Struktur an einem inneren Abschnitt mittels Ionenimplantation herzustellen. Die modulierte Struktur, welche mittels Ionenimplantation hergestellt wird, weist eine feinere Struktur und eine höhere Festigkeit als bei dem galvanogeformten Körper auf. Es ist erwünscht, dass der galvanogeformte Körper, gebildet mittels Galvanoformung, einen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von maximal 1μm aufweist. Im Falle der Stängelkristalle handelt es sich bei dem durchschnittlichen Korndurchmesser um den Durchschnittswert der Korndurchmesser im Längsschnitt der Stängelkristalle. Obige Anforderung kann erfüllt werden mittels Anwenden einer impulsförmigen Spannung zum Zeitpunkt der Galvanoformung. Die Anwendung der impulsartigen Spannung bzw. die Lieferung des impulsartigen Stroms kann den Grad der Übersättigung zum Zeitpunkt der Abscheidung aus der Lösung erhöhen. Dieser Anstieg kann die Dichte der Keimentwicklung, welche bewirkt, dass der galvanogeformte Körper eine feinere Struktur aufweist, erhöhen. Dieser Vorgang vereinfacht die Bildung der modulierten Struktur feinerer Struktur an einer Position tiefer als die Ionenimplantationsschicht bei Ionenimplantation.
- (4) Bei dem Schritt der Ionenimplantation kann die Ionenimplantation in einem Bereich ausgehend von der Oberfläche hin zu einer Tiefe von maximal 5μm die Härte eines Abschnitts tiefer als der Bereich erhöhen. Anders ausgedrückt, kann, da die modulierte Struktur feinerer Struktur an einer Position tiefer als die Ionenimplantationsschicht gebildet werden kann, der innere Abschnitt jenseits der Reichweite der Ionen eine höhere Festigkeit aufweisen. Bei dem oben beschriebenen Schritt der Ionenimplantation kann die Ionenimplantation in einem Bereich, welcher von der Oberfläche hin zu einer Tiefe von maximal 5μm reicht, die Struktur eines Abschnitts tiefer als der Bereich modulieren. Gemäß diesem Verfahren kann, selbst wenn die Ionenimplantationsschicht in einem Bereich gebildet wird, welcher von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von maximal 5μm reicht, der Abschnitt an einer Tiefe von beispielsweise 40μm ausgehend von der Oberfläche eine modulierte Struktur feinerer Struktur aufweisen.
- (5) Bei dem Schritt der Ionenimplantation kann die Temperatur des galvanogeformten Körpers bei maximal einem Drittel des Schmelzpunkts (ausgedrückt durch K) des Materials, welches den galvanogeformten Körper bildet, erhalten werden. Diese Bedingung hält den verringerten Durchmesser der individuellen Kristallkörner in der modulierten Struktur feinerer Struktur aufrecht, so dass ein Gröberwerden der feinen Körner durch Wachstum verhindert werden kann.
- (6) Bei dem Schritt der Ionenimplantation ist es erwünscht, dass die Ionen bei einer Spannung von mindestens 10kV beschleunigt werden. Beträgt die Beschleunigungsspannung weniger als 10kV, so können die Ionen nicht ausreichend implantiert werden, so dass es schwierig ist, wenn nicht unmöglich, die modulierte Struktur feinerer Struktur im Inneren zu bilden.
- (7) Bei dem Schritt der Ionenimplantation ist es erwünscht, eine omnidirektionale Plasma-Ionenimplantationseinheit zu verwenden. Diese Einheit kann die Ionenimplantationsschicht einheitlich an der gesamten Oberfläche bilden, ohne schattierte Abschnitte bzw. Schattenabschnitte zu bilden, selbst bei einem galvanogeformten Körper komplizierter Form. Folglich kann die modulierte Struktur feiner Struktur vollständig an einer Position tiefer als die Ionenimplantationsschicht gebildet werden.
- (8) Es ist erwünscht, dass der galvanogeformte Körper aus einem Material besteht, welches ausgewählt wird aus der Gruppe aus Ni, Fe, Kupfer (Cu), Zink (Zn), Zinn (Sn), Mn, Co, Silber (Ag), Gold (Au) sowie Legierungen daraus. Eine Ionenimplantationsbehandlung des galvanogeformten Körpers, bestehend aus obenstehendem Material, kann ein galvanogeformtes Ionenimplantations-Strukturmaterial mit exzellenter Lebensdauer bzw. Beständigkeit herstellen.
- (9) Bei obigem Ausführungsbeispiel wurde in Kohlenstoff-Ion (C-Ion) als in den galvanogeformten Körper zu implantierendes Ion verwendet. Nichts desto trotz können andere Ionen verwendet werden. Beispielsweise kann ein Stickstoff-Ion (N-Ion) verwendet werden. Das Ion kann entweder ein atomares Ion bzw. ein molekulares Ion sein. Selbstverständlich können andere Ionen als das Kohlenstoff-Ion und Stickstoff-Ion verwendet werden.
- (1) In the above-described electroformed ion implantation structural material, an ion implantation layer may be formed in the surface portion ranging from the surface to a depth of at most 5 μm, and a structure in which the microstructure is modulated may become deeper at a position as the ion implantation layer are formed. The structure described above, in which the microstructure of an electroformed body is modulated, means a structure in which the electroformed microstructure is transformed such that crystal grains finer than the electroformed crystal grains constitute the main portion. This structure allows the production of a minute structural material with excellent durability. If the ion implantation is to reach a depth of more than 5 μm from the surface, an extremely large-sized accelerator is required. This system deviates from the subject of the present invention, which is simply to increase the strength. The modulation of the microstructure may be at a cross-sectional mid-position, deep inside, from the surface of the electroformed structural material. As described above, the reason why the modulated structure described above is generated by ion implantation is still to clarify the depth at which the modulated structure is formed from the surface, and so on. Nevertheless, the modulated structure is formed over the entire thickness of an electroformed structural material having a thickness of 80 μm or so. Once the modulated structure is formed, this can be formed in the entire cross-section who the. In other words, the depth distribution of the modulated structure can not or must not be controlled. However, when the modulated structure of finer structure is formed at least at the cross-sectional center position, this structure is extremely useful for improving the life of the electroformed structural material.
- (2) According to the invention, the portion where the above-described modulation of the microstructure is made may have an average crystal grain diameter of 0.5 μm or less. The formation of the modulated structure of finer structure can improve the strength. As in
5 to8th As shown, when the structure of the electroformed body having a stem crystal structure is modulated, the stem crystal retains the shape of the stem crystal as it becomes finer. In the stalk crystals, the average crystal grain diameter is an average grain diameter in a section parallel to the growth direction of the stalk crystals. As described above, according to the present invention, the modulation of the microstructure and the reduction of the average crystal grain diameter at a position lower than the ion implantation layer can cause the portion where the microstructure is modulated to have a hardness greater than that of the electroformed body at the time the formation of it by electroforming. - (3) The electroformed body formed by electroforming is a material into which ions are to be implanted. If the electroformed body itself has a fine structure, then it is easy to fabricate the modulated structure at an inner portion by ion implantation. The modulated structure produced by ion implantation has a finer structure and higher strength than the electroformed body. It is desirable that the electroformed body formed by electroforming has an average crystal grain diameter of at most 1 μm. In the case of the stalk crystals, the average grain diameter is the average value of the grain diameter in the longitudinal section of the stalk crystals. The above requirement can be met by applying a pulse voltage at the time of electroforming. The application of the pulse-like current or the supply of the pulse-like current can increase the degree of supersaturation at the time of deposition from the solution. This increase can increase the density of the seed coil which causes the electroformed body to have a finer structure. This process simplifies formation of the finer structure modulated structure at a position lower than the ion implantation layer upon ion implantation.
- (4) In the step of ion implantation, ion implantation in a region from the surface to a depth of at most 5 μm may increase the hardness of a portion deeper than the region. In other words, since the modulated structure of finer structure can be formed at a position lower than the ion implantation layer, the inner portion beyond the reach of the ions can have higher strength. In the ion implantation step described above, ion implantation in a region extending from the surface to a depth of at most 5 μm may modulate the structure of a portion deeper than the region. According to this method, even if the ion implantation layer is formed in a region ranging from the surface to a depth of at most 5 μm, the section may have a modulated structure of finer structure at a depth of, for example, 40 μm from the surface.
- (5) In the step of ion implantation, the temperature of the electroformed body can be obtained at a maximum of one third of the melting point (expressed by K) of the material forming the electroformed body. This condition maintains the reduced diameter of the individual crystal grains in the modulated structure of finer structure, so that coarsening of the fine grains by growth can be prevented.
- (6) In the step of ion implantation, it is desirable that the ions are accelerated at a voltage of at least 10kV. If the acceleration voltage is less than 10 kV, the ions can not be sufficiently implanted, so that it is difficult, if not impossible, to form the modulated structure of finer structure in the interior.
- (7) In the step of ion implantation, it is desirable to use an omnidirectional plasma ion implantation unit. This unit can uniformly form the ion implantation layer on the entire surface without forming shaded portions, even in a galvano-formed body of a complicated shape. Consequently, the fine structure modulated structure can be formed completely at a position lower than the ion implantation layer.
- (8) It is desirable that the electroformed body be made of a material selected from the group consisting of Ni, Fe, copper (Cu), zinc (Zn), tin (Sn), Mn, Co, silver (Ag) , Gold (Au) and alloys thereof. An ion implantation treatment of the electroformed body, consisting of the above material, can produce an electroformed ion implantation structural material with excellent durability.
- (9) In the above embodiment, an ion to be implanted in carbon ion (C-ion) was used as the electroformed body. Nevertheless, other ions can be used. For example, a nitrogen ion (N-ion) may be used. The ion can be either an atomic ion or a molecular ion. Of course, other ions than the carbon ion and nitrogen ion can be used.
Obenstehend sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dienen strikt veranschaulichenden Zwecken. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist durch die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nicht begrenzt. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist durch die Beschreibung des Schutzumfangs der beiliegenden Ansprüche dargelegt. Ferner soll die vorliegende Erfindung sämtliche Abwandlungen abdecken, welche in der Bedeutung bzw. dem Wesen und dem Schutzumfang enthalten sind, welche dem Schutzumfang der Ansprüche entsprechen.In the above, are exemplary embodiments of the present invention. The embodiments described above The present invention is for illustrative purposes only. The scope of the present invention is defined by those described above embodiments not limited by the present invention. The scope of protection of Present invention is by the description of the scope the accompanying claims explained. Furthermore, the present invention is intended to all To cover variations, which in the meaning or the essence and are included in the scope of protection, which correspond to the scope of the claims.
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