DE102009060924A1

DE102009060924A1 - Struktur enthaltend einen Festschmierstoff (Festschmierstoffstruktur), insbesondere für eine vakuumtribologische Anwendung ausgebildete Festschmierstoffstruktur, und Herstellungsverfahren derselben

Info

Publication number: DE102009060924A1
Application number: DE200910060924
Authority: DE
Inventors: Andrés Fabián Dr. 01277 Lasagni; Volker Dr. 01309 Weihnacht; Roch 01309 Teja
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2029-12-19
Also published as: DE102009060924B4; WO2011072664A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Festschmierstoffstruktur, insbesondere für eine vakuumtribologische Anwendung ausgebildete Festschmierstoffstruktur, mit einer Substratbasis (1) und einem angrenzend an diese und/oder verbunden mit dieser Substratbasis (1) ausgebildeten Schichtsystem (2), wobei dieses Schichtsystem (2) mindestens eine Schicht (2a) enthaltend oder bestehend aus diamantartigen/m Kohlenstoff DLC umfasst, wobei entweder im Schichtsystem (2) oder sowohl im Schichtsystem (2), als auch in der Substratbasis (1) eine Vielzahl einzelner, eine Vertiefungsstruktur (3) ausbildende Vertiefungen (3a, 3b, ...) ausgebildet ist, und wobei mindestens eine der, bevorzugt mehrere der, bevorzugt alle der Vertiefungen (3a, 3b, ...) zumindest teilweise mit mindestens einem Festschmierstoff (4) gefüllt ist/sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Struktur, die einen Festschmierstoff enthält, insbesondere auf eine für vakuumtribologische Anwendungen ausgebildete Festschmierstoffstruktur, sowie auf ein Herstellungsverfahren für eine solche Festschmierstoffstruktur.
Festschmierstoffe, die unter ungünstigen Bedingungen (z. B. im Hochvakuum oder unter Schutzgasatmosphären) eingesetzt werden können, sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt (C. Donnet, T. Le Mogne, M. Berlin and J.-M. Martin "Solid lubricant studies in high vacuum", Proceedings of the sixth European space mecanisms & Tribology symposium, Technopark, Zurich, Switzerland, 4th to 6th October 1995, p. 259 to 264). Die bekannten technischen Lösungen für tribologisch beanspruchte Oberflächen unter ungünstigen Schmierbedingungen nutzen in der Regel Festschmierstoffe aus der Gruppe der Chalkogenide (z. B. MoS₂, WS₂, NbSe₂), die in Form eines Pulvers, eines Gleitlackes oder auch in anderer gebundener Form durch manuellen Auftrag, Tauchen, Spritzen oder durch Plasmabeschichtung auf Oberflächen aufgebracht werden. Ein Vorteil solcher Lösungen ist, dass die Festschmierstoffe unter mäßiger Belastung gut an der Oberfläche haften und in inerten Gasen sowie in Vakuum sehr niedrige Reibwerte (typischerweise 0,03, teilweise auch darunter) zeigen.
Ein Nachteil dieser Lösungen ist zum einen die geringe mechanische Stabilität der relativ weichen Festschmierstoffe und damit der Materialverlust schon bei mäßiger Beanspruchung. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass insbesondere beim meistens verwendeten MoS₂ unter Feuchtigkeit (d. h. schon an Normalluft) der Reibwert auf etwa 0,4 ansteigt. Zugleich wird die Lebensdauer drastisch verkürzt. Somit ist die Verwendung der bekannten technischen Lösungen unter wechselnden Umgebungsbedingungen (z. B. zwischen Vakuum und Luft) zumindest kritisch zu sehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik, eine Festschmierstoffstruktur (sowie ein Herstellungsverfahren für eine solche Struktur) zur Verfügung zu stellen, die unter beliebigen geschmierten und ungeschmierten Bedingungen einen niedrigen Reibwert und einen geringen Verschleiß sowie eine ausreichende mechanische Stabilität aufweist, die auch bei wechselnden Umgebungsbedingungen (z. B. von Luft in Vakuum oder umgekehrt) ohne deutliche Verkürzung ihrer Lebensdauer eingesetzt werden kann, die einfach hergestellt werden kann und die unempfindlich gegenüber ionisierender Strahlung ist, thermisch stabil ist und ein stabiles Ausgasungsverhalten zeigt.
Diese Aufgabe wird durch eine Festschmierstoffstruktur gemäß Anspruch 1 sowie ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Struktur und des Herstellungsverfahrens lassen sich jeweils den abhängigen Ansprüchen entnehmen. Erfindungemäße Verwendungen sind in Anspruch 16 beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung zunächst allgemein, dann anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben. Die im Rahmen der Ausführungsbeispiele in Kombination gezeigten Einzelmerkmale müssen dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung (deren Schutzbereich durch die Ansprüche bestimmt ist) nicht genau in der in den Beispielen gezeigten Konfiguration verwirklicht werden, sondern können im Rahmen der Erfindung auch in andersartigen Kombinationen realisiert werden. Insbesondere können einzelne der in den Ausführungsbeispielen gezeigten Merkmale auch weggelassen werden.
Die Grundidee der Erfindung basiert darauf, eine Oberfläche (beispielsweise einer Substratbasis, die zum Aufbau einer erfindungsgemäßen Festschmierstoffstruktur verwendet wird) durch Einbringen von Vertiefungen zu modifizieren. Diese Modifikation wird kombiniert mit einer Beschichtung der Oberfläche mit einem Schichtsystem, das mindestens eine Schicht, die einen diamantartigen Kohlenstoff (DLC von engl. Diamond like Carbon) enthält oder daraus besteht, umfasst. Das Schichtsystem kann dabei auch mehrere solche diamantartigen Kohlenstoff enthaltende oder daraus bestehende Einzelschichten umfassen. In die Vertiefungen wird Festschmierstoff (z. B. MoS₂) eingebracht. Durch die Kombination einer Tiefenstrukturierung der Oberfläche mit der vorbeschriebenen DLC-Beschichtung und mit dem Einbringen des Festschmierstoffs in die entstandenen Vertiefungen kann ein vorteilhaftes Reib-/Gleitverhalten auch unter ungünstigen Schmierbedingungen wie z. B. im Vakuum gewährleistet werden. Vorteilhafterweise erfolgt die Tiefenstrukturierung bzw. die Oberflächenmodifikation mittels eines Lasers (Laserstrukturierung).
Die vorliegende Erfindung löst die vorstehende Aufgabe somit durch eine Kombination einer laserstrukturierten, DLC-beschichteten Oberfläche mit einem Festschmierstoff, der in die Mikrovertiefungen der in die Oberfläche einstrukturierten Vertiefungsstruktur eingebracht wird.
Wird nachfolgend im Rahmen der vorliegenden Erfindung von einer (eine Vielzahl einzelner Vertiefungen aufweisenden) Vertiefungsstruktur bzw. kurz von einer Vertiefung in einem Substrat, in einem Schichtsystem und/oder in einer Schicht gesprochen, so sind darunter ganz allgemein in eine Oberfläche (des Substrats, des Schichtsystems und/oder einer Einzelschicht des Schichtsystems) eingelassene Ausbuchtungen (Hohlräume wie z. B. Gräben o. ä.) zu verstehen. Hierzu muss die betrachtete Struktur (z. B. einzelne Schicht) nicht unbedingt eine Variation in ihrer (Schicht-)Dicke aufweisen, ggf. kann eine solche Vertiefung in einer Oberfläche dieser Struktur bzw. Schicht auch dadurch realisiert sein, dass (bei gleicher Schichtdicke der Schicht) die darunter liegende Struktur (z. B. Substrat bzw. Substratbasis) eine Dickenvariation bzw. Vertiefungsstruktur aufweist. Wird so z. B. ein in seiner Dicke sinusförmig schwankendes Substrat mit einer DLC-Schicht konstanter Dicke beschichtet, so bilden die Minima des sinusförmigen Verlaufs nicht nur Vertiefungen der Substratbasis, sondern auch Vertiefungen der DLC-Schicht.
Eine erfindungsgemäße Festschmierstoffstruktur weist somit eine Substratbasis (z. B. Teil einer Werkzeugfläche) und ein angrenzend an diese und/oder verbunden mit dieser ausgebildetes Schichtsystem auf. Das Schichtsystem enthält mindestens eine (ggf. auch mehrere) Schicht(en), die aus diamantartigem Kohlenstoff besteht/en oder diesen enthält/enthalten. Im Schichtsystem (oder auch in einer oder mehrerer Einzelschichten dieses Systems) alleine oder auch sowohl im Schichtsystem (oder zumindest in einer Schicht dieses Systems) als auch in der Substratbasis ist eine Vielzahl einzelner Vertiefungen ausgebildet. Die Gesamtheit der Menge an Vertiefungen wird nachfolgend auch als Vertiefungsstruktur bezeichnet. Schließlich sind zumindest einige der Vertiefungen jeweils zumindest teilweise mit mindestens einem Festschmierstoff gefüllt.
Grundsätzlich ist es somit erfindungsgemäß möglich, die Vertiefungsstruktur ausschließlich im Schichtsystem (z. B. auch beidseitig begrenzt durch weitere DLC-Einzelschichten ohne Vertiefungen) auszubilden, ebenso ist es jedoch möglich, bereits in der Substratbasis Vertiefungen z. B. in Grabenform vorzusehen und die die Vertiefungen aufweisende Oberfläche der Substratbasis dann mit dem DLC-Schichtsystem mit konstanter Dicke zu beschichten (sodass sich die Vertiefungen der Substratbasis auf das DLC-Schichtsystem übertragen) und schließlich die Vertiefungen im DLC-Schichtsystem mit dem Festschmierstoff aufzufüllen. Die Vertiefungen können somit lediglich innerhalb des Schichtsystems selbst verlaufen oder auch vom Schichtsystem bis hinein in die Substratbasis.
Es ist somit möglich, dass Abschnitte der Vertiefungen lediglich in den einzelnen Schichten (oder in der einzigen Schicht) des Schichtsystems ausgebildet sind, nicht jedoch in der Substratbasis; ebenso ist es möglich, Vertiefungsabschnitte sowohl im Schichtsystem (oder zumindest in einzelnen Schichten desselben) als auch in der Substratbasis vorzusehen.
Vorteilhafterweise ist eine in einer Richtung oder in zwei (z. B. senkrecht aufeinander stehenden) Richtungen periodische Vertiefungsstruktur im Schichtsystem und/oder in der Substratbasis realisiert. Besonders vorteilhafte Abstände benachbarter einzelner Vertiefungen einer solchen Vertiefungsstruktur (der entsprechende Abstand entspricht dann der Periodizität der Vertiefungen), besonders vorteilhafte Ausdehnungen der Vertiefungen senkrecht zur Schichtebene bzw. Substratoberfläche (Tiefenausdehnung), besonders bevorzugte laterale Ausdehnungen (in der Schichtebene) der einzelnen Vertiefungen und besonders vorteilhafte Aspektverhältnisse werden nachfolgend noch im Einzelnen beschrieben. Unter dem Aspektverhältnis einer Vertiefung wird dabei das Verhältnis von ihrer Tiefenausdehnung (senkrecht zur Schichtebene) und ihrer lateralen Ausdehnung (in der Schichtebene) verstanden.
Besonders vorteilhafte periodische Vertiefungsstrukturen sind eindimensionale oder auch zweidimensionale (d. h. bei letzterem sich unter einem Winkel von z. B. 900 kreuzende) Grabenstrukturen bestehend aus einer Vielzahl einzelner, linienförmiger, parallel zueinander und jeweils mit konstantem Grabenabstand voneinander verlaufender Gräben. Ebenso ist es jedoch möglich, periodische Vertiefungsstrukturen, die eine Vielzahl von einzelnen Löchern umfassen, vorzusehen (Punktmuster). Diese Lochstrukturen können in einer oder auch in zwei Richtungen bzw. Dimensionen periodisch ausgebildet werden. Diese zweidimensionalen Strukturen können mit Mehrstrahlinterferenzen oder auch mit Hilfe von Mikrolinsenarrays realisiert werden (siehe nachfolgend).
In einer weiteren vorteilhaften Variante besteht das vorbeschriebene Schichtsystem aus genau einer einzelnen Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff DLC. Ebenso ist es möglich, das Schichtsystem aus mehreren solcher DLC-Schichten auszubilden. Die eine oder mehreren DLC-Einzelschicht(en) enthält/enthalten vorteilhafterweise vorwiegend amorphen Kohlenstoff, der in einer Mischung aus grafitartigen und diamantartigen chemischen Bindungen vorliegt. Der Aufbau solcher Schichten ist dem Fachmann bekannt, sie sind beispielsweise in der VDI-Richtlinie VDI 2840 "Kohlenstoffschichten: Grundlagen, Schichttypen und Eigenschaften", Ausgabe vom November 2005, s. dort im Kapitel 4 die Unterpunkte 2.1. bis 2.7., beschrieben.
Vorteilhafterweise kann/können die einzelnen Kohlenstoffschicht(en) eine Vickershärte zwischen 1 000 HV und 8 000 HV und/oder eine Schichtdicke zwischen 2 nm und 50 μm aufweisen. Die einzelnen Schichten können dabei auch als Gradientenschichten ausgebildet werden, bei denen der Kohlenstoffanteil und/oder das Verhältnis von grafitartig zu diamantartig gebundenen Kohlenstoffatomen in Richtung senkrecht zur Schichtebene zur Substratbasis hin zu- oder abnimmt.
Um die Haftung des Schichtsystems bzw. der DLC-Schichten auf der Substratbasis sicher zu stellen oder zu verbessern, können zwischen den Schichten bzw. dem Schichtsystem und der Substratbasis Haftvermittlerschichten vorgesehen sein. Die vorbeschriebenen Vertiefungen können dann auch in diesen Haftvermittlerschichten ausgebildet werden.
Als Substratbasis kann eine Keramik, ein Metall und/oder ein Kunststoff verwendet werden. Auch entsprechende Materialkombinationen sind denkbar. Die Substratbasis kann beispielsweise die Oberfläche eines Bauteils oder eines Werkzeugs sein.
Bei einem erfindungemäßen Herstellungsverfahren für eine Festschmierstoffstruktur wird auf einer Substratbasis ein mindestens eine DLC-Schicht enthaltendes Schichtsystem aufgebracht, wobei ggf. vor dem Aufbringen des Schichtsystems auf der Substratbasis eine Haftvermittlerschicht abgeschieden werden kann. Die vorbeschriebene Vertiefungsstruktur wird entweder nur im Schichtsystem, oder sowohl im Schichtsystem als auch in der Substratbasis und ggf. der Haftvermittlerschicht ausgebildet. Die Vertiefungen werden dann zumindest abschnittweise mit mindestens einem Festschmierstoff befüllt.
In einer ersten vorteilhaften Herstellungsvariante ist es möglich, die Substratbasis (z. B. über ein Mikrolinsen-Array oder auch mithilfe eines direkten Laserinterferenzverfahrens, siehe nachfolgend) mit Laserstrahlung zu bestrahlen, um in die Oberfläche der Substratbasis erfindungsgemäß Vertiefungen einzuarbeiten. Anschließend kann das DLC-Schichtsystem auf der tiefenstrukturierten Oberfläche der Substratbasis abgeschieden werden (ggf. nach vorherigem Abscheiden von Haftvermittlerschichten). Auf diese Art und Weise übertragen sich – ein Abscheiden des Schichtsystems bzw. der einzelnen Schichten dieses Systems mit konstanter Dicke vorausgesetzt – die Vertiefungsstrukturen der Substratbasis in der Form unverändert auch auf das Schichtsystem. In die somit auch im Schichtsystem ausgebildeten Vertiefungen kann schließlich (wie nachfolgend noch im Detail beschrieben wird) der Festschmierstoff eingebracht werden.
Alternativ oder ggf. auch in Kombination mit dieser Vorgehensweise ist es ebenso möglich auf einer (z. B. ebenen oder gekrümmten) Oberfläche einer vertiefungslosen Substratbasis zunächst das DLC-Schichtsystem abzuscheiden, bevor durch Laserbestrahlung des auf der Substratbasis aufgebrachten Schichtssystems schließlich die Vertiefungen der Vertiefungsstruktur in das Schichtsystem und/oder die Substratbasis eingebracht werden. Auch hier können Haftvermittlerschichten abgeschieden werden, bevor das Schichtsystem mit der Substratbasis verbunden wird. Nach der Laserbestrahlung des bereits aufgebrachten Schichtsystems bzw. der Tiefenstrukturierung von Substratbasis und/oder Schichtsystem kann eine weitere Abscheidung einer oder mehrerer DLC-Einzelschichten erfolgen, bevor dann schließlich in die durch die Laserstrukturierung erzeugten Vertiefungen der Festschmierstoff eingebracht wird.
In einer vorteilhaften Variante erfolgt die Laserbestrahlung der Substratbasis und/oder des Schichtsystems dadurch, dass ein Laserstrahl über ein Mikrolinsen-Array (das den Laserstrahl in mehrere Einzelstrahlen auftrennt) auf eine definierte Fläche (nachfolgend: Fokusfläche) gestrahlt wird (vorteilhafterweise fokussiert eingestrahlt wird). Die Substratbasis und/oder das Schichtsystem wird dann, in Laserstrahlrichtung gesehen, hinter dem Mikrolinsen-Array an einer vordefinierten Position angeordnet. Diese Position kann in einem definierten Abstand vor der Fokusfläche, auf Höhe der Fokusfläche oder auch in einem definierten Abstand hinter der Fokusfläche liegen: Je nach Einstellung kann damit die laterale Ausdehnung und/oder die Tiefenausdehnung der einzelnen Vertiefungen der Vertiefungsstruktur auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden (minimale Strukturgröße bei Anordnung von Substratbasis und/oder Schichtsystem im Bereich der Fokusfläche, mit wachsendem oder sinkendem Abstand zur Fokusfläche vergrößert sich die Ausdehnung der einstrukturierten Vertiefungen).
Alternativ dazu ist es auch möglich, mehrere kohärente Laserstrahlen unter vordefinierten Winkeln in einem Überlagerungsbereich zur Interferenz zu bringen. Die Substratbasis und/oder das Schichtsystem wird hierbei an einer vordefinierten Position im Interferenz- bzw. Überlagerungsbereich positioniert. Durch die im Interferenzbereich entstehenden Interferenzmuster können an deren Maxima je nach Positionierung der Substratbasis und/oder des Schichtsystems die gewünschten (periodischen) Strukturen mit den gewünschten lateralen Ausdehnungen und/oder Tiefenausdehnungen realisiert werden. Die mehreren Laserstrahlen können dabei mithilfe von Strahlteilern erzeugt und dann über Strahlumlenker (z. B. Spiegel) aus verschiedenen Richtungen bzw. unter den gewünschten Winkeln in den Überlagerungsbereich eingestrahlt werden.
Die Laserbestrahlung kann gepulst oder auch kontinuierlich sein; Laser mit Emissionen im sichtbaren oder im infraroten Bereich sind ebenso einsetzbar wie Laser mit Emissionswellenlängen im UV-Bereich.
Vorteilhafterweise erfolgt das Aufbringen des Schichtsystems auf die Substratbasis (oder auf entsprechende Haftvermittlerschichten) mittels eines Beschichtungsverfahrens. Die chemische Gasphasenabscheidung kann ebenso eingesetzt werden wie die physikalische. Ein Aufbringen des Schichtsystems ist insbesondere mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung, mittels Magnetronsputtern und/oder mittels eines Vakuumbogenverfahrens möglich. Auch die Haftvermittlerschichten können entsprechend abgeschieden werden.
Das Füllen der Vertiefungen mit Festschmierstoff kann durch ein mechanisches Einbringen von in Pastenform vorliegendem Festschmierstoff erfolgen. Auch in Pulverform mit mindestens einem organischen und/oder anorganischen Bindemittel vermischt vorliegender Festschmierstoff kann eingebracht werden. Alternativ ist eine Spraydeposition eines in flüssiger Form vorliegenden Festschmierstoffs ebenso möglich wie ein Eintauchen der in der Substratbasis und/oder dem Schichtsystem eingebrachten Vertiefungen in eine festschmierstoffhaltige Flüssigkeit.
Nach dem Einbringen des Festschmierstoffs in die Vertiefungen kann eine Nachbehandlung in Form von Trocknen, Aushärten, Sintern und/oder Brennen erfolgen.
Erfindungsgemäß kann somit eine planare oder konturierte Oberfläche eines Bauteils oder eines Werkzeugs vor oder auch nach der Beschichtung mit einer DLC-Schicht mit einer μm- oder auch nm-Tiefenstruktur durch direkte Laserinterferenz und/oder durch Einsatz von Mikrolinsen-Arrays unter Nutzung von bevorzugt gepulster Laserstrahlung im UV-Bereich, im sichtbaren Bereich und/oder im IR-Bereich strukturiert werden. Dabei ist es ebenso möglich zunächst ein Kunststoff-, Keramik- oder Metallsubstrat mit dem Laser zu strukturieren, bevor eine Beschichtung mit der DLC-Schicht erfolgt, wie auch zunächst die DLC-Schicht auf einem entsprechenden Substrat abzuscheiden und dann die Laserstrukturierung nach der Abscheidung durchzuführen. Im letzteren Fall kann nach der Laserstrukturierung erneut DLC-beschichtet werden.
Die DLC-Beschichtung kann mithilfe von PVD-Verfahren (z. B. Arc-Verdampfung oder Magnetronsputtern), durch PECVD-Verfahren oder auch durch eine Kombination beider Verfahren hergestellt werden. Einfachschichten, Mehrfachschichten oder auch Gradientenschichten können als DLC-Schichten abgeschieden werden. Vorteilhafterweise werden Schichten aus amorphem Kohlenstoff z. B. vom Typ a-C, ta-C, a-C:H und/oder ta-C:H sowie ggf. auch mit einem Metall oder anderen Elementen dotierte Typen wie z. B. a-C:H:W als DLC-Schichten abgeschieden (vgl. VDI-Richtlinie 2840). Vorteilhafterweise weisen diese Schichten eine Härte zwischen 1000 HV und 8000 HV und eine Schichtdicke zwischen 2 nm und 50 μm auf.
Die durch die Laserstrukturierung eingebrachten Strukturen können wie folgt ausgebildet sein:

– linienartige Muster mit periodischem Abstand d (Periode p ist gleich Linienabstand d).
– kreuzartige Muster erreicht durch Mehrfachbestrahlung mit Linienmustern mit einem spezifischen Rotationswinkel von z. B. 30°, 60° oder 90°.
– kombinierte kreuzartige Muster mit unterschiedlichen Linienabständen d₁ und d₂.
– verschiedene Anordnungen von Vertiefungen z. B. in Form von Löchern mit unterschiedlichen Abständen.
– beliebige Formen von Vertiefungen bzw. Löchern mit einem Mikrolinsen-Array über der zu strukturierenden Substratbasis und/oder Schicht.
– beliebige Formen von Vertiefungen über ein Verschieben der Substratbasis und/oder Schichtstruktur während der Bestrahlung über ein Mikrolinsen-Array.
– beliebige Formen von Vertiefungen mit einer Verschiebung der Bestrahlungsoptik während/zwischen den Bestrahlungen über ein Mikrolinsen-Array.
– linienartige Muster über ein Mikrolinsen-Array.
– kreuzartige Muster durch Mehrfachbestrahlung mit Linienmustern mit einem Mikrolinsen-Array.
– auch beliebige Kombinationen der vorbeschriebenen Musterstrukturen sind denkbar.

Die so erzeugten Strukturen werden schließlich mit einem Festschmierstoff gefüllt, sodass die Strukturen zumindest teilweise ausgefüllt sind. Überschüssiger Festschmierstoff kann ggf. auf der gefüllten Oberfläche verbleiben. Der Festschmierstoff kann aus Sulfiden (z. B. MoS₂, WS₂), Seleniden (beispielsweise NbSe₂), Grafit, Kunststoff (z. B. PTFE-Partikel) und/oder aus Weichmetallen (z. B. Al, Co, Pb) oder auch aus einer beliebigen Mischung der vorgenannten Stoffe bestehen. Er kann in pulverförmiger oder auch in mit Flüssigkeit gebundener Form vorliegen. Der Festschmierstoff kann beispielsweise über Eintauchen, Spritzen oder auch durch einfachen manuellen Auftrag in die Vertiefungen eingebracht und ggf. (z. B. durch Sintern oder Wärmetrocknung) nachbehandelt werden.
Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Festschmierstoffstrukturen liegt der größte Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, dass die erzeugten Oberflächen unter schwierigsten Umgebungs- und/oder Schmierbedingungen (insbesondere also auch im Vakuum) gute Gleit- und Verschleißschutzeigenschaften aufweisen.
Ein weiterer Vorteil liegt in der großen Toleranzbreite von Umgebungsbedingungen, unter denen die erfindungsgemäße Oberfläche ihre Gleiteigenschaften beibehält.
Von reinen DLC-Beschichtungen ist bekannt, dass sie unter Mischreibungsbedingungen sowie in Normalatmosphäre gute Gleit- und Verschleißschutzeigenschaften aufweisen, unter sehr trockener Luft, Schutzgas, Vakuum oder sonstigen schwierigen Umgebungsbedingungen ihre vorteilhaften Eigenschaften jedoch verlieren und hohe Reibwerte und starken Verschleiß erzeugen. Durch die erfindungsgemäß z. B. über eine Laserstrukturierung eingebrachten Vertiefungen und deren Auffüllung mit Festschmierstoff in Kombination mit der DLC-Beschichtung wird ein Reservoir an Schmierstoff bereitgestellt, das auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen immer den nötigen Schmierstoff bereithält, ohne dass dieser rasch verbraucht wird. Somit ist eine erfindungsgemäß modifizierte bzw. eine mit gefüllten Tiefenstrukturen versehene modifizierte DLC-Schicht nahezu universell einsetzbar. Die Erfindung kann im Bereich von allen tribologisch belasteten Komponenten und Bauteilen, insbesondere bei Komponenten und Bauteilen, die aufgrund starker Belastungen, konstruktiver Aspekte oder aufgrund der herrschenden Umgebungsbedingungen ansonsten nur unzureichend mit Schmierstoff versorgt werden, eingesetzt werden.
Insbesondere eignen sich die erfindungsgemäß modifizierten Oberflächen bzw. die erfindungsgemäßen Festschmierstoffstrukturen für mechanische Komponenten wie Lager, Getriebe oder Führungen bei Anwendungen in Vakuum (beispielsweise bei Weltraumanwendungen wie Satellitenverstellsystemen oder bei Vakuumpumpen) sowie unter Schutzgas (z. B. bei Anwendungen in der Mikroelektronik).
Weitere Beispiele für die Anwendung erfindungsgemäßer Festschmierstoffstrukturen sind tribologisch stark belastete Teile z. B. im Automobilbereich (Verteilerpumpen, Einspritzkomponenten, Kolbenringe, Kolbenbolzen, Zahnräder in Getrieben). Schließlich sind trocken laufende Reib-/Gleitpaarungen (z. B. für Werkzeugmaschinen, Textilmaschinen oder auch in Flugzeuganwendungen) Einsatzgebiete für erfindungsgemäße Festschmierstoffstrukturen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Es zeigen:
1 den Aufbau zweier erfindungsgemäßer Festschmierstoffstrukturen.
2 verschiedene Vertiefungsstrukturformen der vorliegenden Erfindung.
3 eine Mikrolinsen-Array-Konfiguration zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
4 verschiedene Mikrolinsen-Arrays für den Aufbau gemäß 3.
5 einen direkten Laser-Interferenz-Strukturierungsaufbau für ein Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in Zwei-Strahl-Konfiguration.
6 einen entsprechenden Aufbau in Drei-Strahl-Konfiguration.
7 einen entsprechenden Aufbau in Vier-Strahl-Konfiguration.
8 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Erzeugung einer Vertiefungsstruktur in einer Substratbasis durch Laser-Interferenz.
9 bis 11 in Zwei-, Drei- oder Vier-Strahl-Konfiguration erzeugte Intensitätsmuster.
12 bis 14 Beispiele für erfindungsgemäß strukturierte DLC-Schichtsysteme.
Sofern nachfolgend nichts anderes gesagt ist, beziehen sich die Ausführungsbeispiele auf eine Festschmierstoffstruktur, die eine Substratbasis aus gehärtetem Stahl, z. B. 100Cr6, aufweist, auf der mittels eines PVD-Beschichtungsverfahrens eine 2,5 μm dicke homogene Schicht aus ta-C abgeschieden ist. Vor dem Abscheiden wird die Substratbasis (nachfolgend auch als Bauteil bezeichnet) in üblicher Weise gereinigt und es wird in der Beschichtungskammer zunächst eine Plasmareinigung und eine Abscheidung einer Haftvermittlungsschicht durchgeführt, bevor dann schließlich die homogene Schicht aus ta-C aufbeschichtet wird. Die Abscheidung der ta-C-Schicht erfolgt mit einem gepulsten Vakuumbogenverfahren, z. B. mit einem Laser-Arc-Verfahren aus einer Grafitkathode. Dabei wird vorzugsweise die Beschichtung mit einem Plasmafilter durchgeführt, um eine möglichst glatte Schicht abzuscheiden.
Nach der Laserstrukturierung der Substratbasis und/oder des Schichtsystems vor oder nach der Beschichtung der Substratbasis (die Laserstrukturierung wird nachfolgend noch ausführlich beschrieben), wird der Festschmierstoff auf die dergestalt strukturierte Oberfläche aufgebracht. Die Aufbringung des Festschmierstoffs kann in konventioneller Weise erfolgen, so wie z. B. in B. Bhushan, B. K. Gupta "Handbook of tribology: Materials, coatings and surface treatments", McGraw Hill Inc., New York 1991, beschrieben. So werden beispielsweise pastenförmige Festschmierstoffe nach Vorschrift mit Pinsel oder Lappen aufgetragen, Gleitlacke (z. B. konventionelle, lufttrocknende Gleitlacke auf Basis von MoS₂) werden vorschriftsgemäß aufgesprüht und Gleitfilme werden entsprechend der Anleitung mittels Tauchverfahren aufgebracht. Neben lufttrocknenden Produkten können auch warmaushärtende Produkte verwendet werden. Überschüssiger Festschmierstoff, z. B. überschüssiger Gleitlack, kann durch Abwischen von der strukturierten Oberfläche abgetragen werden, sodass nur noch in den ausgebildeten Vertiefungen der strukturierten Oberfläche Festschmierstoff verbleibt. Es ist jedoch auch möglich, überschüssigen Festschmierstoffauftrag auf der strukturierten Oberfläche überstehend zu belassen.
1 zeigt im Querschnitt senkrecht durch die Schichtsystemebene (hier: Ebene der ta-C-Schicht) zwei verschiedene erfindungsgemäße Festschmierstoffstrukturen.
Beim in 1a) gezeigten Beispiel wird zunächst auf der Stahlsubstratbasis 1 (nach Abscheiden einer nicht gezeigten Haftvermittlerschicht) die ta-C-Schicht 2a, die hier die einzige Schicht des Schichtsystems 2 ausbildet, abgeschieden. Anschließend wird mithilfe eines z. B. über ein Mikrolinsen-Array (siehe nachfolgend) geführten Laserstrahls eine periodische Vertiefungsstruktur 3 in das Schichtsystem 2 bzw. die ta-C-Schicht 2a einstrukturiert. Die Parameter der Laserbestrahlung werden dabei so gewählt, dass die Vertiefungen 3a, 3b, ... der Vertiefungsstruktur 3 ausschließlich in der ta-C-Schicht 2a ausgebildet werden, sich also nicht bis in eine Tiefe erstrecken, in dem die der Schicht 2a zugewandte Oberfläche O1 der Substratbasis 1 bzw. die Grenze zwischen Schicht 2a und Substratbasis 1 liegt.
Die hier periodische Vertiefungsstruktur 3 umfasst eine Vielzahl einzelner, linear verlaufender, parallel zueinander in konstanten Abständen d angeordneter, im Querschnitt Rechteck-förmiger Gräben 3a, 3b, ... als Vertiefungen. Die Dicke der ta-C-Schicht 2a beträgt hier 2,5 μm, die Tiefe h der Vertiefungen 3a, 3b, ... senkrecht zur Schichtebene 1,25 μm, der Abstand d zweier benachbarter Gräben 3a, 3b, ... (also die Periodizität p = d) beträgt hier 10 μm und die laterale Ausdehnung l der Gräben in der Schichtebene und senkrecht zur Grabenlängsachse beträgt hier l = 5 μm (die Darstellung ist somit nicht maßstabsgerecht).
Nach Einbringen der Vertiefungsstruktur 3 in die Schicht 2a erfolgt ein Eintrag des Festschmierstoffs 4 in Form von z. B. MoS₂ in die einzelnen Vertiefungen 3a, 3b, ... wie vorbeschrieben. Die Vertiefungen sind hier vollständig mit Festschmierstoff 4 aufgefüllt. Festschmierstoff, der über die substratbasisabgewandte Seite (Oberfläche O2) des Schichtsystems 2 übersteht, wird entfernt.
1b) zeigt ein zweites Beispiel für eine erfindungsgemäße Festschmierstoffstruktur im Querschnitt; der Aufbau ist hier grundsätzlich wie beim in 1a) gezeigten Fall, sodass nachfolgend nur die Unterschiede beschrieben werden.
In 1b) wird nicht das Schichtsystem 2, sondern die Substratbasis 1 mithilfe des Lasers strukturiert, bevor die Haftvermittlerschicht (nicht gezeigt) und das Schichtsystem 2 aufgebracht werden. Die Haftvermittlerschicht und das Schichtsystem 2 werden mit konstanter Schichtdicke (hier z. B. 1 μm für die Schicht 2a) auf der bereits strukturierten, also mit Vertiefungen versehenen Oberfläche O1 der Substratbasis 1 abgeschieden. Aus diesem Grund werden die in der Substratbasis 1 ausgebildeten Vertiefungen auf das Schichtsystem 2 übertragen, sodass die Vertiefungsstruktur 3 hier sowohl in der Substratbasis 1, als auch im Schichtsystem 2 ausgebildet ist. Die lichten Weiten dieser Vertiefungen 3a, 3b, ... (mit der Höhe bzw. Tiefe h und der lateralen Ausdehnung l) werden vollständig mit Festschmierstoff 4 gefüllt; über die substratabgewandte Oberfläche O2 des Schichtsystems 2 hinaus stehender Festschmierstoff wird entfernt.
2 zeigt verschiedene periodische Vertiefungsstrukturen 3, die durch Laserstrukturierung und parallel zur Schichtebene und/oder den Oberflächen O1 und O2 verlaufend in der Substratbasis 1 und/oder im Schichtsystem 2 ausgebildet werden können. So zeigt 2a) eine eindimensionale Grabenstruktur G1, bei der eine Vielzahl von parallelen Gräben beabstandet voneinander verläuft. Der Abstand d unmittelbar benachbarter Gräben bzw. die Periodizität p in Richtung R1 senkrecht zu den Grabenlängsachsen kann beispielsweise zwischen 1 μm und 100 μm betragen.
2b) zeigt eine Überlagerung zweier solcher Grabenstrukturen unter einem Winkel α ≠ 0° (hier: α = 70°): Beispielsweise kann zunächst mithilfe eines Zylinderlinsen-Mikrolinsen-Arrays die erste Grabenstruktur G1 (Grabenabstand d1) in Richtung R1 erzeugt werden, bevor die Substratbasis 1 mit dem Schichtsystem 2 um α gedreht wird, um anschließend durch erneute Laserbestrahlung durch das Zylinderlinsen-Mikrolinsen-Array die zweite Grabenstruktur G2 (Grabenabstand d2) in Richtung R2 (die dann um α in Bezug auf die Richtung R1 gedreht ist) zu erzeugen.
2c) zeigt den Fall aus 2b), bei dem α = 90° ist, also zwei senkrecht zueinander ausgerichtete und in der Substratbasis 1 und/oder dem Schichtsystem 2 ausgebildete Grabenstrukturen G1, G2 (Kreuzgitter).
2d) zeigt ein Beispiel, bei dem die Vertiefungsstruktur 3 nicht in Form von einer oder mehrerer Grabenstruktur(en) ausgebildet ist, sondern eine Vielzahl von einzelnen Löchern LO umfasst. Die Löcher LO sind an den Kreuzungspunkten eines quadratischen Gitters angeordnet, sodass sich hier eine zweidimensionale Periodizität der Vertiefungsstruktur in zwei zueinander senkrechten Richtungen R1 und R2 ergibt (der Lochabstand bzw. die Lochperiode d1 in Richtung R1 und der Lochabstand bzw. die Lochperiode d2 in Richtung R2 sind hier identisch). Beispielsweise ist d1 = d2 = 150 μm und es werden ein Lochdurchmesser l in der Schichtebene von 30 μm und eine Lochtiefe h senkrecht zur Schichtebene von 10 μm gewählt. Das Aspektverhältnis a = h/l = 10 μm/30 μm beträgt somit 0.3.
2e) zeigt einen weiteren Fall einer periodischen Lochstruktur wie in 2d), wobei hier jedoch die beiden Richtungen R1 und R2, in denen die einzelnen Löcher LO jeweils in periodischen Abständen in Reihen angeordnet sind, nicht senkrecht aufeinander stehen, sondern einen Winkel von α = 70° ausbilden.
3 zeigt einen ersten Aufbau zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Festschmierstoffstruktur. Der Aufbau umfasst einen Laser (nicht gezeigt), beispielsweise einen UV-emittierenden Laser mit einer Wellenlänge von λ = 266 nm. Der Laserstrahl 5 dieses Lasers wird hier in gepulster Form (es kann jedoch auch ein kontinuierlicher Laserstrahl erzeugt werden, das Element 10 entfällt dann) zunächst durch eine Vorrichtung 10 zur Kontrolle der Pulsanzahl, hier einen mechanischen Shutter, gestrahlt. Hinter dem mechanischen Shutter 10 ist im Strahlengang des Laserstrahls 5 ein Homogenisator 11 angeordnet. Der Homogenisator besteht aus einem System optischer Elemente, die z. B. ein top-hat Strahlprofil generieren. Im Strahlengang 5 hinter dem Homogenisator 11 ist ein Teleskopsystem 12 zur Kontrolle des bzw. zum Einregeln eines gewünschten Strahldurchmessers angeordnet. Diesem folgt im Strahlengang 5 eine Blende (hier: Irisblende) oder auch eine Rechteckblende 13, bevor der Laserstrahl 5 schließlich auf ein Mikrolinsen-Array 6 trifft. Die Blende 13 wird dazu verwendet, den Strahlumriss und den Strahldurchmesser des Laserstrahls 5 auf eine vorbestimmte Form (z. B. rechteckig) und Größe zu bringen. Die Reihenfolge der Komponenten 10 bis 13 kann hierbei auch anders als in 3 gezeigt gewählt werden. Gegebenenfalls kann auf die Elemente 10 bis 13 verzichtet werden.
Das Mikrolinsen-Array 6 ist hier ein Zylinderlinsen-Mikrolinsen-Array mit einer Vielzahl von in einer Ebene parallel zueinander und in konstanten Abständen voneinander angeordneten Zylinderlinsen (deren Längsachsen hier senkrecht zur dargestellten Ebene angeordnet sind). Die einzelnen Zylinderlinsen des Mikrolinsen-Arrays 6 haben einen Fokusabstand f. Durch das Mikrolinsen-Array 6 wird der Laserstrahl 5 somit in eine Vielzahl einzelner Teilstrahlen 5a, 5b, 5c, ... aufgeteilt, die in einem Abstand f hinter dem Mikrolinsen-Array 6 auf eine ebene Fläche F fokussiert werden.
Mithilfe eines in den drei Translationsrichtungen x, y und z eines Kartesischen Koordinatensystems bewegbaren Verschiebetisches 14 ist nun das Substrat 1 mit dem Schichtsystem 2 (letzteres ist hier nicht gezeigt) so ausgerichtet, dass die Substratbasisoberfläche O1 und die Schichtsystemoberfläche O2 (vgl. 1) parallel zur Fokusfläche F ausgerichtet sind. Im gezeigten Fall fallen die Oberfläche O1 des Schichtsystems und die Fokusfläche F zusammen, sodass die Teilstrahlen 5a, 5b, ... auf diese Oberfläche fokussiert werden (Fokusabstand f gleich Abstand des Arrays 6 von der Oberfläche O1). Durch geeignete Wahl der Strahlparameter des Laserstrahls 5 werden somit am Auftreffort der Teilstrahlen 5a, 5b, ... in den Elementen 1 und/oder 2 vorbeschriebene Vertiefungsstrukturen 3 erzeugt.
Zur Einstellung der Strukturgröße der Vertiefungsstruktur 3 kann der Abstand a zwischen Mikrolinsen-Array 6 und Substratbasis 1 verändert werden: Durch Verfahren der Substratbasis 1 mittels des Verschiebetisches 14 in +z-Richtung wird die Fokusebene F hinter die Oberfläche O1 der Substratbasis 1 ins Innere der Substratbasis 1 verschoben; es werden dann Vertiefungen 3a, 3b, ... mit vergrößerter lateraler Ausdehnung l erzeugt. Entsprechendes geschieht bei einem Verfahren in –z-Richtung, da die Fokusebene F dann außerhalb des Substrats 1 und vor diesem liegt. Zur Regelung der Strukturgröße der Vertiefungsstruktur kann somit der Abstand a größer oder kleiner als der Fokusabstand f gewählt werden. Zusätzlich ist es möglich, durch Translation des Substrats 1 in x- und/oder y-Richtung mittels des Verschiebetisches 14 unterschiedliche Vertiefungsstrukturgeometrien mit kontrollierter Größe zu erzeugen.
Anstelle eines Verschiebetisches (mit oder ohne Rotationsachse) kann auch ein Roboter verwendet werden. Hierbei können sowohl die Komponenten 6 und 10 bis 13 als auch die Substratbasis 1 mit dem Verschiebetisch und/oder Roboter gekoppelt werden. Bei einem Anordnen der Komponenten 6 und 10 bis 13 an einem entsprechenden Verschiebetisch oder Roboter ist es vorteilhaft, fasergekoppelte Laser zu verwenden.
4a) skizziert noch einmal, wie über eine Veränderung des Abstandes a relativ zum Fokusabstand f (Variation des Abstandes des Substrats relativ zum Mikrolinsen-Array) die Strukturgröße, die der Substratbasis 1 und/oder dem Schichtsystem 2 einstrukturiert wird, geändert werden kann. 4b) bis f) zeigt, dass unterschiedliche Mikrolinsen-Arrays verwendet werden können: Linienerzeugende Mikrolinsen-Arrays mit zylindrischen (4b)), punkterzeugende Mikrolinsen mit gekreuzten zylindrischen (4c)) Mikrolinsen, hexagonalen (4d)) oder quadratischen (4e)) Linsenanordnungen und quadratische Mikrolinsen-Arrays (4f)). All dies Mikrolinsen-Arrays 6a bis 6b aus den 4b) bis 4f) können somit im in 3 gezeigten Aufbau verwendet werden.
Beim in den 3 und 4 gezeigten Aufbau lassen sich unterschiedliche Laserwellenlängen verwenden. Für gepulste Laser (mit Pulslängen z. B. im Nanosekunden-, Pikosekunden- oder Femtosekunden-Bereich) können verschiedene Prozesse wie Abtrag, Aufschmelzen, Phasenumwandlung, lokales Härten usw. bei der Ausbildung der Vertiefungsstruktur 3 in den Elementen 1, 2 erreicht werden. Ebenso sind direkte Oberflächenmodifikationen mit einem Laserpuls möglich. Die Anzahl der Laserpulse kann variiert werden, um die Form und Tiefe der Oberflächenmodifikationen 3 zu kontrollieren. Auch kann die Laserintensität variiert werden, um unterschiedliche Geometrien der Modifikationen 3 zu erhalten.
5 zeigt einen Aufbau für eine direkte Laser-Interferenz-Strukturierung für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Festschmierstoffstruktur. Ein gepulster Laserstrahl 7 mit vordefinierter Intensität wird zunächst durch eine Vorrichtung 10 zur Kontrolle der Pulsanzahl (hier: mechanischer Shutter) gestrahlt (alternativ dazu kann auch ein kontinuierlicher Laserstrahl verwendet werden, in diesem Falle kann die Vorrichtung 10 gegebenenfalls entfallen). Im Strahlengang nach der Vorrichtung 10 ist ein Homogenisator (hier: eine zylindrische oder rechteckige Blende) 11 angeordnet. Der den Homogenisator verlassende Laserstrahl wird über ein Teleskopsystem 12, mit dem der Strahldurchmesser auf eine vordefinierte, gewünschte Größe (z. B. 5 mm) gebracht wird, gestrahlt. Dem Teleskopsystem 12 folgt eine Blende (z. B. Irisblende) oder eine Rechteckblende 13, um auf eine vordefinierte, gewünschte Form (z. B. rechteckig) und Strahlgröße zu kommen.
Im Strahlengang nach der Blende 13 folgt ein erster, hier auch einziger Strahlteiler 8a, mit dem der Laserstrahl 7 in zwei Teilstrahlen 7a und 7b aufgetrennt wird. Der erste Teilstrahl 7a wird über zwei in dessen Strahlengang angeordnete Strahlumlenker in Form von Spiegeln 9b und 9c umgelenkt und schließlich unter einem vordefinierten Winkel auf das Substrat 1 samt Schichtsystem 2 (hier nicht gezeigt) eingestrahlt. Die Substratbasis 1 ist hier, ähnlich wie in 3 gezeigt, auf einem Verschiebetisch 14 angeordnet. Der den Strahlteiler 8a verlassende zweite Teilstrahl 7b wird über einen weiteren Spiegel 9a umgelenkt und ebenfalls unter einem definierten Winkel auf das Substrat 1 und das Schichtsystem 2 eingestrahlt. Die beiden vorgenannten Einstrahlungswinkel der beiden Teilstrahlen 7a und 7b sind so ausgebildet, dass die beiden Teilstrahlen unter einem Winkel β von z. B. 30° aufeinander zulaufen und sich in einem Überlagerungsbereich U kreuzen bzw. überlagern. In diesem Überlagerungsbereich U, in dem sich die beiden Teilstrahlen 7a, 7b kreuzen, also überlagern, ist das Element 1, 2 angeordnet, in dessen Oberfläche die Vertiefungsstruktur 3 einzubringen ist. Der Winkel β zwischen den beiden Laserstrahlen 7a, 7b kann variiert werden, um Strukturen unterschiedlicher Periodizität zu erzeugen. Mithilfe des Verschiebetisches 14 kann ein Verschieben der Elemente 1, 2 erfolgen, sodass große, ebene wie nicht ebene (z. B. zylinderförmige) Oberflächen tiefenstrukturiert 3 werden können. Die Verschiebung kann sowohl orthogonal zur Strahlachse 7 (z. B lateral oder vertikal), parallel zur Strahlachse 7 und/oder aus einer Rotation der Elemente 1, 2 bestehen. Die laterale Ausdehnung l und/oder die Tiefe h der Strukturen 3 können über die Strahlintensität, Bestrahlungsdauer und/oder Pulsanzahl eingestellt werden.
8 skizziert den Überlagerungsbereich U aus 5 im Detail: Beide sich unter dem Winkel β überlagernde Strahlen 7a, 7b bilden im Überlagerungsbereich U, in dem die Oberfläche der Substratbasis 1 bzw. die Substratbasis 1 angeordnet ist, ein Interferenz-Muster aus, an dessen Maxima eine periodische Tiefenstrukturierung 3 des Substrats 1 erfolgt (an den zwischen den Maxima liegenden Knoten der Interferenz-Struktur erfolgt keine Tiefenstrukturierung des Substrats, da hier die einfallende Intensität niedriger ist (evtl. auch Null)).
Die in den 5 und 8 gezeigte direkte Laserstrahlinterferenzstrukturierungsmethode ermöglicht somit die Herstellung periodischer zweidimensionaler oder dreidimensionaler Mikrostrukturierungen auf nahezu allen Arten von Substratoberflächen und Bauteilgeometrien. Um eine Interferenzstruktur zu erzeugen, werden N (mit N ≥ 2) kollimierte und kohärente Laser strahlen 7a, 7b, ... auf einer Oberfläche 1, 2 überlagert. Hiermit ergibt sich insbesondere auch der Vorteil, dass sowohl ebene, als auch nicht ebene, gekrümmte Oberflächen strukturiert werden können, da die Interferenz in dem gesamten überlappenden Volumen der einzelnen Teilstrahlen 7a, 7b, ... stattfindet.
6 und 7 zeigen zwei weitere Aufbauten für direkte Laserinterferenz-Strukturierungen. Diese sind grundsätzlich wie der in 5 gezeigte Aufbau ausgebildet, sodass nachfolgend nur die Unterschiede beschrieben werden: Beim in 6 gezeigten Aufbau handelt es sich um einen Drei-Strahl-Aufbau, bei dem über zwei hintereinander in den Strahlengang des Laserstrahls 7 eingebrachte Strahlteiler 8a, 8b eine Aufspaltung in drei einzelne Teilstrahlen 7a, 7b und 7c erfolgt, die dann mithilfe entsprechender Spiegel 9a bis 9d aus drei unterschiedlichen Richtungen, also unter unterschiedlichen Winkeln auf das Substrat 1 eingestrahlt werden. Die drei Teilstrahlen 7a bis 7c überlappen sich somit ebenfalls in einem Überlagerungsbereich U, in dem das Substrat 1 angeordnet ist. 7 zeigt eine entsprechende Vier-Strahl-Anordnung, bei der über drei hintereinander im Strahlengang der Laserstrahlung 7 angeordnete Strahlteiler 8a bis 8c eine Aufsplittung des Strahls 7 in insgesamt vier unterschiedliche Teilstrahlen 7a bis 7d erfolgt, die wiederum mittels unterschiedlich angeordneter und ausgerichteter Strahlumlenker 9a bis 9e aus vier unterschiedlichen Richtungen auf das im Überlagerungsbereich U angeordnete Substrat 1 eingestrahlt werden. Auch hier kreuzen bzw. überlappen sich alle vier Einzelstrahlen 7a bis 7d im Überlagerungsbereich U.
9 zeigt ein Beispiel für eine durch zwei einzelne Teilstrahlen (b) 7a, 7b erzeugte (a) linienartige Interferenzstruktur sowie ein weiteres Beispiel für eine durch Überlagerung bzw. Interferenz von insgesamt drei Teilstrahlen 7a bis 7c (d) erzeugte hexagonale punktartige Interferenzstruktur (c) (I = Intensität).
10 zeigt ebenfalls Beispiele für Interferenzstrukturen durch Interferenz von zwei einzelnen Strahlen (d), von drei einzelnen Strahlen (e) oder von vier einzelnen Laserstrahlen (f): Durch Zwei-Strahl-Interferenz ergibt sich eine linienförmige Intensitätsverteilung I (a), durch Drei-Strahl-Interferenz bei symmetrischer Strahlkonfiguration die in 10(b) gezeigte Interferenzstruktur mit Interferenzmaxima gleicher Intensität und durch Vier-Strahl-Interferenz mit der in (f) gezeigten Strahlkonfiguration eine Interferenzstruktur I mit Maxima unterschiedlicher Intensität (c).
11 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Interferenzstruktur durch Vier-Strahl-Interferenz (I = Intensität; x und y bezeichnen zwei orthogonale Richtungen in der Schichtebene des Schichtsystems 2 bzw. tangential zur Oberfläche der Substratbasis 1).
12 bis 14 zeigen weitere Beispiele für Laserstrukturierungen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Interferenz-Methode oder unter Einsatz von Mikrolinsen-Arrays. Die Strukturierung kann mit unterschiedlichen Wellenlängen im UV-, im IR- oder im visuellen Bereich (beispielsweise 266 nm, 355 nm, 532 nm oder 1064 nm) erfolgen, indem ein oder mehrere Laserpulse mit Pulsdauern von einigen Femtosekunden bis hin zu mehreren Nanosekunden verwendet werden. Die Laserfluenz (auftreffende Energie pro Flächeneinheit) jedes einzelnen Laserpulses kann beispielsweise im Bereich von einigen mJ/cm² bis hin zu mehreren J/cm² variiert werden. In den gezeigten Beispielen der 12 u. 13 wurde eingepulster 10 ns UV-Laser mit einer Wellenlänge von 355 nm verwendet, um die unterschiedlichen DLC-Schichtsysteme 2 auf Stahl und auf Silizium tiefenzustrukturieren 3, mit Energiedichten (Laserfluenz) zwischen 60 und 900 mJ/cm².
12 und 13 zeigen Beispiele der direkten Laserinterferenzstrukturierung.
12a): λ = 355 nm, Laserfluenz: 80 mJ/cm², 1 Laserpuls, Pulsdauer: 10 ns, Periodenabstand d = 180 nm, Probe (Substratbasis und/oder Schichtsystem) 1, 2: 100 nm DLC-Schicht auf Silizium-Substrat (Rasterkraftmikroskopische Abbildung).
12b): λ = 355 nm, Laserfluenz: 100 mJ/cm², 1 Laserpuls, Pulsdauer: 10 ns, Periodenabstand d = 240 nm, Probe 1, 2: 80 nm DLC-Schicht auf Silizium-Substrat (Rasterkraftmikroskopisches Bild).
13a): λ = 355 nm, Laserfluenz: 470 mJ/cm², 1 Laserpuls, Pulsdauer: 10 ns, Periodenabstand d = 4.7 μm, Probe 1, 2: 2.5 μm DLC-Schicht auf Stahl-Substrat (Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme).
13b): Zeigt die Oberflächenprägung zweier orthogonal zueinander versetzter Linienstrukturen. Dabei wurden zwei Linienstrukturen nacheinander erzeugt, wobei vor dem Aufbringen der zweiten Linienstruktur das Substrat um 90° gedreht wurde. λ = 355 nm, Laserfluenz = 0.9 J/cm², 50 Laserpulse pro Linienmuster, Pulsdauern: 10 ns, Periodenabstand d = 10 μm, Probe 1, 2: 2.5 μm DLC-Schicht auf Stahl-Substrat (Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme).
13c): Zeigt die Oberflächenprägung zweier orthogonal zueinander versetzter Linienstrukturen. Dabei wurden zwei Linienstrukturen nacheinander erzeugt, wobei vor dem Aufbringen der zweiten Linienstruktur das Substrat um 90° gedreht wurde. λ = 355 nm, Laserfluenz = 470 mJ/cm², 30 Laserpulse pro Linienmuster, Pulsdauern: 10 ns, Periodenabstand d = 10 μm, Probe 1, 2: 2.5 μm DLC-Schicht auf Stahl-Substrat (Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme).
14 zeigt schließlich zwei weitere Beispiele für eine Tiefenstrukturierung 3 einer Probe 1, 2, die mittels eines Mikrolinsen-Arrays durchgeführt wurde.
14a): λ = 266 nm, Laserfluenz (auftreffend auf dem Mikrolinsen-Array) = 60 mJ/cm², 10 Laserpulse, Pulsdauern: 10 ns, Periodenabstand d = 120 μm, Lochdurchmesser l ca. 30 μm. Als Mikrolinsen-Array wurde ein punktgenerierendes Array mit quadratischer Gitterstruktur (120 μm Pitchgröße) eingesetzt. Bei der Probe 1, 2 handelt es sich um 2.5 μm DLC-Beschichtung auf einem Stahlsubstrat (optisches Mikroskopbild).
14b): λ = 355 nm, Laserfluenz (beim Auftreffen auf das Mikrolinsen-Array) = 80 mJ/cm2, 10 Laserpulse, Pulsdauern: 10 ns, Periodenabstand d = 300 μm, Linienbreite bzw. laterale Ausdehnung der einstrukturierten Gräben l ca. 35 μm. Das verwendete Mikrolinsen-Array ist als Linienerzeuger ausgebildet (parallele Zylinderlinsen-Anordnung) mit 300 μm Pitchgröße. Probe 1, 2: 2,5 μm DLC-Schicht auf Stahlsubstrat (optisches Mikroskopbild).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

C. Donnet, T. Le Mogne, M. Berlin and J.-M. Martin ”Solid lubricant studies in high vacuum”, Proceedings of the sixth European space mecanisms & Tribology symposium, Technopark, Zurich, Switzerland, 4th to 6th October 1995, p. 259 to 264 [0002]
VDI-Richtlinie VDI 2840 ”Kohlenstoffschichten: Grundlagen, Schichttypen und Eigenschaften”, Ausgabe vom November 2005, s. dort im Kapitel 4 die Unterpunkte 2.1. bis 2.7. [0015]
VDI-Richtlinie 2840 [0029]
Bhushan, B. K. Gupta ”Handbook of tribology: Materials, coatings and surface treatments”, McGraw Hill Inc., New York 1991 [0050]

Claims

Festschmierstoffstruktur, insbesondere für eine vakuumtribologische Anwendung ausgebildete Festschmierstoffstruktur, mit einer Substratbasis (1) und einem angrenzend an diese und/oder verbunden mit dieser Substratbasis (1) ausgebildeten Schichtsystem (2), wobei dieses Schichtsystem (2) mindestens eine Schicht (2a) enthaltend oder bestehend aus diamantartigen/m Kohlenstoff DLC umfasst, wobei entweder nur im Schichtsystem (2) oder sowohl im Schichtsystem (2), als auch in der Substratbasis (1) eine Vielzahl einzelner Vertiefungen (3a, 3b, ...), die zusammen eine Vertiefungsstruktur (3) ausbilden, ausgebildet ist, und wobei mindestens eine der, bevorzugt mehrere der, bevorzugt alle der Vertiefungen (3a, 3b, ...) zumindest teilweise mit mindestens einem Festschmierstoff (4) gefüllt ist/sind.
Festschmierstoffstruktur nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass von der der Substratbasis (1) abgewandten Oberfläche (O2) des Schichtsystems (2) in Richtung hin zur dem Schichtsystem (2) abgewandten Seite der Substratbasis gesehen die Vertiefungen (3a, 3b, ...) ausgehend von dieser Oberfläche (O2) entweder lediglich innerhalb des Schichtsystems (2) verlaufen, oder vom Schichtsystem (2) bis hinein in die Substratbasis (1) verlaufen.
Festschmierstoffstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich in mindestens einer der, bevorzugt in mehreren der, bevorzugt in allen Schichten des Schichtsystems (2) zumindest Abschnitte der Vertiefungen (3a, 3b, ...) der Vertiefungsstruktur (3) ausgebildet sind, nicht jedoch in der Substratbasis (1), wobei die dem Schichtsystem (2) zugewandte, vertiefungslose Oberfläche (O1) der Substratbasis bevorzugt als ebene oder gekrümmte Fläche ausgebildet ist, oder dass sowohl in mindestens einer der, bevorzugt in mehreren der, bevorzugt in allen Schichten des Schichtsystems (2), als auch in der dem Schichtsystem (2) zugewandten Oberfläche (O1) der Substratbasis (1) zumindest Abschnitte der Vertiefungen (3a, 3b, ...) der Vertiefungsstruktur (3) ausgebildet sind.
Festschmierstoffstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine periodische Vertiefungsstruktur (3), insbesondere eine in der Schichtebene des Schichtsystems (2) gesehen in einer Richtung (R1) periodisch ausgebildete Vertiefungsstruktur (3) oder eine in zwei zueinander unter einem Winkel (α) von ungleich 0°, bevorzugt von 90°, stehenden Richtungen (R1, R2) periodisch ausgebildete Vertiefungsstruktur (3), und/oder dadurch, dass der Abstand d (d1, d2) benachbarter Vertiefungen (3a, 3b, ...) der Vertiefungsstruktur (3) und/oder die Periodizität p der Vertiefungen (3a, 3b, ...) in der Schichtebene des Schichtsystems (2) zwischen 80 nm und 500 μm, bevorzugt zwischen 0,5 μm und 200 μm, beträgt/betragen, dass die Tiefenausdehnung h der Vertiefungen (3a, 3b, ...) zwischen 5 nm und 50 μm, bevorzugt zwischen 100 nm und 10 μm, beträgt, dass die laterale Ausdehnung l der Vertiefungen (3a, 3b, ...) in der Schichtebene des Schichtsystems (2) zwischen 10 nm und 250 μm, bevorzugt zwischen 100 nm und 100 μm, beträgt, und/oder dass das Aspektverhältnis A = h/l von vorstehender Tiefenausdehnung h und vorstehender lateraler Ausdehnung l bis 10, bevorzugt zwischen 0.1 und 3 beträgt.
Festschmierstoffstruktur nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Vertiefungsstruktur (3) eine eine Vielzahl einzelner, linienförmiger, parallel zueinander und jeweils mit konstantem Grabenabstand (d, d1) voneinander verlaufende Gräben umfassende Grabenstruktur (G1) oder eine zwei solche sich unter einem Winkel (α) von ungleich 0°, bevorzugt von 90°, kreuzende Grabenstrukturen (G1, G2) mit gleichen oder unterschiedlichen Grabenabständen (d1, d2) aufweisende Struktur umfasst, und/oder dass die periodische Vertiefungsstruktur (3) eine eine Vielzahl von Löchern (LO) aufweisende, periodische Lochstruktur umfasst, wobei bevorzugt die Löcher (LO) dieser Lochstruktur in zwei zueinander unter einem Winkel (α) von ungleich 0°, bevorzugt von zwischen 45° und 90° einschließlich der Grenzen von 45° und 90°, stehenden Richtungen (R1, R2) jeweils in periodischen Abständen (d1, d2) ausgebildet sind.
Festschmierstoffstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (2) entweder aus genau einer Einzelschicht (2a) enthaltend oder bestehend aus diamantartigen/m Kohlenstoff DLC oder aus mehreren Einzelschichten jeweils enthaltend oder bestehend aus diamantartigen/m Kohlenstoff DLC besteht.
Festschmierstoffstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der diamantartigen Kohlenstoff DLC enthaltende oder daraus bestehende Schichten des Schichtsystem (2) eine amorphen Kohlenstoff enthaltende oder daraus bestehende Schicht ist, bevorzugt eine amorphe Kohlenstoffschicht ist, die gemäß den VDI-Richtlinien VDI 2840 Ausgabe vom November 2005 Kapitel 4 in einer der Nummern 2.1 bis 2.7 ausgebildet ist, und/oder dass mindestens eine der diamantartigen Kohlenstoff DLC enthaltende oder daraus bestehende Schichten des Schichtsystem (2) eine Vickers-Härte von zwischen 1000 HV und 8000 HV und eine Schichtdicke zwischen 2 nm und 50 μm aufweist, und/oder dass mindestens eine der DLC enthaltende oder daraus bestehende Schichten des Schichtsystem (2) als Gradientenschicht ausgebildet ist, wobei der Kohlenstoffanteil und/oder das Verhältnis von grafitartig zu diamantartig gebundenen Kolhenstoffatomen in Richtung senkrecht zur Schichtebene zur Substratbasis hin zu- oder abnimmt.
Festschmierstoffstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Substratbasis (1) und der der Substratbasis (1) nächstliegenden Schicht des Schichtsystems (2) eine die Haftung des Schichtsystems (2) auf der Substratbasis (1) sicherstellende oder zumindest verbessernde Haftvermittlerschicht angeordnet ist, wobei diese Haftvermittlerschicht bevorzugt Chrom enthält oder daraus besteht und bevorzugt eine Dicke zwischen 5 nm und 1 μm aufweist, und/oder dass die Substratbasis (1) zumindest ein Teilabschnitt eines Bauteils oder Werkzeugs ist und/oder eine Keramik, ein Metall und/oder einen Kunststoff enthält oder daraus besteht.
Festschmierstoffstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festschmierstoff (4) mindestens eine (s/n) der folgenden chemischen Elemente, chemischen Verbindungen, Mineralien und/oder Stoffe und/oder eine Mischung daraus enthält oder daraus besteht: ein Sulfid eines Übergangsmetalls, insbesondere MoS₂ und/oder WS₂, ein Selenid eines Übergangsmetalls, insbesondere NbSe₂, Graphit, einen Kunststoff oder Partikel davon, insbesondere Polytetrafluorethylen PTFE oder Partikel davon, eine Keramik oder Partikel davon, oder ein Weichmetall oder Partikel davon, insbesondere Al, Cu und/oder Pb oder Legierungen davon, und/oder dass der Festschmierstoff (4) in Pulverform oder in mit Flüssigkeit gebundener Form ausgebildet ist.
Herstellungsverfahren für eine Festschmierstoffstruktur, insbesondere für eine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildete Festschmierstoffstruktur und/oder für eine für eine vakuumtribologische Anwendung ausgebildete Festschmierstoffstruktur, wobei aufgebracht auf eine und/oder verbunden mit einer Substratbasis (1) ein mindestens eine Schicht (2a) enthaltend oder bestehend aus diamantartigen/m Kohlenstoff DLC umfassendes Schichtsystem (2) ausgebildet wird, wobei entweder nur im Schichtsystem (2) oder sowohl im Schichtsystem (2), als auch in der Substratbasis (1) eine Vielzahl einzelner Vertiefungen (3a, 3b, ...), die zusammen eine Vertiefungsstruktur (3) ausbilden, ausgebildet wird, und wobei mindestens eine der, bevorzugt mehrere der, bevorzugt alle der Vertiefungen (3a, 3b, ...) der Vertiefungsstruktur (3) zumindest teilweise mit mindestens einem Festschmierstoff (4) gefüllt wird/werden.
Herstellungsverfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ausbilden des Schichtsystem(s) (2) durch Laserbestrahlung der Substratbasis (1) Vertiefungen in eine Oberfläche (O1). der Substratbasis (1) so eingebracht werden und dass anschließend das Schichtsystem (2) so auf diese Oberfläche (O1) aufgebracht und/oder so mit dieser Oberfläche (O1) verbunden wird, dass in der Substratbasis (1), in dem Schichtsystem (2) und/oder in der der Substratbasis (1) abgewandten Oberfläche (O2) dieses Schichtsystems (2) die Vertiefungsstruktur (3) mit ihren Vertiefungen (3a, 3b, ...) entsteht, wobei bevorzugt nach der Laserbestrahlung eine oder mehrere bevorzugt gemäß Anspruch 8 auszubildende Haftvermittlerschicht(en) auf die Oberfläche (O1) aufgebracht werden, bevor das Aufbringen und/oder Verbinden des Schichtsystems (2) erfolgt.
Herstellungsverfahren nach dem vorvorhergehenden Verfahrensanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer vertiefungslosen, bevorzugt ebenen oder bevorzugt gekrümmten, Oberfläche (O1) der Substratbasis (1) zunächst das Schichtsystem (2) ausgebildet wird, bevor durch Laserbestrahlung des aufgebrachten Schichtsystems (2) die Vertiefungen (3a, 3b, ...) der Vertiefungsstruktur (3) in das Schichtsystem (2), in sowohl das Schichtsystem (2), als auch die Substratbasis (1) und/oder in die der Substratbasis abgewandte Oberfläche (O2) des Schichtsystems (2) eingebracht werden, wobei bevorzugt vor dem Ausbilden des Schichtsystems (2) zunächst auf der Oberfläche (O1) der Substratbasis (1) eine bevorzugt gemäß Anspruch 8 auszubildende Haftvermittlerschicht aufgebracht wird, bevor schließlich das Aufbringen des Schichtsystems (2) erfolgt.
Herstellungsverfahren nach einem der beiden vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbestrahlung der Substratbasis (1) oder des Schichtsystems (2) erfolgt, indem ein Laserstrahl (5) durch ein Mikrolinsenarray (6) gestrahlt und hierdurch in mehrere Einzelstrahlen (5a, 5b, ...) aufgeteilt wird, die auf eine bevorzugt ebene Fläche (F) gestrahlt werden, bevorzugt auf diese Fläche (F) fokussiert werden, und indem die Substratbasis (1) oder das Schichtsystem (2) in Laserstrahlrichtung gesehen hinter dem Mikrolinsenarray (6) an einer vordefinierten Position vor dieser Fläche (F), im Bereich dieser Fläche (F) oder hinter dieser Fläche (F) positioniert wird, und/oder dass die Laserbestrahlung der Substratbasis (1) oder des Schichtsystems (2) erfolgt, indem mehrere kohärente Laserstrahlen (7a, 7b, ...) in einem Überlagerungsbereich (U) unter vordefiniertem/n Winkel(n) zur Interferenz gebracht werden und indem die Substratbasis (1) oder das Schichtsystem (2) an einer vordefinierten Position in diesem Überlagerungsbereich (U) positioniert wird, wobei bevorzugt die mehreren Laserstrahlen (7a, 7b, ...) mittels mindestens eines Strahlteilers (8a, 8b, ...) aus einem einzelnen, von einem Laser emittierten Laserstrahl (7) erzeugt und unter Verwendung mindestens eines Strahlumlenkers (9a, 9b, ...) in den Überlagerungsbereich (U) geführt werden.
Herstellungsverfahren nach einem der drei vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbestrahlung gepulst oder kontinuierlich und/oder mit mindestens einer Laserwellenlänge im sichtbaren, im infraroten und/oder im ultravioletten Bereich, bevorzugt mit Laserlicht eines Nd:YAG gepulsten Lasers der Wellenlänge 355 oder 532 nm, erfolgt.
Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen und/oder Verbinden mindestens einer der Schichten (2a) des Schichtsystems, bevorzugt aller Schichten des Schichtsystems (2) auf/mit die/der Substratbasis (1) und/oder das Aufbringen einer Haftvermittlerschicht auf die Substratbasis (1) mittels eines Beschichtungsverfahrens, insbesondere mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) und/oder mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), bevorzugt mittels Magnetronsputtern und/oder mittels eines bevorzugt gepulsten Vakuumbogenverfahrens, erfolgt, und/oder dass das Füllen der Vertiefung(en) (3a, 3b, ...) der Vertiefungsstruktur (3) mit Festschmierstoff (4) durch mechanisches Einbringen von einem entweder in Pastenform oder in Pulverform und mit mindestens einem organischen und/oder anorganischen Bindemittel vermischt vorliegenden Festschmierstoff, durch Spraydeposition eines in flüssiger Formvorliegenden Festschmierstoffs und/oder durch Eintauchen der ausgebildeten Vertiefungen in ein festschmierstoffhaltiges Fluid erfolgt, und/oder dass in die Vertiefung(en) (3a, 3b, ...) der Vertiefungsstruktur (3) eingefüllter Festschmierstoff (4) nach dem Einfüllen nachbehandelt wird, insbesondere getrocknet, ausgehärtet, gesintert und/oder gebrannt wird.
Verwendung einer Festschmierstoffstruktur oder eines Herstellungsverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche im Bereich von zum Einsatz im Vakuum oder unter Schutzgas ausgebildeten mechanischen Komponenten, insbesondere Lagern, Getriebekomponenten, Führungen, Satellitenverstellsystemen oder Vakuumpumpen, im Bereich von tribologisch belasteten Teilen im Automobilbau, insbesondere Verteilerpumpen, Einspritzkomponenten, Ventiltriebkomponenten, Kolbenringen, Kolbenbolzen oder Getriebezahnrädern, oder im Bereich von trocken laufenden Reib-/Gleitpaarungen, insbesondere bei Werkzeugmaschinen, Textilmaschinen oder im Flugzeugbau.