EP1401633A1 - Giessform und verwendung einer anodisch oxidierten oberflächenschicht - Google Patents

Giessform und verwendung einer anodisch oxidierten oberflächenschicht

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Publication number
EP1401633A1
EP1401633A1 EP02745419A EP02745419A EP1401633A1 EP 1401633 A1 EP1401633 A1 EP 1401633A1 EP 02745419 A EP02745419 A EP 02745419A EP 02745419 A EP02745419 A EP 02745419A EP 1401633 A1 EP1401633 A1 EP 1401633A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cavities
layer
casting
surface layer
casting mold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02745419A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Sawitowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alcove Surfaces GmbH
Original Assignee
Alcove Surfaces GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcove Surfaces GmbH filed Critical Alcove Surfaces GmbH
Publication of EP1401633A1 publication Critical patent/EP1401633A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
    • B29C59/022—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B22C9/061—Materials which make up the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
    • B29C59/022—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
    • B29C2059/023—Microembossing

Definitions

  • the present invention relates to a casting mold according to the preamble of claim 1 and a use according to the preamble of claim 6.
  • the nanometer range means profiles or structuring with structure widths ⁇ 1000 nm, in particular ⁇ 500 ⁇ m, preferably at least 1 or 10 nm.
  • the structure width denotes the extent to which individual structure elements, such as surveys, are repeated regularly, in particular. H. thus for example the center distance of mutually adjacent elevations or depressions which are adjacent to one another.
  • lithographic processes for structuring can only be used to a very limited extent. It should be noted here that the wavelength of visible light alone is already 400 to 750 nm. In any case, the lithographic processes are very complex.
  • the post-published DE 100 20 877 Cl discloses the use of a surface layer with cavities formed by anodic oxidation as a die during embossing.
  • the present invention has for its object a casting mold and the use of an open cavity by anodic oxidation
  • BESTATIGUNGSKOPIE Specify provided surface layer, a structuring of a casting or workpiece in the nanometer range is made possible in a simple, inexpensive manner.
  • An essential idea of the present invention is to use a porous oxide layer, in particular a surface layer with open cavities, which are formed by anodic oxidation directly or without a template, that is to say independently of a cathode shape, as the mold surface or inner surface of a casting mold.
  • an oxide layer in particular the aluminum oxide that is preferably provided, is relatively hard. This is advantageous in view of the often very high loads during casting or molding, in order to be able to produce workpieces of a wide variety of materials and to achieve a long service life for the casting mold.
  • the template-free oxidation is very simple and inexpensive to implement.
  • the creation of the cavities (quasi) regardless of the shape and arrangement of the cathode used, that is, a template or negative form is not required.
  • the proposed template-free formation of open cavities by anodic oxidation enables the production of structures in the nanometer range in a very simple, inexpensive manner.
  • structure widths of 500 nm and less, even of 100 nm and less, are made possible.
  • the arrangement - regular or irregular - and the surface density of the cavities can be varied as required.
  • the anodized surface layer can be used directly, that is to say without further molding, as the mold surface of a casting mold.
  • the figure shows a very schematic partial sectional view of a proposed casting mold 1 with an at least partially structured, that is profiled or relief-like inner surface or molded surface 2.
  • the surface 2 is formed by an upper or flat side of a surface layer 3, which with open, through Anodic generated cavities 4 is provided.
  • the surface layer 3 is applied to a carrier 5 of the casting mold 1.
  • the surface layer 3 is applied to the carrier 5 by plasma coating.
  • the surface layer 3 can also be formed directly by the carrier 5, that is to say be a surface region of the carrier 5.
  • the surface layer 3 can also be deposited on the carrier 5 by other methods.
  • the surface layer 3 is preferably made of aluminum, which is applied to the carrier 5 in particular by plasma coating and adheres very well to the carrier 5, which preferably consists of metal, in particular iron or steel.
  • the surface layer 3 is at least partially anodically oxidized to the depth of a cover layer 6 in the illustrated example, as a result of which the cavities 4 are formed directly in the surface layer 3 or cover layer 6.
  • the cavities 4 are formed directly or without templates, ie the arrangement, distribution, shape and the like. The like.
  • the cavities 4 - in contrast to the Elysier - is therefore at least essentially independent of the surface shape and proximity of the cathode used (not shown) during the oxidation.
  • valve effect namely the independent formation of the cavities 4 that occurs when the surface layer 3 is oxidized or anodized - at least in particular in the case of the so-called valve metals.
  • this direct or template-free creation of the cavities 4 does not preclude additional (previous or later) shaping or structuring of the surface 2 or the cavities 4 by a negative shape.
  • the surface layer 3 can correspond to the oxidized cover layer 6.
  • the intermediate layer 7 made of aluminum in the example shown, which provides very good adhesion between the cover layer 6 and the carrier 5, can be omitted.
  • the uncoated carrier 5 can be anodically oxidized on its surface forming the surface 2 to form a porous oxide layer or cavities 4.
  • a support 5 made of iron or steel, in particular stainless steel.
  • the surface layer 3 corresponds to the cover layer 6, that is to say the oxidized layer.
  • silicon and titanium and other valve metals can also be used, for example. In the example shown, the proportions are not shown to scale.
  • the surface 2 preferably has a structure width S in the nanometer range, in particular from 30 to 600 nm and preferably from 50 to 200 nm.
  • the cavities 4 or their openings have an average diameter D of essentially 10 to 500 nm, preferably 15 to 200 nm and in particular 20 to 100 nm.
  • the cavities 4 are essentially elongated, their depth T preferably being at least approximately 0.5 times the aforementioned average diameter D and in particular approximately 1.0 to 10 times the diameter D.
  • the cavities 4 are at least substantially uniform here.
  • the cavities 4 are essentially cylindrical.
  • the cavities 4 can also have a different shape, for example be essentially conical.
  • the cavities 4 can also have a cross section that varies in shape and / or diameter over their depth T.
  • the cavities 4 can each be substantially conical as a rough structure and can be provided with many fine depressions (small cavities) along their walls to form a fine structure.
  • the cavities 4 are preferably arranged at least substantially regularly distributed over the surface of the surface layer 3 or over the surface 2. However, an irregular distribution can also be considered.
  • the cavities or their openings are preferably distributed over the surface 2 with a surface density of 10 9 to 10 ⁇ / cm 2 .
  • the areal density is essentially constant over area 2.
  • the areal density can also vary in areas on area 2 as required.
  • the area of the openings of the cavities 4 is preferably at most 50% of the expansion area of the area 2. This results in a sufficiently high stability or resilience of the area 2 or the surface layer 3 / cover layer 6 in view of the sometimes high ones occurring during molding or casting Stresses reached.
  • the shape, arrangement, areal density and the like of the cavities 4 can be controlled by appropriate selection of the process conditions during anodizing.
  • the shape of the cavities 4 can be influenced by varying the voltage.
  • galvanostatic oxidation - i.e. H. with at least substantially constant current - to an approximately conical or hill-like shape of the cavities 4, so that a kind of "moth eye structure" or the like can be formed in this way.
  • the cavities 4 can vary in their shape, depth and / or area density over the area 2, in particular in certain areas, or can be formed on the area 2 only in areas.
  • the surface 2 can also be modified before and / or after the oxidation - that is to say the creation of the cavities 4 - for example by lithographic processes, etching and / or other, preferably material-removing processes, in order, for example, to have a rough structure in the form of webs, webs, Generate areas with or without cavities 4, large-scale elevations or depressions and the like on the surface 2.
  • mechanical processing and / or chemical expansion can also be carried out, in particular by partially etching away oxide material.
  • the surface ratio of the opening areas of the cavities 4 to the extension area of the area 2 can be varied or enlarged.
  • this also makes other modifications of the surface 2 or the cavities 4 possible, depending on the exposure time and intensity.
  • a particular advantage of the proposed solution is that the surface 2 can have virtually any shape.
  • the figure also shows a cast part or workpiece 8, likewise in a greatly simplified, not to scale sectional view, in the already finished state, that is to say after casting with a surface 9 already structured by the casting mold 1.
  • the proposed casting mold 1 permits a very fine structuring of the workpiece 8 or its surface 9. It is possible, for example, to have relatively large elevations in the range from 0.1 to 50 ⁇ m with several relatively small projections, for example in the area, on the surface 9 from 10 to 400 nm, on the surface 9 of the workpiece 8.
  • the proposed solution enables a very fine structuring of the surface 9 in a very simple, cost-effective manner. Accordingly, there is a very wide range of applications. For example, such, in particular very fine structuring in the case of antireflection layers, can be used or used to change the radiation emission of structured surfaces, in sensors, in catalysis, in the case of self-cleaning surfaces, in improving surface wettability and the like.
  • the proposed solution can be used for casting with a quasi-arbitrary material, since aluminum oxide in particular is very resistant mechanically, thermally and / or chemically.
  • an essential aspect of the present invention is to cast or mold a surface layer with cavities formed directly or without a template by anodic oxidation in order to enable surface structuring in the nanometer range.
  • the present invention is not restricted to a casting mold 1 in the narrower sense.
  • the surface layer 3 or cover layer 6 is to be understood as a template for a general structuring of a surface, a tool, a workpiece or the like in the nanometer range.
  • any desired impression of the template can be made.
  • reshaping is not necessary when molding.
  • the structure can be molded by casting or the like.
  • the workpiece 8 to be produced with the structured surface 9 can then be a cast part, the structuring of the surface 9 being carried out by casting or pouring or other molding of the casting mold 1.

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Abstract

Es werden eine Giessform (1) und eine Verwendung einer anodisch oxidierten Oberflächenschicht (3) vorgeschlagen. Ein einfaches, kostengünstiges Strukturieren einer Oberfläche im Nanometerbereich wird dadurch ermöglicht, dass eine Oberflächenschicht (3) mit durch anodische Oxidation vorlagenfrei gebildeten Hohlräumen (4) durch Giessen abgeformt wird.

Description

Gießform und Verwendung einer anodisch oxidierten Oberflächenschicht
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießform gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Verwendung gemäß dem Oberbegriffs des Anspruchs 6.
Unter Nanometerbereich sind bei der vorliegenden Erfindung Profilierungen bzw. Strukturierungen mit Strukturbreiten < 1000 nm, insbesondere < 500 um, vorzugsweise mindestens 1 oder 10 nm, zu verstehen. Die Strukturbreite be- zeichnet das Maß, mit dem sich einzelne Strukturelemente, wie Erhebungen, insbesondere regelmäßig wiederholen, d. h. also beispielsweise den Mittenabstand voneinander benachbarter Erhebungen oder voneinander benachbarter Vertiefungen.
Im Nanometerbereich sind lithographische Verfahren zur Strukturierung nur sehr bedingt einsetzbar. Hier ist zu berücksichtigen, daß allein die Wellenlänge des sichtbaren Lichts bereits 400 bis 750 nm beträgt. In jedem Fall sind die lithographischen Verfahren sehr aufwendig.
Aus der nachveröffentlichten DE 100 20 877 Cl ist die Verwendung einer Oberflächenschicht mit durch anodische Oxidation gebildeten Hohlräumen als Matritze beim Prägen bekannt.
Aus der CH 251 451, die den Ausgangspunkt der Gießform gemäß Anspruch 1 bildet, ist der Einsatz von anodisch oxidierten Oberflächenschichten aus Aluminium oder Magnesium bei Gießformen zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit bekannt. Die Ausbildung von Hohlräumen durch die Oxidation zur Strukturierung eines Gußteils im Nanometerbereich ist jedoch nicht offenbart.
Die Ausbildung von Hohlräumen bei der anodischen Oxidation von Aluminium ist beispielsweise in der EP 0 931 859 AI beschrieben, die den Ausgangspunkt der Verwendung gemäß Anspruch 6 bildet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gießform und eine Verwendung einer mit offenen Hohlräumen durch anodische Oxidation
BESTATIGUNGSKOPIE versehenen Oberflächenschicht anzugeben, wobei auf einfache, kostengünstige Weise eine Strukturierung eines Gußteils oder Werkstücks im Nanometerbereich ermöglicht wird.
Die obige Aufgabe wird durch eine Gießform gemäß Anspruch 1 oder durch eine Verwendung gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine wesentliche Idee der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine poröse Oxidschicht und zwar insbesondere eine Oberflächenschicht mit offenen Hohlräumen, die durch anodische Oxidation unmittelbar bzw. vorlagenfrei, also unabhängig von einer Katodenform, gebildet werden, als Formfläche bzw. Innenfläche einer Gießform einzusetzen. Dies führt zu mehreren Vorteilen.
Erstens, eine Oxidschicht, insbesondere das vorzugsweise vorgesehene Aluminiumoxid, ist verhältnismäßig hart. Dies ist im Hinblick auf die oftmals sehr hohen Belastungen beim Gießen bzw. Abformen vorteilhaft, um Werkstücke verschiedenster Materialien herstellen zu können und um eine hohe Standzeit der Gießform zu erreichen.
Zweitens, die vorlagenfreie Oxidation ist sehr einfach und kostengünstig realisierbar. Insbesondere ist die Erzeugung der Hohlräume (quasi) unabhängig von der Form und Anordnung der verwendeten Katode, also eine Vorlage bzw. Negativform nicht erforderlich.
Drittens, die vorgesehene vorlagenfreie Ausbildung von offenen Hohlräumen durch anodische Oxidierung ermöglicht auf sehr einfache, kostengünstige Weise die Herstellung von Strukturen im Nanometerbereich. Insbesondere werden Strukturbreiten von 500 nm und weniger, sogar von 100 nm und weniger ermöglicht.
Viertens, je nach Wahl der Verfahrensbedingungen kann die Anordnung - regelmäßig oder unregelmäßig - und die Flächendichte der Hohlräume bedarfs- gerecht variiert werden. Fünftens, ebenfalls durch einfache Variation der Verfahrensbedingungen - insbesondere durch Variation der Spannung bei der Anodisierung - kann die Form der Hohlräume und damit der Struktur der Formfläche eingestellt und variiert werden.
Sechstens, die anodisch oxidierte Oberflächenschicht kann direkt, also ohne weiteres Abformen, als Formfläche einer Gießform eingesetzt werden.
Weitere Vorteile, Eigenschaften, Merkmale und Ziele der vorliegenden Erfin- düng ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Die einzige Figur zeigt
eine sehr schematische Teilschnittdarstellung einer vorschlagsgemä- ßen Gießform und eines damit strukturierten Werkstücks.
Die Figur zeigt in einer sehr schematischen Teilschnittdarstellung eine vorschlagsgemäße Gießform 1 mit einer zumindest bereichsweise strukturierten, also profilierten bzw. reliefartigen Innenfläche bzw. Formfläche 2. Die Fläche 2 ist durch eine Ober- bzw. Flachseite einer Oberflächenschicht 3 gebildet, die mit offenen, durch anodische Oxidation erzeugten Hohlräumen 4 versehen ist.
Beim Darstellungsbeispiel ist die Oberflächenschicht 3 auf einen Träger 5 der Gießform 1 aufgebracht. Beispielsweise ist die Oberflächenschicht 3 durch Plasmabeschichtung auf den Träger 5 aufgebracht. Jedoch kann die Oberflä- chenschicht 3 auch unmittelbar von dem Träger 5 gebildet, also ein Oberflächenbereich des Trägers 5 sein.
Selbstverständlich kann die Oberflächenschicht 3 auch durch andere Verfahren auf dem Träger 5 abgeschieden werden.
Beim Darstellungsbeispiel besteht die Oberflächenschicht 3 vorzugsweise aus Aluminium, das insbesondere durch Plasmabeschichten auf den Träger 5 aufgebracht wird und auf dem vorzugsweise aus Metall, insbesondere Eisen oder Stahl, bestehenden Träger 5 sehr gut haftet. Die Oberflächenschicht 3 ist zumindest teilweise, beim Darstellungsbeispiel bis zur Tiefe einer Deckschicht 6 anodisch oxidiert, wodurch die Hohlräume 4 in der Oberflächenschicht 3 bzw. Deckschicht 6 unmittelbar gebildet sind. Die Hohlräume 4 werden unmittelbar bzw. vorlagenfrei gebildet, d.h. die Anord- nung, Verteilung, Form u. dgl. der Hohlräume 4 ist - im Gegensatz zum Ely- sieren - also zumindest im wesentlichen unabhängig von der Oberflächenform und Nähe der beim Oxidieren verwendeten (nicht dargestellten) Katode. Vielmehr wird erfindungsgemäß der "Ventileffekt", nämlich die beim Oxidieren bzw. Anodisieren der Oberflächenschicht 3 - zumindest insbesondere bei den sogenannten Ventilmetallen - auftretende, selbständige Bildung der Hohlräume 4 ausgenutzt. Diese unmittelbare bzw. vorlagenfreie Erzeugung der Hohlräume 4 schließt eine zusätzliche (vorherige oder spätere) Formung bzw. Strukturierung der Fläche 2 bzw. der Hohlräume 4 durch eine Negativform jedoch nicht aus.
Je nachdem, wie vollständig bzw. wie tief die Oberflächenschicht 3 oxidiert ist oder ob die Oberflächenschicht 3 unmittelbar vom Träger 5 gebildet ist, kann die Oberflächenschicht 3 der oxidierten Deckschicht 6 entsprechen. In diesem Fall kann beispielsweise die beim Darstellungsbeispiel aus Aluminium bestehende Zwischenschicht 7, die eine sehr gute Haftung zwischen der Deckschicht 6 und dem Träger 5 vermittelt, entfallen.
Beispielsweise kann gemäß einer Ausführungsalternative der unbeschichtete Träger 5 auf seiner die Fläche 2 bildenden Oberfläche unter Bildung einer po- rösen Oxidschicht bzw. von Hohlräumen 4 anodisch oxidiert sein. Dies ist beispielsweise bei einem Träger 5 aus Eisen oder Stahl, insbesondere Edelstahl, möglich. In diesem Fall entspricht dann die Oberflächenschicht 3 der Deckschicht 6, also der oxidierten Schicht.
Aluminium und Eisen bzw. Stahl, insbesondere Edelstahl, wurden bereits als besonders bevorzugte Materialien genannt, die zumindest im wesentlichen zur Bildung der anodisch oxidierten Oberflächenschicht 3 bzw. der Deckschicht 6 verwendbar sind. Jedoch können beispielsweise auch Silizium und Titan sowie sonstige Ventilmetalle eingesetzt werden. Beim Darstellungsbeispiel sind die Größenverhältnisse nicht maßstabsgetreu dargestellt.
Die Fläche 2 weist vorzugsweise eine Strukturbreite S im Nanometerbereich auf, insbesondere von 30 bis 600 nm und vorzugsweise von 50 bis 200 nm.
Die Hohlräume 4 bzw. deren Öffnungen weisen einen mittleren Durchmesser D von im wesentlichen 10 bis 500 nm, vorzugsweise von 15 bis 200 nm und insbesondere von 20 bis 100 nm, auf.
Die Hohlräume 4 sind beim Darstellungsbeispiel im wesentlich länglich ausgebildet, wobei ihre Tiefe T vorzugsweise mindestens etwa das 0,5-fache des vorgenannten, mittleren Durchmessers D und insbesondere etwa das 1,0- bis 10-fache des Durchmessers D beträgt.
Die Hohlräume 4 sind hier zumindest im wesentlichen gleichförmig ausgebildet. Insbesondere sind die Hohlräume 4 im wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Jedoch können die Hohlräume 4 auch eine davon abweichende Form aufweisen, beispielsweise im wesentlichen konisch ausgebildet sein.
Generell können die Hohlräume 4 auch einen über ihre Tiefe T in Form und/oder Durchmesser variierenden Querschnitt aufweisen. Darüber hinaus können die Hohlräume 4 als Grobstruktur beispielsweise jeweils im wesentlichen konisch ausgebildet sein und zur Bildung einer Feinstruktur entlang ihrer Wandungen jeweils beispielsweise mit vielen feinen Vertiefungen (kleinen Hohlräumen) versehen sein.
Vorzugsweise sind die Hohlräume 4 zumindest im wesentlichen regelmäßig über die Oberfläche der Oberflächenschicht 3 bzw. über die Fläche 2 verteilt angeordnet. Jedoch kommt auch eine unregelmäßige Verteilung in Betracht.
Vorzugsweise sind die Hohlräume bzw. deren Öffnungen mit einer Flächendichte von 109 bis 10π/cm2 über die Fläche 2 verteilt. Beim Darstellungsbeispiel ist die Flächendichte über die Fläche 2 im wesentlichen konstant. Jedoch kann die Flächendichte je nach Bedarf auch bereichsweise auf der Fläche 2 variieren. Die Fläche der Öffnungen der Hohlräume 4 beträgt vorzugsweise höchstens 50 % der Ausdehnungsfläche der Fläche 2. Hierdurch wird eine ausreichend hohe Stabilität bzw. Belastbarkeit der Fläche 2 bzw. der Oberflächenschicht 3 / Deckschicht 6 im Hinblick auf die teilweise hohen beim Abfomen bzw. Gießen auftretenden Beanspruchungen erreicht.
Generell kann die Form, Anordnung, Flächendichte und dergleichen der Hohlräume 4 durch entsprechende Wahl der Verfahrensbedingungen beim anodi- sehen Oxidieren gesteuert werden. Beispielsweise wird bei der Oxidation von Aluminium unter potentiostatischen Bedingungen - also bei zumindest im wesentlichen konstanter Spannung - ein zumindest im wesentlichen gleichmäßiger Querschnitt der Hohlräume 4 über deren Tiefe T hinweg, also eine zumindest im wesentlichen zylindrische Form erzielt. Entsprechend kann durch Variation der Spannung die Form der Hohlräume 4 beeinflußt werden. Beispielsweise führt eine galvanostatische Oxidierung - d. h. bei zumindest im wesentlichen konstantem Strom - zu einer etwa konusformigen oder hügelartigen Form der Hohlräume 4, so daß auf diese Weise eine Art "Motten- augenstruktur" o. dgl. gebildet werden kann. Weiter hängt die Flächendichte der Hohlräume 4, d. h. die Anzahl der Hohlräume 4 pro Flächeneinheit auf der Fläche 2, u. a. von der Spannung und dem Strom beim Anodisieren ab.
Die Hohlräume 4 können bedarfsweise in ihrer Form, Tiefe und/oder Flächendichte über die Fläche 2, insbesondere bereichsweise, variieren und oder nur bereichsweise auf der Fläche 2 ausgebildet sein.
Bedarfsweise kann die Fläche 2 auch vor und/oder nach dem Oxidieren - also Erzeugen der Hohlräume 4 - beispielsweise durch lithographische Verfahren, Ätzen und/oder sonstige, vorzugsweise materialabtragende Verfahren modifi- ziert sein, um beispielsweise eine Grobstruktur in Form von Bahnen, Stegen, Bereichen mit oder ohne Hohlräume 4, großflächigen Erhebungen oder Vertiefungen und dergleichen auf der Fläche 2 zu erzeugen.
Zur Modifikation der Fläche 2 bzw. der Hohlräume 4 kann auch eine mecha- nische Bearbeitung und/oder chemische Aufweitung, insbesondere durch teilweises Wegätzen von Oxidmaterial, erfolgen. Auf diese Weise kann das Flä- chenverhältnis der Öffhungsflächen der Hohlräume 4 zu der Erstreckungsflä- che der Fläche 2 variiert bzw. vergrößert werden. Selbstverständlich sind hierdurch auch andere Modifikationen der Fläche 2 bzw. der Hohlräume 4 -je nach Einwirkzeit und Intensität - möglich.
Ein besonderer Vorteil der vorschlagsgemäßen Lösung liegt darin, daß die Fläche 2 praktisch jede beliebige Form aufweisen kann.
Die Figur zeigt ferner ein Gußteil bzw. Werkstück 8, ebenfalls in einer stark vereinfachten, nicht maßstabsgetreuen Schnittdarstellung, im bereits fertigen Zustand, also nach dem Gießen mit einer durch die Gießform 1 bereits strukturierten Oberfläche 9.
Die vorschlagsgemäße Gießform 1 gestattet eine sehr feine Strukturierung des Werkstücks 8 bzw. dessen Oberfläche 9. Es ist beispielsweise möglich, auf der Oberfläche 9 verhältnismäßig große Erhebungen im Bereich von 0,1 bis 50 μm mit jeweils mehreren, relativ kleinen Vorsprüngen, beispielsweise im Bereich von 10 bis 400 nm, auf der Oberfläche 9 des Werkstücks 8 zu erzeugen.
Die vorschlagsgemäße Lösung ermöglicht auf sehr einfache, kostengünstige Weise ein sehr feines Strukturieren der Oberfläche 9. Dementsprechend findet sich ein sehr breiter Anwendungsbereich. Beispielsweise ist eine solche, insbesondere sehr feine Strukturierung bei Antireflex-Schichten, zur Verände- rang der Strahlungsemission strukturierter Oberflächen, bei der Sensorik, bei der Katalyse, bei selbstreinigenden Oberflächen, bei der Verbesserung der Oberflächenbenetzbarkeit und dergleichen verwendbar bzw. einsetzbar.
Insbesondere kann die vorschlagsgemäße Lösung für das Gießen mit einem quasi beliebigen Material eingesetzt werden, da insbesondere Aluminiumoxid mechanisch, thermisch und/oder chemisch sehr beständig ist.
Allgemein ausgedrückt liegt ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, eine Oberflächenschicht mit durch anodische Oxidation unmittel- bar bzw. vorlagenfrei gebildeten Hohlräumen abzugießen bzw. abzuformen, um eine Oberflächenstrukturierung im Nanometerbereich zu ermöglichen. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Gießform 1 im engeren Sinne beschränkt. Vielmehr ist die Oberflächenschicht 3 oder Deckschicht 6 als Vorlage für eine generelle Strukturierung einer Oberfläche, eines Werkzeugs, eins Werkstücks oder dergleichen im Nanometerbereich zu verstehen. Insbesondere kann ein beliebiges Abformen der Vorlage erfolgen. Insbesondere ist nicht ein Umformen beim Abformen erforderlich. Beispielsweise kann die Struktur durch Gießen oder dergleichen abgeformt werden. Beispielsweise kann es sich dann bei dem herzustellenden Werkstück 8 mit der strukturierten Oberfläche 9 um ein Gußteil handeln, wobei die Strukturierung der Oberfläche 9 durch das Gießen bzw. Ausgießen oder ein sonstiges Abformen der Gießform 1 erfolgt.

Claims

Patentansprüche:
1. Gießform (1) mit einer durch eine anodisch oxidierte Oberflächenschicht
(3) oder Deckschicht (6) gebildeten Formfläche (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Formfläche (2) zumindest teilweise im Nanometerbereich strukturiert ist, wobei die Oberflächenschicht (3) oder Deckschicht (6) offene, durch die anodische Oxidation vorlagenfrei erzeugte Hohlräume (4) zur Strukturierung der Formfläche (2) im Nanometerbereich aufweist.
2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume
(4) Öffnungsflächen mit einem mittleren, vorzugsweise zumindest im wesent- liehen einheitlichen Durchmesser (D) von 10 bis 500 nm, vorzugsweise von
15 bis 200 nm und insbesondere von 20 bis 100 nm, aufweisen.
3. Gießform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturbreite (S) der Formfläche (2) im wesentlichen 30 bis 600 nm, insbe- sondere 50 bis 200 nm, beträgt.
4. Gießform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (4) eine Tiefe (T) aufweisen, die mindestens das 0,5-fache des mittleren Durchmessers (D) der Hohlräume (4) beträgt und ins- besondere größer als der mittlere Durchmesser (D) der Hohlräume (4) ist, und/oder daß die Hohlräume (4) zumindest im wesentlichen konisch ausgebildet sind, und/oder daß die Hohlräume (4) in ihrer Form, Tiefe und/oder Flächendichte über die Formfläche (2), insbesondere bereichsweise, variieren und oder nur bereichsweise auf der Formfläche (2) ausgebildet sind.
5. Gießform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formfläche (2) sowohl eine Fein- als auch eine Grobstraktur aufweist und oder daß die Formfläche (2) gekrümmt, vorzugsweise gewölbt ist, und/oder daß die Oberflächenschicht (3) Deckschicht (6) mit den Hohl- räumen (4) zumindest im wesentlichen aus Aluminumoxid, Siliziumoxid, Eisenoxid, oxidiertem Stahl und/oder Titanoxid besteht.
6. Verwendung einer mit offenen Hohlräumen (4) durch anodische Oxidation unmittelbar versehenen Oberflächenschicht (3) oder Deckschicht (6), insbesondere einer Gießform (1), zur Strukturierung einer Oberfläche (9) eines Gußteils bzw. Werkstücks (8), dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (3) bzw. Deckschicht (6) mit den Hohlräumen (4) als Formfläche (2) durch Gießen abgeformt wird, um die Oberfläche (9) des Gußteils bzw. Werkstücks (8) zu strukturieren.
7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (3) bzw. Deckschicht (6) zumindest im wesentlichen aus Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Eisenoxid, oxidiertem Stahl und/oder Titandioxid gebildet wird.
8. Verwendung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strukturierung der Oberfläche (9) im Nanometerbereich erfolgt und/oder daß die Formfläche (2) eine Strukturbreite (S) von im wesentlichen 30 bis 600 nm, insbesondere 50 bis 200 nm, aufweist.
9. Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (4) Öffhungsflächen mit einem mittleren, vorzugsweise zumindest im wesentlichen einheitlichen Durchmesser (D) von 10 bis 500 nm, vorzugsweise von 15 bis 200 nm und insbesondere von 20 bis 100 nm, aufweisen.
10. Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (4) eine Tiefe (T) aufweisen, die mindestens das 0,5-fache des mittleren Durchmessers (D) der Hohlräume (4) beträgt und insbesondere größer als der mittlere Durchmesser (D) der Hohlräume (4) ist, und/oder daß die Hohlräume (4) zumindest im wesentlichen konisch ausgebildet sind, und/oder daß die Hohlräume (4) in ihrer Form, Tiefe und/oder Flächendichte über die Formfläche (2), insbesondere bereichsweise, variieren und/oder nur bereichsweise auf der Formfläche (2) ausgebildet sind.
11. Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Formfläche (2) sowohl eine Fein- als auch eine Grobstruktur aufweist, und/oder daß die Formfläche (2) gekrümmt, vorzugsweise gewölbt ist, und/oder daß die Formfläche (2) vor und/oder nach dem Oxidieren, insbeson- dere zur Erzeugung einer Grobstruktur, modifiziert wird, insbesondere durch lithographische Verfahren, Ätzen und/oder sonstige, vorzugsweise materialabtragende Verfahren.
12. Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeich- net, daß die Oberflächenschicht (3) bzw. Deckschicht (6) potentiostatisch oder mit variierender Spannung, insbesondere galvanostatisch, oxidiert wird.
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