Verfahren zur Erzeugung einer nicht-vollkeramischen Oberfläche
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer keramikähnlichen Oberfläche, ein Verfahren für die Anpassung eines Gasphasenabscheideverfahrens für die Erzeugung einer keramikähnlichen Oberfläche sowie eine entsprechende Verwendung dieser Verfahren für die Herstellung eines mobilen Bauteils.
Verfahren für die Erzeugung von Oberflächen sind grundsätzlich bekannt. So werden z. B. für mobile Bauteile, wie Mobiltelefone, Fernbedienungen oder
Fahrzeugschlüssel, Oberflächen bearbeitet und veredelt. Bei bekannten mobilen Bauteilen findet dabei häufig eine Metallisierung, insbesondere mit Chrom, statt. Auf diese Weise erfolgen eine Veredelung und damit eine Erhöhung der qualitativen Anmutung dieser mobilen Bauteile.
Bei Fahrzeugen wird inzwischen neben metallisierenden Beschichtungen auch keramisches Material als Dekormaterial eingesetzt. In der Einsatzsituation innerhalb eines Fahrzeugs ist Keramik hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften gut verwendbar. Jedoch ist es bisher nicht möglich, Keramik auch bei mobilen Bauteilen einzusetzen, da die mechanischen Eigenschaften von Keramik bzw. Keramikmaterial den Anforderungen an mobile Bauteile nicht genügen. Insbesondere ist hierbei die Fallgefahr zu erwähnen, welche hohe Anforderungen an Duktilität und mechanische Stabilität des entsprechenden Materials der Oberfläche stellt. Würde bei einem solchen mobilen Bauteil, z. B. einem Mobiltelefon oder einer Fernbedienung eines Fahrzeugs, Keramik als Werkstoff eingesetzt sein, so bestünde die Gefahr des Abplatzens bzw. Beschädigens dieser Bauteile oder der Oberfläche, wenn das mobile Bauteil herunterfällt. Auch die Dauerstabilität im Einsatz in der Hand eines Benutzers bzw. in der Hosentasche oder anderen Aufbewahrungsorten ist bei keramischem Material nicht gegeben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe Keramik und keramisches Material synonym verwendet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auch bei hohen mechanischen Anforderungen, wie sie bei mobilen Bauteilen auftreten, zumindest eine sensorische Eigenschaften von Keramik auf der Oberfläche dieses Bauteils zur Verfügung stellen zu können. Darüber hinaus sollen Kosten und Herstellaufwand reduziert werden.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie die
Verwendung dieser Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere
Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Erzeugungsverfahren (Anspruch 1 ) beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem
erfindungsgemäßen Anpassungsverfahren (Anspruch 8) sowie der entsprechenden Verwendung der beiden Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bzgl. der
Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient der Erzeugung einer, insbesondere nichtkeramischen, Oberfläche mit sensorischen Eigenschaften von Keramik auf einem nicht-keramischen Träger. Ein solches Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Vorbereiten zumindest einer Trägeroberfläche des Trägers,
- Beschichten der vorbereiteten Trägeroberfläche mittels eines
Gasphasenabscheideverfahrens mit einer keramikähnlichen Sensorikschicht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter der sensorischen Eigenschaft von Keramik, oder keramikähnlichen Sensorik jegliche Eigenschaft zu verstehen, welche einer menschlichen Person beim sensorischen Wahrnehmen dieser nichtkeramischen Oberfläche zumindest teilweise den Eindruck von Keramik als Material vermittelt. Sensorische Eigenschaften sind also Eigenschaften eines Materials, welche mit den verschiedenen Sinnen eines Menschen wahrgenommen werden können.
Insbesondere handelt es sich um sensorische Eigenschaften, welche die Haptik bzw. die die Optik eines Menschen ansprechen. Damit sind vorzugsweise die
Kontakttemperatur, die Oberflächenstruktur, der Oberflächenglanz bzw. die
Oberflächenfarbe der Oberfläche gemeint.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren beruht auf einem Gasphasenabscheideverfahren, um ein entsprechendes Material für eine Sensorikschicht abzuscheiden. Dabei kann das Gasphasenabscheideverfahren mit unterschiedlichen Grundparametern betrieben werden. Insbesondere sind sowohl physikalische als auch chemische
Gasphasenabscheideverfahren im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Als Materialien für die nicht-keramische Sensorikschicht kommen insbesondere amorpher Kohlenstoff, Zirkonnitrid, Titan, Kupfer, Nickel, Chrom, Palladium und Ruthenium, sowie Kombinationen aus diesen Materialien in Frage.
Die Trägeroberfläche des Trägers kann in unterschiedlichster Weise vorbereitet werden. So kann zum einen eine Vorbereitung für das anschließende
Gasphasenabscheideverfahren erfolgen. Dies wird insbesondere dahingehend durchgeführt, dass die Trägeroberfläche des Trägers elektrisch leitfähig ausgestattet wird. Dies kann z. B. mithilfe galvanischer Beschichtungsverfahren durchgeführt werden. Auch das Aufbringen einer Korrosionsschutzschicht kann als Vorbereiten der Trägeroberfläche dienen. Aufgrund der Tatsache, dass durch das
Gasphasenabscheideverfahren sich die Trägeroberfläche im Wesentlichen 1 :1 auf der Oberfläche der Sensorikschicht abbildet, kann eine Vorbereitung dieser
Trägeroberfläche auch die Oberflächenstruktur bzw. den Oberflächenglanz
beeinflussen. So kann das Vorbereiten der zumindest einen Trägeroberfläche des Trägers z. B. auch hinsichtlich eines Schleifens, eines Polierens oder ähnlicher Verfahren durchgeführt werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient insbesondere zur Erzeugung einer
keramikähnlichen Oberfläche bei mobilen Bauteilen, vorzugsweise bei mobilen Bedienelementen. Dazu gehören vorzugsweise Mobiltelefone, Schlüssel,
Fahrzeugfernbedienungen oder Ähnliches.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann dahin gehend weitergebildet sein, dass die Verfahrensparameter des Gasphasenabscheideverfahrens zumindest mit Bezug auf eine der folgenden durch das Verfahren erzielten sensorischen Eigenschaften an die entsprechenden sensorischen Eigenschaften von Keramik angepasst sind.
- Farbe
- Oberflächenrauigkeit
- Oberflächenglanz
- Kontakttemperatur
- Gewicht
Selbstverständlich kann auch eine Anpassung der Verfahrensparameter des
Vorbereitens zumindest einer Trägeroberfläche des Trägers an ein oder mehrere der voranstehend genannten sensorischen Eigenschaften von Keramik erfolgen. Die Anpassung kann einzeln oder in Kombination erfolgen. Vorteilhaft ist es, wenn jeweils ein Verfahrensparameter des Gasphasenabscheideverfahrens und/oder der
Vorbereitung der Trägeroberfläche mit einer der sensorischen Eigenschaften von Keramik korreliert. So kann z. B. eine Oberflächenbearbeitung der Trägeroberfläche die Oberflächenrauigkeit und/oder den Oberflächenglanz der Sensorikschicht beeinflussen. Das Material bzw. die Einstellungen der Verfahrensparameter während des Gasphasenabscheideverfahrens sind insbesondere bezogen auf die sensorische Eigenschaft der Farbe von Keramik. Die Schichtdicke bzw. die Auswahl des Materials kann darüber hinaus das Gewicht und/oder die Kontakttemperatur als sensorische Eigenschaft von Keramik für die Sensorikschicht anpassen.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für die Vorbereitung zumindest einer Trägeroberfläche des Trägers wenigstens einer der folgenden Schritte durchgeführt wird:
- Schleifen
- Polieren
- Mattieren
- Galvanisieren
Das Galvanisieren erfolgt insbesondere zur Herstellung einer Zwischenschicht, welche elektrisch leitfähig ist. Damit wird eine Vorbereitung zur verbesserten
Durchführung des nachfolgenden Gasphasenabscheideverfahrens erzielt. Schritte wie Schleifen, Polieren oder Mattieren, also insbesondere spanende
Oberflächenbearbeitung der Trägeroberfläche des Trägers, beziehen sich
vorzugsweise auf eine Anpassung hinsichtlich der sensorischen Eigenschaften von Keramik bezogen auf Oberflächenrauigkeit und Oberflächenglanz. Die Erzeugung einer elektrisch leitfähigen Zwischenschicht ist insbesondere dann als Vorbereitung wichtig, wenn das Material des Trägers selbst nicht-leitendes Material aufweist. Dies ist z. B. bei Trägern aus Kunststoffmaterialen der Fall.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren lässt sich dahingehend weiterbilden, dass es sich bei dem Gasphasenabscheideverfahren um zumindest eines der folgenden Verfahren handelt:
- PVD (Physical Vapor Deposition)
- CVD (Chemical Vapor Deposition)
- DLC (Diamond Like Carbon)
Bei dem DLC-Verfahren handelt es sich um eine Sonderform des CVD-Verfahrens. Grundsätzlich handelt es sich also bei der gesamten Liste um
Gasphasenabscheideverfahren. Die Auswahl eines physikalischen bzw. eines chemischen Gasphasenabscheideverfahrens ist dabei insbesondere an die zu erzielende und gewünschte sensorische Eigenschaft der keramikähnlichen Oberfläche angepasst. Selbstverständlich können unterschiedliche
Gasphasenabscheideverfahren auch innerhalb eines erfindungsgemäßen Verfahrens miteinander kombiniert werden.
Vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der Träger zumindest abschnittsweise aus Kunststoff und/oder zumindest abschnittsweise aus Metall besteht. Je nach Anforderungen an die finalen Eigenschaften, insbesondere die sensorischen Eigenschaften der nicht-keramischen Oberfläche, kann eine
entsprechende Auswahl getroffen werden. Die Verwendung von Kunststoff reduziert das Gesamtgewicht und darüber hinaus die Kosten eines auf diese Weise
hergestellten mobilen Bauteils bzw. mobilen Bedienelements. Wird Metall verwendet, kann das Gewicht erhöht werden, so dass hinsichtlich der sensorischen Eigenschaft des Gewichts eine Anpassung an die entsprechende sensorische Eigenschaft von Keramik für das mobile Bauteil bzw. mobile Bedienelement erfolgt. Auch die
erzielbaren Oberflächenarten hinsichtlich Struktur und Glanz, sind durch die Auswahl des Trägermaterials mit einstellbar.
Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die
Beschichtung mit einer Sensorikschicht mit einer Schichtdicke zwischen ca. 0,2 pm und ca. 0,5 pm erfolgt. Diese geringen Schichtdicken reduzieren den Aufwand und die Kosten für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit Bezug auf Temperaturunterschiede erfolgt hinsichtlich unterschiedlicher
Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien eine verbesserte Haftung auf der Trägeroberfläche des Trägers.
Ein Vorteil wird weiter erzielt, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren unter der Sensorikschicht eine Schutzschicht aufgetragen wird. Diese Schutzschicht dient insbesondere dem Korrosionsschutz für den Träger und ist z. B bei metallischen und/oder Kunststoffmaterialien des Trägers sinnvoll. Der Schutz kann gegen
Korrosion durch Chemikalien und/oder durch UV-Licht und/oder durch Gase erfolgen. Insbesondere wird die Schutzschicht galvanisch aufgetragen und weist Nickel und/oder Kupfer und/oder Chrom als Bestandteil auf. Selbstverständlich ist es grundsätzlich auch möglich, dass auf der Sensorikschicht außen eine zusätzliche Schutzschicht, z. B. in Form eines Klarlacks, aufgetragen wird.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für die Anpassung eines Gasphasenabscheideverfahrens für die Erzeugung einer keramikähnlichen Oberfläche. Die keramikähnliche Oberfläche wird mit sensorischen Eigenschaften von Keramik auf einem Träger erzeugt. Ein solches Anpassungsverfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Bestimmung eines Wertes wenigstens einer sensorischen Eigenschaft von Keramik,
- Anpassen von wenigstens einem Verfahrensparameter des
Gasphasenabscheideverfahrens, um den Wert der bestimmen wenigstens einen sensorischen Eigenschaft mit einer keramikähnlichen Oberfläche zu erzielen.
Grundsätzlich erfolgt das Anpassungsverfahren also hinsichtlich eines Vergleichs zwischen Laborwerten und erzielbaren Werten in der Fertigung. Die entsprechenden Verfahrensparameter des Gasphasenabscheideverfahrens werden also zielgenau angepasst, um die bestimmten Laborwerte der jeweiligen sensorischen Eigenschaft von Keramik zu erreichen. Dabei ist es durchaus möglich, dass ein Referenz- Prototyp des mobilen Bauteils bzw. des mobilen Bedienelements aus keramischem Werkstoff gefertigt wird, so dass an diesem keramischen Prototypen die entsprechenden Werte der sensorischen Eigenschaften direkt gemessen werden können. Dabei handelt es sich z. B. um die Farbbestimmung, um die Messung der Oberflächenrauigkeit, die Bestimmung des Oberflächenglanzes bzw. die Bestimmung des Gewichts. Bei allen Werten wird vorzugsweise ein Messverfahren verwendet, welches diese sensorische Eigenschaft unabhängig von anderen Parametern erfasst. Bei der Ermittlung des Farbwerts kann z. B. das sogenannte Lab-System eingesetzt werden, welches unabhängig von der Oberflächenstruktur bzw. dem Oberflächenglanz der
Sensorikschicht ist.
Das Verfahren gemäß dem voranstehenden Absatz kann dahin gehend weitergebildet sein, dass für die Erzeugung der keramikähnlichen Oberfläche auf dem Träger ein erfindungsgemäßes Verfahren für die Erzeugung dieser Sensorikschicht verwendet wird. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Anpassungsverfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes
Erzeugungsverfahren erläutert worden sind.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Anpassungsverfahrens und/oder die Verwendung eines
erfindungsgemäßen Erzeugungsverfahrens für die Herstellung eines mobilen Bauteils. Ein solches mobiles Bauteil ist insbesondere ein mobiles Bedienteil. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine Fernbedienung, einen Fernbedienungsschlüssel eines Fahrzeugs und/oder ein Mobiltelefon.
Die vorliegende Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten
Zeichnungsfiguren. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 einen Träger zu Beginn eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 ein Bauteil nach Beendigung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 3 einen Zwischenschritt bei einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 4 ein Bauteil nach einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Figur 1 ist ein Träger 10 aus Kunststoff oder Metall dargestellt, welcher oben eine Trägeroberfläche 12 aufweist. Diese kann vorbehandelt werden, indem z. B. eine galvanische Behandlung stattfindet. Auch Polieren, Schleifen oder Mattieren dieser Trägeroberfläche 12 ist denkbar. Anschließend kann z. B. direkt eine Sensorikschicht 20 mit einem Gasphasenabscheideverfahren aufgebracht werden.
Das Ergebnis dieses Gasphasenabscheideverfahrens ist in Figur 2 dargestellt. Dort befindet sich eine Sensorikschicht 20 auf dem Träger 10, welcher auf der
vorbereiteten Trägeroberfläche 12 abgeschieden worden ist. Die Oberfläche 22 der Sensorikschicht ist eine keramikähnliche Oberfläche, welche zumindest eine der sensorischen Eigenschaften von Keramik aufweist. Die sensorischen Eigenschaften sind dabei insbesondere die Kontakttemperatur, die Farbe, die Oberflächenstruktur und/oder der Oberflächenglanz.
Ausgehend von einem Träger 10 gemäß Figur 1 kann auch eine Schutzschicht 30 aufgebracht werden, wie es in Figur 3 dargestellt ist. Diese Schutzschicht 30 dient insbesondere dem Korrosionsschutz des Trägers 10. Anschließend wird durch ein Gasphasenabscheideverfahren eine Sensorikschicht 20 auf der Schutzschicht 30 aufgebracht, wie dies Figur 4 zeigt. Auch hier weist die Sensorikschicht 20 wieder eine keramikähnliche Oberfläche 22 auf, welche zumindest eine sensorische Eigenschaft von Keramik mit sich bringt.
Die Figuren 2 und 4 zeigen somit zwei unterschiedlich hergestellte Bauteile 100, welche z. B. für mobile Bedienteile eingesetzt werden können.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
10 Träger
12 Trägeroberfläche
20 Sensorikschicht
22 Oberfläche
30 Schutzschicht
100 Bauteil