SE517263C2 - Förfarande för framställning av en matris samt en matris framställd enligt förfarandet - Google Patents

Description

20 25 30 ~s17i2ss o . . . u o u n o ø n .o 2 eller i formrumsinsatsen och den därav replikerade mikrostrukturen i plastdetaljen.

Uppfinningen omfattar därutöver en matris, lämpligen framställd enligt förfarandet.

Framställningen av matriser enligt förfarandet för föreliggande uppfinning bygger på att ett original, med ett ytavsnitt uppvisande en positiv mikrostruktur, utnyttjas för att på detta original kunna applicera i vart fall ett lager eller skikt av matris- bildande material och/eller en materialsammansättning, varvid detta material skall vara valt att motstå de krafter som verkar på en formrumsinsats i en plastdetaljer formande maskin.

När matrisen eller formrumsinsatsen är färdiguppbyggd vidtages åtgärder för att låta avlägsna matrisen från nämnda original eller avlägsna materialet i originalet, så att matrisens mikrostrukturrelaterade ytavsnitt, med en negativ skarp mikro- struktur, kommer att framträda.

Föreliggande uppfinning avser mera speciellt att komma tilll användning vid tillämpningar där mikrostrukturen är vald med en spårbredd eller motsvarande mindre än 500 um, såsom inom området 500-0,1 um. Även om uppfinningen anvisar möjligheten att på ett original, såsom en kiselskiva, forma en matris som kan ingå i en plastdetaljer bildande enhet som en formrums- insats så erbjuder uppfinningen att från en sådan matris eller liknande kunna bilda en annan matris med omvänd mikrostruktur.

TEKNIKENS TIDIGARE STÅNDPUNKT Beaktas de med föreliggande uppfinning förknippade egenheterna kan nämnas att genom patentpublikationen EP-A1-0 400 947 är det tidigare känt en metod för att låta framställa en väsentligen fristående diamant eller diamantliknande film (16), med en önskad profil och där metoden innefattar; 10 15 20 25 30 517' 2.63 n o n e o n ø nu - applicerandet på ett fast substrat (10), med en yta (12) anpassad med en form som svarar mot den önskade profilen, ett tunt karbidskikt (14), - applicerandet av en av kristallin diamant bestående eller diamantliknande film (16) till karbidskiktet (14) och avlägsna substratet (10).

I patentpublikationen EP-A1-0 417 924 visar en metod för att låta framställa formade diamantartiklar, vilken metod omfattar; - bildandet av en reaktiv gas eller kemisk ånga, där nämnda gas innefattar aktivt kol och medel för att bilda en diamantdeposition mot ett på förhand bestämt substrat, - utnyttja en icke-plan modell, med en på förhand bestämd form, där ytan för modellen är anpassad för att på denna kunna uppbygga ett lager av diamant från den nämnda ångan, - där den icke-plana modellen därutöver är tilldelad förmågan att kunna släppa ett diamantlager, format därtill, via en kemisk ångfasdeponering, - bildandet av ett lager av syntetisk diamant mot den icke-plana modellen genom att låta ytan för den icke-plana modellen få bringas till en kontakt med ångan under sådana omständigheter där diamantuppbyggandet bildar en syntetisk diamantartikel, med en form som ansluter sig till formen för den icke-plana modellen och -låta avlägsna den syntetiska diamantartikeln från nämnda icke-plana modell.

Till teknikens tidigare ståndpunkt hör ävenledes en artikel; -CVD Replication for Optics Applications- av Jitendra S. Goela, Raymond L.

Taylor, publicerad i SPlE Vol. 1047, "Mirrors and Windows for High Power/High 10 15 20 25 30 517' 2 6 3 .......... .. 4 Energy Laser Systems” (1989), i vilka det beskrives en deponeringsprocess under utnyttjandet utav en kemisk ånga för att låta replikera former, mönster och hög- reflektiva ytor i infraröda strålar överförbara optiska material (ZnS, ZnSe) och spegelmaterial (Si, SiC) för ett flertal tillämpningar.

Det är även känt genom patentpublikationen EP-A1 -O 442 303 en metod för att kunna producera tredimensionella, av diamant formade, arbetsstycken eller detaljer som omfattar; a) placera i en kammare en modell upphettad till en CVD diamantformande temperatur (500 till 1100°C), där modellen utgöres av en negativ form av arbetsstycket, b) applicera eller tillföra en kolväte/vätegasblandning till nämnda kammare, vid ett tryck av 0,013 till 1334 mbar (0,01 till 1000 torr), c) åtminstone skapa en partiell nedbrytning eller sönderdelning av nämnda gasblandning i nämnda kammare för att bilda ett CVD diamantlager på mer än en yta för nämnda modell och d) avlägsna nämnda modell från nämnd CVD-diamantlager för att bilda nämnda diamantarbetsstycke, vilket därmed kommer att uppvisar en ytkaraktäristika för ytan för modellen, till vilken den formats.

Mera speciellt visas här i figurerna 5A, 5B och 5C ett stegformat eller spårförsett mönster, framställt från molybden, där identiska parallella spår formar ett rutmöns- ter, med 5 mm avstånd, efter en maskinbearbetning.

Spåret 32 har en bredd av 0,03 inch (0,76 mm) och ett djup av 0,013 inch (0,33 mm) samt 5 mm mellan spårens centrallinjer. Tjockleken för plattan är vald till 3,81 mm. 10 15 20 25 30 v51? 253 - 'f ' Delar av arbetsstycket 34 är härvid lödda mot ett karbidsubstrat, för att bilda ett skärande verktyg.

Förfaranden för att låta framställa en matris, med i vart fall ett ytavsnitt uppvisande en negativ mikrostruktur, där matrisen är anpassad att som en formrumsinsats kunna ingå i ett formrum eller en kavitet i en plastdetaljer bildande enhet för att till- dela nämnda plastdetaljer ett motsvarande ytavsnitt med en positiv mikrostruktur, varvid ett original, med ett ytavsnitt uppvisande en positiv mikrostruktur, utnyttjas för att på detta original applicera lager på lager av matrisbildande material och/eller materialsammansättningar samt därefter låta avlägsna matrisen från nämnda original eller avlägsna materialet i originalet, är också tidigare kända.

Vid ett förfarande av ovan angiven beskaffenhet är det också känt att i en efter- bearbetande process låta belägga matrisens negativa mikrostruktur med ett materialskikt, som i sig har goda hållbarhetsegenskaper mot påkänningar i den plastformade enheten när den nyttjas som en formrumsinsats.

Det är också känt att varje applicerande utav sådana ytterligare och förstärkande materialskikt mot en matris något försämrar exaktheten i den negativa mikrostruk- turen för matrisen och därigenom försämras något kvalitén hos den positiva mik- rostruktur som skall överföras till plastdetaljen.

Det är även känt att en plastmassas slitage på formrumsinsatsen är stor och att den mikrostrukturen uppvisande ytan måste beläggas med ett slittåligt material, speciellt om plastmassan innehåller ett slipande fyllnadsmaterial, såsom kvarts.

Sådana fyllnadsmaterial kan även väljas från sådana material som kommer att ge en låg termisk expansionskoefficient, såsom 0 eller nära noll, alternativt erbjuda förbättrade uppstyvande egenskaper ur mekanisk synvinkel.

Till teknikens tidigare ståndpunkt hör även följande publikationer; 10 517 263, D1) Patent Abstracts of Japan, abstract of JP 2 225 688, publ. 1990-09- 07 & JP-2 225 688-A samt Derwent's abstract, No 1990-316 827, week 9042.

D2) Patent Abstracts of Japan, abstract of JP 3 342 787, pub|.1991-10- 30 & JP-3 243 787-A samt Derwent's abstract, No 1991-364 686, week 9150.

D3) EP-400 672-A2.

D4) Patent Abstracts of Japan, abstract of JP 4 089 212, Publ. 1992-03- 23 & JP-4 089 212- A samt Derwent's abstract, No 1992-147 406, week 9218.

D5) Patent Abstracts of Japan, abstract of JP 5 169 459, publ. 1993-07- 09 & JP-5 169 459- A samt Denrvenfs abstract, No 1993-252 170, week 9332.

D6) EP-856 592-A1.

D7) GB-2 284 175-A.

D8) US-4 546 951-A.

D1) Patent Abstracts of Japan, abstract of JP 2 225 688, publ. 1990- 09-07 81 JP-g 225 688- Å samt Derwent's abstract, N0 1990-316 827, week 9042.

Här visas och beskrives en metod för att bilda en kärna, med ett reliefrelaterat exakt mönster på dess yta, en icke-elektrisk pläterad beläggning av ett första lager på kärnans yta samt att doppa den pläterade kärnan i ett elektrobad innan en oxidation av den icke-elektriskt pläterande beläggningen företages. En stark förbindning mellan modellen och den icke-elektriska beläggningen tillförsäkras.

Här anvisas att en epoxiplast tillföres, via ett inlopp (9b), som ett förstärkande medel (9a), genom vilket en dyna (9) med reverserat mönster (8) bildas. Därefter applice- ras en icke-elektriskt pläterande beläggning till dynan eller kärnan (9) för att bilda en 10 15 20 25 517:263 s u a n Q ø o ø ; n - u .o pläterad beläggningen (10).

Denna beläggning (10) ökar sin hårdhet enär en blandning av en komponent av ett reducerande medel i pläteringsbadet och en pläterad metall utnyttjas och att där- med bildas ett reverserat mönster (1). lnnan ytan för den pläterade beläggningen oxideras eller efter det ytan ruggasts upp så appliceras till den ovan angivna ytan ett elektrobildat lager (12).

Genom att därefter skala av de ovan nämnda laminerande beläggningarna för dynan (9) så erhålles en elektrobildad formkropp (1) bestående av ett pläterat lager (10) och ett elektrobildat lager (12), som är förbättrat i adhesivt hänseende och med ett inverst mönster (11).

D_2) Patent Atgtracts of Japan. abgggt of JP 3 352 787LutrL1991- 10-30 & JP-3 243 787-A samt Qerwenfs absggg, No 1991-364 686, week 9150.

Här visas på en av metall formad gjutforrn (4), försedd med en fonnbildande urtag- ning i form av ett djupt hål (51) med ett spår (52).

I detta fall så består en master med utsprång (11 och 12), motsvarande hålet (51) och spåret (52), av aluminium.

Ett nickelpläterat lager (2), i vilket ingår hårda keramiska fina partiklar från SiC, TiC, TiN, etc. bildas mot ytan för mastermönstret (1).

Ett av nickel bestående skal (3) blir därutöver bildat.

Mönstret upplöses i NaOH och avlägsnas och den återstående delen av skalet (3) formas till en specifik storlek och införes i den konkava delen av gjutformen (4). 10 15 20 517263 u 4 ø ø u n 8 Härigenom bildas ett pläterat lager med en hård och jämn yta inom vilken det keramiska partikelformade materialet är enhetligt fördelat och underlättar släppandet av den formade produkten från gjutformen. gg) EP-4oo avz-Az.

Här visas och beskrives en teknik för att bilda en gjutform för att kunna replikera ett stort antal plastdetaljer.

Här uppvisar gjutformen ett hologram eller andra mikrostrukturer som skall över- föras till utsidan för en gjuten artikel eller detalj.

Gjutformen framställes genom att elektrodeponera en metall till modellen för artikeln som skall gjutas. lnnan denna deposition utföres så skall hologrammet eller annan mikrostruktur bildas till ytområden för modellen genom känd teknik.

D4) Patent Abstracts of Japan. abstract of JP 4 089 212, Publ. 1992- 03-23 & JP-4 089 ï- A samt Derwent's abstract, No 1992-147 406, week 9218.

Här visas ett arrangemang där plast införes mellan en gjutforrn (1) och en glaslins (5) och där plasten härdar så att ett plastlager (4) bildas till linsen (5) med en mel- lanorienterad kolfilm (2).

D_5) Patent Abstracts of Japan, abstract of JP 5 169 459, gubl. 1993- 07-09 & JP-5 169 459- Å samt Derwent's abstract, NO 1993-252 170, week 9332.

Här visas att ett basmaterial för en gjutform och en del därav belägges med en hård kolfilm eller diamantliknande kolfilm (DLC-film). 10 15 20 25 517 263 c Q u - n n D6) EP-856 592-A1.

Här visas och beskrives ett substrat som är täckt, åtminstone delvis, med ett lager (1), som består av ett antal lageruppbyggnader (2), där varje sådan uppbyggnad innefattar; ett första diamantliknande av nanokompositer bestående lager (3) nännast substratet och uppvisar samverkande nätverk av en C:H och en Si:O, ett andra av diamantliknande kompositer bestående lager (4) över nämnda första lager (3), ett mellanliggande lager (5) mellan nämnda första och andra lager och som består av en blandning av nämnda första och andra lager och när antalet lagerstrukturer ovan överstiger ett (1) så förefinns ytterligare ett mellanorienterat lager (7). gg) GB-z 284 11s-A.

Här visas och beskrivs en gjutform med utpräglade goda släppningsmöjligheter, speciellt vid en framställning av golfbollskärnor.

Här föreslås vidare att forrnkroppen skall vara täckt av ett tungstenkarbidlager inom området 2 till 20 pm. ä) US-4 546 951-A.

Här visas och beskrives en gjutform för att kunna inkapsla delar i ett plastmaterial.

Ett lager av hårt material, såsom ett nitritlager, är applicerat med hjälp av 10 15 20 25 30 51 7 26 3 .=. 1 O ångdeposition i vacuum vid en hög temperatur till i vart fall speciellt valda ytområden.

REDOGÖRELSÉ FÖR FÖRE_LIGGANDE UPPFINNING TEKNISKT PROBLEM Beaktas den omständigheten att de tekniska överväganden som en fackman inom hithörande tekniskt område måste göra för att kunna erbjuda en lösning på ett eller flera ställda tekniska problem är dels initialt en insikt i de åtgärder och/eller den sekvens av åtgärder som skall vidtagas dels ett val av det eller de medel som erfordras så torde med ledning härav de efterföljande tekniska problemen vara relevanta vid frambringandet av föreliggande uppfinningsföremål.

Under beaktande av teknikens tidigare ståndpunkt, såsom den beskrivits ovan, torde det därför framstå såsom ett tekniskt problem att kunna skapa sådana förutsättningar att en matris, framställd mot ett original, skall ha ett för matrisens uppbyggnad avsett slittåligt första materialskikt, där detta materialskikt ävenledes skall uppvisa sådana egenskaper att matrisen kan, med enkla ytterligare behand- lingar, direkt inplaceras i en formhalva i en plastdetaljer bildande enhet som en formrumsinsats.

Det ligger ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav och fördelarna förknippade med att låta välja, i vart fall, det nämnda första materialskiktet, för att kunna bilda matrisen, med för den avsedda kommande tillämpningen anpassade goda egenskaper, när det gäller sådana kriteria som hållbarhet, benägenhet för plastmaterialet att kunna släppa från matrisens mikrostrukturtilldelade yta eller ytor och andra motsvarande förutsättningar.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav och för- delarna förknippade med att låta ett, mot originalet applicerat, första tunt mate- rialskikt, för att bilda matrisen, väljas med utpräglade goda hållbarhetsegenskaper vid framställningen av plastdetaljer, utpräglade goda egenskaper när det gäller 10 15 20 25 30 517 263 v | n ø o n 1 l plastdetaljens förmåga och benägenhet att släppa från matrisen efter en formning, en härdning eller en polymerisering av utnyttjat plastmaterial (låg friktion) och utpräglade goda egenskaper för att kunna bibehålla ett skarpt mönster för det mikrostrukturtilldelade ytavsnittet.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav och för- delarna förknippade med att som nämnda första materialskikt låta välja ett tunt diamantrelaterat materialskikt som uppvisar, förutom hårda och slitstarka egenskaper, även låg friktion och utpräglade goda släppegenskaper mot den formade plastdetaljen.

Det är därutöver ett tekniskt problem att kunna inse betydelsen utav och fördelar- na förknippade med att låta utnyttja appliceringsmetoder som bygger på en kristallin diamantbeläggning, såsom CVD (Chemical Vapor Deposition)-tekniken (750-800 grader C) eller PVD (Physical Vapor Deposition)-tekniken.

Det är därutöver ett tekniskt problem att kunna inse betydelsen utav och för- delarna förknippade med att låta utnyttja appliceringsmetoder som bygger på ett applicerande av ett hårt och slitstarkt materialskikt, med lägre temperaturkrav eller DLC (Diamond Like Carbon)-skikt (ca 200 grader C), såsom nitrider, karbider och liknande.

Det är därmed ett tekniskt problem att låta välja ett från CVD-tekniken bildat skikt eller ett DLC-skikt eller ett annat skiktmaterial, som visat sig vara relevant för en utvald och anvisad tillämpning.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav att låta nämnda första materialskikt få väljas med en på förhand bestämd tjocklek, där den valda tjockleken blir beroende av aktuellt materialval i det första material- skiktet, mikrostrukturens form och dimensioner samt val av plastmaterial och valt fyllnadsmedel. 10 15 20 25 30 517 263 ä? 3*- Ü* “i 12 Det synes vidare vara ett tekniskt problem att kunna välja ett material och/eller en materialblandning i ett andra och/eller ett tredje materialskikt (ett mellanskikt) i kombination med en vald tjocklek för materialet i dessa materialskikt.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav och för- delarna förknippade med att låta ett utnyttjat original få väljas som en kiselskiva eller motsvarande, med en därpå utformad positiv mikrostruktur, och att nämnda kiselskiva, efter en uppbyggnad av matrisen därpå, kan avlägsnas medelst en basisk etsning.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav att för nämnda basiska etsning låta välja KOH, NaOH eller motsvarande vätskor.

Det ligger också ett tekniskt problem att kunna inse betydelsen utav och för- delarna förknippade med att som ett andra materialskikt låta välja en blandning av DLC och Ni.

Det ligger då ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav att låta nämnda andra materialskikt få väljas med en mot den aktuella tillämpningen svarande tjocklek.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav att låta utnyttja ett tredje materialskikt och att i så fall låta välja detta materialskikt att innefatta enbart, eller i vart fall till en övervägande del, nickel.

Det ligger därutöver ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav att låta nämnda tredje materialskikt få väljas med en mot den aktuella tillämpningen svarande tjocklek.

Det ligger också ett tekniskt problem i att som ett fjärde materialskikt kunna välja en plätering av nickel och där nämnda materialskikt kan väljas med en mot den aktuella tillämpningen svarande tjocklek. 10 15 20 25 30 _517“2i63 13 Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav att låta nämnda första materialskikt, såsom bestående utav ett DLC-skikt, få appliceras medelst ett sputtringsförfarande.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav att låta det andra materialskiktet, såsom en blandning av DLC och Ni, få appliceras medelst ett sputtringsförfarande.

LÖSNINGEN För att kunna lösa ett eller flera av de ovan angivna tekniska problemen utgår nu föreliggande uppfinning ifrån ett förfarande för en framställning av en matris, och en sålunda framställd matris, med i vart fall ett ytavsnitt uppvisande en mikrostruk- tur, varvid matrisen är anpassad för att kunna ingå i ett formrum eller en kavitet som en formrumsinsats i en plastdetaljer bildande enhet för att tilldela nämnda plastdetaljer i ett motsvarande ytavsnitt en motställd mikrostruktur, varvid ett original, med ett ytavsnitt uppvisande en mikrostruktur, såsom mindre än 500 um, utnyttjas för att på detta original låta applicera lager på lager av matrisbildande material och/eller materialsammansättningar samt därefter låta avlägsna matrisen från nämnda original eller mera fördelaktigt låta avlägsna materialet i originalet för att blottlägga matrisen och det mikrostrukturen tillhöriga ytavsnittet.

Vid ett sådant tidigare känt förfarande anvisar föreliggande uppfinning en kombi- nation av steg för att därvid skapa ett mikrostrukturrelaterat ytavsnitt för matrisen, som uppvisar en skarp negativ mikrostruktur.

Härför anvisas speciellt följande sekvens av steg; a. att originalet, med sitt ytavsnitt, bringas att uppvisa en skarp mikrostruktur, b. att nämnda första materialskikt väljes från ett material med utpräg 10 15 20 25 30 517 2ss l 4 lade goda egenskaper när det gäller plastdetaljens förmåga att kunna släppa från matrisen efter en formning, en härdning eller en polyme risering av utnyttjat plastmaterial, c. att nämnda första materialskikt väljes från ett material med utpräg- lade goda egenskaper när det gäller att bibehålla det negativa mikrostrukturerade mönstret för det mikrostrukturtilldelade ytavsnittet, d. att som nämnda första materialskikt väljes ett material upp- uppvisande låg friktion mot en sålunda producerad plastdetalj, e. att som nämnda material inom nämnda första materialskikt väljes kristalldiamant, DLC, nitrid, karbid och liknande, f. att nämnda första materialskikt appliceras till nämnda original i en tjocklek av 0,1 - 100 pm och g. att ett andra materialskikt , uppvisande god vidhäftande förmåga mot det första materialskiktet, appliceras mot det första materialskiktet.

Såsom föreslagna utföringsformer, fallande inom ramen för uppfinningstanken, anvisas att som nämnda första materialskikt skall kunna väljas ett kristallint diamantskikt, såsom ett DLC-skikt eller ett skikt som kan appliceras med CVD- teknik och/eller PVD-teknik (Physical Vapor Deposition).

Ett andra materialskikt, med god vidhäftande förmåga till det första materialskiktet, appliceras till det första materialskiktet, där nämnda andra materialskikt kan ut- göras av ett titan- och/eller kromskikt.

Nämnda andra materialskikt bör kunna appliceras till en tjocklek av 0,05-2,0 pm.

Ett tredje materialskikt, med god vidhäftande förmåga till det andra material- skikten, appliceras till det andra skiktet och att nämnda tredje materialskikt kan 10 15 20 25 30 51-7: '263 1 5 utgöras av ett nickelskikt.

Nämnda tredje materialskikt bör kunna appliceras till en tjocklek av 0,05-2,0 pm.

Nämnda andra materialskikt och nämnda tredje materialskikt kan också kombi- neras till ett mellanorienterat skikt, med en vald hög DLC-andelven hög titan- och/eller kromkoncentration invid en gränsyta mot nämnda första materialskikt och en hög nickelkoncentration invid en gränsyta mot ett som mekaniskt stöd tjänande bulkmaterial, i form av ett fjärde materialskikt.

Nämnda första materialskikt kan företrädesvis väljas med en tjocklek av mellan 1- 15 pm.

Uppfinningen anvisar även att som original kan väljas en behandlad kiselskiva eller liknande med en vald mikrostruktur och att nämnda kiselskiva eller liknande kan avlägsnas medelst en basisk etsning.

För denna basiska etsning anvisas ett utnyttjande utav KOH, NaOH eller motsva- rande basiska vätskor.

Uppfinningen anvisar också att som ett andra materialskikt kan väljas en bland- ning av DLC och nickel.

Nämnda andra materialskikt kan med fördel väljas med en tjocklek mellan 0,05- 1,0 pm.

Vidare anvisar uppfinningen att låta applicera ett tredje materialskikt och att välja detta materialskikt från nickel.

Nämnda tredje materialskikt kan då väljas med en tjocklek av mellan 0,05-1,0 pm. lO 15 20 25 30 517V? '2 63 a | Q v 1 ø n 16 Som ett fjärde materialskikt anvisar uppfinningen att detta kan appliceras via ett pläteringsförfarande och skall bestå av ren nickel.

Nämnda fjärde materialskikt kan väljas med en mot en vald tillämpningen anpas- sad tjocklek.

Speciellt anvisar uppfinningen att ett DLC-skikt eller motsvarande skall appliceras medelst ett sputtringsförfarande i kombination med att ävenledes DLC och nickel, tjänande som ett andra materialskikt, skall appliceras medelst ett sputtrings- förfarande.

Det tredje materialskiktet kan också appliceras medelst ett sputtringsförfarande.

Det andra och det tredje materialskikten kan även appliceras integrerande medelst ett sputtringsförfarande.

Förhållandet mellan andelen DLC och andelen nickel skall med fördela väljas varierande genom skiktet och med 50% vardera i sklktets mittenområde.

FÖRDELAR De fördelar som främst kan få anses vara signifikativa för ett förfarande, enligt föreliggande uppfinning, och en enligt förfarandet framställd matris, är att härige- nom har det skapats förutsättningar för att på ett enkelt sätt kunna skapa en som en formrumsinsats anpassad matris, med en hård, slitstark, tunn och skarp mikrostrukturtilldelad yta, vettande mot plastmaterialet i ett formverktyg.

Materialet i detta tunna skikt, som kan beså av ett DLC-skikt av 0,1-100 pm, är så anpassat och valt att matrisens mikrostrukturerade yta kommer att uppvisar goda släppegenskaper gentemot ett valt plastmaterial och mönstret i matrisen kan bibehållas intakt under lång tid. 10 15 51-7 »1263 : Q o : o vu 17 En matris enligt uppfinningen är uppbyggd av ett antal tunna materialskikt och ett tjockt, som ett mekaniskt stöd tjänande, buikmaterial.

Det som främst kan få anses vara kännetecknande för ett förfarande, för en framställning av en matris i enlighet med föreliggande uppfinning, anges i det efterföljande patentkravets 1 kännetecknande del och en matris, lämpligen framställd genom förfarandet, anges i det efterföljande patentkravet 22.

KORT FIGURBESKRIVNING En för närvarande föreslagen, enligt förfarandet ovan framställd, matris samt olika förfaranden för matrisens framställning skall nu närmare beskrivas med en hänvisning till bifogad ritning, där; Figur 1 visar i ett tvärsnitt ett original, till vilket applicerats en matris, uppbyggd medelst ett antal materialskikt, i enlighet med föreliggande uppfinnings anvisningar, Figur 2 visar schematiskt ett förfarande enligt uppfinningen, anpassat till en produktionslinje för bildande av en enligt figur 1 visad matris och Figur 3 visar schematiskt ett förfarande enligt uppfinningen, anpassat till en alternativ produktionslinje för bildande av en, enligt figur 1 anvisad, matris med ett andra och ett tredje skikt integre- rande med varandra. 10 15 20 25 30 5-1 71-»1253- Cs 'a . "= n o u n c n o | | n e ø u BESKRIVNING ÖVER NU FÖRESLAGQLLJTFÖRINGSFORM Med en hänvisning till figur 1 visas således där, om ett original eller en master 3 betraktas borttagen, en matris 1 med i vart fall ett ytavsnitt 2 uppvisande en negativ mikrostruktur, varvid matrisen är anpassad att kunna ingå som en formrumsinsats i ett formrum eller en kavitet i en plastdetaljer bildande enhet, för att där tilldela nämnda plastdetaljer ett motsvarande ytavsnitt med en positiv mikrostruktur.

Detta är icke närmare visat i bifogad ritning, men utgör en för fackmannen väl förtrogen omständighet.

Uppfinningen avser ett förfarande för framställning av en matris och en enligt förfarandet sålunda framställd matris 1.

Förfarandet utgår ifrån att ett original 3 är för handen och att detta original försetts, på känt sätt, med en mikrostrukturtillhörig yta 4, vilken yta skall tjäna som motyta för en på originalet 3 uppbyggd matris 1.

Sålunda skall ett original 3, med ett ytavsnitt 4 med en positiv mikrostruktur, utnyttjas för att på detta original 3 låta applicera lager på lager av matrisbildande material och/eller materialsammansättningar samt därefter låta avlägsna matrisen 1 ifrån nämnda original 3 eller hellre låta avlägsna materialet i originalet 3, för att därmed frilägga matrisens 1 mikrostrukturtillhörig yta eller ytavsnitt 2.

Enligt föreliggande uppfinning anvisas utnyttjandet utav ett mot originalet 3 applicerbart första slittåligt materialskikt 11, för att tillsammans med ett andra, ett tredje och/eller ett fjärde, som mekaniskt stöd tjänande och som bulkmaterial an- passat, materialskikt, med tilldelade hänvisningsbeteckningar 12, 13 och 14, låta bilda den kompletta matrisen 1. 10 15 20 25 30 511 m, :àïlši- * _19_ Nämnda första materialskikt 11 skall nu väljas från ett material med utpräglade goda hållfasthetsegenskaper, vid en framställning av plastdetaljer, utpräglade goda egenskaper när det gäller plastdetaljens förmåga att kunna släppa (låg friktion) från matrisen efter en formning, en härdning eller en polymerisering av utnyttjat plastmaterial samt utpräglade goda egenskaper när det gäller att bibelhålla ett skarpt mönster för mikrostrukturtilldelade ytavsnitt.

Som nämnda första materialskikt 11 skall väljas ett hårt och slitstarkt tunt material- skikt med låg friktion och/eller goda släppegenskaper.

Speciellt anvisas att som nämnda första materialskikt 11 kan väljes ett kristallint diamantskikt eller ett DLC-skikt.

Här föreslås att det första materialskiktet 11 kan appliceras medelst känd CVD- teknik och/eller PVD-teknik.

Det första materialskiktet 11 skulle även vid vissa tillämpningar kunna utgöras av nitrider, karbider och liknande.

Praktiska erfarenheter talar för att det första materialskiktet 11 skall appliceras till en tjocklek av 0,1-100 um, såsom 0,5-50 pm eller mera preciserat 1-15 pm, dock beroende av plastmaterial, valt utfyllnadsmedel, tillämpning och mikrostruktur.

Ett andra materialskikt 12, med en god vidhäftande förmåga till det första material- skiktet 11, appliceras nu till det första materialskiktet 11.

Mera speciellt föreslår uppfinningen att låta utnyttja en kombination av ett antal produktionssteg för att därvid skapa ett mikrostrukturrelaterat ytavsnitt för matrisen som uppvisar en skarp negativ mikrostruktur; Mera speciellt är det fråga om följande kombination av produktionssteg; lO 15 20 25 30 5117263 _20.. a. att originalet (3), med sitt ytavsnitt (3a), bringas att uppvisa en skarp mikrostruktur, b. att nämnda första materialskikt (11) väljes från ett material med utpräglade goda egenskaper när det gäller plastdetaljens förmåga att kunna släppa från matrisen efter en formning, en härdning eller en polymerisering av utnyttjat plastmaterial, c. att nämnda första materialskikt (11) väljes från ett material med ut- präglade goda egenskaper när det gäller att bibehålla det negativa mikrostrukturerade mönstret för det mikrostrukturtilldelade ytavsnittet, d. att som nämnda första materialskikt (11) väljes ett material, upp visande låg friktion mot en sålunda producerad plastdetalj, e. att som nämnda material inom nämnda första materialskikt (11) väljes kristalldiamant, DLC, nitrid, karbid och liknande, f. att nämnda första materialskikt (11) appliceras till nämnda original i en tjocklek av 0,1 - 100 pm och g. att ett andra materialskikt (12), uppvisande god vidhäftande förmåga mot det första materialskiktet (11), appliceras mot det första material- skiktet (11).

Nämnda andra materialskikt 12 kan utgöras av titan och/eller krom, alternativt en blandning av DLC och nickel.

Nämnda andra materialskikt 12 bör appliceras till en tjocklek av 0,05-2,0 pm, så- som 0,1-1,0 um.

Ett tredje materialskikt 13, med god vidhäftande förmåga till det andra material- skikten 12, appliceras nu till det andra materialskiktet 12.

Nämnda tredje materialskikt 13 bör utgöras av nickel. 10 15 20 25 30 517" 263 f; -2 c e u c u .n _21- Nämnda tredje materialskikt 13 appliceras till en tjocklek av 0,05-2,0 pm, såsom 0,1-1,0 um.

Nämnda andra materialskikt 12 och nämnda tredje materialskikt 13 kan dock kom- bineras till ett mellanorienterat skikt, med ett rent diamantskikt och/eller en hög titan- och/eller kromkoncentration invid en gränsyta 11a mot nämnda första materialskikt 11 och en hög nickelkoncentration invid en gränsyta 13a mot ett som mekaniskt stöd tjänande bulkmaterial, i form av ett fjärde skikt 14.

Ett kristallint diamantskikt eller ett annat materialskikt, med motsvarande eller i vart fall väsentligen motsvarande egenskaper, kan komma till användning som de nämnda materialen för den här anvisade tillämpningen.

Nämnda första materialskikt skall vanligtvis väljas med en tjocklek av mellan 1-15 um.

Uppfinningen anvisar, som ett utföringsexempel, att som original väljes en be- handlad kiselskiva 3 med en positiv mikrostruktur 4 och att nämnda kiselskiva avlägsnas medelst en basiskt etsning och där nämnda basiska etsningen kan väljas genom att utnyttja vätskor, såsom KOH, NaOH eller motsvarande, och med en vald koncentration.

Uppfinningen anvisar även utnyttjande utav ett andra materialskikt 12 och detta kan då väljas som en blandning av DLC och nickel, med ett på förhand valt blandningsförhållande.

Nämnda andra materialskikt 12 kan med fördel väljes med en tjocklek av 0,05-1,0 um.

Utföringsformen illustrerar vidare att som ett tredje materialskikt 13 kan väljas lO 15 20 25 30 51-7' 263 . n H0 _22_ nickel.

Nämnda tredje materialskikt 13 kan väljas med en tjocklek av mellan 0,05-1,0 pm.

Som ett fjärde material 14 väljes en anpassad plätering medelst nickel och det nämnda fjärde materialskiktet kan väljas med en mot tillämpningen anpassad och svarande tjocklek.

Speciellt anvisar föreliggande uppfinning att låta applicera det första skiktet 11, såsom DLC-skiktet, med hjälp utav ett sputtringsförfarande, vilket visat sig vara lämpligt när det gäller att få ett DLC-skikt att fördela sig väl längs det mikrostruk- turtilldelade ytavsnlttet 4.

Uppfinningen anvisar vidare möjligheten att låta applicera det andra material- skiktet, i form av en blandning av DLC och nickel, och låta detta andra materialskikt 12 få appliceras medelst ett sputtringsförfarande mot det första skiktet 11, för att få en god bindning däremellan.

Sålunda skall hög DLC-andel ligga mot skiktet 11 och hög nickelhalt vetta mot skiktet 14, och skiktet med hänvisningsbeteckningen 13 kan utgå.

Det tredje materialskiktet 13 appliceras ävenledes medelst ett sputtringsförfaran- de.

Det andra och det tredje materialskikten 12, 13 kan appliceras integrerat medelst ett sputtringsförfarande.

Med en hänvisning till figur 2 illustreras där hur ett original 3, som är försett med ett mikrostrukturrelaterat ytavsnitt 4, genom i och för sig kända medel, i en första station 21, genom ett sputtringsförfarande, belägges med ett första DLC-skikt 11 eller ett motsvarande skikt. 10 15 20 25 30 5171263 _23- Genom att därefter låta förflytta originalet 3 under en intillvarande station 22, vilket original endast är antytt i figur 2, kan det förstamaterial skiktet 11, genom ett sputtringsförfarande, beläggas med ett andra skikt 12. Det andra skiktet 12 krävs för att få en god vidhäftning till det första skiktet 11 och kan benämnas meilanskikt.

Det andra skiktet 12 kan bestå av titan eller krom. Det kan även bestå utav en blandning av DLC och nickel.

En ytterligare förflyttning av originalet 3 till en station 23 erbjuder möjligheten att på det andra skiktet 12 låta applicera ett tredje skikt 13, även detta genom ett sputtringsförfarande, samt slutligen låta förflytta originalet 3 under en station 24, för att i den stationen medelst plätering låta applicera ett fiärde materialskikt 14.

Efter stationen 24 föreligger en kombinerad enhet av en matris 1 och ett original 3, enligt figur 1, och i en station 25 skapas nu förutsättningar för att kunna avlägsna materialet i originalet 3, genom den nämnda basiska etsningen och därigenom framstår en matris 1, direkt anpassad för att kunna utnyttjas i en formhalva i en plastdetaljer bildande enhet, med en mycket god och exakt mikrostruktur 4.

Med en hänvisning till figur 3 visas där en utföringsform av en produktionslinje där en station 21, enligt figur 2, applicerar ett första materialskikt 11 till originalet 3 och dess mikrostrukturtillhöriga ytparti 4.

En station (22, 23) är här så anpassad att när originalet 3 passerar förbi så be- lägges materialskiktet 11 först med en mycket hög andel DLC och en mycket liten andel nickel (betecknad DLC i figuren 3) och allteftersom originalet 3 förskjutes i pilens riktning kommer samma ytparti för skiktet 11 att beläggas med en blandning av DLC och nickel, där andelen DLC avtager till förmån för en ökning av andelen nickel, som intill den högra delen i figur 3 utgör den övervägande andelen, såsom 10 15 20 25 30 517' 1263 _24- 100 % (betecknad Ni i figuren 3).

I en pläteringsstation 24 appliceras materialskiktet 14 till en anpassad tjocklek.

Vidare kan man konstatera att ett hårt och slitstarkt materialskikt 11, som en tunn materialfilm, kräver för vissa tillämpningar utnyttjandet av kristallint diamantskikt 11.

Här föreslås, om låg friktion och goda släppegenskaper skall uppträda mellan plastdetalj och mikrostrukturtillhörig yta 4 och om temperaturen kan tillåtas så hög som 750-800 grader C, utnyttjandet av CVD-dlamantprocessen.

Hård yta med slitstarka egenskaper kan även ernås vid lägre temperaturer, såsom omkring 200 grader C, om det för det första materialskiktet 11 utnyttjas DLC-skikt, nitrider och/eller karbider, Även titannitrid, titankarbid, aluminiumoxider och bland- ningar härav kan komma till användning.

Skiktet 12 eller skikten 12 och 13 i kombination, utgöres av ett mellanskikt. Detta skall å ena sidan fästa bra mot skiktet 11 och å andra sidan fästa bra mot skiktet 14.

Fästförmågan mellan skikten 11 och 12, eller 11 och 12+13, kräver kristallin diamant, titan eller krom och fästförmågan mellan skiktet 13 och 14 kräver nickel.

Väljes materialet för skiktet 12 av titan eller krom kan som material i skiktet 13 väljas nickel.

Originalet 3 kan vara framställt enligt litografiska processer med maskning och etsning, maskinbearbetning och liknande.

Vid en integration av materialskikten 12 och 13 kan den totala tjockleken för dessa 10 15 20 25 30 1517 “263 _25_ väljas till 0,1-3 pm, såsom 0,5-1,5 um.

Vidare gäller att mikrostrukturens storlek, som är tillämplig på föreliggande uppfin- ning, skall mätas enligt måttuppgiften -b- i figur 1. Det är således fråga om att bredden för mikrostrukturrelaterade spår blir avgörande för mätningen, ej spårens djup.

Vid en praktisk tillämpning av föreliggande uppfinning skall nämnas att värdet för - b- skall vara valt från ungefär 500 um och ned till 0,2-0,5 um.

Uppfinningen är tillämplig när mikrostrukturens bredd väljes inom det smalaste området och blir så anpassad att materialskiktet 11 helt kommer att fylla och täcka spåret 3a och därmed bildas en tätning. Detta är dock ej visat i figur 1 men kan lätt föreställas.

Skiktens 11, 12 och 13 goda och harmoniska anpassning till varandra inom spåret 3a är dock överdrivet förenklat i figur 1.

De i utföringsexemplet ovan angivna materialvalen och de i patentkraven angivna materialvalen får ses som för närvarande föreslagna materialval och kan utan att frångå uppfinningstanken utbytas mot andra material.

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till den ovan såsom exempel angivna utföringsformen utan kan genomgå modifikationer inom ramen för uppfinnings- tanken illustrerad i efterföljande patentkrav.

Claims (21)

10 15 20 25 30 2517 263 _26- Patentkrav

1. Förfarande för framställning av en matris (1), med i vart fall ett ytavsnitt eller - skikt (11) uppvisande en negativ mikrostruktur, varvid matrisen (1) är anpassad för att kunna ingå i ett formrum eller en kavitet, som en formrumsinsats, i en plastdetaljer bildande enhet, för att låta tilldela i vart fall en del av eller en yta för nämnda plastdetalj ett motsvarande ytavsnitt med en motställd eller positiv mikrostruktur, varvid nämnda skikt (11) är anpassat att uppvisa egenskaper så- som hög hårdhet och god resistans mot nedslitning och där nämnda matris (1), med sitt materialskikt (11), bildas genom att utnyttja ett original (3), med ett yt- parti (3a) uppvisande en positiv mikrostruktur, och genom att applicera, på nämnda original, lager på lager av olika material (11,12,13,14) och/eller bland- ningen av material för att bygga upp och alstra nämnda matris och att nämnda matris (1) därefter antingen avlägsnas från originalet (3) eller att materialet som bildat originalet (3) avlägsnas, kännetecknat av följande kombination av steg, för att därvid låta skapa ett mikrostrukturrelaterat ytavsnitt för matrisen som uppvisar en skarp negativ mikrostruktur: a. att originalet (3), med sitt ytavsnitt (3a), bringas att uppvisa en skarp mikrostruktur, b. att nämnda första materialskikt (11) väljes från ett material med utpräglade goda egenskaper när det gäller plastdetaljens förmåga att kunna släppa från matrisen efter en formning, en härdning eller en polymerisering av utnyttjat plastmaterial, c. att nämnda första materialskikt (11) väljes från ett material med utpräglade goda egenskaper när det gäller att bibehålla det negativa mikrostrukturerade mönstret för det mikrostruk- turtilldelade ytavsnittet, d. att som nämnda första materialskikt (11) väljes ett material 10 15 20 25 30 517 2163 _27- uppvisande låg friktion mot en sålunda producerad plastdetalj, e. att som nämnda material inom nämnda första materialskikt (11) väljes kristalldiamant, DLC, nitrid, karbid och liknande, f. att nämnda första materialskikt (11) appliceras till nämnda original i en tjocklek av 0,1 - 100 um och g. att ett andra materialskikt (12), uppvisande god vidhäftande förmåga mot det första materialskiktet (11), appliceras mot det första materialskiktet (11).

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n at därav, att nämnda andra materialskikt (12) utgöres av titan och/eller krom.

3. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda andra materialskikt (12) appliceras till en tjocklek av 0,05-2,0 um.

4. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att ett tredje materialskikt (13), med en god vidhäftande förmåga till det andra materialskiktet (12), appliceras mot originalet (3) och till det andra materialskiktet (12).

5. Förfarande enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda tredje materialskikt (13) utgöres av nickel.

6. Förfarande enligt patentkravet 4 eller 5, k ä n n e t e c k n at därav, att nämnda tredje materialskikt (13) appliceras till en tjocklek av 0,05-2,0 um.

7. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 4, k ä n n e t e c k n at därav, att nämnda andra materialskikt (12) och nämnda tredje materialskikt (13) kombineras till ett mellanorienterat skikt, med en hög DLC-, titan- och/eller kromkoncentration invid en gränsyta mot nämnda första materialskikt (11) och en hög nickelkoncent- ration invid en gränsyta mot ett som mekaniskt stöd tjänande bulkmaterial, i form av ett fjärde skikt (14). 10 15 20 25 30 51T"263 _28-

8. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda första materialskikt (11) väljes med en tjocklek av 1-15 pm.

9. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att som ett original (3) väljes en behandlad kiselskiva med en vald mikrostruktur och att nämnda kiselskiva avlägsnas medelst en basisk etsning.

10. Förfarande enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k n a t därav, att för nämnda basiska etsning väljes KOH, NaOH eller motsvarande.

11. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n at därav, att som ett andra materialskikt (12) väljes en blandning av DLC eller motsvarande och nickel.

12. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n at därav, att nämnda andra materialskikt (12) väljes med en tjocklek av 0,05-1,0 pm.

13. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda tredje materialskikt väljes med en tjocklek av 0,05-1,0 pm.

14. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 4, k ä n n e te c k n a t därav, att som ett fjärde materialskikt (14) väljes en plätering av ett nickelmaterial.

15. Förfarande enligt patentkravet 14, k ä n n e te c k n at därav, att nämnda fjärde materialskikt (14) väljes med en mot en vald tillämpning anpassad tjocklek.

16. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e te c k n a t därav, att ett DLC- skikt appliceras medelst ett sputtringsförfarande.

17. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det andra materialskiktet (12) appliceras medelst ett sputtringsförfarande. 10 15 20 25 30 ss17~2ss _29-

18. Förfarande enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att det tredje materialskiktet (13) appliceras medelst ett sputtringsförfarande.

19. Förfarande enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n at därav, att det andra och det tredje materialskikten appliceras medelst ett sputtringsförfarande.

20. , Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n at därav, att det första materialskiktet appliceras till originalet med CVD-teknik och/eller PVD-teknik.

21. En matris, framställd enligt förfarandet definierat i ett eller flera av föregående patentkrav.