WO2009071487A1 - Method for making a micro-etching at the surface of a material - Google Patents

Method for making a micro-etching at the surface of a material Download PDF

Info

Publication number
WO2009071487A1
WO2009071487A1 PCT/EP2008/066410 EP2008066410W WO2009071487A1 WO 2009071487 A1 WO2009071487 A1 WO 2009071487A1 EP 2008066410 W EP2008066410 W EP 2008066410W WO 2009071487 A1 WO2009071487 A1 WO 2009071487A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
aqueous solution
oxide form
cavity
impression
oxide
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/066410
Other languages
French (fr)
Inventor
Jean-Pierre Guin
Yi Fan Niu
Tanguy Rouxel
Original Assignee
Universite De Rennes 1
Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs)
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 Universite De Rennes 1, Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) filed Critical Universite De Rennes 1
Publication of WO2009071487A1 publication Critical patent/WO2009071487A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C19/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by mechanical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44DECORATIVE ARTS
    • B44CPRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C1/00Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing decorative surface effects
    • B44C1/22Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching
    • B44C1/227Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching by etching
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00436Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
    • B81C1/00444Surface micromachining, i.e. structuring layers on the substrate
    • B81C1/0046Surface micromachining, i.e. structuring layers on the substrate using stamping, e.g. imprinting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/008Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments comprising a lixiviation step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/53After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone involving the removal of at least part of the materials of the treated article, e.g. etching, drying of hardened concrete
    • C04B41/5338Etching
    • C04B41/5353Wet etching, e.g. with etchants dissolved in organic solvents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/91After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics involving the removal of part of the materials of the treated articles, e.g. etching
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00836Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for medical or dental applications

Definitions

  • the present invention relates to a method for micro-etching the surface of a material, which consists of glass, ceramic or glass-ceramic.
  • micro-engraving or “micro-etching”
  • the following description and the following claims will conventionally be understood to mean the making of one or more cavities of very small, punctiform and / or groove-like dimensions ( grooves) on the surface of said material, the dimensions of these cavities being at the micrometer scale, or even smaller.
  • An object of the invention is to provide a method whose implementation is simple and inexpensive, not requiring the use of sophisticated devices, while achieving a very fine and very precise engraving, this in a controlled and reproducible manner.
  • the process forming the subject of the invention first of all consists in selecting, from the family of glasses, glass-ceramics or ceramics, a material based on at least one oxide, and then forming, for example, applying a mechanical stress, a micrometric recess in said surface, and finally immersing this surface (with its imprint) in an aqueous solution whose pH is greater than 7 for a time ranging from a few hours to a few days, for example between 3 hours and 5 days -, which causes a preferential dissolution of the material located in the cavity and at the periphery of said cavity, so as to dig a cavity constituting the micro etching.
  • This process therefore comprises three successive phases, namely: a) the selection of a suitable material; b) a mechanical pressure action; c) a chemical action.
  • the impression is made by stamping or scratching by applying pressure.
  • the selected material contains at least one network formatter.
  • This network former is one of the following elements: silicon, in its oxide form SiO 2 ;
  • germanium in its GeO 2 oxide form
  • arsenic in its oxide form As 2 Os or AS2O3; zirconium, in its ZrO 2 oxide form;
  • titanium in its oxide form TiO 2 ;
  • manganese in its oxide form MgO; beryllium, in its BeO oxide form.
  • the pH of the aqueous solution is greater than or equal to 9.
  • the aqueous solution is water, advantageously distilled.
  • the aqueous solution is a sodium hydroxide solution (NaOH).
  • the aqueous solution is hot water, whose temperature has a value of about 80 ° C.
  • the treatment of the surface in the aqueous solution is carried out under pressure, and the temperature of the aqueous solution is higher than its normal temperature of boiling (at atmospheric pressure).
  • the immersion time of the impression in the solution is a few hours.
  • the imprint has a depth of between about 100 and 500 nm (nanometers) and a maximum width of between about 1 micron and 5 microns (micrometers).
  • the impression is punctual, or almost punctual.
  • the impression is linear, furrow-shaped, rectilinear and / or curvilinear.
  • the soaking time of the surface in the aqueous solution is determined by means of abacuses, as a function of the shape and dimensions of the tool used to make said imprint by stamping or scribing, and the pressure implemented for this operation.
  • Figure 1 is a three-dimensional representation and imaged (by atomic force microscopy), a glass surface having a stamped imprint, before chemical treatment.
  • Figure 2 is a view similar to Figure 1 showing the cavity constituting the micro etching obtained after the chemical treatment.
  • Figure 3 is a sectional view of the cavity and the cavity, this view being intended to show the shapes and dimensions.
  • Figures 4 to 4E are diagrams showing the various steps of the method of the invention for producing a point cavity.
  • Fig. 5 is a perspective view showing a stamping tool.
  • FIGS. 6, 6A and 6B are perspective views showing certain steps of the method of the invention for producing a pattern with linear cavities, by using the tool of FIG. 5.
  • FIGS. 7A and 7B are detailed views showing the section of the cavity and cavity respectively obtained, corresponding to the sectional planes respectively referenced AA in Figure 6A, and BB in Figure 6B.
  • Figure 8 is a side view of a pressure grooving tool.
  • FIG. 9 is a section on a larger scale of the active part of the tool, cut by the plane CC of FIG. 8.
  • Figure 10 illustrates how to proceed to draw a curvilinear groove in the surface of a material using this tool.
  • Figure 1 shows a portion of a plate 1 of oxide glass with flat surface 10, for example polished.
  • soda-lime-silica glass of the kind commonly used, for example for the manufacture of windows. .
  • silicon in its SiO 2 form
  • sodium in its Na 2 O form
  • the molar content of Na 2 O is greater than 10%, for example of the order of 13.5%.
  • the mechanical step of the method consists in forming in the surface 10 by stamping, that is to say by mechanical pressure, an indentation designated by reference 2 in FIG.
  • the impression was made by means of a pyramid-shaped diamond-shaped stamper tool with an approximately square base, with application of a load of 50 mN.
  • the footprint 2 has a shape complementary to that of the tip of the tool. Its dimensions and its depth are functions of the intensity of the pressure developed during the indentation.
  • the mouth of the cavity 2 is surrounded by a bead 20 which protrudes from the plane of the surface 10 and which results from the creep of material related to the stamping operation.
  • the pressure developed by the "indenter” tool during stamping has the effect of locally modifying, at the right of the indentation and in its immediate vicinity, the atomic structure of the material. This is due to the introduction of structural defects and the diffusion of chemical species, eg sodium, in this area.
  • Stamping also creates a residual stress field around the indentation.
  • the subsequent step of the process consists in placing the previously stamped wafer in a tray containing an aqueous solution, such that at least the impression 2 is totally immersed therein.
  • This aqueous solution has a pH greater than 7, thus basic.
  • the pH is greater than 9.
  • the solution is distilled and hot water, at a temperature of 90 ° C.
  • the mechanical stamping action on the surface 10 of the material 1 results in a localized densification of the material 1 as well as the creation of localized residual stresses at and near the cavity.
  • the wafer 1 is rinsed with distilled water and then dried.
  • this immersion period is of the order of several hours, or even a few days, in the implementation mode described here.
  • Appropriate heating means are provided, of course, to maintain the temperature of the water tank at a value of 90 0 C during this period, and to make a top-up of water, if necessary, to compensate evaporation.
  • the treatment being completed, there is obtained a cavity 3, substantially larger than the imprint 2, of approximately parabola-shaped section, with a regular and solid wall, with a smooth surface.
  • the width of the cavity 3 (at the surface 10) is about 5 microns, while its depth is about 485 nanometers, 0.485 micrometer.
  • the stamping can be performed in a point manner by indentation tools having a non-pyramidal shape, for example conical, frustoconical or hemispherical.
  • Figures 4 to 4E illustrate very schematically the method of the invention for producing a micrometer cavity 3 in a material 1 based on at least one oxide, belonging to the family of glasses, glass-ceramics or ceramics.
  • the tool "indenter” (or stamper) 4 shown in Figures 4 and 4A has a tip end 40.
  • FIG. 4A shows the formation of a micrometric cavity 2 recessed in the surface 10 of the material, by axial pressure F of the tool 4.
  • a protruding peripheral bead 20 surrounds the cavity 2.
  • FIG. 4B represents the latter, after removal of the tool 4.
  • the zone of material 21 surrounding the cavity, shown hatched, is a densified zone, whose structure has been modified during the stamping action, under the action of residual stresses.
  • the Si-O chemical bonds are weakened under a hydrolysis reaction.
  • FIG. 4C shows the subsequent step of dipping the material 1 in an aqueous solution 6 whose pH is greater than 7, contained in a tank 5.
  • the liquid 6 causes a preferential and progressive dissolution of the material zone 21 surrounding the cavity, including the bead 20 (FIG. 4D).
  • the dimensions of the cavity depend on the shape and size of the indenter, the force applied by it, and the soaking time.
  • the final dimensions of the cavity can be modulated by the time spent by the imprint of the surface in the solution. For example, for 50 mN, in a solution of 0.1 N NaOH brought to 80 0 C, the maximum depth of the cavity is obtained after 35 hours of soaking. It is therefore possible to provide abacuses making it possible to anticipate the final dimensions of the cavity as a function of the soaking time for the given conditions.
  • the piece 1 illustrated in FIG. 4E is obtained, having a surface 10 hollowed out of a cavity 3 with a smooth and regular wall, devoid of any bead.
  • Figures 5 to 7B relate to the realization of a micro engraved pattern formed of lines which, in this case, draw the letter "f" (lowercase).
  • the stamping tool shown in FIG. 5, is a plate 7, one face of which has a rib 70 with an inverted contour, symmetrical to that of the etching to be made.
  • This rib has a V-section, with a sharp edge, and is made of a material hard enough to stamp correctly the glass material, glass ceramic or ceramic to be treated.
  • FIG. 6 shows the pressing stamping operation P of the tool 7 against the surface 10 of this material 1.
  • the edge of the rib 70 penetrates this surface, forming a linear impression 2 'therein.
  • Figures 6A and 7A show the shape of the latter, section "V", bordered by a bead. After immersion in the appropriate treatment solution, the micro-etching 3 'in "f" illustrated in FIGS. 6B and 7B is obtained.
  • embossing by stamping, it can be achieved by scratching with pressure application (not by removing material).
  • Figure 8 shows a tool 8 adapted to this procedure.
  • This tool has a handle 81 for its gripping, and a working head 80, which connects to the handle 81 by a profiled portion 82 conferring a gooseneck configuration.
  • the head 80 has a triangular section with a ridge 800 that is slightly blunted (rounded) so as to be able to penetrate forcefully into the surface 10 of the material 1, but without creating a crack.
  • this head is made of a sufficiently hard material to stamp correctly the glass material, glass ceramic or ceramic 1 to be treated.
  • FIG. 10 shows how to draw a linear impression 2 "in the surface 10 by exerting on the head 80 a pressure Q, combined with a displacement R of the tool, by modifying the trajectory and orientation of the head during this displacement, it is possible to describe a line having the desired contour.
  • This procedure is similar to a kind of dynamic stamping.
  • the surface 10 is then chemically treated, by dipping in a suitable solution, according to the invention, in order to obtain the micro etching
  • the material when the material is glass or glass-ceramic, it is possible to anneal the material after making the surface impression and before immersion in the aqueous solution.
  • This treatment is carried out in an oven at a temperature slightly lower than the glass transition temperature Tg of said material.
  • the treatment temperature T is, for example, equal to 0.9 Tg.
  • T 823 K (Kelvin)
  • T 741 K.
  • the temperature rise in the oven is done gradually, in stages.
  • the holding time of the material at the temperature T is for example of the order of 2 hours, after which it is allowed to cool naturally in the oven until the ambient temperature is restored.
  • This additional heat treatment has the advantage of relaxing the residual stresses produced during the mechanical action of pressure and thus reducing the final size of the microgravure (depth and width).

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

The method of the invention first comprises selecting the material (1) from the group of glasses, glass-ceramics and ceramics containing at least one oxide, then forming a hollow micrometric imprint (2) in said surface (10) by applying a mechanical stress such as stamping, and finally immersing said surface (10) in an aqueous solution (6) having a pH higher than 7 for a duration sufficient for triggering a preferential dissolution of the material (21) located at the periphery of said imprint (2) in order to dig therein a cavity defining the micro-etching, said duration varying from a few hours to a few days.

Description

Procédé pour réaliser une micro gravure à la surface d'un matériau Method for micro etching the surface of a material
La présente invention concerne un procédé pour micro graver la surface d'un matériau, celui-ci consistant en du verre, de la céramique ou de la vitrocéramique.The present invention relates to a method for micro-etching the surface of a material, which consists of glass, ceramic or glass-ceramic.
Par les expressions « micro graver » ou « micro gravure », on entendra conventionnellement dans la description ci-après et dans les revendications qui suivent le fait de réaliser une ou plusieurs cavités de très petites dimensions, ponctuelles et/ou en forme de rainure (sillons) à la surface dudit matériau, les dimensions de ces cavités étant à l'échelle du micromètre, voire inférieures.By the terms "micro-engraving" or "micro-etching", the following description and the following claims will conventionally be understood to mean the making of one or more cavities of very small, punctiform and / or groove-like dimensions ( grooves) on the surface of said material, the dimensions of these cavities being at the micrometer scale, or even smaller.
Ces termes couvrent donc également le fait de « nano graver » ainsi que la « nano gravure ».These terms therefore also cover the fact of "nano-engraving" as well as "nano-engraving".
Un objectif de l'invention est de proposer un procédé dont la mise en œuvre soit simple et peu coûteuse, ne nécessitant pas de recourir à des appareils sophistiqués, tout en réalisant une gravure très fine et très précise, ceci de manière maîtrisée et reproductible. A cet effet, le procédé faisant l'objet de l'invention consiste tout d'abord à sélectionner, dans la famille des verres, des vitrocéramiques ou des céramiques, un matériau à base d'au moins un oxyde, puis à former, par application d'une contrainte mécanique, une empreinte micrométrique en creux dans ladite surface, et enfin à immerger cette surface (avec son empreinte) dans une solution aqueuse dont le pH est supérieur à 7 durant un temps allant de quelques heures à quelques jours, - par exemple entre 3 heures et 5 jours -, ce qui provoque une dissolution préférentielle de la matière située dans l'empreinte et à la périphérie de ladite empreinte, de manière à y creuser une cavité constitutive de la micro gravure.An object of the invention is to provide a method whose implementation is simple and inexpensive, not requiring the use of sophisticated devices, while achieving a very fine and very precise engraving, this in a controlled and reproducible manner. For this purpose, the process forming the subject of the invention first of all consists in selecting, from the family of glasses, glass-ceramics or ceramics, a material based on at least one oxide, and then forming, for example, applying a mechanical stress, a micrometric recess in said surface, and finally immersing this surface (with its imprint) in an aqueous solution whose pH is greater than 7 for a time ranging from a few hours to a few days, for example between 3 hours and 5 days -, which causes a preferential dissolution of the material located in the cavity and at the periphery of said cavity, so as to dig a cavity constituting the micro etching.
Ce procédé comprend donc trois phases successives, à savoir : a) la sélection d'un matériau approprié ; b) une action mécanique de pression; c) une action chimique.This process therefore comprises three successive phases, namely: a) the selection of a suitable material; b) a mechanical pressure action; c) a chemical action.
Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles possibles de l'invention : L'empreinte est réalisée par estampage ou par rayage par application d'une pression.Moreover, according to a number of additional possible features of the invention: The impression is made by stamping or scratching by applying pressure.
Le matériau sélectionné contient au moins un formateur de réseau. Ce formateur de réseau est l'un des éléments ci-après : - le silicium, sous sa forme oxyde SiO2 ;The selected material contains at least one network formatter. This network former is one of the following elements: silicon, in its oxide form SiO 2 ;
- le bore, sous sa forme oxyde B2O3 ;boron, in its oxide form B2O3;
- le phosphore, sous sa forme oxyde P2O5 ;phosphorus, in its oxide form P2O5;
- le germanium, sous sa forme oxyde GeO2 ;germanium, in its GeO 2 oxide form;
- l'arsenic, sous sa forme oxyde As2Os ou AS2O3; - le zirconium, sous sa forme oxyde ZrO2;arsenic, in its oxide form As 2 Os or AS2O3; zirconium, in its ZrO 2 oxide form;
- le titane, sous sa forme oxyde TiO2 ;titanium, in its oxide form TiO 2 ;
- l'étain, sous sa forme oxyde SnO2;tin, in its oxide form SnO 2 ;
- l'aluminium, sous sa forme oxyde AI2O3;aluminum, in its oxide form Al 2 O 3;
- le manganèse, sous sa forme oxyde MgO; - le béryllium, sous sa forme oxyde BeO.manganese, in its oxide form MgO; beryllium, in its BeO oxide form.
Le pH de la solution aqueuse est supérieur ou égal à 9. La solution aqueuse est de l'eau, avantageusement distillée. La solution aqueuse est une solution de soude (NaOH). La solution aqueuse est de l'eau chaude, dont la température a une valeur de l'ordre de 8O0C.The pH of the aqueous solution is greater than or equal to 9. The aqueous solution is water, advantageously distilled. The aqueous solution is a sodium hydroxide solution (NaOH). The aqueous solution is hot water, whose temperature has a value of about 80 ° C.
Le traitement de la surface dans la solution aqueuse est réalisé sous pression, et la température de la solution aqueuse est supérieure à sa température normale d'ébullition (à la pression atmosphérique).The treatment of the surface in the aqueous solution is carried out under pressure, and the temperature of the aqueous solution is higher than its normal temperature of boiling (at atmospheric pressure).
Le temps d'immersion de l'empreinte dans la solution est de quelques heures.The immersion time of the impression in the solution is a few hours.
L'empreinte a une profondeur comprise entre 100 et 500 nm (nanomètres) environ et une largeur maximale comprise entre 1 μm et 5 μm (micromètres) environ.The imprint has a depth of between about 100 and 500 nm (nanometers) and a maximum width of between about 1 micron and 5 microns (micrometers).
Il est possible de procéder à un recuit du matériau après formation de l'empreinte et avant immersion dans la solution aqueuse.It is possible to anneal the material after forming the impression and before immersion in the aqueous solution.
L'empreinte est ponctuelle, ou quasiment ponctuelle. L'empreinte est linéaire, en forme de sillon, rectiligne et/ou curviligne.The impression is punctual, or almost punctual. The impression is linear, furrow-shaped, rectilinear and / or curvilinear.
Les étapes successives de formation, par application d'une contrainte mécanique, d'une empreinte micrométrique en creux dans la surface du matériau, et d'immersion dans une solution aqueuse dont le pH est supérieur à 7, sont réitérées plusieurs fois au même endroit de ladite surface, ce qui peut permettre de modifier au besoin la géométrie et les dimensions de la gravure finale.The successive stages of formation, by application of a mechanical stress, of a hollow micrometer impression in the surface of the material, and of immersion in an aqueous solution whose pH is greater than 7, are repeated several times at the same place of said surface, which may allow to modify if necessary the geometry and the dimensions of the final engraving.
En vue d'obtenir une dimension de cavité donnée, notamment en largeur et en profondeur, on détermine au moyen d'abaques le temps de trempage de la surface dans la solution aqueuse, ceci en fonction de la forme et des dimensions de l'outil utilisé pour réaliser ladite empreinte par estampage ou par rayage, ainsi que de la pression mise en œuvre pour cette opération.In order to obtain a given cavity size, particularly in terms of width and depth, the soaking time of the surface in the aqueous solution is determined by means of abacuses, as a function of the shape and dimensions of the tool used to make said imprint by stamping or scribing, and the pressure implemented for this operation.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels:Other features and advantages of the invention will appear on reading the description which follows, with reference to the appended drawings in which:
La figure 1 est une représentation tridimensionnelle et imagée (par microscopie à force atomique), d'une surface de verre présentant une empreinte estampée, avant traitement chimique.Figure 1 is a three-dimensional representation and imaged (by atomic force microscopy), a glass surface having a stamped imprint, before chemical treatment.
La figure 2 est une vue similaire à la figure 1 montrant la cavité constitutive de la micro gravure obtenue après le traitement chimique.Figure 2 is a view similar to Figure 1 showing the cavity constituting the micro etching obtained after the chemical treatment.
La figure 3 est une vue en coupe de l'empreinte et de la cavité, cette vue étant destinée à en montrer les formes et les dimensions.Figure 3 is a sectional view of the cavity and the cavity, this view being intended to show the shapes and dimensions.
Les figures 4 à 4E sont des schémas montrant les différentes étapes du procédé de l'invention pour la réalisation d'une cavité ponctuelle. La figure 5 est une vue en perspective représentant un outil d'estampage.Figures 4 to 4E are diagrams showing the various steps of the method of the invention for producing a point cavity. Fig. 5 is a perspective view showing a stamping tool.
Les figures 6, 6A et 6B sont des vues en perspective montrant certaines étapes du procédé de l'invention pour la réalisation d'un motif à cavités linéaires, par utilisation de l'outil de la figure 5. Les figures 7A et 7B sont des vues de détail représentant la section de l'empreinte et, respectivement, de la cavité obtenues, correspondant aux plans de coupe référencés respectivement AA sur la figure 6 A, et BB sur la figure 6B. La figure 8 est une vue de côté d'un outil de rainurage par pression.FIGS. 6, 6A and 6B are perspective views showing certain steps of the method of the invention for producing a pattern with linear cavities, by using the tool of FIG. 5. FIGS. 7A and 7B are detailed views showing the section of the cavity and cavity respectively obtained, corresponding to the sectional planes respectively referenced AA in Figure 6A, and BB in Figure 6B. Figure 8 is a side view of a pressure grooving tool.
La figure 9 est une section à plus grande échelle de la partie active de l'outil, coupée par le plan CC de la figure 8.FIG. 9 is a section on a larger scale of the active part of the tool, cut by the plane CC of FIG. 8.
La figure 10 illustre la manière de procéder pour tracer une rainure curviligne dans la surface d'un matériau à l'aide de cet outil.Figure 10 illustrates how to proceed to draw a curvilinear groove in the surface of a material using this tool.
La figure 1 représente une partie d'une plaquette 1 de verre d'oxydes à surface plane 10, par exemple polie.Figure 1 shows a portion of a plate 1 of oxide glass with flat surface 10, for example polished.
Dans le mode d'exécution de l'invention ci-après décrite à simple titre d'exemple possible, nullement limitatif, il s'agit d'un verre silico-sodo-calcique du genre couramment utilisé, par exemple pour la confection de vitres.In the embodiment of the invention hereinafter described by way of example only, and in no way limiting, it is a soda-lime-silica glass of the kind commonly used, for example for the manufacture of windows. .
Au sein de ce verre, le silicium (sous sa forme SiO2) est un élément formateur de réseau tandis que le sodium (sous sa forme Na2O) est un élément modificateur de réseau.Within this glass, silicon (in its SiO 2 form) is a network forming element while sodium (in its Na 2 O form) is a network modifying element.
La teneur molaire du Na2O est supérieure à 10%, par exemple de l'ordre de 13,5 %.The molar content of Na 2 O is greater than 10%, for example of the order of 13.5%.
L'étape mécanique du procédé consiste à former dans la surface 10 par estampage, c'est-à-dire par pression mécanique, une empreinte en creux désignée par la référence 2 sur la figure 1.The mechanical step of the method consists in forming in the surface 10 by stamping, that is to say by mechanical pressure, an indentation designated by reference 2 in FIG.
Dans l'exemple illustré, l'empreinte a été réalisée au moyen d'un outil estampeur en diamant en forme de pointe de pyramide à base approximativement carrée, avec application d'une charge de 50 mN.In the illustrated example, the impression was made by means of a pyramid-shaped diamond-shaped stamper tool with an approximately square base, with application of a load of 50 mN.
Ce genre d'outil est utilisé pour les essais d'indentation « Vickers ».This kind of tool is used for indentation tests "Vickers".
L'empreinte 2 possède une forme complémentaire de celle de la pointe de l'outil. Ses dimensions et sa profondeur sont fonctions de l'intensité de la pression développée au cours de l'indentation.The footprint 2 has a shape complementary to that of the tip of the tool. Its dimensions and its depth are functions of the intensity of the pressure developed during the indentation.
L'embouchure de l'empreinte 2 est entourée d'un bourrelet 20 qui fait saillie par rapport au plan de la surface 10 et qui résulte du fluage de matière lié à l'opération d'estampage.The mouth of the cavity 2 is surrounded by a bead 20 which protrudes from the plane of the surface 10 and which results from the creep of material related to the stamping operation.
Sur la figure 3 les échelles en abscisse et ordonnée sont différentes. La graduation de l'axe d'abscisse est en micromètres ; celle de l'axe d'ordonnée est en nanomètres. A l'observation de cette figure, on constate que la largeur de l'empreinte 2 (au niveau de la surface 10) est d'environ 2,5 micromètres, tandis que sa profondeur est d'environ 350 nanomètres, soit 0,35 micromètre.In Figure 3 the scales in abscissa and ordinate are different. The graduation of the abscissa axis is in micrometers; that of the ordinate axis is in nanometers. On observing this figure, it can be seen that the width of the impression 2 (at the level of the surface 10) is about 2.5 micrometers, while its depth is about 350 nanometers, ie 0.35 micrometer.
La pression développée par l'outil « indenteur » au cours de l'estampage a pour effet de modifier localement, au droit de l'indentation et dans son voisinage immédiat, la structure atomique du matériau. Ceci est dû à l'introduction de défauts structuraux et à la diffusion d'espèces chimiques, sodium par exemple, dans cette zone.The pressure developed by the "indenter" tool during stamping has the effect of locally modifying, at the right of the indentation and in its immediate vicinity, the atomic structure of the material. This is due to the introduction of structural defects and the diffusion of chemical species, eg sodium, in this area.
L'estampage crée également un champ de contraintes résiduelles autour de l'indentation.Stamping also creates a residual stress field around the indentation.
L'étape subséquente du procédé consiste à placer la plaquette préalablement ainsi estampée dans un bac contenant une solution aqueuse, de telle sorte qu'au moins l'empreinte 2 y soit totalement immergée.The subsequent step of the process consists in placing the previously stamped wafer in a tray containing an aqueous solution, such that at least the impression 2 is totally immersed therein.
Cette solution aqueuse possède un pH supérieur à 7, basique par conséquent.This aqueous solution has a pH greater than 7, thus basic.
De préférence le pH est supérieur à 9.Preferably the pH is greater than 9.
Dans l'exemple d'exécution décrit, la solution est de l'eau distillée et chaude, à température de 900C.In the embodiment described, the solution is distilled and hot water, at a temperature of 90 ° C.
L'action mécanique d'estampage sur la surface 10 du matériau 1 entraîne une densification localisée du matériau 1 ainsi que la création de contraintes résiduelles localisées au droit et au voisinage de l'empreinte.The mechanical stamping action on the surface 10 of the material 1 results in a localized densification of the material 1 as well as the creation of localized residual stresses at and near the cavity.
L'échange ionique entre les cations d'hydronium (H3O ) présents dans l'eau et des cations sodium (Na+) présents dans le verre 1 élève la valeur du pH, ce qui conduit à une hydrolyse de certaines liaisons atomiques Si - O - Si fragilisées par l'action mécanique, entraînant une dissolution préférentielle progressive du squelette de la silice au cœur du verre, dans et autour de l'empreinte.The ionic exchange between hydronium (H3O) cations present in water and sodium (Na + ) cations present in glass 1 raises the pH value, which leads to a hydrolysis of certain atomic bonds Si - O - If weakened by mechanical action, resulting in a progressive preferential dissolution of the skeleton of silica in the heart of the glass, in and around the footprint.
En pratique, ce phénomène apparaît au-delà d'un pH de 9. La dissolution de la matière induit la formation d'une cavité de plus en plus grande autour de l'empreinte 2, ainsi que la disparition du bourrelet 20. Après une période d'immersion donnée, on observe une stabilisation et un arrêt du phénomène d'attaque chimique préférentielle. On procède ensuite avantageusement à un rinçage de la plaquette 1 à l'eau distillée, puis à son séchage.In practice, this phenomenon appears beyond a pH of 9. The dissolution of the material induces the formation of an increasingly larger cavity around the impression 2, as well as the disappearance of the bead 20. given immersion period, stabilization and stopping of the phenomenon of preferential chemical attack is observed. Advantageously, the wafer 1 is rinsed with distilled water and then dried.
L'opération est alors terminée.The operation is then complete.
En pratique, cette période d'immersion est de l'ordre de plusieurs heures, voire de quelques jours, dans le mode de mise en œuvre décrit ici.In practice, this immersion period is of the order of several hours, or even a few days, in the implementation mode described here.
Des moyens de chauffage appropriés sont prévus, bien entendu, pour maintenir la température de l'eau du bac à une valeur de 900C au cours de cette période, et pour y faire un appoint d'eau, si nécessaire, afin de compenser l'évaporation. Le traitement étant terminé, on obtient une cavité 3, sensiblement plus grande que l'empreinte 2, de section en forme approximative de parabole, à paroi régulière et solide, à surface lisse.Appropriate heating means are provided, of course, to maintain the temperature of the water tank at a value of 90 0 C during this period, and to make a top-up of water, if necessary, to compensate evaporation. The treatment being completed, there is obtained a cavity 3, substantially larger than the imprint 2, of approximately parabola-shaped section, with a regular and solid wall, with a smooth surface.
A l'observation de la figure 3, on constate que la largeur de la cavité 3 (au niveau de la surface 10) est d'environ 5 micromètres, tandis que sa profondeur est d'environ 485 nanomètres, soit 0,485 micromètre.With the observation of Figure 3, we see that the width of the cavity 3 (at the surface 10) is about 5 microns, while its depth is about 485 nanometers, 0.485 micrometer.
L'estampage peut être réalisé de manière ponctuelle par des outils d'indentation ayant une forme non pyramidale, par exemple conique, tronconique ou hémisphérique.The stamping can be performed in a point manner by indentation tools having a non-pyramidal shape, for example conical, frustoconical or hemispherical.
La forme et les dimensions de l'outil, ainsi que la charge qui lui est appliquée, déterminent bien sûr la forme et les dimensions de l'empreinte et de la zone qui l'entoure, mais aussi celles de la cavité obtenue au final.The shape and dimensions of the tool, as well as the load applied to it, of course determine the shape and dimensions of the impression and the area around it, but also those of the resulting cavity.
Les figures 4 à 4E illustrent très schématiquement le procédé de l'invention pour la réalisation d'une cavité micrométrique 3 dans un matériau 1 à base d'au moins un oxyde, appartenant à la famille des verres, des vitrocéramiques ou des céramiques.Figures 4 to 4E illustrate very schematically the method of the invention for producing a micrometer cavity 3 in a material 1 based on at least one oxide, belonging to the family of glasses, glass-ceramics or ceramics.
L'outil « indenteur » (ou estampeur) 4 représenté sur les figures 4 et 4A possède une extrémité en pointe 40.The tool "indenter" (or stamper) 4 shown in Figures 4 and 4A has a tip end 40.
La figure 4A montre la formation d'une empreinte micrométrique 2 en creux dans la surface 10 du matériau, par pression axiale F de l'outil 4. Un bourrelet périphérique en saillie 20 entoure l'empreinte 2.FIG. 4A shows the formation of a micrometric cavity 2 recessed in the surface 10 of the material, by axial pressure F of the tool 4. A protruding peripheral bead 20 surrounds the cavity 2.
La figure 4B représente cette dernière, après retrait de l'outil 4. La zone de matière 21 qui entoure l'empreinte, représentée hachurée, est une zone densifîée, dont la structure a été modifiée lors de l'action d'estampage, sous l'action de contraintes résiduelles.FIG. 4B represents the latter, after removal of the tool 4. The zone of material 21 surrounding the cavity, shown hatched, is a densified zone, whose structure has been modified during the stamping action, under the action of residual stresses.
Les liaisons chimiques Si-O y sont fragilisées au regard d'une réaction d'hydrolyse.The Si-O chemical bonds are weakened under a hydrolysis reaction.
La figure 4C montre l'étape subséquente de trempage du matériau 1 dans une solution aqueuse 6 dont le pH est supérieur à 7, contenue dans un bac 5.FIG. 4C shows the subsequent step of dipping the material 1 in an aqueous solution 6 whose pH is greater than 7, contained in a tank 5.
Il s'agit par exemple d'une solution de soude (NaOH) chaude.This is for example a hot sodium hydroxide solution (NaOH).
A titre indicatif, sa température est de 800C et son pH est égal à 10,5. Le liquide 6 provoque une dissolution préférentielle et progressive de la zone de matière 21 entourant l'empreinte, y compris du bourrelet 20 (Figure 4D).As an indication, its temperature is 80 0 C and its pH is equal to 10.5. The liquid 6 causes a preferential and progressive dissolution of the material zone 21 surrounding the cavity, including the bead 20 (FIG. 4D).
Il convient de noter qu'on observe également une certaine dissolution superficielle uniforme et homogène de la matière des autres parties de la pièce 1 qui se trouvent en contact avec le liquide 6, notamment de la surface 10. Cependant cette dissolution est atténuée, nettement moins importante que pour la zone 21.It should be noted that there is also a certain uniform and homogeneous superficial dissolution of the material of the other parts of the part 1 which are in contact with the liquid 6, in particular of the surface 10. However, this dissolution is attenuated, significantly less important than for zone 21.
Les dimensions de la cavité dépendent de la forme et de la taille de l'indenteur, de la force appliquée par celui-ci, et du temps de trempage.The dimensions of the cavity depend on the shape and size of the indenter, the force applied by it, and the soaking time.
Les dimensions finales de la cavité peuvent être modulées par le temps passé par l'empreinte de la surface dans la solution. A titre d'exemple, pour 50 mN, dans une solution de NaOH à 0,1 N portée à 800C, la profondeur maximale de la cavité est obtenue après 35 h de trempage. Aussi est-il possible de prévoir des abaques permettant d'anticiper les dimensions finales de la cavité en fonction du temps de trempage pour les conditions données.The final dimensions of the cavity can be modulated by the time spent by the imprint of the surface in the solution. For example, for 50 mN, in a solution of 0.1 N NaOH brought to 80 0 C, the maximum depth of the cavity is obtained after 35 hours of soaking. It is therefore possible to provide abacuses making it possible to anticipate the final dimensions of the cavity as a function of the soaking time for the given conditions.
Après lavage à l'eau distillée et séchage, on obtient la pièce 1 illustrée à la figure 4E, comportant une surface 10 creusée d'une cavité 3 à paroi lisse et régulière, dépourvue de tout bourrelet.After washing with distilled water and drying, the piece 1 illustrated in FIG. 4E is obtained, having a surface 10 hollowed out of a cavity 3 with a smooth and regular wall, devoid of any bead.
La suppression de ce bourrelet est essentielle pour certaines applications, en particulier en vue de l'application ultérieure d'une couche mince et/ou si une étanchéité parfaite est requise au bord de la micro gravure. II a été constaté que l'utilisation d'une solution chaude permettait de réduire la durée du traitement par immersion, car le phénomène de dissolution de la zone densifiée est d'autant plus rapide et efficace que la température du bain est élevée.The removal of this bead is essential for certain applications, in particular for the subsequent application of a thin layer and / or if a perfect seal is required at the edge of the micro etching. It has been found that the use of a hot solution makes it possible to reduce the duration of immersion treatment, since the phenomenon of dissolution of the densified zone is all the more rapid and effective as the temperature of the bath is high.
Dans ces conditions, il peut être intéressant de procéder à cette étape à une pression élevée, par exemple à l'intérieur d'un autoclave, dans lequel la température de la solution est élevée (supérieure à sa température normale d'ébullition), ladite solution demeurant néanmoins en phase liquide. Ceci permet d'accélérer le processus.Under these conditions, it may be advantageous to carry out this step at a high pressure, for example inside an autoclave, in which the temperature of the solution is high (higher than its normal boiling temperature), said However, the solution remains in the liquid phase. This speeds up the process.
Les figures 5 à 7B ont trait à la réalisation d'un motif micro gravé formé de lignes qui, en l'occurrence, dessinent la lettre « f » (en minuscule). L'outil estampeur, représenté sur la figure 5, est une plaque 7 dont une face porte une nervure 70 à contour inversé, symétrique de celui de la gravure à réaliser. Cette nervure a une section en V, avec un bord acéré, et est réalisée dans un matériau suffisamment dur pour estamper correctement le matériau de verre, de vitrocéramique ou de céramique à traiter. La figure 6 montre l'opération d'estampage par pression P de l'outil 7 contre la surface 10 de ce matériau 1. L'arête de la nervure 70 pénètre dans cette surface, y formant une empreinte linéaire 2'.Figures 5 to 7B relate to the realization of a micro engraved pattern formed of lines which, in this case, draw the letter "f" (lowercase). The stamping tool, shown in FIG. 5, is a plate 7, one face of which has a rib 70 with an inverted contour, symmetrical to that of the etching to be made. This rib has a V-section, with a sharp edge, and is made of a material hard enough to stamp correctly the glass material, glass ceramic or ceramic to be treated. FIG. 6 shows the pressing stamping operation P of the tool 7 against the surface 10 of this material 1. The edge of the rib 70 penetrates this surface, forming a linear impression 2 'therein.
Les figures 6A et 7A montrent la forme de cette dernière, de section en « V », bordée d'un bourrelet. Après immersion dans la solution de traitement appropriée, on obtient la micro gravure 3' en « f » illustrée aux figures 6B et 7B.Figures 6A and 7A show the shape of the latter, section "V", bordered by a bead. After immersion in the appropriate treatment solution, the micro-etching 3 'in "f" illustrated in FIGS. 6B and 7B is obtained.
Au lieu de réaliser l'empreinte par estampage, on peut la réaliser par rayage avec application de pression (et non par enlèvement de matière).Instead of embossing by stamping, it can be achieved by scratching with pressure application (not by removing material).
La figure 8 représente un outil 8 adapté à ce mode opératoire. Cet outil comporte un manche 81 servant à sa préhension, et une tête de travail 80, qui se raccorde au manche 81 par une portion profilée 82 lui conférant une configuration en col de cygne.Figure 8 shows a tool 8 adapted to this procedure. This tool has a handle 81 for its gripping, and a working head 80, which connects to the handle 81 by a profiled portion 82 conferring a gooseneck configuration.
Comme on le voit sur la figure 9, la tête 80 a une section triangulaire, à arête 800 légèrement émoussée (arrondie) de manière à pouvoir pénétrer à force dans la surface 10 du matériau 1, mais sans création de fissure. Bien entendu, cette tête est réalisée dans une matière suffisamment dure pour estamper correctement le matériau de verre, de vitrocéramique ou de céramique 1 à traiter.As can be seen in FIG. 9, the head 80 has a triangular section with a ridge 800 that is slightly blunted (rounded) so as to be able to penetrate forcefully into the surface 10 of the material 1, but without creating a crack. Of course, this head is made of a sufficiently hard material to stamp correctly the glass material, glass ceramic or ceramic 1 to be treated.
La figure 10 permet de comprendre comment on peut tracer une empreinte linéaire 2" dans la surface 10 en exerçant sur la tête 80 une pression Q, combinée à un déplacement R de l'outil. En modifiant la trajectoire et l'orientation de la tête au cours de ce déplacement on peut obtenir décrire une ligne ayant le contour souhaité.FIG. 10 shows how to draw a linear impression 2 "in the surface 10 by exerting on the head 80 a pressure Q, combined with a displacement R of the tool, by modifying the trajectory and orientation of the head during this displacement, it is possible to describe a line having the desired contour.
Ce mode opératoire s'apparente en quelque sorte à un estampage dynamique.This procedure is similar to a kind of dynamic stamping.
La surface 10 est ensuite traitée chimiquement, par trempage dans une solution appropriée, conformément à l'invention, afin d'obtenir la micro gravureThe surface 10 is then chemically treated, by dipping in a suitable solution, according to the invention, in order to obtain the micro etching
II est ainsi possible de dessiner des motifs déterminés et variés sur la surface du verre. Après traitement chimique par immersion de cette surface dans la solution aqueuse, on obtient des rainures légèrement plus larges et plus profondes que les sillons constitutifs desdits motifs, à paroi lisse et régulière, et de même composition chimique que le matériau massif.It is thus possible to draw specific and varied patterns on the surface of the glass. After chemical treatment by immersion of this surface in the aqueous solution, slightly larger and deeper grooves are obtained than the constituent grooves of said patterns, with a smooth and regular wall, and of the same chemical composition as the solid material.
Sur une même surface, on peut bien évidemment réaliser des gravures comportant à la fois des cavités ponctuelles et continues.On the same surface, one can of course achieve engravings comprising both point and continuous cavities.
Il est possible de réitérer la même suite d'opérations plusieurs fois au même endroit afin d'y obtenir au final des cavités plus profondes et plus larges qu'avec un traitement unique.It is possible to repeat the same sequence of operations several times at the same place in order to obtain deeper and wider cavities in the end than with a single treatment.
Selon un mode de mise en œuvre possible du procédé, lorsque le matériau est du verre ou de la vitrocéramique, on peut procéder à un recuit du matériau après la réalisation de l'empreinte superficielle et avant immersion dans la solution aqueuse.According to a possible implementation of the method, when the material is glass or glass-ceramic, it is possible to anneal the material after making the surface impression and before immersion in the aqueous solution.
Ce traitement est réalisé dans un four à une température légèrement inférieure à la température de transition vitreuse Tg dudit matériau. La température de traitement T est par exemple égale à 0,9 Tg.This treatment is carried out in an oven at a temperature slightly lower than the glass transition temperature Tg of said material. The treatment temperature T is, for example, equal to 0.9 Tg.
Ainsi, si Tg = 823 K (Kelvin), T = 741 K. La montée en température dans le four se fait progressivement, par paliers. La durée de maintien du matériau à la température T est par exemple de l'ordre de 2 h, après quoi on le laisse refroidir naturellement dans le four jusqu'à retrouver la température ambiante. Ce traitement thermique additionnel a pour intérêt de relaxer les contraintes résiduelles produites lors de l'action mécanique de pression et donc de réduire la taille finale de la microgravure (profondeur et largeur).Thus, if Tg = 823 K (Kelvin), T = 741 K. The temperature rise in the oven is done gradually, in stages. The holding time of the material at the temperature T is for example of the order of 2 hours, after which it is allowed to cool naturally in the oven until the ambient temperature is restored. This additional heat treatment has the advantage of relaxing the residual stresses produced during the mechanical action of pressure and thus reducing the final size of the microgravure (depth and width).
Les applications industrielles de l'invention sont variées.The industrial applications of the invention are varied.
A simple titre d'exemples, il est possible d'en mentionner les suivantes :As examples only, the following can be mentioned:
- gravure du verre dans le domaine de l'optique ;- engraving of glass in the field of optics;
- réalisation de canaux très fins dans le domaine micro-fluidique ;- production of very fine channels in the microfluidic domain;
- texturation de surface, notamment dans le domaine biomédical, par exemple sur prothèses biocompatibles ; - réalisation de cuvettes réactionnelles dans le domaine de la microbiologie ;surface texturing, especially in the biomedical field, for example on biocompatible prostheses; - production of reaction cuvettes in the field of microbiology;
- gravure de motifs sur des surfaces destinées au moulage de pièces en plastique.- etching patterns on surfaces for molding plastic parts.
Cet énoncé n'est aucunement limitatif. This statement is in no way limiting.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour réaliser une micro gravure à la surface d'un matériau, qui consiste tout d'abord à sélectionner ce matériau (1) dans la famille des verres, des vitrocéramiques ou des céramiques, à base d'au moins un oxyde, puis à former par application d'une contrainte mécanique une empreinte micrométrique (2) en creux dans ladite surface (10), et enfin à immerger cette surface (10) dans une solution aqueuse dont le pH est supérieur à 7 durant un temps allant de quelques heures à quelques jours, ce qui provoque une dissolution préférentielle de la matière située à la périphérie de ladite empreinte de manière à y creuser une cavité (3) constitutive de la micro gravure. A method for producing a micro etching on the surface of a material, which first consists in selecting this material (1) in the family of glasses, glass-ceramics or ceramics, based on at least one oxide, then to form, by application of a mechanical stress, a micrometric cavity (2) recessed in said surface (10), and finally to immerse this surface (10) in an aqueous solution whose pH is greater than 7 for a time ranging from a few hours to a few days, which causes a preferential dissolution of the material located at the periphery of said cavity so as to dig a cavity (3) constituting the micro etching.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on forme ladite empreinte par estampage ou rayage par application d'une pression.2. Method according to claim 1, characterized in that one forms said impression by stamping or scoring by applying a pressure.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que le matériau sélectionné contient au moins un formateur de réseau qui consiste en l'un des éléments ci-après : - le silicium, sous sa forme oxyde SiO2 ;3. Method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the selected material contains at least one network former which consists of one of the following elements: silicon, in its oxide form SiO 2 ;
- le bore, sous sa forme oxyde B2O3 ;boron, in its oxide form B2O3;
- le phosphore, sous sa forme oxyde P2O5 ;phosphorus, in its oxide form P2O5;
- le germanium, sous sa forme oxyde GeO2 ;germanium, in its GeO 2 oxide form;
- l'arsenic, sous sa forme oxyde As2Os ou AS2O3; - le zirconium, sous sa forme oxyde ZrO2;arsenic, in its oxide form As 2 Os or AS2O3; zirconium, in its ZrO 2 oxide form;
- le titane, sous sa forme oxyde TiO2 ;titanium, in its oxide form TiO 2 ;
- l'étain, sous sa forme oxyde SnO2;tin, in its oxide form SnO 2 ;
- l'aluminium, sous sa forme oxyde AI2O3;aluminum, in its oxide form Al 2 O 3;
- le manganèse, sous sa forme oxyde MgO; - le béryllium, sous sa forme oxyde BeO.manganese, in its oxide form MgO; beryllium, in its BeO oxide form.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le pH de ladite solution est supérieur ou égal à 9.4. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the pH of said solution is greater than or equal to 9.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ladite solution aqueuse est de l'eau, avantageusement distillée. 5. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said aqueous solution is water, preferably distilled.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ladite solution aqueuse est une solution de soude.6. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said aqueous solution is a sodium hydroxide solution.
7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite solution aqueuse est de l'eau chaude, dont la température a une valeur de l'ordre de 800C.7. Method according to claim 5, characterized in that said aqueous solution is hot water, whose temperature has a value of the order of 80 0 C.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le traitement de la surface dans la solution aqueuse est réalisé sous pression, et que la température de la solution aqueuse est supérieure à sa température normale d'ébullition. 8. Process according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the surface treatment in the aqueous solution is carried out under pressure, and that the temperature of the aqueous solution is higher than its normal boiling temperature. .
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le temps d'immersion de ladite empreinte dans la solution aqueuse est de quelques heures.9. Method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the immersion time of said imprint in the aqueous solution is a few hours.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que ladite empreinte (2) a une profondeur comprise entre 100 et 500 nm (nanomètres) environ et une largeur maximale comprise entre 1 et 5 μm (micromètres) environ.10. Method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that said footprint (2) has a depth of between 100 and 500 nm (nanometers) and a maximum width of between 1 and 5 microns (micrometers) about.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que l'on procède à un recuit du matériau après formation de l'empreinte et avant immersion dans la solution aqueuse. 11. Process according to any one of Claims 1 to 10, characterized in that the material is annealed after forming the impression and before immersion in the aqueous solution.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que ladite empreinte (2) est ponctuelle, ou quasiment ponctuelle.12. Method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that said footprint (2) is point, or almost punctual.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que ladite empreinte est linéaire, en forme de sillon, rectiligne et/ou curviligne.13. Method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that said fingerprint is linear, groove-shaped, rectilinear and / or curvilinear.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que les étapes successives de formation, par application d'une contrainte mécanique, d'une empreinte micrométrique (2) en creux dans la surface (10) du matériau, et d'immersion dans une solution aqueuse dont le pH est supérieur à 7, sont réitérées plusieurs fois au même endroit de ladite surface.14. Method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the successive steps of forming, by application of a mechanical stress, a micrometer cavity (2) recessed in the surface (10) of the material, and immersion in an aqueous solution whose pH is greater than 7, are repeated several times at the same location of said surface.
15. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'en vue d'obtenir une dimension de cavité donnée, notamment en largeur et en profondeur, on détermine au moyen d'abaques le temps de trempage de la surface (10) dans la solution aqueuse, ceci en fonction de la forme et des dimensions de l'outil utilisé pour réaliser ladite empreinte par estampage ou rayage, ainsi que de la pression mise en œuvre pour cette opération. 15. The method of claim 2, characterized in that in order to obtain a given cavity size, particularly in width and depth, the soaking time of the surface (10) in the aqueous solution is determined by means of abacuses, this according to the shape and dimensions of the tool used to make said impression by stamping or scoring, as well as the pressure implementation for this operation.
PCT/EP2008/066410 2007-12-03 2008-11-28 Method for making a micro-etching at the surface of a material WO2009071487A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0708430A FR2924425B1 (en) 2007-12-03 2007-12-03 METHOD FOR REALIZING MICRO ETCHING ON THE SURFACE OF A MATERIAL
FR0708430 2007-12-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009071487A1 true WO2009071487A1 (en) 2009-06-11

Family

ID=39434284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/066410 WO2009071487A1 (en) 2007-12-03 2008-11-28 Method for making a micro-etching at the surface of a material

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR2924425B1 (en)
WO (1) WO2009071487A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000053432A1 (en) * 1999-03-10 2000-09-14 Bormioli Rocco & Figlio S.P.A. Method for engraving glass
US20010001459A1 (en) * 1998-08-20 2001-05-24 Physical Optics Corporation Method of manufacturing a diffuser master using a blasting agent
EP1614665A1 (en) * 2003-03-03 2006-01-11 Nippon Sheet Glass Company, Limited Method of manufacturing article with recess and protrusion
EP1721873A1 (en) * 2004-02-18 2006-11-15 Nippon Sheet Glass Company, Limited Method for producing glass substrate having concave and convex portions in surface thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010001459A1 (en) * 1998-08-20 2001-05-24 Physical Optics Corporation Method of manufacturing a diffuser master using a blasting agent
WO2000053432A1 (en) * 1999-03-10 2000-09-14 Bormioli Rocco & Figlio S.P.A. Method for engraving glass
EP1614665A1 (en) * 2003-03-03 2006-01-11 Nippon Sheet Glass Company, Limited Method of manufacturing article with recess and protrusion
EP1721873A1 (en) * 2004-02-18 2006-11-15 Nippon Sheet Glass Company, Limited Method for producing glass substrate having concave and convex portions in surface thereof

Also Published As

Publication number Publication date
FR2924425B1 (en) 2011-06-17
FR2924425A1 (en) 2009-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schaffer et al. Morphology of femtosecond laser-induced structural changes in bulk transparent materials
Lei et al. Ultrafast laser applications in manufacturing processes: A state-of-the-art review
US20150136226A1 (en) Super-hydrophobic surfaces and methods for producing super-hydrophobic surfaces
US10876193B2 (en) Nanostructured materials, methods, and applications
Vorobyev et al. Femtosecond laser structuring of titanium implants
EP1501766B1 (en) Glass cutting method which does not involve breaking
Hörstmann-Jungemann et al. 3D-Microstructuring of Sapphire using fs-Laser Irradiation and Selective Etching.
TW201741059A (en) Laser cutting and removal of contoured shapes from transparent substrates
WO2008097374A2 (en) Ultra-short duration laser methods for the nanostructuring of materials
US20220310863A1 (en) Super-hydrophobic surfaces and methods for producing super-hydrophobic surfaces
JP2015533654A (en) Method and apparatus for machining a workpiece
CN103885099B (en) A kind of transmission optical component damage threshold method for improving based on successive ignition etching
Wang et al. Controllable fabrication of metallic micro/nano hybrid structuring surface for antireflection by picosecond laser direct writing
Takayama et al. Microgrooving of a single-crystal diamond tool using a picosecond pulsed laser and some cutting tests
CN110526205A (en) A kind of method of plasma etching auxiliary laser processing silicon carbide
Olbrich et al. Investigation on the ablation of thin metal films with femtosecond to picosecond-pulsed laser radiation
US10364175B2 (en) Methods for producing shaped glass articles
WO2009071487A1 (en) Method for making a micro-etching at the surface of a material
Yamamuro et al. Generation of nanopore structures in yttria-stabilized zirconia by femtosecond pulsed laser irradiation
Ragutkin et al. Creation of Hydrophobic Functional Surfaces of Structural Materials on the Basis of Laser Ablation (Overview)
Yaul et al. Evaluating the process of polishing borosilicate glass capillaries used for fabrication of in-vitro fertilization (iVF) micro-pipettes
Farid et al. Thin film enabling sub-250 nm nano-ripples on glass by low fluence IR picosecond laser irradiation
WO2014136043A1 (en) Method for producing a segmented monolithic optical structure from glass
Mazur Structural changes induced in transparent materials with ultrashort laser pulses
CH713609B1 (en) Method for manufacturing an exterior clockwork element made of ceramic or cermet encrusted with at least one enamel decoration.

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08856440

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08856440

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1