Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode und eine korrespondierende Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung eines Werkstücks.

Eine Elektrode für eine elektrochemische Bearbeitung (ECM = electrochemical machining) oder für einen sogenannten PECM Prozeß (precise electrochemical machining) hat eine strukturierte Form mit vorstehenden Elektroden und Gräben bzw. Nuten, um präzise Strukturen insbesondere Mikrostrukturen in Werkstücken herzustellen. Um ein hohes Aspektverhältnis zu erzielen, muß eine Seitenflanke der Elektrode elektrisch hochisoliert sein, während eine Vorderseite elektrisch leitend und chemisch beständig bzw. druckfest gestaltet sein muß, um lange Standzeiten der Elektrode zu erzielen. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen Verfahrens für die Herstellung einer Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung sowie in der Schaffung einer entsprechenden Elektrode.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erfüllt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Ein Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung eines Werkstücks mit den Schritten:

Bereitstellen eines elektrisch leitenden Graphitsubstrats;

Auftragen zumindest einer Dünn-Schicht zumindest teilweise auf zumindest eine Oberfläche des Graphitsubstrats; und mechanisches Abtragen der Dünn-Schicht an einem vorgegebenen Abschnitt des Graphitsubstrats.

Indem das Substrat aus Graphit angewandt wird, ist eine entsprechende Struktur der Elektrode durch Fräsen und andere spanabhebende Fertigungsschritte auf einfache Weise möglich. In anderen Worten kann eine gewünschte Struktur der Elektrode durch Fräsen, Drehen, Bohren etc. auf einfache und kostengünstige Weise erzielt werden. Die Dünnschicht insbesondere aus Siliziumkarbid schafft eine entsprechende Isolationsschicht und verhindert mechanische Spannungen zwischen dem Substrat und der Isolationsschicht. In anderen Worten ist die Verträglichkeit eines Graphitsubstrats mit einer Siliziumkarbidschicht derart gut, daß im wesentlichen keine mechanischen Spannungen beispielsweise infolge von Temperaturschwankungen entstehen. Alternativ kann jedoch auch eine Dünnschicht verwendet werden, die Siliziumnitrid oder einen Keramikwerkstoff, wie beispielsweise Si0 ₂ , Ta0 ₂ , Ti0 ₂ , Al ₂ 0 ₃ , Ti ₂ 0 ₃ , aufweist. Weitere Alternativen bilden Einstoffsysteme wie Titandioxid oder Mehrstoffsysteme wie Bleizirkonattitanat (Piezokeramik), oder Dispersionskeramiken wie mit Zirkoniumoxid, verstärktes Aluminiumoxid (ZTA - Zirconia Toughened Aluminum Oxide) - AI ₂ O3/ZrO ₂ .

Vorzugsweise wird ein Graphitsubstrat mit einer Pulverkörnung von etwa kleiner als 50 μιη, am besten kleiner als etwa 30 μιτι verwendet. Insbesondere das Graphitsubstrat mit der geringen Pulverkörnung von kleiner als etwa 50 pm bzw. kleiner als etwa 30 μιτι läßt sich hervorragend und kostengünstig drehen, fräsen oder schleifen, um entsprechende Strukturen herzustellen.

Weiter bevorzugt wird die Siliziumkarbid-Schicht durch einen Beschichtungsprozess wie beispielsweise Physical Vapor Deposition (PVD), Chemical Vapor Deposition (CVD) oder Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) aufgetragen. Es kann jedoch auch ein Sol-Gel Prozess oder eine atmosphärische Plasmabeschichtung angewandt werden.

Vorzugsweise wird die Dünn-Schicht durch eine Diamantschicht verstärkt. Durch die Verstärkung der Siliziumkarbidschicht mittels einer Diamantschicht kann die Standfestigkeit bzw. Standzeit der Elektrode in dem ECM/PECM Prozeß weiter verbessert werden, insbesondere bei hohen Drücken und bei der Anwendung von agressiven chemischen Elektrolyten.

Vorzugsweise wird das mechanische Abtragen mittels Schleifen mit einer Diamantpaste durchgeführt. Durch die Entschichtung beispielsweise durch Schleifen mit einer Diamantpaste kann eine gezielte Entschichtung der Dünnschicht erfolgen, um vorgegebene Abschnitte der Elektrode leitfähig zu machen, während die beschichteten Abschnitte elektrisch isolierend sind.

Vorzugsweise wird eine Elektroden-Frontseite metallisch beschichtet. Eine Standzeit einer elektrisch leitenden Elektrodenfrontseite kann signifikant verlängert werden, wenn diese metallisch beschichtet wird.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Stents durch elektrochemische Bearbeitung geschaffen, wobei eine Elektrode hierfür durch ein Verfahren hergestellt wird, wie es vorstehend beschrieben ist.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Elektrode für eine elektrochemische Bearbeitung von Werksücken geschaffen, die mit einem elektrisch leitenden Graphitsubstrat versehen ist, das teilweise mit einer Dünn- Schicht beschichtet ist und an einem vorgegebenen Abschnitt des Graphitsubstrats nicht beschichtet ist.

Vorzugsweise Elektrode weist das Graphitsubstrat eine Pulverkörnung von etwa kleiner als 50 μηι auf, am besten kleiner als etwa 30 μι ^η . Weiter bevorzugt ist die Dünnschicht, insbesondere die Siliziumkarbid-Schicht, durch eine Diamantschicht verstärkt und/oder eine Elektroden-Frontseite ist metallisch beschichtet.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen und anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Graphitsubstrat mit Nuten in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 2 zeigt das Graphitsubstrat von Fig. 1 nach dem Beschichten mit der Dünnschicht.

Fig. 3 zeigt das Graphitsubstrat von Fig. 2 nach dem Entschichten der Vorderseite.

Fig. 4 zeigt das Graphitsubstrat von Fig. 3 nach dem Beschichten der Vorderseite mit einer Metallschicht.

Fig. 1 zeigt ein Graphitsubstrat 10, in das bereits Nuten 12 beispielsweise mittels Fräsen eingearbeitet sind. Eine nach oben gerichtete Seite des Substrats 10 wird als eine Frontseite 14 bezeichnet, während hierzu im wesentlichen orthogonal gerichtete Seiten 20, 22 als Seitenflächen bezeichnet werden.

Wie des weiteren in Fig. 2 gezeigt ist, wird die Frontseite 14 des Graphitsubstrats 10 beispielsweise mittels physical vapor deposition PVD, chemical vapor deposition CVD, plasma enhanced CVD, einer atmosphärischen Plasmabeschichtung oder mittels eines Sol-Gel Prozesses mit einer Dünnschicht aus Siliziumkarbid, Siliziumnitrid oder einem Keramikwerkstoff, wie beispielsweise Si0 ₂ , Ta0 ₂ , TiO ₂ , Al ₂ 0 ₃ , Ti ₂ 0 ₃₎ beschichtet. Während dieses Beschichtungsprozesses werden die Seitenflächen 20, 22 bedeckt bzw. maskiert, um die Beschichtung lediglich an der Frontseite 14 einschließlich der Nuten 12 aufzutragen.

Als nächster Schritt erfolgt, wie in Fig. 3 gezeigt ist, eine gezielte Entschichtung der Frontseite 14 von der Dünnschicht, um die Frontseite wieder elektrisch leitend zu machen. Demgemäß verbleibt die Dünnschicht lediglich innerhalb den Nuten 12, während die Frontseite 14 entschichtet wird, um an der Frontseite 14 Elektroden 16, 18 zu bilden. In anderen Worten ist die dadurch gebildete Elektrode an den Seiten 16, 18 elektrisch leitend, um entsprechende Elektroden zu bilden, während die Nuten 12 durch die Beschichtung mit der Dünnschicht elektrisch isolierend sind. Durch diese Art der Beschichtung des Graphitsubstrats 10 mit der Dünnschicht 30 innerhalb der Nuten 12 wird ein hohes Aspektverhältnis erzielt. Demgemäß können insbesondere Mikrostrukturen mit sehr hoher Präzision bearbeitet werden.

Wie des weiteren in Fig. 4 gezeigt ist, können die Elektroden 16, 18 zusätzlich mit einer Metallschicht 40 versehen werden, um deren Standfestigkeit bzw. Standzeit weiter zu erhöhen. Vorzugsweise kann auch die Dünnschicht weiter verstärkt werden, indem diese des weiteren mit einer Diamantdünnschicht überzogen wird.

Die somit hergestellte Elektrode findet ihre Anwendung in einem ECM oder PECM Prozeß für eine elektrochemische Bearbeitung insbesondere von Strukturen wie beispielsweise Stents. Aufgrund des hohen Aspektverhältnisses können sehr präzise Mikrostrukturen mit dieser Elektrode geformt werden. Darüber hinaus kann die Elektrode sehr kostengünstig und einfach hergestellt werden, um die gesamten Fertigungskosten zu senken.

Es treten des weiteren aufgrund der Materialwahl eines Graphitsubstrats mit einem Siliziumkarbid im wesentlichen keine mechanischen Spannungen auf und die Standzeit der so gebildeten Elektrode ist sehr hoch. Des weiteren ist diese Elektrode insbesondere bei hohen Drücken und chemischen Elektrolyten sehr widerstandsfähig.

Bezugszeichenliste

10 Graphitsubstrat

12 Nut

14 Frontseite

16 erste Elektrode

18 zweite Elektrode

20 Seitenfläche

22 Seitenfläche

30 Dünn-Schicht

40 Metallschicht