Anwendungen von Mikrokugeln und -Sphäroiden aus

Diamant, CBN oder strukturkeramischen Werkstoffen in der Mikromechanik, Sensor- und Medizinaltechnik, Tribologie und verwandten Gebieten

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Mikromechanik, Mikroelektromechanik, Sensor- und Medizinaltechnik, Tribologie und verwandte Gebiete. Im Zuge fortschreitender Miniaturisierung von bestehenden Produkten in den Submillimeter- und Submikrometerbereich in Analogie zur Mikroelektronik ist die Entwicklung von neuen, miniaturisierten Strukturelementen und Bauteilen ein dringendes Bedürfnis im Hinblick auf den Fortschritt der Forschung in diesen Gebieten wie auch zur Herstellung neuartiger Produkte. Bis heute konnten jedoch viele Schlüsselkomponenten noch nicht entwickelt werden, da geeignete Mikrokugeln aus geeigneten, ultraharten und chemisch inerten Materialien fehlten.

Dank der seit kurzer Zeit bestehenden Verfügbarkeit von kleinsten (Durchmesser 0.01 — 100 μm) Kügelchen und Sphäroiden aus Diamant (cluster diamond) und andern strakturkeramischen Werkstoffen (Metall und Nichtmetall-Oxide, -Nitride, -Karbide, - Silicide, -Boride, Mischkeramiken, wie zum Beispiel Oxinitride und Nitrid-karbide, und Kompositkeramiken, z.B. fasernverstärkte Keramiken), wird der Stand der Technik in diesen Gebieten wesentlich verbessert. Wegen seiner Härte und chemischen Inertheit sind Kugeln und Sphäroide aus Diamant oder kubischem Bornitrid (CBN) optimal geeignet für Anwendungen auf diesen Gebieten, wie kleinste Kugellager, reibungs- und verschleissarme Gleitflächen, Kugel- Ventile, -Hähne, Pumpen, Kolben und Spritzen mit Durchmessern von einigen Mikrometern bis hinunter in den Submikrometerbereich.

Da Mikrobauteile hohen mechanischen, thermischen und chemischen Belastungen ausgesetzt sind, sind harte, dauerhafte, belastbare und chemisch inerte Werkstoffe unabdingbar. Jede Art von Verschleiss würde in diesem Grössenordnungsbereich die Betriebsdauer drastisch verkürzen. Mikrokugellager und -gleitflächen aus Diamant¬ oder CBN-Mikrokugeln (cluster diamond, cluster CBN) und Fassungen aus CVD- Diamant (Chemical Vapour Deposition) oder ähnlichen Materialien erfüllen diese hohen Anforderungen in idealer Weise. Dies gilt auch für andere Anwendungen in der

OR/GINAL UNTERLAGEN

Sensor- und Medizinaltechnik und verwandten Gebieten, z.B. Mikrokugelventile, und - hähne, Mirkopumpen für gasförmige, flüssige oder pulvrige Medien, Mikrokolben und -spritzen.

Ausführungsbeispiel 1

Für die Herstellung von Diamant-Kugellagern im Grössenbereich von einigen Mikrometern bis unterhalb 1 μm werden sphärische Diamantkörner, die beispielsweise durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen (Bsp. Cθ2-Laser induzierte Pyrolyse von C2H4) hergestellt wurden, in Fassungen aus CVD-Diamant, die mit Hilfe eines lithographischen Verfahrens (z.B. Photo-, Röntgen, Elektronenstrahllitliographie) hergestellt wurden, eingesetzt. Analog werden reibungs- und verschleissarme Gleitflächen durch die Kombination von submikrometergrossen, sphärischen Diamantkörnern mit mit CVD-Diamant beschichteten Oberflächen hergestellt.

Ausfuhrungsbeispiel 2

Für die Herstellung von Kugelventilen und -hähnen und Pumpen im Grössenbereich von einigen Mikrometern bis unterhalb 1 μm werden sphärische oder sphäroidische Diamantkörner, die beispielsweise durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen (Bsp. Cθ2-Laser induzierte Pyrolyse von C2H4) hergestellt wurden, in unveränderter oder nachbearbeiteter Form (Bsp. Durchbohrung durch Laserdrilling) in Körper aus strukturkeramischen Werkstoffen oder Diamant eingesetzt.

Ausführungsbeispiel 3

Kolben und Spritzen werden hergestellt, indem Mikroröhrchen mit Durchmessern deutlich unter 1 mm (z.B. die kürzlich entwickelten Kohlenstoff-Nanotubes) mit Mikrokügelchen oder -sphäroiden aus Diamant, kubischem Bornitrid (CBN) oder strukturkeramischen Werkstoffen kombiniert werden. Ultrapräzise Mikrospritzen für Volumina von 1 μl bis hinunter zu 1 al (1 10 ^-18 1) werden erhalten, indem man Mikroröhrchen mit Kolben aus Kugeln oder Sphäroiden kombiniert, die mit Hilfe eines Steppermotors bewegt werden.