Verfahren zur generativen Herstellung von SiC-haltigen Strukturen

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Herstellung von SiC- haltigen Materialien, insbesondere mittels generativer Fertigungsverfahren.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung SiC- haltiger Strukturen, welche durch einen wiederholten und/oder andauernden Energieeintrag durch mindestens eine Strahlungsquelle in ein Precursormaterial erhalten werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer Strahlungsquelle, insbesondere eines Lasers, vorzugsweise eines Laserarrays, zur Herstellung von SiC-haltigen Strukturen.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung SiC-haltige Strukturen, erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Generativen Fertigungsverfahren, auch unter der Bezeichnung additive Fertigung bzw. Additive Manufacturing (AM) bekannt, bezeichnen Verfahren zur schnellen Fertigung von Modellen, Mustern, Werkzeugen und Produkten aus formlosen Materialien, wie beispielsweise Flüssigkeiten, Gelen, Pasten oder Pulvern.

Hierbei werden generative Fertigungsverfahren sowohl zur Herstellung von räumlichen Strukturen und Objekten aus anorganischen Materialien, insbesondere Metallen und Keramiken, als auch aus organischen Materialien verwendet. Speziell zur Herstellung von Strukturen aus anorganischen Materialien werden vorzugsweise hochenergetische Verfahren, wie beispielsweise das selektive Laserschmelzen (SLM), Elektronenstrahlschmelzen oder Auftragsverschweißen verwendet, da die verwendeten Edukte oder Precursor erst bei höherem Energieeintrag reagieren bzw. schmelzen.

Generell ermöglichen generative Fertigungsverfahren eine zeiteffiziente und flexible Fertigung von unter anderem auch hochkomplexen räumlichen Strukturen, welche durch subtraktive Fertigungsverfahren nur schwer zugänglich wären. Die Wirtschaftlichkeit dieser, insbesondere hochenergetischen, Verfahren ist allerdings noch nicht voll für industrielle Anwendungen ausgereift, wobei insbesondere die Fertigung größerer Bauteile und Strukturen bzw. die Produktion umfangreicherer Serien noch Probleme bereitet und teils verhältnismäßig viel Zeit in Anspruch nimmt. Dies trifft insbesondere für die Verarbeitung anorganischer, insbesondere keramischer, Materialien zu, wohingegen die Entwicklungen im Bereich der generativen Fertigung von kunststoffbasierten Strukturen schon sehr viel weiter vorangeschritten sind, insbesondere im Hinblick auf die industrielle Eignung, beispielsweise in Form wirtschaftlich durchführbarer Serienproduktionen.

Dies liegt unter anderem darin, begründet, dass die Herstellung von Strukturen bzw. Bauteilen aus anorganischen Materialien eine Reihe von besonderen Herausforderungen sowohl an die Edukt- als auch die Produktmaterialien stellt: so müssen die Edukte unter der Einwirkung von Energie in einer speziell vorgegebenen Weise reagieren, wobei insbesondere störende Nebenreaktionen ausgeschlossen sein müssen. Darüber hinaus darf beispielsweise im Zuge des Energieeintrags keine Entmischung bzw. Phasenseparierung im Eduktmaterial sowie keine Zersetzung der erzeugten Produkte eintreten. Daher wird im Rahmen herkömmlicher 3D-Druckverfah- ren, wie beispielsweise der Fused Filament Fabrication, zur Herstellung von dreidimensionalen Strukturen aus anorganischen, insbesondere keramischen, Materialien oftmals zunächst ein Grünkörper in der gewünschten Form erstellt und dieser anschließend erst durch einen Sinterschritt zum gewünschten Material umgesetzt. Diese Verfahrensweise ist jedoch sehr energieaufwändig und langwierig.

Ein für mechanisch stark belastete Strukturen bzw. Bauteile wie auch für Halbleiteranwendungen äußerst interessantes und vielfältig einsetzbares Material ist Silici- umcarbid, auch Karborund genannt. Siliciumcarbid, mit der chemischen Formel SiC, besitzt eine äußerst hohe Härte sowie einen hohen Sublimationspunkt. Es wird daher beispielsweise häufig als Schleifmittel oder als Isolator in Hochtemperaturreaktoren eingesetzt.

Siliciumcarbid geht darüber hinaus mit einer Vielzahl von Elementen und Verbindungen Legierungen bzw. legierungsähnliche Verbindungen ein, welche eine Vielzahl von vorteilhaften Werkstoffeigenschaften besitzen, wie zum Beispiel eine hohe Härte, hohe Beständigkeit, ein geringes Gewicht sowie eine geringe Oxidationsempfindlichkeit, selbst bei hohen Temperaturen.

SiC-haltige Materialien sind üblicherweise durch Sinterverfahren aus Edukten bzw. Eduktmischung zugänglich, welche SiC-Partikel enthalten. Jedoch werden hierbei relativ poröse Körper erhalten, welche dementsprechend nur für eine begrenzte Anzahl von Anwendungsfeldern geeignet sind.

Die Eigenschaften des über herkömmliche Sinterverfahren hergestellten porösen SiC-Materials entsprechen zudem nicht denen von kompaktem Kristallinsiliciumcar- bid, so dass die generell vorteilhaften Eigenschaften von Siliciumcarbid nicht in vollem Umfang ausgeschöpft werden können.

Zusätzlich bleibt beachtlich, dass Siliciumcarbid bei hohen Temperaturen - in Abhängigkeit vom jeweiligen Kristalltyp - im Bereich zwischen 2.300 und 2.700 °C nicht etwa schmilzt, sondern sublimiert. Das heißt, dass Siliciumcarbid direkt vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht. Siliciumcarbid ist daher als Ausgangsmaterial in hochenergetischen Verfahren zur effizienten Erzeugung entsprechender anorganisch basierter Strukturen bzw. Körper, nicht bzw. nur sehr eingeschränkt geeignet.

Aufgrund der vielseitigen Einsetzbarkeit von Siliciumcarbid und der Vielzahl an positiven Anwendungseigenschaften sind Ansätze, die diesen Nachteil überwinden, und diesbezügliche Versuche, SiC-haltige Strukturen mittels generativer Fertigungsverfahren zu erzeugen, von großem Interesse.

Eine effiziente Möglichkeit, siliciumcarbidhaltige Materialien oder Körper herzustellen, besteht in der Verwendung geeigneter Precursorverbindungen bzw. -materia- lien, welche unter Energieeinwirkung zu Siliciumcarbid bzw. SiC-haltigen Materialien reagieren.

So beschreibt die DE 10 2015 100 062 A1 ein Verfahren zur Herstellung von SiC- haltigen Materialien, insbesondere SiC-Kristallen oder -Fasern, welche durch Abscheidung aus der Gasphase gewonnen werden. Als Ausgangsmaterial wird dazu ein Precursorgranulat verwendet, welches durch ein Sol-Gel-Verfahren erhalten und anschließend einer thermischen Behandlung bei über 1.000 °C unterzogen wird.

Es sind darüber hinaus auch additive Fertigungsverfahren zur direkten Herstellung von SiC-haltigen Objekten aus geeigneten Precursormaterialien bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2015 105 085 A1 , der DE 10 2017 110 362 A1 , der DE 10 2017 110 361 A1 oder auch der DE 10 2019 121 062.3. Die DE 102015 105 085 A1 beschreibt etwa ein Verfahren zur Herstellung von Körpern aus SiC-Kristallen, wobei das Siliciumcarbid insbesondere durch Laserbestrahlung von aus geeigneten Kohlenstoff- und Silicium-Quellen gebildeten Precursormaterialien gewonnen wird. Unter Einwirkung des Laserstrahls zersetzen sich die Precursormaterialien selektiv und es wird Siliciumcarbid gebildet, ohne dass Sublimationsprozesse auftreten.

Allerdings ist die reproduzierbare Darstellung des Precursormaterials gemäß der DE 10 2015 105 085 A1 , welches über ein Sol-Gel-Verfahren gewonnen wird, langwierig und aufwendig. Hierbei ist zunächst das Altern der eingesetzten Verbindungen von einem Sol zu einem Gel sehr zeitaufwendig. Darüber hinaus weist das aus dem Sol-Gel-Verfahren durch einfaches Trocknen erhaltene Produkt wechselnde Zusammensetzungen auf, da unter anderem notwendigerweise verwendete Lösungsmittel und Säuren zum Teil im getrockneten Produkt verbleiben. Diese Rückstände neigen insbesondere bei höheren Trocknungstemperaturen und im Zuge der thermischen Nachbehandlung zu Nebenreaktionen. Vorzugsweise wird daher eine reduktive thermische Behandlung des Precursormaterials bei hohen Temperaturen durchgeführt, um die Überführung in eine stabile und reproduzierbare Precursormaterialform zu bewirken.

Demgegenüber beschreibt die DE 102019 121 062.3 ein optimiertes Verfahren, das es erlaubt, reproduzierbar ein definiertes, gleichmäßig zusammengesetztes SiC- Precursorgranulat zu erhalten, indem die einzelnen Komponenten bzw. Edukte der Granulatzusammensetzung zunächst in einer vorzugsweise kolloidalen Lösung oder Dispersion homogenisiert bzw. gelöst werden. Anschließend folgt das rasche Entfernen des Löse- oder Dispersionsmittels, da es sich zeigte, dass eine Alterung der kolloidalen Lösung zu einem Gel, so wie in der DE 102015 105085 A1 beschrieben, nicht notwendig ist.

Ebenso kann im Rahmen des Verfahrens gemäß der DE 10 2019 121 062.3 auf die aufwendige thermische Behandlung bei Temperaturen von über 1.000 °C verzichtet und auf diese Weise eine deutliche Zeit- und Energieeinsparung erreicht werden. Dies impliziert gleichsam auch eine deutliche Reduktion der Kosten für die Herstellung eines SiC-Precursorgranulats.

Die DE 10 2017 110 362 A1 bzw. WO 2018/206645 A1 betrifft die Herstellung SiC- haltiger Objekte, insbesondere aus Siliciumcarbidlegierungen, ausgehend von pulverförmigen Precursormaterialien mittels der sogenannten Selektiven Synthetischen Kristallisation.

Die Selektive Synthetische Kristallisation betrifft im Detail hochenergetische Verfahren zur Erzeugung von Siliciumcarbid und Siliciumcarbidlegierungen, vorzugsweise mittels additiver Fertigung. Unter die Selektive Synthetische Kristallisation fallen Verfahren, welche an das Laserauftragsschweißen, wie z.B. beschrieben in der DE 10 2018 128 434.9, das Selektive Laserschmelzen, wie z.B. beschrieben in der DE 10 2017 110 362 A1 bzw. WO 2018/206645 A1 , oder das Inkjet-Printing-Verfah- ren, wie beispielsweise aus der DE 10 2017 110 361 A1 bzw. WO 2018/206643 A1 bekannt, angelehnt sind und bei welchen durch einen gezielten Energieeintrag, insbesondere einen ortsselektiven Energieeintrag, aus einem SiC-Precursormaterial sukzessive ein SiC-haltiges Objekt erzeugt wird.

All diesen Verfahren ist dabei gemein, dass der Energieeintrag in das bereitgestellte Material, insbesondere das SiC-Precursormaterial, durch eine hochenergetische Strahlungsquelle erfolgt. Häufig werden hierfür Laser wie CO2-Laser, Nd:YAG-Laser oder Faserlaser eingesetzt. Diese Strahlungsquellen erreichen die notwendigen Leistungen, um einen ausreichend hohen Energieeintrag in das Precursormaterial zu induzieren, sodass die Bildung von Siliciumcarbid erfolgen kann.

Allerdings handelt es sich bei den genannten Laservarianten jeweils um lediglich einzeln verwendbare Strahlungsquellen. Dies ist dadurch bedingt, dass CO2-Laser, Nd:YAG-Laser oder Faserlaser nicht bzw. nur schlecht in Gruppen angeordnet werden können, da bspw. eine effiziente Wärmeableitung im laufenden, kombinierten sowie konzertierten Betrieb der Laser kaum realisierbar ist.

Damit sind generative Fertigungsverfahren wie die Selektive Synthetische Kristallisation, das Laserauftragsschweißen oder auch das Selektive Laserschmelzen im Hinblick auf die Geschwindigkeit, mit der eine räumliche Struktur aufgebaut werden kann, stark limitiert, denn es kann zu einem bestimmten Zeitpunkt stets nur ein bestimmter, örtlich streng begrenzter Bereich mit dem Laser bearbeitet werden.

Im Ergebnis ist daher die Herstellung großer sowie auch strukturell komplexer Bauteile und Strukturen, insbesondere in Serie, nach wie vor unverhältnismäßig zeitaufwändig. Diese Tatsache schmälert in der Konsequenz maßgeblich die industrielle Anwendbarkeit generativer Fertigungsverfahren, da lange Herstellungszeiten für industrielle Produktionen letztlich wenig akzeptabel, weil unwirtschaftlich und kos- tenineffizient, sind.

Es mangelt im Stand der Technik also weiterhin an effizienten generativen Herstellungsverfahren, insbesondere für räumliche Strukturen, die Siliciumcarbid enthalten und/oder hieraus bestehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die zuvor genannten, mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile auszuräumen, diese zumindest jedoch abzuschwächen.

Insbesondere ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, ein Verfahren zur Herstellung von SiC-haltigen Strukturen bereitzustellen, welches eine Verbesserung und Steigerung der Effizienz gegenüber den bisherigen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren darstellt.

Eine diesbezügliche weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, ein Herstellungsverfahren fürSiC-haltige Strukturen bereitzustellen, das kürzere Fertigungszeiten gestattet sowie zusätzlich als energiesparend im Vergleich zu bekannten Verfahren des Standes der Technik eingestuft werden kann und sich somit für den Einsatz in industriellen Produktionen, insbesondere Serienproduktionen, eignet.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von SiC-haltigen Strukturen nach Anspruch 1 ; weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspektes sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche.

Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung einer Strahlungsquelle, insbesondere eines Lasers, zur Herstellung von SiC-haltigen Strukturen nach Anspruch 17.

Schließlich ist wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine SiC-haltige Struktur nach Anspruch 18.

Es versteht sich von selbst, dass im Folgenden genannte besondere Ausgestaltungen, insbesondere besondere Ausführungsformen oder dergleichen, welche nur im Zusammenhang mit einem Erfindungsaspekt beschrieben sind, auch in Bezug auf die anderen Erfindungsaspekte entsprechend gelten, ohne dass dies einer ausdrücklichen Erwähnung bedarf.

Weiterhin ist bei allen nachstehend genannten relativen bzw. prozentualen, insbesondere gewichtsbezogenen Mengenangaben zu beachten, dass diese im Rahmen der vorliegenden Erfindung vom Fachmann derart auszuwählen sind, dass in der Summe der Inhaltsstoffe, Zusatz- bzw. Hilfsstoffe oder dergleichen stets 100 Prozent bzw. 100 Gew.-% resultieren. Dies versteht sich für den Fachmann aber von selbst.

Zudem gilt, dass alle im Folgenden genannten Parameterangaben oder dergleichen grundsätzlich mit genormten oder explizit angegebenen Bestimmungsverfahren oder aber mit dem Fachmann an sich geläufigen Bestimmungsmethoden bestimmt bzw. ermittelt werden können.

Dies vorausgeschickt, wird nachfolgend der Gegenstand der vorliegenden Erfindung näher erläutert.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem e r s t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist Verfahren zur Herstellung von SiC-haltigen Strukturen, wobei durch einen wiederholten und/oder andauernden Energieeintrag durch mindestens eine Strahlungsquelle ein Precursormaterial, enthaltend mindestens eine Silicium-Quelle und mindestens eine Kohlenstoff-Quelle, zu einem SiC-haltigen Material umgesetzt wird.

Denn, wie die Anmelderin überraschenderweise herausgefunden hat, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine deutliche Steigerung der Verfahrenseffizienz sowie insbesondere der Fertigungsgeschwindigkeit, mit der eine SiC-haltige Struktur erhalten werden kann.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können besonders hohe Fertigungsgeschwindigkeiten erreicht werden, da im Gegensatz zu den üblicherweise im Rahmen generativer Fertigungsverfahren verwendeten Strahlungsquellen, insbesondere Lasern, im Rahmen der vorliegenden Erfindung Strahlungsquellen eingesetzt werden, die gruppiert bzw. kombiniert werden können, sodass ein konzertiertes zeitspezifisches sowie ortsselektives Bestrahlen und Umsetzten eines Precursormaterials, vorzugsweise bereitgestellt in Form eines Materialbettes, zu SiC-haltigen Strukturen möglich wird.

Unter einer Strahlungsquelle wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Bestrahlungseinrichtung verstanden, welche elektromagnetische Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, emittiert. Die Strahlungsquelle bzw. Bestrahlungseinrichtung kann neben den Mitteln zur Erzeugung der Strahlung, insbesondere den eigentlichen Strahlern, vorzugsweise Lasern, weitere Mittel und Einrichtungen aufweisen, wie beispielsweise Ablenkmittel zur Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere Spiegelanordnungen, Lichtwellenleiter, Linsen etc. aufweisen, welche eine Fokussierung und lokale Begrenzung des Wirkbereichs der elektromagnetischen Strahlung ermöglichen.

Die eingesetzte Strahlungsquelle weist bevorzugt eine Mehrzahl bzw. eine Vielzahl von Einzelstrahlern auf, die dementsprechend jeweils einzeln einen vordefinierten Bereich eines Materialbettes über eine vorgegebene Zeitdauer in Abstimmung aufeinander individuell bestrahlen können, sodass die Gesamtheit aller Einzelstrahler im Vergleich zu einem einzelnen Strahler in deutlich kürzerer Zeit alle zu bestrahlenden Bereiche des Materialbettes abdecken können.

Damit kann im Rahmen der generativen Fertigung der SiC-haltigen Struktur bereits auch pro SiC-Precursormateriallage bzw. -Schicht eine deutliche Zeitersparnis erreicht werden, da die Bereiche einer Lage bzw. Schicht, in denen das Precursormaterial in Siliciumcarbid umgewandelt werden soll, nicht mehr einzeln von einem Laser linear über die Zeit abgefahren werden müssen, sondern zeitlich parallel über eine spezifische Dauer ortsselektiv bestrahlt werden können. Auf eine räumliche Struktur bezogen, addiert sich diese Zeitersparnis je Schicht sukzessive auf, sodass schließlich in viel kürzerer Zeit als bisher eine SiC-haltige räumliche Struktur erhalten werden kann.

Darüber hinaus ist es ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Einzelstrahler, insbesondere Laserdioden, welche für die Erzeugung SiC- haltiger Strukturen eingesetzt werden können, einzeln viel geringere Leistungen aufweisen und gleichsam insgesamt so angeordnet und gruppiert sind, das im Zuge der Bestrahlung des SiC-Precursormaterials Energieeinträge und Temperaturen in diesem erzeugt werden, wie sie für die Bildung von Siliciumcarbid Voraussetzung sind. Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäß eingesetzten Strahlungsquellen dadurch aus, dass sie einen kleinen Fokus aufweisen, sodass der Energieeintrag lokal begrenzt, das heißt besonders selektiv, ausfällt. Auf diese Weise kann eine besonders hohe Druckpräzision erreicht werden und insbesondere auch filigrane räumliche Strukturen werden noch gut aufgelöst. Somit erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren einen verbesserten Zugang auch zu kleinteilig ausgebildeten SiC- haltigen Formstrukturen, und dies innerhalb einer kürzeren Zeit, als es mit vergleichbaren Verfahren des Standes der Technik erreicht werden könnte.

Des Weiteren zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch eine hohe Flexibilität im Hinblick auf verwendbare Precursormaterialien aus. Insbesondere kann das Fierstellungsverfahren für SiC-haltige Strukturen nach der vorliegenden Erfindung sowohl mit festen als auch flüssigen Precursormaterialmischungen durchgeführt werden, d.h. sowohl SiC-Precursorpulver als auch SiC-Precursordispersionen können problemlos verwendet und in effizienter Weise zu SiC-haltigen Strukturen umgesetzt und aufgebaut werden. Dieser Aspekt illustriert neben der besonderen Flexibilität auch eindrucksvoll die ausgeprägte Anwenderfreundlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich sowohl dreidimensionale Objekte als auch Flalbleiterstrukturen aus SiC-haltigen Materialien erhalten, wie nachfolgend noch ausgeführt wird.

Einen weiteren Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fierstellung von SiC- haltigen Strukturen bildet die Möglichkeit, das Verfahren auf solchen Vorrichtungen, insbesondere Druckbett-basierten generativen Fertigungsvorrichtungen, durchzuführen, die üblicherweise für die Verarbeitung von Kunststoffen zu räumlichen Strukturen vorgesehen sind. Dies wird möglich, da im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere auch solche niederenergetischen Strahlungsquellen eingesetzt werden können, wie sie bisher nur im Bereich der additiven Fertigung von Kunststoffen verwendet werden.

Denn, es wurde überraschend durch die Anmelderin festgestellt, dass im Rahmen der erfindungsgemäßen Fierstellung von SiC-haltigen Strukturen weniger Energie benötigt wird, als bisher angenommen, d.h. die eingesetzten Precursormaterialien können erfindungsgemäß trotz einer an und für sich geringeren Energieeinstrahlung zuverlässig zersetzt werden. Hierbei ist die wirksame Zersetzung des Precursormaterials maßgeblich für die Herstellung von SiC-haltigen Materialen, da die SiC-Bildung schließlich durch Rekombination der erzeugten Precursormaterialfragmente in und aus der Gasphase erfolgt. Diese Prozesse wurden bislang nur mittels hochenergetischer Strahlungsquellen ausgelöst. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von SiC-haltigen Strukturen wird diese Limitierung nunmehr überwunden.

Es ist also ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass durch einen wiederholten und/oder andauernden Energieeintrag, insbesondere durch Bestrahlen des Precursormaterials, vorzugsweise mit einem Laserarray aus insbesondere niederenergetischen Einzelstrahlern wie beispielsweise Diodenlasern, die Temperatur im Precursormaterial so erhöht werden kann, dass eine Zersetzung des Precursormaterials sowie die Rekombination der erzeugten Precursormaterialfragmente zu kristallinem SiC-haltigem Material trotz eines an und für sich geringen Energieeintrags verlässlich und effizient erreicht werden kann.

Daraus ergibt sich weiterhin eine besondere Prozesserleichterung, da sich Diodenlaser, wie bspw. VCSEL-Diodenlaser, unter anderem durch ihre kompakte Bauweise, hohe Lebensdauer sowie geringe Leistungsdegradation auszeichnen.

In diesem Zusammenhang wurde außerdem überraschend beobachtet, dass die Kristallinität und Kompaktheit des SiC-haltigen Materials in besonderer Weise gesteigertwerden kann, wenn die Temperatur an den bestrahlten Stellen auch über die Zersetzung des Precursormaterials hinaus, d.h. während der Rekombination und Abscheidung des SiC-haltigen Materials, erhöht bleibt, insbesondere durch direkte Bestrahlung mit niederenergetischer Strahlung oder durch Bestrahlung unmittelbar angrenzender Regionen.

Im Allgemeinen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter Siliciumcarbid bzw. einer SiC-haltigen Verbindung, insbesondere einem SiC-haltigen Material, eine binäre, ternäre oder quaternäre anorganische Verbindung, deren Summenformel Silicium und Kohlenstoff enthält, verstanden. Insbesondere enthält eine SiC-haltige Verbindung keinen molekular gebundenen Kohlenstoff, wie beispielsweise im Falle von Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid, sondern der Kohlenstoff liegt in der SiC-haltigen Verbindung vielmehr in Form einer Festkörperstruktur vor. Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Verbindung unter einer SiC-halti- gen Struktur eine zwei- oder dreidimensionale Struktur verstanden. Die zweidimensionalen Strukturen zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich nahezu ausschließlich nur in zwei Raumrichtungen, d.h. in einer Ebene, erstrecken, während die Ausdehnung in der dritten Raumrichtung gegenüber der Erstreckung in die beiden anderen Raumrichtungen zu vernachlässigen ist. Derartige zweidimensionale Strukturen eignen sich insbesondere zur Anwendung in der Halbleitertechnik und werden oftmals durch dotierte Siliciumcarbide gebildet.

Weiterhin von Interesse sind aber auch feinstrukturierte dreidimensionale Halbleiterkomponenten aus massivem Silicumcarbid, welche ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zugänglich sind. Bei den dreidimensionalen Strukturen handelt es sich insbesondere um dreidimensionale Objekte bzw. Körper, welche im Allgemeinen aus SiC-haltigem Material, insbesondere Hochleistungskeramiken bzw. Silici- umcarbidlegierungen, bestehen.

Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem Precursormaterial eine chemische Verbindung oder eine Mischung chemischer Verbindungen verstanden, welche durch chemische Reaktion und/oder unter Einwirkung von Energie zu einer oder mehreren Zielverbindungen reagieren können.

Unter einer in einem Precursormaterial enthaltenen Silicium-Quelle sowie Kohlenstoff-Quelle werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine bzw. mehrere chemische Verbindungen verstanden, die Kohlenstoff und Silicium aufweisen, wobei die einzelnen Verbindungen Kohlenstoff und/oder Silicium aufweisen können. Vorzugsweise eignen sich Verbindungen, welche Kohlenstoff und Silicium aufweisen, als entsprechende Silicium- bzw. Kohlenstoff-Quellen in erfindungsgemäßen Precursormaterialien für die herzustellende SiC-haltige Zielverbindung.

Was nun den Aspekt des Energieeintrags anbelangt, so kann dieser im Allgemeinen auf einer Vielzahl von Wegen erfolgen. Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch bevorzugt bewährt, wenn der Energieeintrag durch elektromagnetische Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, erfolgt.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Energieeintrag örtlich und/oder zeitlich begrenzt, insbesondere örtlich und zeitlich begrenzt, erfolgt. Besonders gute Ergebnisse können im Rahmen der vorliegenden Erfindung erhalten werden, wenn der Energieeintrag ortsselektiv zeitspezifisch begrenzt erfolgt.

Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem ortsselektiven zeitspezifischen Energieeintrag verstanden, dass an einem gezielt ausgewählten Ort, welcher insbesondere räumlich eng begrenzt ist, zu einem konkreten, vorab determinierten Zeitpunkt über eine bestimmte, vorab festgelegte Zeitdauer der Eintrag von Energie in das Precursormaterial erfolgt. Dies bedeutet insbesondere, dass beispielsweise in zwei unterschiedliche, insbesondere räumlich eng begrenzte, Orte, individuell zu gegebener Zeit über eine jeweils vorgegebene Dauer Energie eingetragen werden kann. Im Rahmen bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann so durch eine Mehrzahl bzw. Vielzahl von Strahlungsquellen parallel nebeneinander der Energieeintrag in das Material erfolgen, so dass eine Vielzahl bzw. Mehrzahl von, insbesondere räumlich eng begrenzten, Orten, beispielsweise in Form von Pixeln, individuell variabel bestrahlt werden können.

Des Weiteren hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn der Energieeintrag einen Wirkbereich von weniger als 750 pm, insbesondere von weniger als 500 pm, vorzugsweise von weniger als 300 pm, bevorzugt von weniger als 150 pm aufweist.

Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Wirkbereich, den der Energieeintrag hat, der kleinste Bereich der gleichzeitigen Strahlungseinwirkung im bestrahlten Material verstanden. Dies entspricht bei Laserstrahlen insbesondere dem Querschnitt bzw. Durchmesser des Laserstrahls bei Auftreffen auf das Material bzw. der sich bei der Verwendung von Masken ergebenden geringsten Ausdehnung der Strahlung auf den Materialpunkt. Je größer der Bereich ist, welcher mindestens von dem Energieeintrag erfasst wird, umso geringer ist die Auflösung des Energieeintrags.

Wiederrum weiter bevorzugt wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn der Energieeintrag einen Wirkbereich von 0,1 bis 750 pm, insbesondere 0,2 bis 500 pm, vorzugsweise 0,5 bis 300 pm, bevorzugt 1 bis 150 pm aufweist.

Darüber hinaus hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn der Energieeintrag einen Temperaturanstieg, insbesondere einen örtlich und/oder zeitlich begrenzten Temperaturanstieg, vorzugsweise einen örtlich und zeitlich begrenzten Temperaturanstieg, bewirkt. Ganz besonders gute Ergebnisse werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung beobachtet, wenn der Energieeintrag einen ortsselektiv zeitspezifisch begrenzten Temperaturanstieg bewirkt.

Gemäß einerweiter bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es dabei vorgesehen sein, dass der Energieeintrag einen Temperaturanstieg auf Temperaturen im Bereich von mehr als 1.000 °C, insbesondere mehr als 1.400 °C, vorzugsweise mehr als 1.600 °C, bewirkt.

Gleichsam kann es im Rahmen dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Energieeintrag einen Temperaturanstieg auf Temperaturen im Bereich von 1.300 bis 2.200 °C, insbesondere 1.700 bis 2.000 °C, vorzugsweise 1.700 bis 1.900 °C, bewirkt.

Was nun die erfindungsgemäß verwendete Strahlungsquelle anbelangt, so kann diese einen dem Fachmann an und für sich bekannten Aufbau aufweisen. So kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle durch eine einzelne Strahlungsquelle, insbesondere einen Einzelstrahl-Laser, gebildet wird. Für diesen Fall hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn der Energieeintrag in das Precursormaterial wiederholt, insbesondere gepulst, erfolgt. Dementsprechend kann der Einzelstrahl-Laser gemäß dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise als Pulslaser, insbesondere als Kurzpulslaser, vorzugsweise als Ultrakurzpulslaser, ausgebildet sein.

Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch vorzugsweise bewährt, wenn die Strahlungsquelle eine Mehrzahl von, insbesondere mehr als 20, vorzugsweise mehr als 50, bevorzugt mehr als 100, Einzelstrahlern, insbesondere Einzelemittern, aufweist, insbesondere hieraus gebildet wird.

Auch hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft bewährt, wenn die Strahlungsquelle ein Laser, insbesondere ein Diodenlaser, vorzugsweise eine Gruppierung mehrerer Diodenlaser, bevorzugt ein Laserarray, weiter bevorzugt ein VCSEL-Laserarray, ist.

In diesem Zusammenhang wird unter einer Gruppierung mehrerer Diodenlaser im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine solche Anordnungen von Diodenlasern verstanden, bei der eine Mehrzahl bzw. Vielzahl einzelner Diodenlaser bzw. Laserdioden elektrisch und/oder optisch, insbesondere elektrisch und optisch, zusammengefasst bzw. -geschaltet sind. Derartige Gruppierungen werden häufig auch als Barren bzw. Laser-Bars oder auch Laserbarren bezeichnet und auf einem streifenförmigen Chip, aufweisend die Diodenlaser, bereitgestellt. Die gruppierten Diodenlaser werden in der Regel elektrisch parallel betrieben und auf einer Wärmesenke montiert.

Dementsprechend kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung also vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle als Laser-Bar bzw. Laserbarren ausgebildet ist.

Im Rahmen einer alternativen, jedoch gleichfalls bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es gleichermaßen vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle eine Kombination mindestens eines Einzelstrahlers mit mindestens einem Lichtwellenleiter, insbesondere Glasfaserkabel, und/oder mindestens einer Linse autweist. Insbesondere bewährt hat es sich im Rahmen dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn die Strahlungsquelle eine Kombination einer Mehrzahl von Einzelstrahlern mit einer Mehrzahl, insbesondere einem Bündel, von Lichtwellenleitern, insbesondere Glasfaserkabeln, und/oder einer Mehrzahl von Linsen aufweist. Hierbei ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Strahlungsquelle sowohl Lichtwellenleiter, insbesondere Glasfaserkabel, als auch mindestens eine Linse aufweist.

Gemäß dieser alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass zumindest ein Teil der Strahlungsquelle, nämlich die Mittel zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung, insbesondre die Strahler, separat, d.h. vom Druckbett bzw. -bereich örtlich unabhängig, und insbesondere auch feststehend angeordnet sind. Die Kombination der Mittel zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung, d.h. insbesondere des Einzelstrahl-Lasers oder aber auch der Gruppierung von Einzelstrahlern bzw. insbesondere Einzelemittern, vorzugsweise Diodenlasern, mit dem mindestens einen Lichtwellenleiter, insbesondere Glasfaserkabel, bzw. der Mehrzahl von Lichtwellenleitern, insbesondere Glasfaserkabeln, ermöglicht es dann, dass Laserstrahlen zu einem beweglichen Belichtungsmittel, dass vorzugsweise die mindestens eine Linse, bzw. insbesondere eine Mehrzahl von Linsen, aufweist, geführt werden. Die Linse bzw. Linsen wiederum erlauben die Ablenkung bzw. Fokussierung von Laserstrahlen, sodass im Ergebnis auch gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Energieeintrag örtlich und/oder zeitlich begrenzt, insbesondere örtlich und zeitlich begrenzt, vorzugsweise ortsselektiv zeitspezifisch begrenzt, erfolgt.

Ein Vorteil dieser alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht dabei darin, dass eine insbesondere Pixel-weise Fokussierung der Laserstrahlen möglich ist, ohne dass dazu die Strahlungsquelle, insbesondere die Gruppierung der Einzelstrahler bzw. insbesondere Einzelemitter, vorzugsweise Diodenlaser, in Form dieser Pixel angeordnet werden muss, d.h. der Abstand zwischen den Einzelstrahlern kann größer sein als der Bereich eines Pixels. Außerdem kann durch diese Anordnung insbesondere auch eine optimierte Gewichtsverteilung der Strahlungsquelle erreicht werden.

Weiterhin wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, wenn die Strahlungsquelle, insbesondere die Einzelstrahler, Leistungen von weniger als 7 W, insbesondere weniger als 5 W, vorzugsweise weniger als 4 W, bevorzugt weniger als 3 W, aufweisen. Dies bedeutet, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise niederenergetische Strahlungsquellen eingesetzt werden, welche gleichermaßen auch energiesparend sind im Vergleich zu den in vergleichbaren Fertigungsverfahren herkömmlich verwendeten hochenergetischen Strahlungsquellen.

Weiterhin wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, wenn die Strahlungsquelle, insbesondere die Einzelstrahler, Strahlung mit einem Wirkbereich von weniger als 500 pm, insbesondere von weniger als 300 gm, vorzugsweise von weniger als 200 pm, bevorzugt von weniger als 150 pm, emittieren. Gleichermaßen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Strahlungsquelle, insbesondere die Einzelstrahler, Strahlung mit einem Wirkbereich von 0,1 bis 500 pm, insbesondere 0,2 bis 300 pm, vorzugsweise 0,3 bis 200 pm, bevorzugt 0,5 bis 150 pm, emittieren.

Es hat sich für das erfindungsgemäße Verfahren also insbesondere als Vorteil erwiesen, solche Strahlungsquellen bzw. insbesondere Einzelstrahler zu verwenden, die innerhalb eines sehr engen Fokus Strahlung emittieren. Somit kombiniert die vorliegende Erfindung in idealer Weise die vorzugsweise Verwendung von niederenergetischen sowie gleichsam besonders scharf fokussierenden Strahlungsquellen, insbesondere in Form von Gruppierungen entsprechender Einzelstrahler, wie beispielsweise in Laserarrays. Somit kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine besonders hohe Auflösung bei der Fertigung einer SiC-haltigen Struktur erreicht werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich gemäß einerweiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bewährt, wenn zur Herstellung von SiC-haltigen Strukturen

(a) ein Precursormaterial, enthaltend mindestens eine Silicium-Quelle und mindestens eine Kohlenstoff-Quelle, in Form einer Lage, insbesondere einer Schicht, bereitgestellt wird, und

(b) durch einen wiederholten und/oder andauernden Energieeintrag durch mindestens eine Strahlungsquelle zumindest bereichsweise zu einem SiC-haltigen Material umgesetzt wird, wobei die Verfahrensschritte (a) und (b) so oft wiederholt werden, dass eine SiC- haltige Struktur erhalten wird.

Hierbei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einer Lage bzw. insbesondere einer Schicht des Precursormaterials, enthaltend mindestens eine Silicium- Quelle und mindestens eine Kohlenstoff-Quelle, eine Verteilung dieses Materials in einer gewissen Dicke auf einer Ebene, insbesondere einer Schnittebene durch die herzustellende Struktur, verstanden. Die Ebene kann dabei vollständig mit dem Precursormaterial bedeckt sein. Gleichermaßen kann es alternativ auch vorgesehen sein, dass die Ebene nicht vollständig mit dem Material bedeckt ist, sondern vielmehr nur bestimmte Bereiche der Ebene.

In jedem dieser beiden Fälle wird durch den Auftrag des Precursormaterials als Lage, insbesondere Schicht, in Form der beschriebenen Ebenen, insbesondere Schnittebenen durch die herzustellende Struktur, gleichermaßen letztlich die Struktur so definiert, dass insgesamt ein schichtweiser Aufbau der SiC-haltigen Struktur resultiert.

Weiterhin wird unter einer zumindest bereichsweisen Umsetzung des Precursormaterials zu einem SiC-haltigen Material in Rahmen der Erfindung verstanden, dass der dazu erforderliche Energieeintrag örtlich und/oder zeitlich begrenzt, insbesondere örtlich und zeitlich begrenzt, vorzugsweise ortsselektiv zeitspezifisch begrenzt, durch die mindestens eine Strahlungsquelle erfolgen kann. So wird es möglich, dass nicht alle Bereiche der Ebene, insbesondere der Schnittebene durch die herzustellende Struktur, in der das Precursormaterial als Lage, insbesondere Schicht, bereitgestellt wird, gleichermaßen bestrahlt werden. Stattdessen wird ein orts- und zeitaufgelöster Energieeintrag durch die mindestens eine Strahlungsquelle möglich, sodass nur spezielle, vorbestimmte Bereiche der Ebene, insbesondere der Schnittebene durch die herzustellende Struktur, in der das Precursormaterial als Lage, insbesondere Schicht, bereitgestellt ist, zursiliciumcarbidhaltigen Struktur umgesetzt werden. Hierbei kann es insbesondere für den Fall, dass nicht alle Bereiche der Ebene vollständig mit dem Precursormaterial bedeckt sind, bevorzugt sein, nur die Bereiche, in denen das Precursormaterial als Lage, insbesondere Schicht, vorliegt, zu bestrahlten.

Darüber hinaus kann es gleichfalls vorgesehen sein, dass unterschiedliche Precursormaterialien in unterschiedlichen Bereichen der Ebene verwendet werden. Dies erlaubt insbesondere die Herstellung von Leiterbahnen oder allgemein von Halbleiterelektronik aus und in SiC-haltigen Materialen, wobei die Bereitstellung der unterschiedlichen Precursormaterialien in der Ebene vorzugsweise durch Druckauftrag, insbesondere mittels Inkjet-Verfahren, erfolgt. Durch diese Möglichkeit, in einem Druck mehrere, unterschiedliche Precursormaterialien verwenden zu können, kann das erfindungsgemäße Verfahren also insbesondere auch als Multi-Material-Druck- verfahren, vorzugsweise in Form eines Inkjet-Verfahrens, ausgestaltet sein. In diesem Zusammenhang kann die Bereitstellung einer Lage bzw. Schicht des Precursormaterials vorzugsweise auch derart erfolgen, dass mehrere unterschiedliche Precursormaterialien gleichzeitig in Form einer Lage bzw. Schicht bereitgestellt werden, insbesondere mittels Druckverfahren, vorzugsweise mittels Inkjet-Verfahren.

Was nun die Beschaffenheit sowie Zusammensetzung des Precursormaterials im Allgemeinen betrifft, so kann diese in weiten Bereichen und je nach beabsichtigter Beschaffenheit des gewünschten Siliciumcarbids variieren.

Dabei hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn das Precursormaterial aus der Gruppe von Fest-in-fest-Precursormaterialmi- schungen, Fest-in-flüssig-Precursormaterialmischungen, Flüssig-in-flüssig-Precur- sormaterialmischungen, ausgewählt ist. Insbesondere kann es in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass das Precursormaterial aus der Gruppe von Precursorpulvern, Precursordispersionen, vorzugsweise aus Precursorgranulaten oder Precusorsolen, ausgewählt ist. Unter Fest-in-fest-Precursormaterialmischungen, insbesondere einem Precursorpulver, vorzugsweise einem Precursorgranulat, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei eine partikuläre Mischung von Vorläufersubstanzen, insbesondere Ausgangsverbindungen, vorzugsweise Precursoren, zu verstehen, welche zu den gewünschten Zielverbindungen reagieren.

Unter Fest-in-flüssig-Precursormaterialmischungen bzw. Flüssig-in-flüssig-Precur- sormaterialmischungen, insbesondere einer Precursordispersionen, vorzugsweise einem Precursorsol, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Lösung oder Dispersion von Vorläufersubstanzen, insbesondere Ausgangsverbindungen, vorzugsweise Precursoren, zu verstehen, welche zu den gewünschten Zielverbindungen reagieren.

In derartigen Precursormaterialmischungen, insbesondere Precursordispersionen, vorzugsweise Precursorsolen, liegen die chemischen Verbindungen bzw. Mischungen chemischer Verbindungen nicht mehr zwingend in Form der ursprünglich eingesetzten chemischen Verbindungen vor, sondern beispielsweise als Flydrolysate, Kondensate oder anderweitige Reaktions- bzw. Zwischenprodukte.

Dies wird insbesondere auch durch den vorzugsweisen Ausdruck des "Sols" verdeutlicht. Im Rahmen von Sol-Gel-Verfahren werden üblicherweise anorganische Materialien unter Hydro- bzw. Solvolyse in reaktive Intermediate bzw. Agglomerate und Partikel, das sogenannte Sol, überführt, welche anschließend insbesondere durch Kondensationsreaktion zu einem Gel altern, wobei größere Partikel und Agglomerate in der Lösung oder Dispersion entstehen. Durch geeignete Konzentrationswahl bzw. Zugabe von oder Verzicht auf Reaktorbeschleuniger und Katalysatoren kann das Sol bzw. Gel in seinen physikalischen Eigenschaften, insbesondere auch Partikelgrößen, derart eingestellt werden, dass es sich in üblichen Druckverfahren verarbeiten lässt. Unter einem Precursorsol können im Rahmen der vorliegenden Erfindung somit auch Gele verstanden werden.

Unter einer Lösung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein üblicherweise flüssiges Einphasensystem zu verstehen, in welchem mindestens ein Stoff, insbesondere eine Verbindung oder deren Bausteine, wie beispielsweise Ionen, homogen verteilt in einem weiteren Stoff, dem sogenannten Lösemittel, vorliegen. Unter einer Dispersion ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein zumindest zweiphasiges System zu verstehen, wobei eine erste Phase, nämlich die dispergierte Phase, in einer zweiten Phase, der kontinuierlichen Phase, verteilt vorliegt. Die kontinuierliche Phase wird auch als Dispersionsmedium oder Dispersionsmittel bezeichnet. Die kontinuierliche Phase liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung üblicherweise in Form einer Flüssigkeit vor, sodass Dispersionen im Rahmen der vorliegenden Erfindung daher im Allgemeinen Fest-in-flüssig- oder Flüssig-in-flüssig- Dispersionen sind.

Insbesondere bei Solen oder auch bei polymeren Verbindungen ist der Übergang von einer Lösung zu einer Dispersion oftmals fließend und es kann nicht mehr eindeutig zwischen einer Lösung und einer Dispersion unterschieden werden.

Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung weiterhin möglich, je nach Auswahl des Precursormaterials unterschiedliche SiC-haltige Materialien bzw. unterschiedliches Siliciumcarbid zu erzeugen, nämlich stöchiometrisches, nichtstöchiometrisches, dotiertes oder legiertes Siliciumcarbid bzw. SiC-haltiges Material.

Dabei ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem stöchiometrischen Siliciumcarbid bzw. SiC-haltigem Material ein Material zu verstehen, welches Kohlenstoff und Silicium zumindest im Wesentlichen im molaren Silicium-zu-Kohlenstoff Verhältnis in einem Bereich um 1 : 1 enthält.

Unter einem nicht-stöchiometrischen Siliciumcarbid ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Siliciumcarbid zu verstehen, das Kohlenstoff und Silicium nicht im molaren Verhältnis 1 :1 enthält. Üblicherweise weist ein nicht-stöchiometrisches Siliciumcarbid im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen molaren Überschuss an Silicium auf.

Unter dotiertem Siliciumcarbid ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung generell ein Siliciumcarbid zu verstehen, welches neben Silicium und Kohlenstoff weitere, insbesondere interkalierende, Dotierelemente aufweist.

Unter legiertem Siliciumcarbid ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung generell ein Siliciumcarbid zu verstehen, welches neben Silicium und Kohlenstoff ein oder mehrere Legierungselemente aufweist. In Abhängigkeit von der zu erzeugenden SiC-haltigen Struktur bzw. dem zu erzeugenden Siliciumcarbid sowie den Auftrags- und Anwendungsbedingungen des Precursormaterials kann die Zusammensetzung des Precursormaterials also in weiten Bereichen variieren.

Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein stöchiometrisches Siliciumcarbid hergestellt werden soll, so hat es sich bewährt, dass im Precursormaterial ein zumindest im Wesentlichen stöchiometrisches Silicium-zu-Kohlenstoff Verhältnis vorliegt, insbesondere ein Silicium-zu-Kohlenstoff Mengenverhältnis im Bereich von 35 : 65 Gew.-% bis 65 : 35 Gew.-%, vorzugsweise 40 : 60 Gew.% bis 60 : 40 Gew.- %, bevorzugt 45 : 55 Gew.-% bis 55 : 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 50 : 50 Gew.-%, bezogen auf das Precursormaterial.

Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein nicht-stöchiometrisches Siliciumcarbid hergestellt werden soll, so ist das nicht-stöchiometrische Siliciumcarbid üblicherweise ein Siliciumcarbid der allgemeinen Formel (I)

SiC-i- _x (I) mit x = 0,05 bis 0,8, insbesondere 0,07 bis 0,5, vorzugsweise 0,09 bis 0,4, bevorzugt

0,1 bis 0,3.

Die entsprechend erhältlichen siliciumreiche Siliciumcarbide besitzen eine besonders hohe mechanische Belastbarkeit und eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen als Keramiken.

Wenn mit dem Precursormaterial ein nicht-stöchiometrisches Siliciumcarbid hergestellt wird, so enthält das Precursormaterial üblicherweise

(A) die Silicium-Quelle in Mengen von 60 bis 90 Gew.-%, insbesondere 65 bis 85 Gew.-%, vorzugsweise 70 bis 80 Gew.-%, und

(B) die Kohlenstoff-Quelle in Mengen von 10 bis 40 Gew.-%, insbesondere 15 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 30 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Precursormaterial. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weisen Precursormaterialien, die zur Erzeugung nicht-stöchiometrischen Siliciumcarbids bzw. SiC-haltigen Materials dienen sollen, somit im Allgemeinen einen vergleichsweisen höheren Anteil der Silicium- Quelle gegenüber der Kohlenstoff-Quelle auf.

Es hat sich dabei vorzugsweise außerdem bewährt, wenn im Precursormaterial ein Silicium-zu-Kohlenstoff Verhältnis im Bereich von 65 : 35 Gew.-% bis 85 : 15 Gew.- %, vorzugsweise 70 : 30 Gew.-% bis 80 : 20 Gew.-%, bevorzugt 72 : 28 Gew.-% bis 78 : 22 Gew.-%, vorliegt, bezogen auf das Precursormaterial.

Auch ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, das Verfahren zur Herstellung von SiC-haltigem Material bzw. SiC-haltigen Strukturen so durchzuführen, dass die hergestellte siliciumcarbidhaltige Verbindung eine Siliciumcarbidlegierung enthält oder eine Siliciumcarbidlegierung ist.

Was nun die Siliciumcarbidlegierung anbelangt, so ist die Siliciumcarbidlegierung üblicherweise ausgewählt aus MAX-Phasen, Legierungen von Siliciumcarbid mit Elementen, insbesondere Metallen, und Legierungen von Siliciumcarbid mit Metall- carbiden und/oder Metallnitriden. Derartige Siliciumcarbidlegierungen enthalten Siliciumcarbid in wechselnden und stark schwankenden Anteilen. Insbesondere kann es dabei vorgesehen sein, dass Siliciumcarbid den Hauptbestandteil der Legierungen stellt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Siliciumcarbidlegierung Siliciumcarbid lediglich in geringen Mengen enthält.

Üblicherweise weist die Siliciumcarbidlegierung das Siliciumcarbid, insbesondere die Elemente Silicium und Kohlenstoff, in Mengen von 10 bis 95 Gew.-%, insbesondere 15 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Siliciumcarbidlegierung, auf.

Unter einer MAX-Phase sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere in hexagonalen Schichten kristallisierende Carbide und Nitride der allgemeinen Formel M _n+i AX _n mit n = 1 bis 3 zu verstehen. M steht dabei für ein frühes Übergangsmetall aus der dritten bis sechsten Gruppe des Periodensystems der Elemente, während A für ein Element der 13. bis 16. Gruppe des Periodensystems der Elemente steht. X ist schließlich entweder Kohlenstoff oder Stickstoff. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind jedoch nur derartige MAX-Phasen von Interesse, deren Summenformel Siliciumcarbid (SiC), d. h. Silicium und Kohlenstoff enthält. MAX-Phasen weisen ungewöhnliche Kombinationen von chemischen, physikalischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften auf, da sie je nach Bedingungen sowohl metallisches als auch keramisches Verhalten zeigen. Dies beinhaltet beispielsweise eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, hohe Belastbarkeit gegenüber thermischem Schock, sehr große Härten sowie geringe thermische Ausdehnungskoeffizienten.

Wenn die Siliciumcarbidlegierung eine MAX-Phase ist, wird es bevorzugt, wenn die MAX-Phase ausgewählt ist aus TUSiC3 und T SiC.

Wenn die SiC-haltige Verbindung eine Legierung des Siliciumcarbids ist, so hat es sich für den Fall, dass die Legierung eine Legierung von Siliciumcarbid mit Metallen ist, bewährt, wenn die Legierung ausgewählt ist aus Legierungen von Siliciumcarbid mit Metallen aus der Gruppe von AI, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Zn, Zr und deren Mischungen.

Falls die Legierung des Siliciumcarbids ausgewählt ist aus Legierungen von Siliciumcarbid mit Metallcarbiden und/oder -nitriden hat es sich bewährt, wenn die Legierungen von Siliciumcarbid mit Metallcarbiden und/oder -nitriden ausgewählt ist aus der Gruppe von Borcarbiden, insbesondere B4C, Chromcarbiden, insbesondere Cr2C3, Titancarbiden, insbesondere TiC, Molybdäncarbiden, insbesondere M02C, Ni- obcarbiden, insbesondere NbC, Tantalcarbiden, insbesondere TaC, Vanadiumcar- biden, insbesondere VC, Zirkoniumcarbiden, insbesondere ZrC, Wolframcarbiden, insbesondere WC, Bornitrid, insbesondere BN, und deren Mischungen.

Falls das Precursormaterial also zur Herstellung einer Siliciumcarbidlegierung dienen soll, so enthält das Precursormaterial üblicherweise

(A) die Silicium-Quelle in Mengen von 5 bis 40 Gew.-%, insbesondere 5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%,

(B) die Kohlenstoff-Quelle in Mengen von 10 bis 60 Gew.-%, insbesondere 15 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 50 Gew.-%, und

(C) einen oder mehrere Precursoren für Legierungselemente in Mengen von 5 bis 70 Gew.-%, insbesondere 5 bis 65 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 60 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Precursormaterial. Falls im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens das Precursormaterial zur Herstellung von dotiertem Siliciumcarbid eingesetzt werden soll, so kann es vorgesehen sein, dass dem Precursormaterial ein Dotierungsreagenz zugesetzt wird. Im Rahmen dieser besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Dotierungsreagenz in Mengen von 0,000001 bis 15 Gew.-%, insbesondere 0,000001 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,000005 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,00001 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Mischung, zugesetzt wird.

Was nun die chemische Natur des Dotierungsreagenzes anbelangt, so kann dieses aus gängigen geeigneten Dotierungselementen ausgewählt sein. Vorzugsweise ist das Dotierungsreagenz bzw. das Dotierungselement aus Elementen der dritten und fünften Hauptgruppe des Periodensystems ausgewählt.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn das Dotierungsreagenz zur n- oder p-Dotierung geeignet ist, insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe der Elemente Stickstoff, Phosphor, Bor, Aluminium und Indium, und deren Mischungen.

Falls eine Dotierung mit Stickstoff vorgesehen ist, so kann die Lösung Salpetersäure, Ammoniumchlorid oder Melanin enthalten. Falls eine Dotierung mit Phosphor vorgesehen ist, so können beispielsweise Phosphorsäure oder Phosphate bzw. Phos- phonsäuren verwendet werden. Darüber hinaus ist eine Stickstoffdotierung auch mittels Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Stickstoffatmosphäre möglich.

Falls eine Dotierung mit Bor vorgesehen ist, werden beispielsweise Borsäuren, Borate oder Borsalze, wie Bortrichlorid, verwendet.

Falls mit Indium dotiert wird, so werden üblicherweise wasserlösliche Indiumsalze, wie beispielsweise Indiumchlorid, als Dotierungsreagenz eingesetzt.

Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Siliciumcarbid, insbesondere das SiC-haltige Material, kann also, wie dargelegt, im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausgewählt sein aus stöchiometrischem Siliciumcarbid, dotiertem stöchiometrischem Siliciumcarbid, nicht-stöchiometrischem Siliciumcarbid, dotiertem nichtstöchiometrischem Siliciumcarbid und Siliciumcarbidlegierungen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist damit eine Vielzahl von unterschiedlichen SiC-hal- tigen Materialien, insbesondere unterschiedlichen Siliciumcarbidverbindungen, zugänglich.

Die geeigneten Precursormaterialien sind dem Fachmann an sich geläufig. So offenbart beispielsweise die DE 102017 110362 A1 bzw. WO 2018/206645 A1 ein festes Precursormaterial, insbesondere ein Precursorgranulat, welches vorzugsweise durch ein Sol-Gel-Verfahren mit anschließender reduktiver thermischer Behandlung gewonnen wird und sich hervorragend zur Herstellung verschiedenster SiC-haltiger Materialien in Pulverbettverfahren eignet.

Weiterhin beschreibt die DE 10 2018 127 877.2 ein optimiertes Herstellungsverfahren eines festen Precursormaterials, welches es erlaubt, reproduzierbar ein definiertes, gleichmäßig zusammengesetztes SiC-Precursorgranulat zu erhalten. Das Granulat kann sowohl in Verfahren, die als Feststoffverfahren, insbesondere Pulverbettverfahren, durchgeführt werden, eingesetzt werden als auch in Form von Fest-in- flüssig-Dispersionen.

Die DE 102017 110 361 A1 bzw. WO 2018/206643 A1 beschreiben die Herstellung von Precursormaterialien in Form von Lösungen oder Dispersionen, insbesondere Precursorsolen, die sich zur Verwendung in Druckverfahren, insbesondere Inkjet- Druckverfahren, eignen.

Im Allgemeinen ist es vorgesehen, dass das Precursormaterial zur Herstellung der SiC-haltigen Materialien als Precursorpulver, insbesondere als granuläres Precursorpulver, oder als Precursordispersion, insbesondere als Fest-in-flüssig-Precursor- dispersion, vorliegt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird es außerdem üblicherweise bevorzugt, wenn das Precursorpulver oder die Precursordispersion aus homogenen Partikeln, insbesondere Mikropartikeln, vorzugsweise Nanopartikeln, besteht oder diese enthält, vorzugsweise hieraus besteht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat es sich dabei als vorteilhaft bewährt, wenn das Precursorpulver oder die Precursordispersion aus Kompositpartikeln, insbesondere homogenen Kompositpartikeln, vorzugsweise Kompositpartikeln mit einer Kern-Hülle-Struktur (Core-Shell-Struktur), besteht oder diese enthält, vorzugsweise hieraus besteht.

Unter Kompositpartikeln mit einer Kern-Hülle-Struktur (Core-Shell-Struktur) werden in Rahmen der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen Partikel verstanden, die einen inneren Kern sowie eine äußere Hülle aufweisen. Der innere Kern kann dabei beispielsweise durch die Silicium-Quellen, insbesondere etwa elementares Silicium, gebildet werden, sodass analog die äußere Hülle durch die Kohlenstoff-Quelle, insbesondere beispielsweise mindestens eine organische Kohlenstoffverbindung, geformt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das Precursormaterial eine Fest-in-fest-Precursormaterialmischung, insbesondere ein Precursorpulver, vorzugsweise ein Precursorgranulat, ist. Diese Precursoren bzw. Precursormischungen eignen sich besonders zur Anwendung in Pulverbettverfahren.

Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es außerdem vorgesehen sein, dass das Precursormaterial eine einen kristallinen Bestandteil aufweisende Precursormaterialmischung, insbesondere ein einen kristallinen Bestandteil aufweisendes Precursorpulver, ist. Ein besonders geeignetes derartiges Precursorpulver ist in der DE 10 2019 121 062.3 offenbart.

Insbesondere wenn das einen kristallinen Bestandteil aufweisende Precursormaterial als, insbesondere granuläres, Precursorpulver vorliegt, so ist es im Rahmen dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass das Precursormaterial sich zusammensetzt aus homogenen Partikeln, insbesondere Mikropartikeln, vorzugsweise Nanopartikeln, und diese Partikel vorzugsweise Kom- positpartikel, insbesondere homogene Kompositpartikel, vorzugsweise Kompositpartikeln mit einer Kern-Hülle-Struktur (Core-Shell-Struktur), sind oder diese enthalten.

Die derart zusammengesetzten Precursormaterialien, insbesondere derart zusammengesetzten Precursorpulver, zeichnen sich durch eine insgesamt hohe Homogenität aus. Im Rahmen der Erzeugung von Siliciumcarbid gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung erlaubt dieser Umstand besonders gute Umsetzungen sowie die Bildung besonders gleichmäßig zusammengesetzten Siliciumcarbids in Bezug auf das Mengenverhältnis zwischen Kohlenstoff und Silicium.

Weiterhin wurde insbesondere für die Verwendung von Kompositpartikeln beobachtet, dass eine homogene Größenverteilung innerhalb der Partikel zum einen als auch eine homogene Komponentenverteilung bezüglich der Silicium-Quelle sowie der Kohlenstoff-Quelle zum anderen durch Kern-Hülle-Strukturen ideal erreicht werden kann.

Im Allgemeinen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung außerdem besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn das Precursormaterial Partikelgrößen im Bereich von 0,1 pm bis 1.500 gm, insbesondere 0,1 pm bis 1.000 pm, vorzugsweise 0,5 pm bis 800 pm, bevorzugt 1 pm bis 600 pm aufweist.

Es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Fest-in-fest-Precursormaterial- mischungen, insbesondere das Precursorpulver, Partikelgrößen im Bereich von 0,1 bis 1.000 pm, insbesondere 0,5 bis 500 pm, vorzugsweise 1 bis 200 pm, bevorzugt 10 bis 100 pm, besonders bevorzugt 40 bis 80 pm, aufweist, insbesondere wenn das erfindungsgemäße Verfahren als Feststoffverfahren, insbesondere Pulverbettverfahren, durchgeführt wird.

Weiterhin kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Lage des Precursormaterials für Fest-in-fest-Precursormaterialmischungen, insbesondere Precursorpulver eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 1.000 pm, insbesondere 2 bis 500 pm, vorzugsweise 5 bis 250 pm, bevorzugt 10 bis 180 pm, besonders bevorzugt 20 bis 150 pm, ganz besonders bevorzugt 20 bis 100 pm aufweist, wenn das erfindungsgemäße Verfahren als Feststoffverfahren durchgeführt wird.

Gleichsam wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, insbesondere des erfindungsgemäßen Flerstellungsverfahrens, alternativ bevorzugt, dass eine Fest-in-flüs- sig-Precursormaterialmischung bzw. Flüssig-in-flüssig-Precursormaterialmischung, insbesondere eine Precursordispersion, vorzugsweise ein Precursorsol, verwendet wird.

Was dann die Auswahl des Löse- oder Dispersionsmittels in der erfindungsgemäßen Precursormaterialmischung, insbesondere Precursordispersion bzw. Precursorsol, anbelangt, so kann dies aus sämtlichen geeigneten Löse- oder Dispersionsmitteln ausgewählt werden. Üblicherweise ist das Löse- oder Dispersionsmittel jedoch ausgewählt aus Wasser und organischen Lösemitteln sowie deren Mischungen.

Insbesondere bei Mischungen, welche Wasser enthalten, werden die in der Regel hydrolysierbaren bzw. solvolysierbaren Ausgangsverbindungen zu anorganischen Hydroxiden, insbesondere Metallhydroxiden und Kieselsäuren, umgesetzt, welche anschließend kondensieren, sodass für Druckverfahren geeignete Fest-in-flüssig- o- der Flüssig-in-flüssig-Precursormaterialmischungen, insbesondere Precursordispersionen bzw. Precursorsole, aus welchen sich SiC-haltige Verbindungen hersteilen lassen, vorliegen. Alternativ können jedoch auch elementares Silicium in einem eine Kohlenstoff-Quelle, insbesondere Saccharose oder Invertzuckersirup, enthaltenden Dispersionsmittel oder Kompositpartikel, welche eine Kohlenstoff- und eine Silicium- Quelle aufweisen und in einem geeigneten Löse- oder Dispersionsmittel vorliegen, eingesetzt werden.

Die eingesetzten Ausgangsverbindungen sollten darüber hinaus in den verwendeten Lösemitteln, insbesondere in Ethanol und/oder Wasser, ausreichend hohe Löslichkeiten aufweisen, um feinteilige Dispersionen oder Lösungen, insbesondere Sole, bilden zu können, und dürfen während des Herstellungsverfahrens nicht mit anderen Bestandteilen der Lösung oder der Dispersion, insbesondere des Sols, zu unlöslichen Verbindungen reagieren. Darüber hinaus muss die Reaktionsgeschwindigkeit der einzelnen ablaufenden Reaktionen aufeinander abgestimmt werden, da die Hydrolyse, Kondensation und insbesondere die Gelation nach Möglichkeit ungestört ablaufen sollte, um eine möglichst homogene Verteilung der einzelnen Bestandteile in dem Sol oder Gel zu erhalten. Die gebildeten Reaktionsprodukte dürfen weiterhin nicht oxidationsempfindlich sein und sollten darüber hinaus nicht flüchtig sein.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass das organische Lösemittel ausgewählt ist aus Alkoholen, insbesondere Methanol, Ethanol, 2-Propanol, Aceton, Essigsäureethylester und deren Mischungen. Besonders bevorzugt wird es in diesem Zusammenhang, wenn das organische Lösemittel ausgewählt ist aus Methanol, Ethanol, 2-Propanol und deren Mischungen, wobei insbesondere Ethanol bevorzugt ist. Die zuvor genannten organischen Lösemittel sind mit Wasser in weiten Bereichen mischbar und insbesondere auch für das Dispergieren bzw. Lösen polarer anorganischer Stoffe, wie beispielsweise Metallsalze, geeignet.

Wie zuvor bereits ausgeführt, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Mischungen aus Wasser und mindestens einem organischen Lösemittel, insbesondere Mischung aus Wasser und Ethanol, bevorzugt als Löse- oder Dispersionsmittel verwendet. In diesem Zusammenhang wird es bevorzugt, wenn das Löse- oder Dispersionsmittel ein gewichtsbezogenes Verhältnis von Wasser zu organischem Lösemittel von 1 : 10 bis 20 : 1 , insbesondere 1 : 5 bis 15 : 1 , vorzugsweise 1 : 2 bis 10 : 1 , bevorzugt 1 : 1 bis 5 : 1 , besonders bevorzugt 1 : 3, aufweist. Durch das Verhältnis von Wasser zu organischem Lösemittel kann einerseits die Hydrolysegeschwindigkeit sowie andererseits kann auch die Löslichkeit und Reaktionsgeschwindigkeit sowohl der Silicium-Quelle als auch Kohlenstoff-Quelle eingestellt werden.

Die Menge, in welcher die Precursormischung das Löse- oder Dispersionsmittel enthält, kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Auftragsbedingungen sowie der Art der herzustellenden SiC-haltigen Verbindung - wie zuvor bereits ausgeführt wurde - in weiten Bereich variieren. Üblicherweise weist die die Fest-in-flüssig- bzw. Flüssig-in- flüssig Precursormaterialmischung, insbesondere die Precursordispersion, das Löse- oder Dispersionsmittel jedoch in Mengen von 10 bis 80 Gew.-%, insbesondere 15 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 65 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können auch mehrere unterschiedliche Precursormaterialmischungen, insbesondere Precursordispersionen bzw. Precursorsole, eingesetzt werden. Insbesondere mit Druckverfahren, wie beispielsweise Inkjet-Verfahren, können in einer Lage bzw. Schicht des Precursormaterials bereichsweise unterschiedliche Precursormaterialien eingesetzt werden. Auf diese Weise lassen sich SiC-haltige Strukturen erhalten, deren mechanische und elektrische Eigenschaften bereichsweise bzw. lokal begrenzt gezielt eingestellt werden können. Insbesondere können somit beispielsweise mechanisch besonders belastete Zonen von keramischen Bauteilen gezielt verstärkt werden oder beispielsweise Leiterbahnen in einem Bauteil erzeugt werden. Weiterhin ist es auf diese Weise gleichfalls möglich, anspruchsvolle Halbleiterstrukturen zu erzeugen. Geeignete Druckverfahren beruhen beispielsweise auf dem gleichzeitigen Druckauftrag unterschiedlicher Precursormaterialien, insbesondere durch unterschiedliche Düsen eines Druckkopfs im Inkjet-Verfahren, oder auf dem unmittelbar aufeinander folgenden Druck unterschiedlicher Precursormaterialien mittels eines oder mehrerer Druckköpfe, wobei der gleichzeitige Druckauftrag bevorzugt wird. Derartige Druckverfahren sind dem Fachmann jedoch geläufig und sind insbesondere in der DE 10 2017 110 361 A1 bzw. der WO 2018/206643 A1 beschrieben.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren also als Flüssigdruckverfahren durchgeführt wird, so hat es sich im Rahmen dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft bewährt, wenn die Fest-in-flüssig-Precursormate- rialmischung oder die Flüssig-in-flüssig-Precursormaterialmischung, insbesondere die Precursordispersion, eine dynamische Viskosität nach Brookfield bei 25 °C im Bereich von 3 bis 500 mPas, insbesondere 4 bis 200 mPas, vorzugsweise 5 bis 100 mPas, aufweist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird es somit bevorzugt, wenn hochviskose Precursormaterialmischungen, insbesondere Precursordispersionen, welche sich jedoch gleichsam für einen Sprüh- bzw. Druckauftrag eignen, verwendet werden, da auf diese Weise auch überragende Strukturen bis zu einem gewissen Grad ohne Stützstrukturen zugänglich sind.

Gleichermaßen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Lage des Precursormaterials für Fest-in-flüssig-Precursormaterialmischungen oder Flüssig-in-flüssig- Precursormaterialmischungen, insbesondere Precursordispersionen, eine Schichtdicke im Bereich von 0,1 bis 250 pm, insbesondere 0,2 bis 100 gm, vorzugsweise 0,5 bis 50 pm, bevorzugt 1 bis 25 pm, aufweist, wenn das erfindungsgemäße Verfahren als Flüssigdruckverfahren durchgeführt wird.

Was nun die Art der Silicium-Quelle anbelangt, so kann diese im Allgemeinen aus einer Vielzahl von Materialien bzw. chemischen Verbindungen ausgewählt sein. Es hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch besonders bewährt, wenn die Silicium-Quelle ausgewählt ist aus der Gruppe von Silanen, Silanhydrolysaten, Silikaten, Silicasolen, Orthokieselsäuren, Wassergläsern, elementarem Silicium, und deren Mischungen, insbesondere Silanen, Silanhydrolysaten, elementarem Silicium, und deren Mischungen.

Orthokieselsäure sowie deren Kondensationsprodukte können beispielsweise aus Alkalisilikaten erhalten werden, deren Alkalimetallionen durch lonenaustausch gegen Protonen ausgetauscht wurden. Alkalimetallverbindungen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung nach Möglichkeit nicht in dem Precursormaterial verwendet, da sie auch in die SiC-haltige Verbindung eingelagert werden. Eine Alkalimetalldotierung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung entsprechend in der Regel nicht erwünscht. Falls diese jedoch erwünscht sein sollte, können geeignete Alkalimetallsalze, beispielsweise der Silicium-Quelle oder auch Alkaliphosphate, verwendet werden.

Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Silan als Silicium-Quelle verwendet wird, so hat es sich bewährt, wenn das Silan ausgewählt ist aus Silanen der allgemeinen Formel II

R _4-n SiX _n (II) mit

R = Alkyl, insbesondere Cr bis Cs-Alkyl, vorzugsweise Cr bis C ₃ -Alkyl, bevorzugt Cr und/oder C ₂ -Alkyl;

Aryl, insbesondere Ce- bis C ₂ o-Aryl, vorzugsweise Ce- bis C-is-Aryl, bevorzugt C ₆ - bis Cio-Aryl;

Olefin, insbesondere terminales Olefin, vorzugsweise C ₂ - bis Cio-Olefin, bevorzugt C ₂ - bis Cs-Olefin, besonders bevorzugt C ₂ - bis Cs-Olefin, ganz besonders bevorzugt C ₂ - und/oder C ₃ -Olefin, insbesondere bevorzugt Vinyl;

Amin, insbesondere C ₂ - bis Cio-Amin, vorzugsweise C ₂ - bis Cs-Amin, bevorzugt C ₂ - bis Cs-Amin, besonders bevorzugt C ₂ - und/oder C ₃ -Amin; Carbonsäure, insbesondere C ₂ - bis Cio-Carbonsäure, vorzugsweise C ₂ - bis Cs- Carbonsäure, bevorzugt C ₂ - bis Cs-Carbonsäure, besonders bevorzugt C ₂ - und/oder C ₃ -Carbonsäure;

Alkohol, insbesondere C ₂ - bis Cio-Alkohol, vorzugsweise C ₂ - bis Cs-Alkohol, bevorzugt C ₂ - bis Cs-Alkohol, besonders bevorzugt C ₂ - und/oder C ₃ -Alkohol;

X = Flalogenid, insbesondere Chlorid und/oder Bromid;

Alkoxy, Insbesondere C ₁ - bis C ₆ -Alkoxy, besonders bevorzugt C ₁ - bis C ₄ - Al- koxy, ganz besonders bevorzugt C ₁ - und/oder C ₂ -Alkoxy; und n = 1-4, vorzugsweise 3 oder 4.

Besonders gute Ergebnisse werden jedoch erhalten, wenn das Silan ausgewählt ist aus Silanen der allgemeinen Formel lla

R ₄ -nSlXn (lla) mit R = Cr bis C3-Alkyl, insbesondere Cr und/oder C2-Alkyl;

C ₆ - bis Cis-Aryl, insbesondere Ce- bis Cio-Aryl;

C2- und/oder C3-Olefin, insbesondere Vinyl;

X = Alkoxy, Insbesondere C1- bis C ₆ -Alkoxy, besonders bevorzugt C1- bis C4- Al- koxy, ganz besonders bevorzugt C1- und/oder C2-Alkoxy; und n = 3 oder 4.

Durch Hydrolyse und anschließende Kondensationsreaktion der zuvor genannten Silane können auf einfache Weise auch kondensierte Orthokieselsäuren bzw. Siloxane erhalten werden, welche nur sehr geringe Partikelgrößen aufweisen, wobei auch weitere Elemente, insbesondere Metallhydroxide in das Grundgerüst eingebaut werden können.

Besonders gute Ergebnisse werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung erhalten, wenn die Silicium-Quelle ausgewählt ist aus Tetraalkoxysilanen, Trialkoxysila- nen und deren Mischungen, vorzugsweise Tetraethoxysilan, Tetramethoxysilan oder Triethoxymethylsilan und deren Mischungen.

Wenn als Silicium-Quelle hingegen elementares Silicium eingesetzt wird, so hat es sich in diesem Fall bewährt, wenn das elementare Silicium in Form eines Pulvers, insbesondere in Form eines mikroskaligen Pulvers, bevorzugt in Form eines nanos- kaligen Pulvers, eingesetzt wird.

Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat es sich weiterhin bewährt, wenn das elementare Silicium in Form von Partikeln, insbesondere in Form von Mikropartikeln, vorzugsweise in Form von Nanopartikeln, eingesetzt wird.

In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn das elementare Silicium in Form von monokristallinen Partikeln, insbesondere in Form von monokristallinen Mikropartikeln, vorzugsweise in Form von monokristallinen Nanopartikeln, eingesetzt wird.

Der Einsatz des elementaren Siliciums in der genannten pulverförmigen, insbesondere partikulären, Beschaffenheit begünstigt die homogene Verteilung des elementaren Siliciums im Precursormaterial. Eine homogene Verteilung der Materialbestandteile ermöglicht dabei insgesamt die effiziente Umsetzung des Precursormaterials im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Auch kann es gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass das elementare Silicium aus wiederverwendbaren Rohstoffquellen gewonnen wird und/oder aus überschüssigen Materialresten aus der Siliciumverarbeitung stammt.

Weiterhin ist es für diese Ausführungsform bevorzugt, wenn elementares Silicium mit einem Reinheitsgrad von mindestens 95 %, insbesondere mindestens 98 %, vorzugsweise mindestens 99 %, bevorzugt mindestens 99,5 %, eingesetzt wird. Hierdurch wird es zum einen möglich, hochreine und definierte Siliciumcarbidkeramiken zu erhalten, zum anderen können auch Siliciumcarbide mit spezifischen und vorgewählten elektrischen Eigenschaften hergestellt werden.

Wie für die Silicium-Quelle, so ist es auch im Hinblick auf die Kohlenstoff-Quelle im Allgemeinen möglich, dass diese aus einer Vielzahl von Materialien bzw. Verbindungen ausgewählt werden kann, insbesondere je nach Precursormaterial sowie gewünschtem Siliciumcarbid bzw. SiC-haltigem Material. Speziell hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kohlenstoff-Quelle ausgewählt ist aus der Gruppe von Kohlenhydraten, insbesondere Glucose, Fructose, Invertzucker, Saccharose, Maltose, Lactose, Amylose, Amylopektin, Stärke, Stärkederivaten, oder aus der Gruppe von organischen Polymeren, insbesondere Phenol-Formaldehydharz und Resorcinol-Formaldehydharz, und deren Mischungen.

Es wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei insbesondere bevorzugt, wenn die Kohlenstoff-Quelle ausgewählt ist aus der Gruppe von Zuckern, insbesondere Saccharose, Glucose, Fructose, Invertzucker, Maltose, Stärke, Stärkederivaten, organischen Polymeren, insbesondere Phenol-Formaldehydharz und Resorcinol-Formaldehydharz, und deren Mischungen.

Besonders gute Ergebnisse werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung erhalten, wenn die Kohlenstoff-Quelle ausgewählt ist aus der Gruppe von Zuckern, Stärke, Stärkederivaten und deren Mischungen, bevorzugt Zuckern, da sich insbesondere durch die Verwendung von Zuckern und Stärke bzw. Stärkederivanten die Viskosität der Zusammensetzung einerseits sowie die Klebrigkeit der Zusammensetzung andererseits gezielt einstellen lassen, was insbesondere bei Verwendung von Precursorsolen und flüssigen Precursordispersionen von Vorteil ist.

Um die Löslichkeit bzw. Dispergierbarkeit und Mischbarkeit der Kohlenstoff-Quelle im Precursormaterial zu verbessern, kann es vorgesehen sein, dass die Kohlenstoff- Quelle, insbesondere ausgewählt aus Zuckern oder Stärke, in einer geringen Menge Löse- oder Dispersionsmittel gelöst bzw. vordispergiert wird, woraufhin diese Lösung oder Dispersion weiter zum eigentlichen Precursormaterial verarbeitet wird. In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn die Kohlenstoff-Quelle in einer Lösung oder Dispersion eingesetzt wird, welche die Kohlenstoff-Quelle in Mengen von 10 bis 90 Gew.-%, insbesondere 30 bis 85 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 80 Gew.- %, insbesondere 60 bis 70 Gew.-%, bezogen auf die Lösung oder Dispersion der Kohlenstoff-Quelle, enthält.

Gegebenenfalls kann sich an diesen Löse- und Dispergiervorgang, nach Vereinigung der Kohlenstoff- und Silicium-Quelle, ein Trockungsschritt zum eigentlichen Precursormaterial anschließen, in dem das Löse- oder Dispergiermittel wiederrum entfernt wird.

Im Rahmen einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insbesondere für den Fall, dass die Silicium-Quelle elementares Silicium ist, kann es auch vorgesehen sein, dass die Kohlenstoff-Quelle eine organische Kohlenstoffverbindung der nachfolgend beschrieben Art ist.

Im Rahmen dieser alternativen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter einer organischen Kohlenstoffverbindung eine Verbindung verstanden, die sich überwiegend zusammensetzt aus den Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Es können in geringem Umfang aber auch andere Heteroatome wie Stickstoff, Schwefel oder Phosphor in der organischen Kohlenstoffverbindung enthalten sein, wobei diese Heteroatome nur erwünscht sind, wenn eine Dotierung des Siliciumcarbids erreicht werden soll.

Was nun die Form der organischen Kohlenstoffverbindung betrifft, so ist es im Rahmen dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass die Kohlenstoffverbindung in flüssiger Form eingesetzt wird. Das heißt, dass die organische Kohlenstoffverbindung, sofern sie als Feststoff vorliegt, zunächst in Lösung gebracht und erst dann für die Herstellung des entsprechenden Precursormaterials eingesetzt wird. Liegt die organische Kohlenstoffverbindung bereits als Flüssigkeit bzw. zumindest im Wesentlichen in flüssiger Form vor, so wird sie als solche direkt für das Herstellungsverfahren verwendet. Die organische Kohlenstoffverbindung kann in diesem Zusammenhang insbesondere in einer Flüssigkeit vorliegen oder in Form einer flüssigen Lösung oder Dispersion, welche die organische Kohlenstoffverbindung enthalten, wie nachfolgend noch ausgeführt. Die organische Kohlenstoffverbindung in flüssiger Form ist vorzugsweise geeignet, mit dem elementaren Silicium, insbesondere in Form eines nano- oder mikroskaligen Pulvers, eine homogene Dispersion zu bilden.

Es ist gemäß dieser Ausführungsform darüber hinaus vorzugweise vorgesehen, dass die organische Kohlenstoffverbindung ein Polymer oder ein Oligomer oder Monomer ist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dabei unter einem Monomer in der Regel eine niedermolekulare, reaktionsfähige Moleküleinheit verstanden, die in Polyreaktionen zu höhermolekularen Verbindungen wie Oligomeren oder Polymeren umgesetzt werden kann. Im Rahmen von Polyreaktionen werden strukturell gleiche oder strukturell ähnliche, zumindest in ähnlicher Weise reaktionsfähige, Monomere über reaktionsfähigen Gruppen, wie Mehrfachbindungen, oder funktionelle Gruppen miteinander verknüpft und bilden so die Grundeinheiten eines Oligomers oder Polymers. Beispielhafte Polyreaktionen können Polykondensationen, Polyadditionen und radikalische oder koordinative Polymerisationen sein, ohne die Art möglicher Polyreaktionen durch diese Aufzählung begrenzen zu wollen.

Unter einem Oligomer wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Molekül verstanden, dass aus miteinander in einer Polyreaktion umgesetzten Monomeren resultiert. Im Sinne der Erfindung setzt sich ein Oligomer aus mindestens zwei Monomereinheiten zusammen. Diese Monomereinheiten können gleich oder verschieden sein, sodass Homooligomere oder Heterooligomere erhalten werden. Es ist in der Regel vorgesehen, dass Oligomere im Rahmen der Erfindung eine definierbare Anzahl von Wiederholungseinheiten aufweisen, insbesondere zwischen zwei und 50 Wiederholungseinheiten. Unter Polymeren werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung makromolekulare Verbindungen verstanden, die in einer Polyreaktion aus einem oder mehreren verschiedenen Monomeren aufgebaut werden. Es sind unter dem Begriff Polymer also sowohl Homopolymere als auch Heteropolymere zusammengefasst; Homopolymere werden durch Umsetzung gleicher Monomere und Heteropolymere durch Umsetzung unterschiedlicher Monomere erhalten. Weiterhin können Polymere eine relativ breite Verteilung der monomeren Wiederholungseinheiten aufweisen. Insgesamt sind Polymere im Sinne der Erfindung durch eine nur schwer definierbare Anzahl von Monomereinheiten gekennzeichnet und weisen hohe mittlere Molekulargewichte auf.

Falls die organische Kohlenstoffverbindung im Rahmen dieser alternativen, bevorzugten Ausführungsform nun ein Polymer oder Oligomer ist, so zeichnet sich die organische Kohlenstoffverbindung vorzugsweise dadurch aus, dass das Polymer o- der Oligomer ausgewählt ist aus der Gruppe von Polyethern, Polyethylenglykolen, Polysacchariden, Polyketonen, Polyetherketonen, Polyestern, Polycarbonaten, Po- lyhydroxyalkanoaten und deren Mischungen, insbesondere Polyethern, Polysacchariden, Polyestern, Polycarbonaten und deren Mischungen, vorzugsweise ein Polysaccharid ist. Falls die organische Kohlenstoffverbindung ein Monomer ist, so hat es sich bewährt, wenn das Monomer ein Monomer zur Herstellung der vorgenannten Polymere oder Oligomere ist, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe von Ethern, Sacchariden, Estern, Carbonaten, Carbonsäure und deren Mischungen, vorzugsweise ein Saccharid ist.

Besonders bevorzugt wird es im Rahmen dieser Ausführungsform der Erfindung, wenn die organische Kohlenstoffverbindung, insbesondere das Polymer oder Oligomer, Ether-, Carbonyl-, Acetal-, Ester- und/oder Carbonat-Wiederholungseinheiten aufweist.

Organische Kohlenstoffverbindungen der vorgenannten Beschaffenheit sowie Zusammensetzung zeigen im Rahmen dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein vorteilhaftes Mischungsverhalten mit dem elementaren Silicium im Zuge der Herstellung des Precursormaterials sowie hervorragende Eigenschaften bei der Erzeugung von Siliciumcarbid aus dem Precursormaterial, da sie insbesondere Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthalten und somit gegebenenfalls Nebenprodukte bilden, welche vorzugsweise leicht flüchtig sind und nicht die Qualität des erzeugten Siliciumcarbids mindern. Weiterhin kann es im Rahmen dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen sein, dass die organische Kohlenstoffverbindung, insbesondere das Polymer oder Oligomer oder Monomer, linear und/oder verzweigt und/oder zyklisch ist. Verzweigte oder zyklische Monomere können insbesondere bei der Verwendung von Zuckern oder anderen Stoffen, die zu Oligomeren oder Polymeren reagieren können, auftreten.

Darüber hinaus wird es gemäß dieser Ausführungsform bevorzugt, wenn die organische Kohlenstoffverbindung, insbesondere das Polymer oder Oligomer oder Monomer, zusätzlich zu den Wiederholungseinheiten funktionelle Gruppen, insbesondere Hydroxylgruppen, aufweist.

Weiterhin wir es gemäß dieser Ausführungsform insbesondere bevorzugt, wenn die organische Kohlenstoffverbindung als heterogene Mischung, insbesondere als heterogene Mischung aus Monomeren und Monomerkondensat, vorzugsweise als heterogene Mischung aus Monomer und dimerem, oligomerem oder polymerem Monomerkondensat, vorliegt.

Insbesondere ist es im Rahmen dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt, wenn die organische Kohlenstoffverbindung, insbesondere das Polymer oder Oligomer oder Monomer, ein Polyalkohol ist.

In diesem Zusammenhang wird es dann ganz besonders bevorzugt, wenn der Polyalkohol ein Saccharid ist.

Im Rahmen dieser Ausführungsform wird es wiederrum weiter besonders bevorzugt, wenn das Saccharid ausgewählt ist aus der Gruppe der Hexosen oder Pentosen oder deren Mischungen.

Die Verwendung von Sacchariden als besonderer Form der organischen Kohlenstoffverbindung gemäß dieser besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch als vorteilhaft aus, dass Saccharide ein besonders balanciertes Verhältnis zwischen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff aufweisen und somit im Rahmen dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens von Siliciumcarbid ein ideales Reaktionsverhalten zeigen. Vor allem ist hier hervorzuheben, dass Saccharide die Bildung besonders reinen Siliciumcarbids ermöglichen, da außer Kohlenstoff lediglich flüchtige Nebenprodukte freigesetzt werden, insbesondere Wasser.

Im Rahmen dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat es sich insbesondere bewährt, wenn das Saccharid ausgewählt ist aus der Gruppe der Glucose und ihren Stereoisomeren, der Fructose und ihren Stereoisomeren, der Xylose und ihren Stereoisomeren, den Disacchariden der vorgenannten Verbindungen, insbesondere der Glucose und/oder der Fructose, bevorzugt der Glucose und der Fructose, den Oligosacchariden der vorgenannten Verbindungen, insbesondere Glucose und/oder der Fructose, den Polysacchariden der vorgenannten Verbindungen, insbesondere der Glucose oder deren Mischungen.

Dabei ist es außerdem vorzugsweise vorgesehen, wenn das Saccharid in Form einer Flüssigkeit, insbesondere in Form eines Sirups, vorzugsweise in Form eines hochkonzentrierten Sirups, vorliegt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dabei unter einem hochkonzentrierten Sirup eine wässrige Lösung des Saccharids mit einem Wasseranteil kleiner 25 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge des Sirups, verstanden. Wässrige Sac- charidlösungen mit einem Wasseranteil gleich oder größer 25 Gew.% werden als Sirup aufgefasst.

Im Rahmen dieser alternativen, bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es weiter ganz besonders bevorzugt, wenn das Saccharid Invertzuckersirup ist.

Invertzuckersirup im Rahmen der Erfindung meint eine wässrige Lösung von teilweise durch Flydrolyse invertierter Saccharose oder Stärke. Gewöhnlich kann der Invertzuckersirup in diesem Zusammenhang variierende Anteile der durch teilweise Flydrolyse erhaltenen Glucose und Fructose enthalten. Diese Anteile liegen vorzugsweise für Glucose zwischen 5 bis 95 %, und entsprechend für Fructose zwischen 95 bis 5 %, bezogen auf die Gesamtmenge der Monosaccharide im Invertzuckersirup.

Denn, es hat sich für diese spezielle Ausführungsform herausgestellt, dass elementares Silicium mit Invertzuckersirup so gut durchmischt werden kann, dass eine besonders homogene Verteilung von elementarem Silicium in Pulver- bzw. Partikelform erreicht werden kann. Dies bildet die idealen Voraussetzungen für die Bereitstellung eines gleichmäßig zusammengesetzten sowie reproduzierbar und kontrollierbar hochqualitativen Precursormaterials, aus welchem nachfolgend effizient und zuverlässig Siliciumcarbid nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann.

Zur Bereitstellung des Precursormaterials gemäß dieser speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es nun zunächst vorgesehen, dass elementares Silicium mit mindestens einer organischen Kohlenstoffverbindung gemischt wird, insbesondere wobei die Mischung aus elementarem Silicium und organischer Kohlenstoffverbindung in Form einer, bevorzugt homogen verteilten, Dispersion vorliegt.

Darüber hinaus wird es gemäß dieser speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt, wenn die Dispersion aus elementarem Silicium und organischer Kohlenstoffverbindung durch Trocknen, insbesondere nachgelagert, in ein Pulver, insbesondere ein Precursorpulver, überführt wird. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Dispersion unter Zufuhr von Wärme und/oder Verminderung des Drucks, insbesondere unter Zufuhr von Wärme und Verminderung des Drucks und Rühren in ein Pulver, insbesondere ein Precursorpulver, überführt wird.

Schließlich hat es sich gemäß dieser speziellen Ausführungsform im Zuge der Herstellung des Precursormaterials als vorteilhaft erwiesen, dass durch Zerkleinern, insbesondere Zerstoßen, vorzugsweise Zerreiben, bevorzugt Mahlen, in ein Pulver, insbesondere ein mikroskaliges Pulver, bevorzugt ein nanoskaliges Pulver, überführt wird.

Generell kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung weiterhin bevorzugt sein, wenn die Umsetzung des Precursormaterials unter einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere einer Stickstoff- und/oder Argonatmosphäre, vorzugsweise einer Argonatmosphäre, durchgeführt wird, wie oben bereits angedeutet.

Hierbei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem Schutzgas ein Gas verstanden, welches die Oxidation der Bestandteile der Kohlenstoff- und Silicium- Quelle durch insbesondere Luftsauerstoff wirkungsvoll verhindert.

Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat es sich zudem als zweckmäßig erwiesen, wenn in einem finalen Verfahrensschritt (c) die erhaltene SiC-haltige Struktur gereinigt und/oder nachbearbeitet wird. Nicht zuletzt ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass das Herstellungsverfahren ein generatives Fertigungsverfahren, insbesondere ein Druckbett-basiertes generatives Fertigungsverfahren, ist.

Für die diesbezüglichen Details zur jeweiligen Durchführung der generativen Fertigungsverfahren soll an dieser Stelle auf die folgenden Patentanmeldungen, betreffend je generative Fertigungsverfahren, insbesondere in Anlehnung an die Selektive Synthetische Kristallisation, verwiesen werden: speziell verwiesen wird auf Pulver- bett-basierte Verfahren, wie in der DE 10 2017 110 362 A1 bzw. WO 2018/206645 A1 beschrieben, und auf Inkjet-Verfahren, wie in der DE 10 2017 110 361 A1 bzw. WO 2018/206643 A1 beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann also unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen Merkmale und Besonderheiten in Analogie zu die genannten generative Fertigungsverfahren durchgeführt werden und zeichnet sich somit insbesondere dadurch aus, dass es flexibel und variabel aufgesetzt werden kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können also, wie in der DE 102017 110 362 A1 bzw. WO 2018/206645 A1 beschrieben, pulverförmige SiC-Precursormaterialien zu siliciumcarbidhaltigen Materialien, insbesondere nicht-stöchiometrischen siliciumreichen Siliciumcarbiden und Siliciumcarbidlegierungen, umgesetzt werden, wozu eine Vorrichtung in Anlehnung an das selektive Lasersintern (Selective Laser Sin- tering, SLS) bzw. selektiven Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) verwendet wird. Ein besonderer Vorteil dieser Verfahrensführung besteht darin, dass insbesondere homogene, kompakte, dreidimensionale Körper erhalten werden können, welche keiner nachfolgenden Sinterung unterzogen werden müssen.

Nicht zuletzt kann das erfindungsgemäße Verfahren in Anlehnung an die Selektive Synthetische Kristallisation auch auf Basis von 3D-Drucktechniken, insbesondere in Inkjet-Verfahren, in Kombination mit dem gezielten Eintrag von Energie in das Material in Analogie zur DE 10 2017 110 361 A1 bzw. WO 2018/206643 A1 durchgeführt werden.

Ein Vorteil dieser speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form der Selektiven Synthetischen Kristallisation ist insbesondere darin zu sehen, dass durch Variation des Precursormaterials mit dem gleichen Verfahren sowohl Materialien für die Halbleitertechnik als auch mechanisch und thermisch äußerst widerstandsfähige Materialien zugänglich sind.

Besonders gute Ergebnisse werden in diesem Zusammenhang erhalten, wenn das Verfahren ein Tintenstrahldruckverfahren ist, d. h. die Precursormaterialmischung, insbesondere die Precursorlösung oder -dispersion, wird mittels Inkjet-Printing auf das Substrat aufgebracht. Die Verwendung von Tintenstrahldruckverfahren erlaubt insbesondere einen hochaufgelösten und lokal scharf begrenzten Auftrag des Precursormaterials, bei gleichzeitig geringem Materialeinsatz, so dass auch filigrane Strukturen für Halbleiteranwendungen zugänglich sind. Im Speziellen wird es weiterhin bevorzugt, wenn sogenannte Drop-on-demand-Verfahren bzw. -Drucker eingesetzt werden, wobei nur die Tropfen an Flüssigkeit erzeugt werden, welche tatsächlich auch auf das Substrat aufgetragen werden.

Es zeigen die Figurendarstellungen gemäß

Fig. 1 schematisch eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-fest-Precursorma- terialmischung, vorzugsweise einem Precursorpulver, im Ausgangszustand;

Fig. 2 schematisch eine Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC- haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-fest-Precursormaterial- mischung, vorzugsweise einem Precursorpulver, im Ausgangszustand;

Fig. 3 schematisch eine Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC- haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-fest-Precursormaterial- mischung, vorzugsweise einem Precursorpulver, im Arbeitszustand;

Fig. 4 schematisch eine weitere Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-fest-Precursorma- terialmischung, vorzugsweise einem Precursorpulver, im Arbeitszustand;

Fig. 5 schematisch eine wiederum weitere Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in- fest-Precursormaterialmischung, vorzugsweise einem Precursorpulver, im Arbeitszustand;

Fig. 6 schematisch eine Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-fest-Precursormaterialmischung, vorzugsweise einem Precursorpulver, in der Draufsicht;

Fig. 7 schematisch eine perspektivische Darstellung einer alternativen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-flüssig- bzw. Flüssig-in-flüssig-Precursormaterialmischung, vorzugsweise einer Precursordispersion, im Ausgangszustand;

Fig. 8 schematisch eine Querschnittsdarstellung einer alternativen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-flüssig- bzw. Flüssig-in-flüssig-Precursormaterialmischung, vorzugsweise einer

Precursordispersion, im Ausgangszustand;

Fig. 9 schematisch eine Querschnittsdarstellung einer alternativen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-flüssig- bzw. Flüssig-in-flüssig-Precursormaterialmischung, vorzugsweise einer

Precursordispersion, im Arbeitszustand;

Fig. 10 schematisch eine weitere Querschnittsdarstellung einer alternativen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-flüs- sig- bzw. Flüssig-in-flüssig-Precursormaterialmischung, vorzugsweise einer Precursordispersion, im Arbeitszustand;

Fig. 11 schematisch eine wiederum weitere Querschnittsdarstellung einer alternativen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-flüssig- bzw. Flüssig-in-flüssig-Precursormaterialmischung, vorzugsweise einer Precursordispersion, im Arbeitszustand;

Fig. 12 schematisch eine Darstellung einer alternativen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC- haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-flüssig- bzw. Flüssig-in- flüssig-Precursormaterialmischung, vorzugsweise einer Precursordispersion, in der Draufsicht.

Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem z w e i t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist eine Verwendung einer Strahlungsquelle, insbesondere eines Lasers, vorzugsweise eines Diodenlasers, bevorzugt einer Gruppierung mehrerer Diodenlaser, weiter bevorzugt eines Laserarrays, ganz besonders bevorzugt eines VCSEL-Laserarrays, zur Fierstellung von SiC-haltigen Strukturen, insbesondere nach dem zuvor beschriebenen Verfahren.

Mit der erfindungsgemäßen Verwendung einer Strahlungsquelle, insbesondere eines Lasers, die bzw. der vorzugsweise aus einer Gruppierung bzw. Kombination von einzelnen Strahlungsquellen, insbesondere Einzelemittern, gebildet ist, kann die Geschwindigkeit, mit der eine SiC-haltige Struktur gefertigt werden kann, deutlich erhöht werden. Hierbei ist es ein zentraler Vorteil der erfindungsgemäß verwendeten Strahlungsquelle, dass die einzelnen Strahlungsquellen individuell gesteuert und gleichzeitig konzertiert aufeinander abgestimmt werden können.

So überwindet das vorliegende Verfahren unter Verwendung der beschriebenen Strahlungsquelle einen maßgeblichen Nachteil gängiger Laser-basierter Verfahren, im Rahmen welcher üblicherweise hochenergetische Einzellaser eingesetzt werden, die einen vorgegeben Bereich nur linear über die Zeit abscannen können. Damit ist die Fertigungsgeschwindigkeit für diese Verfahren stark limitiert, sodass die Herstellungsprozesse insgesamt zu langwierig sind, um für eine industrielle Anwendung interessant zu sein.

Demgegenüber erlaubt die erfindungsgemäße Verwendung einer Strahlungsquelle, die vorzugsweise als Gruppierung mehrerer Diodenlaser, d.h. bevorzugt als La- serarray, ganz besonders bevorzugt als VCSEL-Laserarray, ausgebildet ist, dass diejenigen Einzelbereiche, welche in ihrer Gesamtheit die SiC-haltige Struktur definieren sollen, simultan nebeneinander zu spezifisch festgelegten Zeiten über eine spezifische Dauer selektiv bestrahlt werden können. So kann je Lage bzw. -Schicht das SiC-Precursormaterial in insgesamt viel kürzerer Zeit innerhalb der vorab definierten Bereiche zu SiC-haltigem Material umgesetzt werden. Im Detail kann für das erfindungsgemäße Verfahren also hervorgehoben werden, dass mittels der erfindungsgemäßen Verwendung einer speziellen mehr- bzw. vielteilig aufgebauten Strahlungsquelle eine SiC-Precursormateriallage bzw. -Schicht, die - rechnerisch, d.h. bereits während der CAD-Modellierung - in eine Vielzahl von pixelartigen Einzelbereichen zerlegt ist, nun ortsselektiv sowie gemäß einer jeweils spezifischen Zeitvorgabe in mehreren dieser pixelartigen Einzelbereiche simultan zum SiC-haltigen Material umgesetzt werden kann. Dies ist mit den bisher bekannten Verfahren zur generativen SiC-Erzeugung nicht möglich.

Für weitergehende Einzelheiten zu der erfindungsgemäßen Verwendung kann auf die obigen Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen werden.

Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem d r i t t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist eine SiC-haltige Struktur, erhältlich nach dem zuvor beschriebenen Verfahren.

Insbesondere kann die siliciumcarbidhaltige Struktur dabei eine zweidimensionale Struktur, beispielsweise eine Leiterbahn, oder auch eine dreidimensionale Struktur, d. h. ein dreidimensionales Objekt bzw. ein Körper, sein.

Für weitergehende Einzelheiten zu diesem Erfindungsaspekt kann auf die obigen Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen werden, welche in Bezug auf die siliciumcarbidhaltige Struktur entsprechend gelten.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen in nicht beschränkender Weise durch die Figurendarstellungen erläutert.

Es zeigt Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer generativen Fertigungsvorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von SiC-haltigen Strukturen, insbesondere aus einer Fest-in-fest-Precursormaterialmi- schung, vorzugsweise einem Precursorpulver, im Ausgangszustand, d.h. vor Beginn des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.

Vorzugsweise ist die generative Fertigungsvorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens also in Anlehnung an Vorrichtungen zur Durchführung von Pulverbettverfahren, insbesondere an Vorrichtungen zur Durchführung des selektiven Lasersinterns (SLS), ausgebildet.

Die generative Fertigungsvorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist vorzugsweise ein Druckbett 2 zur Bereitstellung des Precursormaterials auf, wobei für die diesbezügliche besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Fest-in-fest-Precursormaterialmischung, insbesondere ein Precursorpulver, vorzugsweise ein Precursorgranulat verwendet wird. Das Druckbett 2 ist vorzugsweise insbesondere zumindest im Wesentlichen flächig und/oder planar ausgebildet und weist vorzugsweise eine Bauplattform 3 sowie einen Druckbereich 4 auf.

Der Druckbereich 4 dient dabei insbesondere als Bereich, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Fierstellung von SiC-haltigen Strukturen ausgeführt werden kann und umfasst vorzugsweise eine geringere Fläche als die Bauplattform 3 und ist außerdem bevorzugt zentriert auf der Bauplattform 3 angeordnet.

Des Weiteren ist die Bauplattform 3 vorzugsweise in vertikaler Richtung bewegbar, insbesondere absenkbar, und weist gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der generativen Fertigungsvorrichtung 1 an ihren Flächenrändern eine Begrenzung 5 auf, insbesondere wobei die Begrenzung 5 die Bauplattform 3 umrahmt. Des Weiteren ist die Begrenzung 5 vorzugsweise so ausgebildet, dass sie im Ausgangszustand mit der Oberfläche der Bauplattform 3, insbesondere bündig, abschließt.

Neben dem Druckbett 2 weist die Fertigungsvorrichtung 1 vorzugsweise eine Aufbringeinrichtung 6 für das, insbesondere pulverförmige, Precursormaterial 7 auf das Druckbett 2 auf. Dabei kann es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Aufbringeinrichtung 6 zur Vergleichmäßigung des Precursormaterials 7 zumindest im Wesentlichen zylindrisch, insbesondere zumindest im Wesentlichen walzenförmig, vorzugsweise in Form eines Auftragsrollers 6a, ausgebildet ist. Alternativ kann es im Rahmen einerweiteren, nicht dargestellten, Ausführung der Fertigungsvorrichtung 1 vorgesehen sein, dass die Aufbringeinrichtung 6 in Form eines Rakels, insbesondere aufweisend eine Gummilippe, ausgebildet ist.

Generell hat es sich vorzugsweise bewährt, wenn die Aufbringeinrichtung 6 in horizontaler Richtung über das Druckbett 2 bewegbar ist. Außerdem wird es bevorzugt, wenn die Aufbringeinrichtung 6 so angeordnet ist, dass sie das Precursormaterial 7 in Lagen 7a, insbesondere Schichten, des Precursormaterials aufbringen kann. Hierbei kann es im Rahmen der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wonach das Precursormaterial als Fest-in-fest-Precursormaterialmischung, insbesondere als Precursorpulver bzw. Precursorgranulat, verwendet wird, vorgesehen sein, dass die Lagen 7a, insbesondere Schichten, eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 1.000 pm, insbesondere 2 bis 500 pm, vorzugsweise 5 bis 250 pm, bevorzugt 10 bis 180 pm, besonders bevorzugt 20 bis 150 pm, ganz besonders bevorzugt 20 bis 100 pm, aufweisen. Hierfür ist die Aufbringeinrichtung 6 vorzugsweise unmittelbar oberhalb, insbesondere oberhalb und zumindest im Wesentlichen bündig mit der Begrenzung 5 des Druckbetts 2, angeordnet.

Gleichsam hat es sich dann bewährt, dass die Bauplattform 3 abgesenkt werden kann, und zwar vorzugsweise - in Korrelation mit dem erfindungsgemäßen Verfahren - um einen Betrag, der den Stärken der Lagen 7a, insbesondere Schichten des Precursormaterials 7, insbesondere des Precursorpulvers, vorzugsweise des Precursorgranulats, entspricht. Das heißt, dass die Bauplattform 3 je Auftrag einer Lage 7a um einen Betrag von 1 bis 1.000 pm, insbesondere 2 bis 500 pm, vorzugsweise 5 bis 250 pm, bevorzugt 10 bis 180 pm, besonders bevorzugt 20 bis 150 pm, ganz besonders bevorzugt 20 bis 100 pm, abgesenkt werden kann, insbesondere sofern das erfindungsgemäße Verfahren als Feststoffverfahren durchgeführt wird.

Korrespondierend ragt dann die Begrenzung 5 der generativen Fertigungsvorrichtung 1 um den Betrag der Stärke der Lage 7a, insbesondere Schicht, über die Bauplattform 3 hinaus.

Neben dem Druckbett 2 und der Aufbringeinrichtung 6 weist die generative Fertigungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform weiterhin eine Strahlungsquelle 8 - auch Bestrahlungseinrichtung 8 genannt - auf, wobei diese über dem Druckbett 2 angeordnet ist.

Die Strahlungsquelle 8 kann so ausgebildet sein, dass diese eine Mehrzahl von Einzelstrahlern 10 aufweist. Insbesondere kann die Strahlungsquelle 8 mehr als 20, vorzugsweise mehr als 50, bevorzugt mehr als 100 Einzelstrahler 10, insbesondere Einzelemitter, aufweisen. Vorzugsweise ist es weiterhin vorgesehen, dass die Strahlungsquelle 8 ein Laser, insbesondere ein Diodenlaser, vorzugsweise eine Gruppierung mehrerer Diodenlaser, bevorzugt ein Laserarray, weiter bevorzugt ein VCSEL-Laserarray, ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Strahlungsquelle 8 also in Form einer Gruppierung mehrerer Einzelstrahler 10, insbesondere Diodenlaser, angeordnet, wobei die Einzelstrahler 10, insbesondere die einzelnen Diodenlaser bzw. Laserdioden, elektrisch und/oder optisch, insbesondere elektrisch und optisch, zusammengefasst bzw. -geschaltet sind. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise eine insbesondere koordinierte bzw. konzertierte Steuerung der Einzelstrahler 10, sodass sowohl ein isolierter Einzelstrahler 10 wie auch eine Mehrzahl von, insbesondere isolierten oder benachbarten, Einzelstrahlern 10 zu einem gegebenen, vorab festgelegten Zeitpunkt über einen spezifischen Zeitraum angesteuert, d.h. ein- und ausgeschaltet, werden können.

Die Gruppierung mehrerer Einzelstrahler 10, insbesondere Diodenlaser, kann insbesondere auch als (Laser-)Barren bzw. Laser-Bar auf einem streifenförmigen Chip, aufweisend die Einzelstrahler 10, insbesondere die Diodenlaser, ausgebildet sein. Die Einzelstrahler 10, insbesondere die Diodenlaser, eines Laser-bars sind in der Regel elektrisch parallel betrieben und auf einer Wärmesenke montiert.

Die Laser-Bars weisen die Einzelstrahler 10 vorzugsweise sowohl in x- als auch in y-Richtung innerhalb eine Ebene z auf. Die z-Ebene, in welcher die Einzelstrahler 10 in einem Laser-bar angeordnet sind, ist dabei vorzugsweise parallel zur Fläche des Druckbetts 2 orientiert, sodass ein insbesondere zumindest im Wesentlichen gleichmäßiger Abstand zwischen den Einzelstrahlern 10 und dem Druckbett 2 bzw. einer darauf aufgetragenen Lage 7a des Precursormaterials 7 besteht. Dies stellt in vorteilhafter Weise einen gleichmäßig intensiven Energieeintrag in allen Bereichen des Druckbetts 2 sicher und erlaubt zudem auch eine zuverlässige lokal spezifische Fokussierung der Bestrahlung. Somit können präzise in einem eng begrenzten Bereich solche Temperaturen erzeugt sowie gehalten werden, wie sie für die Bildung von Siliciumcarbid bzw. SiC-haltigem Material notwendig sind.

Darüber hinaus kann es vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Einzelstrahler 10 in der Strahlungsquelle 8, insbesondere dem Laser-Bar, je reihenförmig in x- und y- Richtig angeordnet sind, sodass eine insbesondere regelmäßige Anordnung der Einzelstrahler 10 resultiert, welche vorzugsweise in platzsparender Weise die zahlenmäßig praktisch umsetzbare maximal mögliche Anordnung von Einzelstrahlern 10 auf der Bestrahlungseinrichtung 8, insbesondere dem Laser-bar, erlaubt.

Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Laser-Bars mit einander kombiniert werden, sodass die Strahlungsquelle 8 gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der generativen Fertigungsvorrichtung 1 als ein La- serarray 8a ausgebildet ist.

Im Rahmen einer weiter bevorzugten Ausführungsform der generativen Fertigungsvorrichtung 1 kann es vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle 8 über der gesamten Breite des Druckbereichs 4, in welchem das erfindungsgemäße Fierstellungsverfahren durchgeführt werden kann, angeordnet ist. Das heißt, die Strahlungsquelle 8, insbesondere der Laser-Bar, vorzugsweise der Laserarray 8a, entspricht insbesondere in einer Dimension zumindest im Wesentlichen der Ausdehnung des Druckbetts 2, beispielsweise in x- oder y-Richtung. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Strahlungsquelle 8 so ausgebildet ist, dass diese in horizontaler Richtung über das Druckbett 2 bewegbar ist. So kann im Zuge des generativen Fertigungsverfahrens bereits mit einem Scan-Durchgang, d.h. durch einmaliges Über- bzw. Abfahren des Druckbetts 2 durch die Strahlungsquelle 8, insbesondere den Laser-Bar bzw. vorzugsweise den Laserarray 8a, jeweils eine Lage der SiC- haltigen Struktur erzeugt werden. Außerdem wird es hierbei bevorzugt, wenn die Strahlungsquelle 8 in so einer Flöhe über dem Druckbett angeordnet ist, dass die Bestrahlung des Precursormaterials 7, insbesondere der Lagen 7a des Precursormaterials, im Wesentlichen örtlich und/oder zeitlich begrenzt, insbesondere örtlich und zeitlich begrenzt, vorzugsweise ortsselektiv zeitspezifisch begrenzt erfolgen kann, sodass der Energieeintrag insbesondere im Wesentlichen genau und unter Vermeidung einer örtlichen Ablenkung der Laserstrahlung 9 stattfindet. Flierzu trägt wiederrum die zuvor beschriebene vorzugsweise Anordnung der Einzelstrahler 10 in der Strahlungsquelle 8, insbesondere dem Laser-Bar, vorzugsweise dem Laserarray 8a, bei, welche in einer Ebene z, die sich parallel zur Fläche des Druckbetts 2 orientiert, liegt.

Im Rahmen einer alternativen und bevorzugten, jedoch nicht in der Figurendarstellung gezeigten Ausführungsform der Fertigungsvorrichtung 1 kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle 8, insbesondere der Laserarray 8a, so ausgebildet ist, dass er eine kompakte, flächenoptimierte Form sowie eine reduzierte Anzahl von Einzelstrahlern 10 aufweist, was insbesondere für eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Extrusionsbasis geeignet sein kann.

Im Rahmen einer wiederum weiteren bevorzugten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche jedoch nicht dargestellt ist, kann es wiederum gleichermaßen vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle 8 eine Kombination mindestens eines Mittels zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere mindestens eines Strahlers, mit mindestens einem Lichtwellenleiter, insbesondere Glasfaserkabel, und/oder mindestens einer Linse, aufweist. Besonders bevorzugt weist die Strahlungsquelle 8 eine Kombination einer Mehrzahl von Mitteln zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Strahlern, mit einer Mehrzahl von Lichtwellenleitern, insbesondere Glasfaserkabeln, und einer Mehrzahl von Linsen auf.

Gemäß dieser alternativen Ausführungsform der Fertigungsvorrichtung 1 ist es dann möglich, dass zumindest ein Teil der Strahlungsquelle 8, nämlich die Mittel zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere die Strahler, separat, d.h. vom Druckbett 2 bzw. Druckbereich 4 örtlich unabhängig, und insbesondere auch feststehend angeordnet sind. Die Kombination der Mittel zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, d.h. insbesondere des Einzelstrahl-Lasers oder aber auch der Gruppierung von Einzellasern, insbesondere Diodenlasern, mit Lichtwellenleitern ermöglicht es, dass die Laserstrahlen 9 zu einem beweglichen Belichtungsmittel, dass die Mehrzahl von Linsen aufweist, geführt werden. Die Linse bzw. Linsen wiederum erlauben die Ablenkung bzw. Fokussierung der Laserstrahlen 9, sodass im Ergebnis auch gemäß dieser Ausführungsform der Energieeintrag örtlich und/oder zeitlich begrenzt, insbesondere örtlich und zeitlich begrenzt, vorzugsweise ortsselektiv zeitspezifisch begrenzt, erfolgt.

Ein Vorteil dieser alternativen Ausführung der Fertigungsvorrichtung 1 besteht dabei darin, dass eine insbesondere Pixel-weise Fokussierung der Laserstrahlen 9 möglich ist, ohne dass dazu die Strahlungsquelle 8, insbesondere die Gruppierung von Einzellasern, insbesondere Diodenlasern, in Form dieser Pixel angeordnet werden muss, d.h. der Abstand zwischen den Einzellasern kann größer sein als der Bereich eines Pixels. Außerdem kann durch diese Anordnung insbesondere auch eine optimierte Gewichtsverteilung der Strahlungsquelle 8 erreicht werden. Gemäß einer speziell bevorzugten Ausführungsform der generativen Fertigungsvorrichtung 1 kann es weiterhin vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle 8, insbesondre die Einzelstrahler 10, Leistungen von weniger als 7 W, insbesondere weniger als 5 W, vorzugsweise weniger als 4 W, bevorzugt weniger als 3 W, aufweisen oder mit einem Wirkbereich von deutlich weniger als 500 pm, insbesondere von weniger als 300 pm, vorzugsweise von weniger als 200 pm, bevorzugt von weniger als 150 pm, emittieren.

Im Ausgangszustand der Fertigungsvorrichtung 1 sind die Aufbringeinrichtung 6 für das Precursorpulver und die Bestrahlungseinrichtung bzw. Strahlungsquelle 8 vorzugsweise orthogonal zueinander sowie je an einem Rand des Druckbetts 2, welcher insbesondere durch die Begrenzung 5 gebildet wird, positioniert.

Die Fig. 2 zeigt schematisch eine Querschnittsdarstellung der generativen Fertigungsvorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-fest-Precursor- materialmischung, vorzugsweise einem Precursorpulver, im Ausgangszustand.

Neben den bereits genannten Merkmalen weist die Fertigungsvorrichtung 1 - gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Fertigungsvorrichtung 1 - eine Bevorratungseinrichtung 12 für das, insbesondere pulverförmige, Precursormaterial 7 auf, welche seitlich neben dem Druckbett 2 angeordnet ist.

Dabei ist die Bevorratungseinrichtung 12 für das Precursormaterial 7 so ausgebildet, dass sie - analog zum Druckbett 2 - insbesondere eine im Wesentlichen flächige und/oder planare sowie vorzugsweise in vertikaler Richtung bewegbare, insbesondere anhebbare, Grundfläche 12a aufweist. Zudem weist die Bevorratungseinrichtung 12 gemäß einerweiteren, bevorzugten Ausgestaltung an ihren Flächenrändern ebenfalls eine Begrenzung 5, insbesondere eine die Bevorratungseinrichtung 12 umrahmende Begrenzung 5, auf. Im Rahmen dieser bevorzugten Ausführungsform enthält die Bevorratungseinrichtung 12 zu Beginn des Fertigungsverfahrens das Precursormaterial 7.

Für diese spezielle, bevorzugte Ausführungsform der Fertigungsvorrichtung 1 ist es weiterhin vorgesehen, dass die Aufbringeinrichtung 6, insbesondere in Form des Auftragsrollers 6a bzw. in Form des Rakels, auch über die Bevorratungseinrichtung 12 in horizontaler Richtung bewegbar ist, insbesondere also über das Druckbett 2 und die Bevorratungseinrichtung 12 in horizontaler Richtung bewegbar ist.

Die Fig. 3 zeigt schematisch eine Querschnittsdarstellung der Fertigungsvorrichtung 1 bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flerstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-fest-Precursormaterialmi- schung, vorzugsweise einem Precursorpulver, gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahrensschritt (a), im Zuge dessen das Precursormaterial 7, enthaltend mindestens eine Silicium-Quelle und mindestens eine Kohlenstoff-Quelle, in Form einer Lage 7a, insbesondere einer Schicht, bereitgestellt wird.

Vorzugsweise wird im Rahmen dieses Verfahrensschritts zunächst die Bauplattform 3 um den Betrag der Stärke der Lage 7a, insbesondere Schicht, abgesenkt und die Grundfläche 12a der Bevorratungseinrichtung 12 für das Precursorpulver, um einen Betrag angehoben, der ausreichend Material des Precursormaterials 7 zur Verfügung gestellt, so dass die Aufbringeinrichtung 6, insbesondere der Auftragsroller 6a bzw. der Rakel, auf die Bauplattform 3 eine Lage 7a, insbesondere Schicht, mit einer Stärke im zuvor genannten Bereich aufbringen kann. Dazu wird die Aufbringeinrichtung 6, insbesondere der Auftragsroller 6a bzw. der Rakel, ausgehend von der Bevorratungseinrichtung 12 über das Druckbett 2 bewegt, so dass im Zuge dessen das Precursormaterial 7 verteilt wird.

Es zeigt die Figur 4 eine schematische Querschnittsdarstellung der generativen Fertigungsvorrichtung 1 bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flerstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-fest-Precursor- materialmischung, vorzugsweise einem Precursorpulver, gemäß dem Schritt (b), im Zuge dessen durch einen wiederholten und/oder andauernden Energieeintrag durch mindestens eine Strahlungsquelle zumindest bereichsweise das Precursormaterial 7 zu einem SiC-haltigen Material, insbesondere sukzessive einer SiC-haltigen Struktur 13, umgesetzt wird.

Dazu wird die Strahlungsquelle 8 horizontal über das Druckbett 2 bewegt. Im Zuge dessen erfolgt der Energieeintrag, insbesondere durch elektromagnetische Strahlung bzw. vorzugsweise durch Laserstrahlung 9, in das Precursormaterial 7 durch die entsprechenden Einzelstrahler 10, insbesondere die Einzelemitter. FHierbei sind die Einzelstrahler 10 insbesondere individuell steuerbar so eingestellt, dass der Energieeintrag örtlich und/oder zeitlich begrenzt, insbesondere örtlich und zeitlich begrenzt, vorzugsweise ortsselektiv zeitspezifisch begrenzt, erfolgen kann. Dabei ist es weiterhin vorzugsweise vorgesehen, dass der Energieeintrag einen Temperaturanstieg, insbesondere einen örtlich und/oder zeitlich begrenzten Temperaturanstieg, vorzugsweise einen örtlich und zeitlich begrenzten Temperaturanstieg, bevorzugt einen ortsselektiv zeitspezifisch begrenzten Temperaturanstieg, im Precursormaterial 7 bewirkt. Somit kann erreicht werden, dass die Umsetzung des Precursormaterials 7 zur SiC-haltigen Struktur 13 in einer vordefinierbaren sowie insbesondere orts- und zeitaufgelösten Weise erfolgt.

Es zeigt die Figur 5 eine schematische Querschnittsdarstellung der generativen Fertigungsvorrichtung 1 bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flerstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-fest-Precursor- materialmischung, vorzugsweise einem Precursorpulver, gemäß der Wiederholung der Verfahrensschritte (a) und (b), welche so oft erfolgt, dass die vordefinierte SiC- haltige Struktur 13 erhalten wird.

Für weitere Details zu den Verfahrensschritten kann auf die vorangehenden Figuren und Beschreibungen verwiesen werden.

Es zeigt die Figur 6 eine schematische Darstellung der Fertigungsvorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flerstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-fest-Precursormaterialmischung, vorzugsweise einem Precursorpulver, in der Draufsicht. Nach Fertigstellung der SiC- haltigen Struktur 13 ist die Fertigungsvorrichtung 1 analog dem Ausgangszustand angeordnet. Innerhalb des Druckbereichs 4, in dem das erfindungsgemäße Flerstel- lungsverfahren zur Flerstellung der SiC-haltigen Struktur 13 ausgeführt werden kann, befindet sich die fertigte dreidimensionale SiC-haltige Struktur 13, jedoch noch innerhalb des Druckbetts 2 umgeben von nichtumgesetzten Precursormaterial 7.

Im Anschluss an das erfindungsgemäße Flerstellungsverfahren kann sich daher im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein finaler Verfahrensschritt (c) anschließen, im Rahmen dessen die erhaltene SiC- haltigen Struktur 13 gereinigt und/oder nachbearbeitet wird.

Es zeigt die Figur 7 schematisch eine perspektivische Darstellung der generativen Fertigungsvorrichtung 1 gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flerstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-flüssig- bzw. Flüssig-in-flüssig-Precursormaterialmi- schung, vorzugsweise einer Precursordispersion 16, im Rahmen eines Flüssigdruckverfahrens, insbesondere Inkjet-Verfahrens, im Ausgangszustand.

Die Fertigungsvorrichtung 1 ist dabei im Wesentlichen analog zur Fertigungsvorrichtung gemäß Figur 1 ausgebildet, mit dem Unterschied, dass das Fertigungsverfahren als Flüssigdruckverfahren durchgeführt wird, sodass anstelle der Aufbringeinrichtung 6 für das Precursorpulver, eine alternative Auftragseinrichtung 14 für die Precursordispersion 16, aufweisend, insbesondere eine Mehrzahl von, Auftragsdüsen 15, in Verbindung mit einer Bevorratungseinrichtung 12 für die Precursordispersion, vorgesehen ist.

Weiterhin kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass die Auftragseinrichtung 14 in Kombination mit der Strahlungsquelle 8 ausgebildet ist. Darüber hinaus können die Ausführungen zur Strahlungsquelle 8 gemäß der vorangehenden Figuren 1 bis 6 gleichsam auf die vorliegende besondere Ausgestaltung der Fertigungsvorrichtung 1 übertragen werden, insbesondere auch auf die Kombination aus Auftragseinrichtung 14 und Strahlungsquelle 8.

Darüber hinaus ist die Auftragseinrichtung 14 vorzugsweise so ausgebildet, dass diese zum Auftrag des, insbesondere flüssigen, Precursormaterials 7 auf das Druckbett 2, insbesondere den Druckbereich 4, mehrere, vorzugsweise eine Vielzahl von, Auftragsdüsen 15 aufweist, also beispielsweise mindestens 10, vorzugsweise mindestens 20.

Vorzugsweise sind die Auftragsdüsen 15 individuell steuerbar und ermöglichen gleichsam den Auftrag des, insbesondere flüssigen, Precursormaterials 7 bevorzugt durch gleichmäßiges, feines Tropfen, insbesondere Berieseln, Besprühen, Beträufeln und/oder Benetzen.

Weiterhin hat es sich bewährt, wenn die Auftragseinrichtung 14 vorzugsweise in so einer Flöhe über dem Druckbett 2 angeordnet ist, dass der Auftrag des Precursormaterials 7 im Wesentlichen ortsgenau und unter Vermeidung einer örtlichen Ablenkung erfolgen kann.

Es kann im Rahmen einer nicht dargestellten, noch weiter bevorzugten Ausführung der Fertigungsvorrichtung 1 vorgesehen sein, dass die Auftragseinrichtung 14 für die Precursordispersion 16 so ausgebildet ist, dass selektiv unterschiedliche Precursormaterialien, insbesondere in unterschiedlichen Bereichen bzw. Ebenen des Druckbettes 2, aufgetragen werden können. Dies erlaubt insbesondere die Herstellung von Leiterbahnen oder allgemein von Halbleiterelektronik aus und in SiC-haltigen Materialen.

Dazu wird es für diese besondere Ausführung bevorzugt, wenn die Auftragsdüsen 15 so gestaltet sind, dass unterschiedliche Precursordispersionen 16, insbesondere unterschiedliche Precursorsole oder Komponenten zur Herstellung von Precursorsolen, separat sowie gezielt, insbesondere in unterschiedlichen Bereichen bzw. Ebenen des Druckbettes 2 bzw. bereits darauf erzeugten Lagen, insbesondere Schichten, von SiC-haltigem Material, aufgebracht werden können.

Hierfür hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Auftragsdüsen 15 über separate Leitungen, insbesondere zu den, vorzugsweise mehreren, Bevorratungseinrichtungen 12 der unterschiedlichen Precursordispersionen 16, verfügen und individuell angesteuert werden können. Ganz besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn über eine Steuereinrichtung die Dosierung und der ortsselektive bzw. zeitspezifische Auftrag der unterschiedlichen Precursordispersionen koordiniert und kontrolliert wird. Auf diese Weise wird es im Rahmen dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere möglich, das erfindungsgemäße Verfahren als Multi-Material-Druckverfahren, insbesondere auf Basis des Inkjet-Verfahrens, durchzuführen.

Die Figur 8 zeigt schematisch eine Querschnittsdarstellung der alternativen bevorzugten Ausgestaltung der generativen Fertigungsvorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-flüssig- bzw. Flüssig-in-flüssig-Precursormaterialmi- schung, vorzugsweise einer Precursordispersion, im Ausgangszustand.

Es zeigt die Figur 9 schematisch eine Querschnittsdarstellung der alternativen bevorzugten Ausführungsform der Fertigungsvorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-flüssig- bzw. Flüssig-in-flüssig-Precursormaterialmischung, vorzugsweise einer Precursordispersion, im Arbeitszustand, insbesondere bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahrensschritt (a), im Zuge dessen das Precursormaterial 7, insbesondere die Flüssig-in-flüssig- bzw. Fest-in-flüssig-Precursormaterialmischung, enthaltend mindestens eine Silicium-Quelle und mindestens eine Kohlenstoff-Quelle, in Form einer Lage 7a, insbesondere einer Schicht, bereitgestellt wird.

Dabei ist es für diese alternative bevorzugte Ausführungsform der Fertigungsvorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Flerstellungsverfahrens insbesondere vorgesehen, dass die Lage 7a mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,1 bis 250 gm, insbesondere 0,2 bis 100 gm, vorzugsweise 0,5 bis 50 gm, bevorzugt 1 bis 25 gm, aufgetragen wird. In diesem Rahmen hat es sich weiterhin bewährt, wenn die Bauplattform 3 um einen entsprechenden Betrag der Schichtdicke der Lage 7a, insbesondere Schicht, abgesenkt wird. In Bezug auf die Ausgestaltung des Auftrags kann auf die diesbezüglichen Ausführungen gemäß den vorangehenden Figuren verwiesen werden.

Es zeigt die Figur 10 schematisch eine Querschnittsdarstellung der alternativen bevorzugten Ausführungsform der Fertigungsvorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flerstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-flüssig- bzw. Flüssig-in-flüssig-Precursormaterialmischung, vorzugsweise einer Precursordispersion, bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem Schritt (b), im Zuge dessen durch einen wiederholten und/oder andauernden Energieeintrag durch mindestens eine Strahlungsquelle 8 das Precursormaterial 7 zumindest bereichsweise zu einem SiC-haltigen Material, insbesondere sukzessive zu einer SiC-haltigen Struktur 13, umgesetzt wird. Auf die diesbezüglichen Ausführungen zum Verfahrensschritt (b) unter Figur 4 kann hier analog verwiesen werden.

Es zeigt die Figur 11 wiederum eine schematische Querschnittsdarstellung der alternativen Ausführungsform der Fertigungsvorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flerstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-flüssig- bzw. Flüssig-in-flüssig-Precursormaterialmischung, vorzugsweise einer Precursordispersion, im Arbeitszustand, im Rahmen dessen die Verfahrensschritte (a) und (b) so oft wiederholt werden, dass eine SiC-haltige Struktur 13 erhalten wird. Auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Figur 5 kann hier analog verwiesen werden.

Nicht zuletzt zeigt die Figur 12 eine schematische Darstellung der alternativen Ausführungsform der Fertigungsvorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer SiC-haltigen Struktur, insbesondere aus einer Fest-in-flüssig- bzw. Flüssig-in-flüssig-Precursormaterialmi- schung, vorzugsweise einer Precursordispersion, als Draufsicht. Nach Fertigstellung der SiC-haltigen Struktur 13 ist der Fertigungsvorrichtung 1 analog ihrem Ausgangs- zustand angeordnet. Auf die diesbezüglichen weiteren Ausführungen gemäß Figur 6 kann hier analog verwiesen werden.

Bezugszeichenliste:

1 generative Fertigungsvorrichtung 10 Einzelstrahler

2 Druckbett 11 Bevorratungseinrichtung für 3 Bauplattform Precursordispersion

4 Druckbereich 12 Bevorratungseinrichtung für

5 Begrenzung 20 Precursorpulver

6 Aufbringeinrichtung für das 12a Grundfläche der BevorratungseinPrecursorpulver richtung 6a Auftragsroller 13 SiC-haltige Struktur

7 Precursormaterial 14 Auftragseinrichtung für die

7a Lage 25 Precursordispersion

8 Strahlungsquelle 15 Auftragsdüsen

8a Laserarray 16 Precursordispersion 9 Laserstrahlung