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WO1995008721A1 - Anwendungen von mikrokugeln und -sphäroiden aus diamant, cbn oder strukturkeramischen werkstoffen in der mikromechanik, sensor- und medizinaltechnik, tribologie und verwandten gebieten - Google Patents

Anwendungen von mikrokugeln und -sphäroiden aus diamant, cbn oder strukturkeramischen werkstoffen in der mikromechanik, sensor- und medizinaltechnik, tribologie und verwandten gebieten Download PDF

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WO1995008721A1
WO1995008721A1 PCT/EP1994/003115 EP9403115W WO9508721A1 WO 1995008721 A1 WO1995008721 A1 WO 1995008721A1 EP 9403115 W EP9403115 W EP 9403115W WO 9508721 A1 WO9508721 A1 WO 9508721A1
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cbn
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Peter Rolf BÜRKI
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    • G01N2035/00237—Handling microquantities of analyte, e.g. microvalves, capillary networks

Definitions

  • the invention relates to the field of micromechanics, microelectromechanics, sensor and medical technology, tribology and related fields.
  • micromechanics microelectromechanics
  • sensor and medical technology tribology and related fields.
  • tribology tribology and related fields.
  • balls and spheroids made of diamond or cubic boron nitride (CBN) are ideally suited for applications in these areas, such as the smallest ball bearings, low-friction and low-wear sliding surfaces, ball valves, valves, pumps, pistons and syringes with diameters from a few micrometers down to the submicrometer range.
  • CBN cubic boron nitride
  • Micro ball bearings and sliding surfaces made of diamond or CBN microspheres (cluster diamond, cluster CBN) and frames made of CVD diamond (Chemical Vapor Deposition) or similar materials ideally meet these high requirements. This also applies to other applications in the
  • spherical diamond grains which have been produced, for example, by pyrolysis of hydrocarbons (e.g. CO 2 laser-induced pyrolysis of C2H4), are made from CVD diamond in frames a lithographic process (eg photo, X-ray, electron beam lithography) were used.
  • lithographic process eg photo, X-ray, electron beam lithography
  • low-friction and low-wear sliding surfaces are produced by the combination of submicron-sized, spherical diamond grains with surfaces coated with CVD diamond.
  • spherical or spheroidal diamond grains which have been produced, for example, by pyrolysis of hydrocarbons (e.g. C02 laser-induced pyrolysis of C2H4), are used in unchanged or reworked form (E.g. drilling through laser drilling) used in bodies made of structural ceramic materials or diamond.
  • Pistons and syringes are manufactured by combining microtubes with diameters significantly less than 1 mm (e.g. the recently developed carbon nanotubes) with microspheres or spheroids made of diamond, cubic boron nitride (CBN) or structural ceramic materials.
  • Ultra-precise micro syringes for volumes from 1 ⁇ l down to 1 al (1 10 -18 1) are obtained by combining microtubes with pistons made of spheres or spheroids, which are moved with the aid of a stepper motor.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Anwendungen von sphärischen oder sphäroidischen Körnern aus Diamant, kubischem Bornitrid (CBN) oder strukturkeramischen Werkstoffen für die Herstellung von Strukturelementen und Bauteilen in der Mikromechanik, Mikroelektromechanik, Sensor- und Medizinaltechnik, Tribologie und verwandten Gebieten, wie zum Beispiel zur Herstellung von Kugellagern und reibungs- und verschleissarmen Gleitflächen, Kugelventilen und -hähnen und Pumpen im Submillimeter- und Mikrobereich, Mikropumpen zur Förderung kleinster Mengen von Gasen, Pulvern oder Flüssigkeiten und die Produktion von Mikrokolben wie auch von ultrapräzisen Mikrospritzen für Volumina von 1 mu l bis hinunter zu 1 al(1<.>10<-18>l).

Description

Beschreibung
Anwendungen von Mikrokugeln und -Sphäroiden aus
Diamant, CBN oder strukturkeramischen Werkstoffen in der Mikromechanik, Sensor- und Medizinaltechnik, Tribologie und verwandten Gebieten
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Mikromechanik, Mikroelektromechanik, Sensor- und Medizinaltechnik, Tribologie und verwandte Gebiete. Im Zuge fortschreitender Miniaturisierung von bestehenden Produkten in den Submillimeter- und Submikrometerbereich in Analogie zur Mikroelektronik ist die Entwicklung von neuen, miniaturisierten Strukturelementen und Bauteilen ein dringendes Bedürfnis im Hinblick auf den Fortschritt der Forschung in diesen Gebieten wie auch zur Herstellung neuartiger Produkte. Bis heute konnten jedoch viele Schlüsselkomponenten noch nicht entwickelt werden, da geeignete Mikrokugeln aus geeigneten, ultraharten und chemisch inerten Materialien fehlten.
Dank der seit kurzer Zeit bestehenden Verfügbarkeit von kleinsten (Durchmesser 0.01 — 100 μm) Kügelchen und Sphäroiden aus Diamant (cluster diamond) und andern strakturkeramischen Werkstoffen (Metall und Nichtmetall-Oxide, -Nitride, -Karbide, - Silicide, -Boride, Mischkeramiken, wie zum Beispiel Oxinitride und Nitrid-karbide, und Kompositkeramiken, z.B. fasernverstärkte Keramiken), wird der Stand der Technik in diesen Gebieten wesentlich verbessert. Wegen seiner Härte und chemischen Inertheit sind Kugeln und Sphäroide aus Diamant oder kubischem Bornitrid (CBN) optimal geeignet für Anwendungen auf diesen Gebieten, wie kleinste Kugellager, reibungs- und verschleissarme Gleitflächen, Kugel- Ventile, -Hähne, Pumpen, Kolben und Spritzen mit Durchmessern von einigen Mikrometern bis hinunter in den Submikrometerbereich.
Da Mikrobauteile hohen mechanischen, thermischen und chemischen Belastungen ausgesetzt sind, sind harte, dauerhafte, belastbare und chemisch inerte Werkstoffe unabdingbar. Jede Art von Verschleiss würde in diesem Grössenordnungsbereich die Betriebsdauer drastisch verkürzen. Mikrokugellager und -gleitflächen aus Diamant¬ oder CBN-Mikrokugeln (cluster diamond, cluster CBN) und Fassungen aus CVD- Diamant (Chemical Vapour Deposition) oder ähnlichen Materialien erfüllen diese hohen Anforderungen in idealer Weise. Dies gilt auch für andere Anwendungen in der
OR/GINAL UNTERLAGEN Sensor- und Medizinaltechnik und verwandten Gebieten, z.B. Mikrokugelventile, und - hähne, Mirkopumpen für gasförmige, flüssige oder pulvrige Medien, Mikrokolben und -spritzen.
Ausführungsbeispiel 1
Für die Herstellung von Diamant-Kugellagern im Grössenbereich von einigen Mikrometern bis unterhalb 1 μm werden sphärische Diamantkörner, die beispielsweise durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen (Bsp. Cθ2-Laser induzierte Pyrolyse von C2H4) hergestellt wurden, in Fassungen aus CVD-Diamant, die mit Hilfe eines lithographischen Verfahrens (z.B. Photo-, Röntgen, Elektronenstrahllitliographie) hergestellt wurden, eingesetzt. Analog werden reibungs- und verschleissarme Gleitflächen durch die Kombination von submikrometergrossen, sphärischen Diamantkörnern mit mit CVD-Diamant beschichteten Oberflächen hergestellt.
Ausfuhrungsbeispiel 2
Für die Herstellung von Kugelventilen und -hähnen und Pumpen im Grössenbereich von einigen Mikrometern bis unterhalb 1 μm werden sphärische oder sphäroidische Diamantkörner, die beispielsweise durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen (Bsp. Cθ2-Laser induzierte Pyrolyse von C2H4) hergestellt wurden, in unveränderter oder nachbearbeiteter Form (Bsp. Durchbohrung durch Laserdrilling) in Körper aus strukturkeramischen Werkstoffen oder Diamant eingesetzt.
Ausführungsbeispiel 3
Kolben und Spritzen werden hergestellt, indem Mikroröhrchen mit Durchmessern deutlich unter 1 mm (z.B. die kürzlich entwickelten Kohlenstoff-Nanotubes) mit Mikrokügelchen oder -sphäroiden aus Diamant, kubischem Bornitrid (CBN) oder strukturkeramischen Werkstoffen kombiniert werden. Ultrapräzise Mikrospritzen für Volumina von 1 μl bis hinunter zu 1 al (1 10-18 1) werden erhalten, indem man Mikroröhrchen mit Kolben aus Kugeln oder Sphäroiden kombiniert, die mit Hilfe eines Steppermotors bewegt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung von submillimetergrossen Kugeln oder Sphäroiden aus Diamant, kubischem Bornitrid (CBN) oder strukturkeramischen Werkstoffen zum Bau von Strukturelementen, die in der Mikromechanik, Mikroelektromechanik, Sensor- und Medizinaltechnik, Tribologie und verwandten Gebieten verwendet werden können, dadurch gekennzeichnet, dass submillimetergrosse Kugeln oder Sphäroide aus den genannten Werkstoffen wesentlicher Bestandteil dieser Strukturelemente sind.
2. Verwendung von nachbearbeiteten, submillimetergrossen Kugeln oder Sphäroiden aus Diamant, kubischem Bornitrid (CBN) oder strukturkeramischen Werkstoffen zum Bau von Strukturelementen, die in der Mikromechanik, Mikroelektromechanik, Sensor- und Medizinaltechnik, Tribologie und verwandten Gebieten verwendet werden können, dadurch gekennzeichnet, dass Bauteile aus nach der Synthese in irgend einer Weise modifizierten, submillimetergrossen Kugeln oder Sphäroiden aus den genannten Werkstoffen wesentlicher Bestandteil dieser Strukturelemente sind.
3. Submillimetergrosse Kugellager für Anwendungen in der Mikromechanik, Mikroelektromechanik, Sensor- und Medizinaltechnik und verwandten Gebieten, die Kugeln oder Sphäroide mit Durchmessern unter 1 mm aus Diamant, kubischem Bornitrid (CBN) oder strukturkeramischen Werkstoffen enthalten.
4. Submillimetergrosse Kugelventile oder Kugelhähne für Anwendungen in der Mikromechanik, Mikroelektromechanik, Sensor- und Medizinaltechnik und verwandten Gebieten, die Kugeln oder Sphäroide oder daraus hergestellte Strukturelemente mit Durchmessern unter 1 mm aus Diamant, kubischem Bornitrid (CBN) oder stnikturkeramischen Werkstoffen enthalten.
5. Submillimetergrosse Pumpen für Anwendungen in der Mikromechanik, Mikroelektromechanik, Sensor- und Medizinaltechnik und verwandten Gebieten, die Kugeln oder Sphäroide oder daraus hergestellte Strukturelemente mit Durchmessern unter 1 mm aus Diamant, kubischem Bornitrid (CBN) oder strukturkeramischen Werkstoffen enthalten.
6. Submillimetergrosse Kolben für Anwendungen in der Mikromechanik, Mikroelektromechanik, Sensor- und Medizinaltechnik und verwandten Gebieten, die durch die Kombination von Röhrchen mit einem Innendurchmesser unter 1 mm und Kugeln oder Sphäroiden oder daraus hergestellten Strukturelementen mit Durchmessern unter 1 mm aus Diamant, kubischem Bornitrid (CBN) oder strukturkeramischen Werkstoffen hergestellt wurden.
7. Submillimetergrosse Spritzen mit Volumina im Bereich von 1 μl bis 1 al (1-10-6 1 bis 1 • 10"18 1) für Anwendungen in der Mikromechanik, -Mikroelektromechanik, Sensor- und Medizinaltechnik und verwandten Gebieten, die durch die Kombination von Röhrchen mit einem Innendurchmesser unter 1 mm und Kugeln oder Sphäroiden oder daraus hergestellten Strukturelementen mit Durchmessern unter 1 mm aus Diamant, kubischem Bornitrid (CBN) oder strukturkeramischen Werkstoffen hergestellt wurden.
8. Verwendung von Kugeln oder Sphäroiden aus Diamant (cluster diamond), kubischem Bornitrid (CBN) oder strukturkeramischen Werkstoffen mit Durchmessern unter 1 μm in der Tribologie und verwandten Gebieten.
PCT/EP1994/003115 1993-09-21 1994-09-16 Anwendungen von mikrokugeln und -sphäroiden aus diamant, cbn oder strukturkeramischen werkstoffen in der mikromechanik, sensor- und medizinaltechnik, tribologie und verwandten gebieten Ceased WO1995008721A1 (de)

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CH283493 1993-09-21

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