專利名稱：用于制造組件的方法和通過(guò)該方法制造的組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造組件的方法并且涉及通過(guò)該方法制造的組件。本發(fā)明還特別涉及具有特別均質(zhì)的性能特性的大型二維結(jié)構(gòu)和/或3D結(jié)構(gòu)的制造。
背景技術(shù)：
當(dāng)從片件制造具有預(yù)定的三維結(jié)構(gòu)和/或大平面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜組件時(shí)，時(shí)常遇到如下問(wèn)題，即，只得在困難的情況下，均質(zhì)地制備從其加工出對(duì)于待制造產(chǎn)品希望的三維或平面結(jié)構(gòu)的基本材料本體或材料組合。非均質(zhì)性涉及材料密度本身，但也特別涉及形成所述材料的單個(gè)組分的分布。結(jié)果，曾經(jīng)從原料本體或原料組合物加工出的最終產(chǎn)品本身已經(jīng)是非均質(zhì)的，同樣具有非均質(zhì)的物理和/或化學(xué)性質(zhì)。通常，這是不能容忍的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開(kāi)用于制造由陶瓷材料制成的具有預(yù)定形狀的組件的方法，其中能夠以特別簡(jiǎn)單并仍然可靠的方式確保產(chǎn)品特別高水平的均質(zhì)性。以用于制造由陶瓷材料制成的具有預(yù)定形狀的組件(200)的方法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)，所述方法具有在獨(dú)立權(quán)利要求1中所述的特征。此外，以具有預(yù)定三維結(jié)構(gòu)、由碳纖維增強(qiáng)材料制成并具有在獨(dú)立權(quán)利要求28中所述特征的組件實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。在每個(gè)從屬權(quán)利要求中公開(kāi)了有利的進(jìn)展。根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供用于制造由陶瓷材料制成的具有預(yù)定形狀的組件(200)的方法，其中所述方法包括如下步驟(SI)提供多件由碳素材料(10')制成的片材(10)，(S2)提供含有可碳化組分的膠粘劑并且借助于所述膠粘劑將所述多件片材(10)彼此接合以形成片材布置，其空間維度使得可通過(guò)材料去除從所述布置產(chǎn)生所述組件的預(yù)定形狀，(S3)通過(guò)從所述片材布置去除碳素材料對(duì)所述片材布置進(jìn)行加工以獲得預(yù)成形物，所述預(yù)成形物由碳素材料制成并且具有待制造組件的預(yù)定形狀，和(S4)對(duì)所述預(yù)成形物進(jìn)行硅化以獲得所述由陶瓷材料制成的組件。當(dāng)(S2)將片材彼此接合時(shí)，或一旦已將片材彼此接合后，并且特別是在加工(S3)之前，可向制造的包裹體的布置，或?yàn)榱诵纬稍摪w，而應(yīng)用預(yù)先確定的壓力分布、溫度分布、輻射和/或處理氣氛。當(dāng)(S2)將片材彼此接合時(shí)，或一旦已將片材彼此接合后，并且特別是在加工(S3)之前，可向制造的包裹體的布置，或?yàn)榱诵纬稍摪w，而進(jìn)行特別是碳化所述布置的組分的溫度步驟。當(dāng)(S2)將片材彼此接合時(shí)，或一旦已將片材彼此接合后，并且特別是在加工(S3)之前，可向制造的包裹體的布置，或?yàn)榱诵纬稍摪w，而在處理氣氛下進(jìn)行特別是硅化所述布置的組分的溫度步驟。為了進(jìn)一步限定然后提供的包裹體的材料性質(zhì)或該產(chǎn)品的預(yù)成形物，即一旦已經(jīng)加工出待制造產(chǎn)品的預(yù)定幾何結(jié)構(gòu)表現(xiàn)形式，可進(jìn)行和提供不同的中間步驟和后處理步驟。在此處，使用了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)，S卩，可制造無(wú)論平面的還是彎曲的如下片材結(jié)構(gòu)，該片材結(jié)構(gòu)由于它們與固體主體相比而言相對(duì)低的層厚度而具有高水平的材料分布均質(zhì)性、組分分布均質(zhì)性，并因此具有它們的物理和/或化學(xué)性質(zhì)均質(zhì)性，而且，一旦已經(jīng)將本身均質(zhì)的片材彼此接合，則制造出均質(zhì)性質(zhì)與單件片材的均質(zhì)性質(zhì)基本相同的相應(yīng)的固體主體、大平面結(jié)構(gòu)或包裹體。由于本發(fā)明的方法，因此避免了當(dāng)處理固體主體時(shí)通常固有出現(xiàn)的非均質(zhì)性，特別是如果使用相同或非常相似的片材和如果在相鄰片材之間的界面中不出現(xiàn)特定性質(zhì)的差異，則所述非均質(zhì)性低至可接受的程度，和/或可在后處理步驟的范圍內(nèi)被降低、被抵消或消除。
優(yōu)選通過(guò)接合作為第一接合面的片材或隨后片材的下側(cè)與作為第二接合面的片材的上側(cè)，以在彼此上部堆疊或彼此接合多件片材或所有片材，從而形成所述片材布置。以可以說(shuō)是堆疊的方式，通過(guò)在片材的上側(cè)和下側(cè)將所述片材簡(jiǎn)單地彼此接合，由此以特別簡(jiǎn)單的方式構(gòu)造固體主體或包裹體。在此處，所述表面的尺寸對(duì)相鄰片材之間的粘結(jié)穩(wěn)定性具有積極影響。在本發(fā)明方法的另一實(shí)施方式中，一件或多件所述片材可另外地或備選地具有邊緣或邊緣面。那么，一件或多件所述片材可以另外地或任選地通過(guò)它們的至少一個(gè)邊緣或它們的至少一個(gè)邊緣面作為接合面與一件或多件片材接合。在此處，一件或多件片材可在它們的一個(gè)或多個(gè)作為第一接合面的邊緣或邊緣面處與作為第二接合面的一件或多件片材的邊緣或邊緣面接合。因此，即使基礎(chǔ)片材相對(duì)于所述上側(cè)和下側(cè)具有較小的面積，也可在所述邊緣或邊緣面處將所述基礎(chǔ)片材彼此接合。在此處，邊緣面可位于另一片材的上側(cè)或下側(cè)上。另一方面，可經(jīng)由邊緣互相連接兩件或更多件片材。當(dāng)然也可使用如下的組合，其中通過(guò)相對(duì)較小的片材形成大包裹體或固體主體，所述相對(duì)較小的片材一方面以堆疊形式互相連接，而另一方面經(jīng)由它們的邊緣面互相連接。例如，經(jīng)由所述上側(cè)和下側(cè)可由此首先形成多個(gè)堆疊，然后所述堆疊經(jīng)由所述邊緣面優(yōu)選以鄰接方式布置以互相連接。同樣可使用相反的途徑，其中較小的片材首先經(jīng)由邊緣互相接合以形成較大的片材，然后經(jīng)由堆疊中的上側(cè)和下側(cè)依次互相連接。在所述接合步驟前，可使用至少一個(gè)連接裝置提供一個(gè)或多個(gè)待彼此接合的接合面和/或可在多個(gè)待彼此接合的接合面之間形成至少一個(gè)連接裝置。原則上，在沒(méi)有其它輔助的情況下，例如在施加特定壓力時(shí)可能引入熱量，當(dāng)接觸在一起時(shí)，基本片材的互相連接面可充分粘結(jié)。然而，采取用于這種類型的持久連接的輔助措施通常是有利的，該措施中的一種可能是在材料前體中例如以部分交聯(lián)狀態(tài)的方式形成所述片材，然后，一旦已經(jīng)將單個(gè)片材彼此接合，在接合片材的材料中特別是在其間界面處誘導(dǎo)固有反應(yīng)，該反應(yīng)產(chǎn)生了在已彼此接合的片材之間的連接。同樣可使用另外的外部試劑，例如膠粘劑等。為了構(gòu)造和促進(jìn)這種類型的連接，另外地或備選地，可相應(yīng)地改變壓力和溫度。
此外，另外地或備選地，可在所述接合面處進(jìn)行機(jī)械輔助。所述片材(10)優(yōu)選具有由所述片材的厚度確定的側(cè)面(IOk)，并且至少一件所述片材(10)通過(guò)它的作為第一接合面的一個(gè)側(cè)面與作為第二接合面的另一片材的上側(cè)或下側(cè)接合。所述片材(10)優(yōu)選具有由所述片材的厚度確定的側(cè)面(IOk)，并且至少一件所述片材(10)通過(guò)它的作為第一接合面的一個(gè)側(cè)面與作為第二接合面的另一片材的一個(gè)側(cè)面接合。在所述接合步驟前，在所述接合面之間可作為粘結(jié)劑或作為其部分引入所述片材的由相同材料或由與所述材料類別相同的同類材料制成的塵?；蚍勰┗虿牧?。這種措施也適用于在接合面之間過(guò)渡處制造高水平均質(zhì)性的材料分布與物理和化學(xué)性質(zhì)。在待在所述接合面接合至少兩件所述片材的情況下，在一件片材的接合面中優(yōu)選整體形成有凹處，而在另一片材的接合面上優(yōu)選整體形成有以與所述凹處互補(bǔ)的方式成形的凸起，并且通過(guò)嚙合所述凹處與所述凸起以將所述兩件片材接合在一起。優(yōu)選如果在待在所述接合面接合至少兩件所述片材的情況下，則在兩件片材的接合面中整體形成有凹處，并且設(shè)置以與所述凹處互補(bǔ)的方式成形的連接元件，其中通過(guò)嚙合所述連接元件與兩個(gè)凹處以將所述兩件片材接合在一起。在凹處和插接元件意義上的機(jī)械輔助可穩(wěn)定在所述邊緣處的直接接觸，但是當(dāng)所述上側(cè)和所述下側(cè)接觸在一起時(shí)也提供所述機(jī)械輔助，例如以便使得本身相同的片材相對(duì)于彼此對(duì)齊。凹處可形成為鉆孔、凹槽、溝道或側(cè)翼。膠粘劑可用作粘結(jié)劑或用作其部分。使用膠粘劑可實(shí)現(xiàn)接合片材之間特別緊密的接觸，這也考慮了表面結(jié)構(gòu)，例如，即粗糙度等。在這種情況下，可以有利地選擇膠粘劑以使得在所述界面處不產(chǎn)生或者補(bǔ)償材料非均質(zhì)性。所述膠粘劑的可碳化部分優(yōu)選包含樹(shù)脂，特別是酚醛樹(shù)脂。在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述膠粘劑除了所述樹(shù)脂外還含有碳化硅粉末。在這種情況下，優(yōu)選的混合比是42%的粘結(jié)劑和58%的SICF1000 (碳化硅粉末)或40. 4%的粘結(jié)劑和55. 8%的SIC F1000，在每種情況下在3. 8%的飽和對(duì)甲苯磺酸水溶液中。所述碳化娃粉末的平均粒徑為1-50 V- m,優(yōu)選5-20 u m,更優(yōu)選3-5 u m。所述可碳化膠粘劑含有5-50重量％的水、20-80重量％的碳化硅粉末和10_55重量％的樹(shù)脂，優(yōu)選10-40重量％的水、30-65重量％的碳化硅粉末和20-45重量％的樹(shù)脂，更優(yōu)選15-25重量％的水、45-55重量％的碳化硅粉末和27-33重量％的樹(shù)脂。所述可碳化膠粘劑含有低于10重量％、特別是低于3重量％的由碳素材料制成的填料，并且特別是不含由碳素材料制成的填料。所述可碳化膠粘劑優(yōu)選含有0. 5至5重量％的固化劑。所述膠粘劑優(yōu)選含有從其制造由碳素材料制成的片材的材料。所述片材布置優(yōu)選為碳化的，并且所述預(yù)成形物優(yōu)選為碳化的。當(dāng)接合至一起時(shí)對(duì)所述片材施加壓力和/或熱(S2)。優(yōu)選一些片材特別是所有片材的物理和/或化學(xué)性質(zhì)在所討論片材的空間膨脹中是相同的。
至少一些所述片材優(yōu)選具有如下范圍的空間膨脹(長(zhǎng)度X寬度X厚度)，即20-80cm (長(zhǎng)度)X20-80cm (寬度)X3_10cm (厚度)。在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，一些片材特別是所有片材具有彼此組成相同的碳素材料。優(yōu)選通過(guò)制備與可碳化粉狀粘結(jié)劑和碳纖維的均質(zhì)混合物，在壓力作用下壓緊所述混合物并且將它模制成片狀初步產(chǎn)品，并且通過(guò)碳化或通過(guò)碳化和石墨化進(jìn)一步加工所述片狀初步產(chǎn)品，以形成由碳素材料制成的片材，從而制造一些片材特別是所有片材。優(yōu)選的粘結(jié)劑和纖維的混合比是30%粘結(jié)劑和70%可碳化纖維素纖維或29. 3%粘結(jié)劑、68. 3%可碳化纖維素纖維和2. 4%石蠟。優(yōu)選所述粉狀粘結(jié)劑是酚醛樹(shù)脂粉末，特別是粒度分布D5tl < IOOum的酚醛樹(shù)脂粉末。所述均質(zhì)混合物含有20-50重量％的所述粘結(jié)劑和50-80重量％的所述碳纖維，優(yōu)選30-40重量％的所述粘結(jié)劑和60-75重量％的所述碳纖維粉末。所述均質(zhì)混合物優(yōu)選含有填料，例如碳化硅粉末和/或石墨粉末。優(yōu)選地，至少一些由碳素材料制成的片材特別是所有由碳素材料制成的片材的材料密度在約0. 5g/cm3至約0. 85g/cm3的范圍內(nèi)。優(yōu)選通過(guò)研磨并碳化粘性材料和/或纖維素材料，特別是通過(guò)首先研磨然后碳化所述一種或多種材料，以制造所述碳纖維。所述碳纖維以優(yōu)選纖維長(zhǎng)度分布D5tl <20um的短切纖維的形式存在于所述混合物中。在所述混合物中所述碳纖維優(yōu)選具有D95 <70um的纖維長(zhǎng)度分布。根據(jù)本發(fā)明的另外的方面，由陶瓷材料制成的組件是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法從材料密度在2. 8g/cm3至約3. lg/cm3范圍內(nèi)的陶瓷材料制成的。所述組件優(yōu)選形成為光學(xué)系統(tǒng)的殼體，優(yōu)選形成為光學(xué)光刻系統(tǒng)的殼體，更優(yōu)選形成為EUV光刻系統(tǒng)的殼體。優(yōu)選形成所述形成為光學(xué)系統(tǒng)殼體的組件以便容納光學(xué)組件，例如透鏡和/或反射鏡。在優(yōu)選的變體中，所述組件形成為光學(xué)反射鏡的基底，特別是形成為用于光學(xué)光刻系統(tǒng)的反射鏡的基底。所述組件優(yōu)選具有如下范圍的空間膨脹(長(zhǎng)度X寬度X高度)，即50-150cm (長(zhǎng)度)X50_150cm (寬度)X5_150cm (高度)。優(yōu)選地，所述組件的陶瓷材料的彈性模量為270GPa或更高，優(yōu)選高于300GPa，特別是在320GPa至350GPa的范圍內(nèi)。所述組件的陶瓷材料的抗撓剛度為280MPa或更高，優(yōu)選350MPa或更高，更優(yōu)選400MPa或更高。所述組件的陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)低于3. 4 XlO-6A,優(yōu)選低于3. OX 10_6/K，更優(yōu)選 2. 7 X 10_6/KO所述組件的陶瓷材料的熱導(dǎo)率為120W/(mK)或更高，優(yōu)選140W/(mK)或更高，更優(yōu)選 170W/(mK)。
優(yōu)選在CNC步驟的范圍內(nèi)，通過(guò)機(jī)械加工，特別是通過(guò)切割、鋸削、鉆孔、研磨、車肖IJ、刨削和/或碾磨，從所述包裹體(100，R')加工出產(chǎn)品(200)或其預(yù)成形物(200')。然而也可使用光-熱法。將在附圖的基礎(chǔ)上解釋這些方面和其它方面。


圖1顯示了示意性解釋用于從碳纖維增強(qiáng)材料制造產(chǎn)品的本發(fā)明方法的實(shí)施方式的流程圖。圖2-5顯示了示例用于從碳纖維增強(qiáng)材料制造產(chǎn)品的本發(fā)明方法其它實(shí)施方式的不同子步驟細(xì)節(jié)的示意性流程圖。圖6A-F顯示了在用于從碳纖維增強(qiáng)材料制造產(chǎn)品的本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方式中所達(dá)到中間階段的示意圖和側(cè)面剖視圖。圖7A-10D顯示了多種順序的接合步驟，該接合步驟可應(yīng)用于用于從碳纖維增強(qiáng)材料制造產(chǎn)品的本發(fā)明方法的其它實(shí)施方式中。
具體實(shí)施例方式在下文中將描述本發(fā)明的實(shí)施方式。本發(fā)明的所有實(shí)施方式以及技術(shù)特征及其性質(zhì)，可在沒(méi)有限制的情況下，依照要求進(jìn)行單獨(dú)地分離，或有選擇地聚集在一起，和進(jìn)行組
口 o在下文中將連同附圖通過(guò)相同的附圖標(biāo)記表示結(jié)構(gòu)上和/或功能上相同、相似或相等作用的特征或元件。將不在每一情況下重復(fù)對(duì)這些特征或元件的詳細(xì)說(shuō)明。首先總體參照附圖。本發(fā)明還特別涉及具有均質(zhì)的性能特性的大型三維結(jié)構(gòu)或3D結(jié)構(gòu)的制造。在以前，為了制造三維結(jié)構(gòu)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，例如通過(guò)研磨等，形成并機(jī)械加工例如大型整塊結(jié)構(gòu)。在這種情況下，無(wú)論是僅在特定組分方面和/或在物理和/或化學(xué)性質(zhì)方面，單塊制造的材料塊展示出嚴(yán)重的材料分布非均質(zhì)性，這是不利的。這經(jīng)常伴隨著發(fā)生一種或多種組分的密度差異和/或“壓縮密度梯度”。為避免這些問(wèn)題，本發(fā)明提出二維接合預(yù)定片材，特別是坯體片材，隨后加工通過(guò)所述接合步驟以制造大型并可能復(fù)雜的三維或3D結(jié)構(gòu)對(duì)象而獲得的結(jié)構(gòu)。具有該接合步驟的多種變體方案。根據(jù)第一變體方案，借助于膠粘劑制造二維上接合在一起的大型片材結(jié)構(gòu)，特別是CFC片材。例如為了防止使用的膠粘劑滲透所述片材，在低壓縮力下制造連接。例如，該膠粘劑必須補(bǔ)償兩個(gè)在互相之上布置的片材之間的間隙并且還補(bǔ)償不同浮凸，但在所述接合面處的界面不應(yīng)由于該膠粘劑而造成另外的或新的非均質(zhì)性。例如，該膠粘劑可以由酚醛樹(shù)脂和SiC粉末的混合物組成。然后可進(jìn)行硅化步驟。下一步，進(jìn)一步加工由此獲得的包裹結(jié)構(gòu)或夾層結(jié)構(gòu)以制造所需的復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)?？芍圃斓蛯雍穸鹊钠?，其具有基本上均質(zhì)的密度并因此具有基本上均質(zhì)的化學(xué)和物理材料性質(zhì)。待形成包裹體或待形成夾層結(jié)構(gòu)的多件片材的結(jié)構(gòu)使得能夠進(jìn)行隨后的機(jī)械加工，例如通過(guò)研磨等。這種類型的結(jié)構(gòu)可容易地固定并容納于例如相應(yīng)的研磨裝置中。在所述膠粘劑中使用SiC粉末作為填料的情況下，在硅化步驟期間沒(méi)有變化。因此可以預(yù)先使得所述碳化硅或SiC的粒度適應(yīng)于在膠粘點(diǎn)處在主體中SiC粒子的粒度，以使得在所述接合面之間的接合點(diǎn)處產(chǎn)生相比于所述片材材料剩余部分的相似材料性質(zhì)，并因此產(chǎn)生相似的物理和化學(xué)性質(zhì)，其中所述在膠粘點(diǎn)處即在所述接合面之間的界面處。這提高了整個(gè)產(chǎn)品的均質(zhì)性。關(guān)于SiC粉末的粒度分布，優(yōu)選以篩目尺寸F1200進(jìn)行篩分。在另外的實(shí)施方式中，從部分交聯(lián)的片材，即從具有部分交聯(lián)的基本原料的片材， 構(gòu)造所述包裹體或主體，其在二維上互相連接并且沒(méi)有膠粘劑。因?yàn)闆](méi)有使用膠粘劑，因此在與上述變體方案相比更大的壓縮力下產(chǎn)生所述連接。然而，源于與所述基本材料相同材料類別或所述基礎(chǔ)片材的基本材料的粉末可以分散在所述接合面之間以輔助該連接。然后進(jìn)行碳化，隨后進(jìn)行硅化。然后再對(duì)所述包裹體或夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械加工以形成所希望產(chǎn)品的復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)?？墒褂迷谂黧w中纖維尺寸約10 ii m的材料以制造高剛性結(jié)構(gòu)。在例如完成的CSiC組件中，這提供了約20 y尺寸的碳化硅顆粒，并因此提供了相當(dāng)精細(xì)的結(jié)構(gòu)。因此，在高于300MPa的彈性模量、高于120ff/m K的熱導(dǎo)率、低于3. 4的CTE值和高于0. 68J/g K的比熱容cp的情況下，可產(chǎn)生高于280MPa的抗撓剛度。對(duì)于本發(fā)明必不可少的是，所述接合點(diǎn)，即在所述接合面之間的界面或在所述接合面處的界面，必須在材料方面和在它的性質(zhì)方面總是與主體材料相似。例如，這意味著SiC顆粒必須具有與主體中的SiC顆粒相似的晶粒度。在所述接合面處，即在所述接合面之間的界面處，不得存在碳?xì)堄辔?，因?yàn)榇嬖诘脑託湓诓僮髌陂g或在進(jìn)一步加工期間可與殘余碳反應(yīng)以形成揮發(fā)性碳?xì)浠衔锘駽H化合物。在該情況下發(fā)生的蒸發(fā)過(guò)程可具有不利的影響。同樣重要的是，如果有，則當(dāng)使用膠粘劑時(shí)對(duì)所述界面的性質(zhì)僅施加微弱影響。取決于所述情況，如果選擇并形成所述膠粘劑以使得它在硅化步驟期間不反應(yīng)并且特別是不膨脹或收縮，則可能是有利的。因此可以使用含有SiC粒子的膠粘劑，以使得在硅化后在所述接合面的界面處產(chǎn)生與所述主體中相同的機(jī)械性質(zhì)?，F(xiàn)在將詳細(xì)參照附圖。圖1顯示了示例本發(fā)明方法的第一實(shí)施方式的示意性框圖或流程圖，其用于從具有預(yù)定三維結(jié)構(gòu)R的碳纖維增強(qiáng)材料10'制造產(chǎn)品200。在初始步驟SO中，采取該方法所必需的所有預(yù)防措施。在隨后的步驟SI中，制造或提供多件均質(zhì)片材10。這些片材10形成自碳纖維增強(qiáng)材料10'或其預(yù)成形物10"。在幾何結(jié)構(gòu)和片材的化學(xué)和/或物理性質(zhì)方面，所述片材10優(yōu)選為相同的或基本相同的，但至少是可比的，更具體地說(shuō)為如下方式，如果在它們的自然性質(zhì)中存在任何變化，則該變化對(duì)于最終產(chǎn)品即產(chǎn)品200的性質(zhì)都不會(huì)是不利的。在隨后的步驟S2中將提供的片材10接合在一起。結(jié)果，建立了具有特定三維結(jié)構(gòu)R'的包裹體100。將該包裹體100維度化以使得它至少包裹希望的產(chǎn)品200和其三維結(jié)構(gòu)R。該包裹體100的三維結(jié)構(gòu)R'最好與待制造產(chǎn)品200的三維結(jié)構(gòu)R相同。然而這是不必要的，并且通常不是這種情況。繼步驟S2中的接合步驟之后，然后在隨后的步驟S3中加工所述包裹體100以從其獲得產(chǎn)品200或其預(yù)成形物200'。在本發(fā)明的含義中，總是相對(duì)于希望的產(chǎn)品200提供預(yù)成形物200'，如果加工后即加工出實(shí)際希望的三維結(jié)構(gòu)R后，則需要進(jìn)一步的中間加工步驟或后加工步驟，例如碳化和/或硅化等。然后，最后提及的步驟可包含于所述預(yù)成形物200'后加工的任選方法框圖S4中以獲得產(chǎn)品200。然后，用于完成該方法的措施歸入隨后的步驟S5中。圖2至5顯示了示例步驟S1、S2和S4的可能細(xì)節(jié)的子框圖或流程圖，其可以提供于用于從碳纖維增強(qiáng)材料10'制造產(chǎn)品200的本發(fā)明方法的一些實(shí)施方式中。根據(jù)圖2，不是僅提供已經(jīng)預(yù)制的片材10，而是步驟SI還可以包括制造這些片材10。例如，這種類型的子制造方法包括混合所述片材10所需材料組分的步驟Tl，模制或壓縮步驟Tl中所混合組分以形成無(wú)論平面還是彎曲的相應(yīng)片材10的步驟T2，和任選的碳化步驟T3和硅化步驟T4。最后提及的碳化步驟T3和硅化步驟T4在這種情況下是任選的，因?yàn)樵谠S多情況下，在對(duì)所述片材進(jìn)行壓縮或脫模的步驟T2后，在所述片材在它們基本形式的情況下，即在所述片材10在基本未進(jìn)行后加工的形式的情況下，即作為生坯產(chǎn)品或坯體的情況下，通過(guò)將片材10接合在一起以首先形成所述包裹體100是有利的。由于在碳化T3和硅化T4的情況下變化的材料性質(zhì)，在該基本形式易于實(shí)施某些另外的加工過(guò)程。圖3中的流程圖顯示了在如下一個(gè)實(shí)施方式中片材10接合步驟S2的子步驟，根據(jù)本發(fā)明方法的該實(shí)施方式用于從碳纖維增強(qiáng)材料10'制造產(chǎn)品200。在這個(gè)實(shí)施方式中，在實(shí)際接合所述片材10之前，Ul，向接合面10o、10u、IOk之一或其部分或者向所有接合面10o、10u、10k或其部分施加聯(lián)結(jié)劑或膠粘劑20。然后在下一步驟U2中進(jìn)行片材10的實(shí)際接合。然后任選通過(guò)施加壓力和/或熱的步驟U3輔助所述接合步驟特定的一段時(shí)間。圖4示例了用于S2接合所述片材10的備選步驟。在這種情況下，在第一步驟Vl中在至少一件所述片材10中形成了凹處32。兩件待互相連接的片材10也可以形成有凹處32。在隨后的步驟V2中，將制得的插接元件31插入一個(gè)凹處32或多個(gè)凹處32中。在接下來(lái)的步驟V3中，將所述片材10接合在一起，其中在所述凹處32中的插接元件31輔助所述片材10相對(duì)于彼此對(duì)齊和/或接合。在任選的步驟V4中，可以在所述結(jié)構(gòu)上再施加壓力和/或熱以輔助所述連接。關(guān)于步驟V2，有必有制備單獨(dú)的插接元件31以插入所述凹處中。最好，該插接元件31還可以是所述片材10之一的一部分。圖5最后顯示了繼所述機(jī)械加工或加工S3之后作為碳化Wl和硅化W2步驟的任選步驟S4。由于碳化W1，將形成片材10基礎(chǔ)的材料10'、10"的特定或所有碳素組分例如通過(guò)熱解等轉(zhuǎn)化成碳結(jié)構(gòu)，其中在后續(xù)步驟W2中將硅吸收至由此建立的結(jié)構(gòu)中，即以便形成相應(yīng)的陶瓷結(jié)構(gòu)。圖6A至6F序列描述了用于從碳纖維增強(qiáng)材料10'制造產(chǎn)品200的本發(fā)明方法的另一實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。在圖6A中所示的中間狀態(tài)中，首先提供并適當(dāng)排列多件由碳纖維增強(qiáng)材料10'制成的相同片材10，該片材10各具有上側(cè)IOo和下側(cè)IOu以及邊緣10k。然后在向圖6B中所示中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)變中，將聯(lián)結(jié)劑20層例如膠粘劑20施加至不包括最上面片材的片材10的上側(cè)10o。同樣可將膠粘劑20施加至分別彼此指定的上側(cè)和下側(cè)IOo和IOu。然后在向圖6C中所示中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)變中，在壓力P作用下以堆疊方式將片材10接合在一起，其中最下面片材10的上側(cè)IOo在每一情況下接受在其上布置的各片材10的下側(cè)10u，其間為膠粘劑20。在向圖6D中所示中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)變中，在壓力P的作用下，由此將片材10接合在一起以形成包裹體100或其預(yù)成形物100'。在這種情況下，沒(méi)有顯示在預(yù)先單獨(dú)提供的片材10之間的界面21。在向圖6E中所示中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)變中，開(kāi)始如下的步驟，即從所述包裹體100或其預(yù)成形物100'加工成所希望產(chǎn)品200或其預(yù)成形物200'的三維結(jié)構(gòu)R。在圖6E中所指出包裹體100或其預(yù)成形物100'的三維結(jié)構(gòu)R'的堆疊中，已經(jīng)通過(guò)虛線指出了待制造主體200或其預(yù)成形物200'的三維結(jié)構(gòu)R的輪廓。在向圖6F中所示中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)變中，從所述包裹體100或其預(yù)成形物100'加工出具有三維結(jié)構(gòu)R的產(chǎn)品200或其預(yù)成形物200'。在圖6A至6E序列中，所有片材10經(jīng)由它們的上側(cè)IOo和它們的下側(cè)IOu而接合在一起，以使得總體上建立所述包裹體100或其預(yù)成形物100'的堆疊。上文和下文中，如果在各制造后或作為中間步驟仍然需要諸如碳化和硅化的處理步驟，則預(yù)成形物100'、200'分別指的是待制造的包裝體100和產(chǎn)品200。如果不需要此類步驟，則分別直接指包裝體100或產(chǎn)品200。在圖7A至7C的實(shí)施方式中，在直接相鄰的片材10之間的接合步驟經(jīng)由所述片材的邊緣IOk或邊緣面IOk而進(jìn)行。在圖7A中所示的中間狀態(tài)中，兩件由碳纖維增強(qiáng)材料10'制成的片材10經(jīng)由它們的邊緣IOk被接合在一起，其中，在圖7A中，布置在左手側(cè)的片材10在它的右邊緣IOk處具有以膠粘劑20形式的膠粘劑20。然后在向圖7B中所示中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)變中，兩件片材10經(jīng)由它們的邊緣IOk和其間的膠粘劑20被接合在一起，其中從每一相對(duì)邊緣IOk施加合適的壓縮力P。由于壓縮力P的作用，于是在圖7C中所示中間狀態(tài)中實(shí)現(xiàn)了兩件由碳纖維增強(qiáng)材料10'制成的片材10的連接，以使得在圖7C中所示中間狀態(tài)中所述包裹體100或其預(yù)成形物100'由一對(duì)片材10組成。然而，原則上，包含多于兩件片材的二維對(duì)象也是可行的。在根據(jù)圖7A至7C序列的途徑中，除了在邊緣面IOk處的膠粘劑20外，沒(méi)有使用另外的輔助以將片材10接合在一起。相反，在圖8A至8D序列中，由碳纖維增強(qiáng)材料10'制成的片材10的邊緣面IOk中形成有凹處，并且該凹處經(jīng)由邊緣面IOk而互相相對(duì)。這些凹處以與另外提供的插接元件31互補(bǔ)并與其配合的方式而成形，以使得當(dāng)片材10和它們的凹處32與插接元件31配合式接合時(shí)首先產(chǎn)生圖8B中所示的中間結(jié)構(gòu)，其中，由于在凹處32中在左手側(cè)另外設(shè)置的膠粘劑20，在通過(guò)膠粘劑20進(jìn)行浸潤(rùn)的情況下，出現(xiàn)了插接元件31在凹處32中的嵌合類型。在向圖8C中所示中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)變中，在壓力P作用下制造了其中兩件片材10被接合在一起以形成包裹體100或其預(yù)成形物100'的結(jié)構(gòu)，其中插接元件31在以前分離片材10之間的界面21處也是清晰可見(jiàn)的。在合適選擇用于插接元件31和膠粘劑20的材料的情況下，可適當(dāng)補(bǔ)救在界面處的差異，以使得在界面21處同樣提供基本均質(zhì)的結(jié)構(gòu)，即，如圖8D中布置所示，一旦已經(jīng)將單件片材10接合在一起，則插接元件21不再發(fā)生材料分離。圖9A至9D中的序列描述了與圖8A至8D中序列相似的途徑，但是在這種情況下，不形成單獨(dú)的插接元件31，而是所述插接元件31與由碳纖維增強(qiáng)材料10'制成的右手側(cè)片材10整體形成，即作為右手側(cè)片材10的一部分而形成。此外，將粘結(jié)劑20填充至在另一片材10中的凹處32中，以使得一旦已經(jīng)根據(jù)圖9B中布置將片材接合在一起并且已經(jīng)施加合適壓力P，則根據(jù)圖9C獲得包裹體100或其預(yù)成形物100'，其中根據(jù)圖9D在適當(dāng)選擇材料的情況下不再發(fā)生以前分離元件10的和界面21的材料分離。圖1OA至IOD中的序列顯示如下途徑，其中凹處32和插接元件31不是在邊緣IOk處插入，而是連接由碳纖維增強(qiáng)材料10'制成的片材10的上側(cè)IOo和下側(cè)10u。根據(jù)圖10A，凹處32形成在直接相鄰片材10的上側(cè)IOo和下側(cè)IOu中。此外，在此情況下提供單獨(dú)的插接元件31。在每種情況下，以膠粘劑20涂覆最下面片材10的上側(cè)IOo0在向圖1OB中所示中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)變中，在壓力作用下將直接相鄰的由碳纖維增強(qiáng)材料10'制成的片材10接合在一起，其中將插接元件31插入至彼此指定的各凹處32中，并且在上側(cè)和下側(cè)IOo和IOu之間的膠粘劑20分別提供所述連接。在向圖1OC中所示中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)變中，將片材10接合在一起以致獲得包裹體100或其預(yù)成形物100'。在這種情況下，在圖1OC中的布置中，在界面區(qū)域21處也可清楚看到插接元件31。如圖1OD中所示出的，在適當(dāng)選擇插接元件31的材料組分和膠粘劑20的材料組分的情況下，不再發(fā)生根據(jù)圖1OC的材料分離。附圖標(biāo)記列表10片材，片材元件10,片材/片材元件10的材料，碳纖維增強(qiáng)材料IOk邊緣,邊緣面,邊緣區(qū)域IOo上側(cè)，上面IOu下側(cè)，下面20聯(lián)結(jié)輔助，聯(lián)結(jié)劑，膠粘劑，粘結(jié)劑21界面，界面區(qū)域30連接裝置31插接裝直，插接兀件32凹處，凹槽，鉆孔，溝道
100包裹體，包裝體100'包裹體的預(yù)成形物200 產(chǎn)品200;產(chǎn)品的預(yù)成形物R產(chǎn)品的三維結(jié)構(gòu)、3D結(jié)構(gòu)R/包裹體100/其預(yù)成形物100'的三維結(jié)構(gòu)、3D結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.用于制造由陶瓷材料制成的具有預(yù)定形狀的組件(200)的方法，其中所述方法包括如下步驟 (51)提供多件由碳素材料(10')制成的片材(10)， (52)提供含有可碳化組分的膠粘劑并且借助于所述膠粘劑將所述多件片材(10)彼此接合以形成片材布置，其空間維度使得可通過(guò)材料去除從所述布置產(chǎn)生所述組件的預(yù)定形狀， (53)通過(guò)從所述片材布置去除碳素材料對(duì)所述片材布置進(jìn)行加工以獲得預(yù)成形物，所述預(yù)成形物由碳素材料制成并且具有待制造組件的預(yù)定形狀，和 (S4 )對(duì)所述預(yù)成形物進(jìn)行硅化以獲得所述由陶瓷材料制成的組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 其特征在于通過(guò)將作為第一接合面的片材或隨后片材的下側(cè)與作為第二接合面的片材的上側(cè)接合，以在彼此上部堆疊或彼此接合多件片材或所有片材，從而形成片材布置。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于所述片材(10)具有由所述片材的厚度限定的側(cè)面(10k)，并且其特征在于至少一件所述片材(10)通過(guò)它的作為第一接合面的一個(gè)側(cè)面與作為第二接合面的另一片材的上側(cè)或下側(cè)接合。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于所述片材(10)具有由所述片材的厚度限定的側(cè)面(10k)，并且至少一件所述片材(10)通過(guò)它的作為第一接合面的一個(gè)側(cè)面與作為第二接合面的另一片材的一個(gè)側(cè)面接合。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，在待在所述接合面接合至少兩件所述片材的情況下，在一件片材的接合面中整體形成有凹處，而在另一片材的接合面上整體形成有以與所述凹處互補(bǔ)的方式成形的凸起，并且通過(guò)嚙合所述凹處與所述凸起以將所述兩件片材接合在一起。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，在待在所述接合面接合至少兩件所述片材的情況下，在兩件片材的接合面中整體形成有凹處，并且其特征在于提供以與所述凹處互補(bǔ)的方式成形的連接元件，其中通過(guò)嚙合所述連接元件與所述兩個(gè)凹處以將所述兩件片材接合在一起。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于所述膠粘劑的可碳化組分包含樹(shù)脂，特別是酚醛樹(shù)脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法， 其特征在于所述膠粘劑除了所述樹(shù)脂外還含有碳化硅粉末。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法， 其特征在于所述碳化硅粉末的平均粒徑為1-50 μ m,優(yōu)選5-20 μ m,更優(yōu)選3-5 μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的方法， 其特征在于所述可碳化膠粘劑含有5-50重量％的水、20-80重量％的碳化硅粉末和10-55重量％的樹(shù)脂，優(yōu)選10-40重量％的水、30-65重量％的碳化硅粉末和20-45重量％的樹(shù)脂，更優(yōu)選15-25重量％的水、45-55重量％的碳化硅粉末和27-33重量％的樹(shù)脂。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述可碳化膠粘劑含有低于10重量％、特別是低于3重量％的由碳素材料制成的填料，并且特別是不含由碳素材料制成的填料。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于所述可碳化膠粘劑優(yōu)選含有O. 5至5重量％的固化劑。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于所述膠粘劑含有從其制造由碳素材料制成的片材的材料。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于所述片材布置是碳化的。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于所述預(yù)成形物是碳化的。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于當(dāng)接合至一起時(shí)對(duì)所述片材施加壓力和/或熱(S2)。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于一些片材特別是所有片材的物理和/或化學(xué)性質(zhì)在所討論片材的空間膨脹中是相同的。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于至少一些所述片材具有如下范圍的空間膨脹(長(zhǎng)度X寬度X厚度)，即20-80cm (長(zhǎng)度)X20-80cm (寬度)X3_10cm (厚度)。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于一些片材特別是所有片材具有彼此組成相同的碳素材料。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于通過(guò)制備與可碳化粉狀粘結(jié)劑和碳纖維的均質(zhì)混合物，在壓力作用下壓緊所述混合物并且將它模制成片狀初步產(chǎn)品，并且通過(guò)碳化或通過(guò)碳化和石墨化進(jìn)一步處理所述片狀初步產(chǎn)品，以形成由碳素材料制成的片材，從而制造至少一些片材特別是所有片材。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法， 其特征在于所述粉狀粘結(jié)劑是酚醛樹(shù)脂粉末，特別是粒度分布D5tl < IOOum的酚醛樹(shù)脂粉末。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的方法， 其特征在于所述均質(zhì)混合物含有20-50重量％的所述粘結(jié)劑和50-80重量％的所述碳纖維，優(yōu)選30-40重量％的所述粘結(jié)劑和60-75重量％的所述碳纖維粉末。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求20至22中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于所述均質(zhì)混合物含有填料，例如碳化硅粉末和/或石墨粉末。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于至少一些由碳素材料制成的片材特別是所有由碳素材料制成的片材的材料密度在約O. 5g/cm3至約O. 85g/cm3的范圍內(nèi)。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求20至24中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于通過(guò)研磨并碳化粘性材料和/或纖維素材料，特別是通過(guò)首先研磨然后碳化所述一種或多種材料，以制造所述碳纖維。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求20至25中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于所述碳纖維以優(yōu)選纖維長(zhǎng)度分布D5tl < 20 μ m的短切纖維的形式存在于所述混合物中。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求20至26中的一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于在所述混合物中所述碳纖維優(yōu)選具有D95 < 70 μ m的纖維長(zhǎng)度分布。
28.由陶瓷材料制成的組件，所述組件是通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1至19中一項(xiàng)所述的方法從材料密度在2. 8g/cm3至約3. lg/cm3范圍內(nèi)的陶瓷材料制成的。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的組件(200)， 其特征在于所述組件形成為光學(xué)系統(tǒng)的殼體，優(yōu)選形成為光學(xué)光刻系統(tǒng)的殼體，更優(yōu)選形成為EUV光刻系統(tǒng)的殼體。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或29中的一項(xiàng)所述的組件(200)， 其特征在于形成所述形成為光學(xué)系統(tǒng)殼體的組件以便容納光學(xué)組件，例如透鏡和/或反射鏡。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的組件(200)， 其特征在于所述組件形成為光學(xué)反射鏡的基底，特別是形成為用于光學(xué)光刻系統(tǒng)的反射鏡的基底。
32.根據(jù)權(quán)利要求28至31中的一項(xiàng)所述的組件， 其特征在于所述組件具有如下范圍的空間膨脹(長(zhǎng)度X寬度X高度)，即50-150cm(長(zhǎng)度)X50_150cm (寬度)X5_150cm (高度)。
33.根據(jù)權(quán)利要求28至32中的一項(xiàng)所述的組件(200)， 其特征在于所述組件的陶瓷材料的彈性模量為270GPa或更高，優(yōu)選高于300GPa，特別是在320GPa至350GPa的范圍內(nèi)。
34.根據(jù)權(quán)利要求28至33中的一項(xiàng)所述的組件(200)， 其特征在于所述組件的陶瓷材料的抗撓剛度為280MPa或更高，優(yōu)選350MPa或更高，更優(yōu)選400MPa或更高。
35.根據(jù)權(quán)利要求28至34中的一項(xiàng)所述的組件(200)， 其特征在于所述組件的陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)低于3. 4X 10_6/K，優(yōu)選低于3. OX 10_6/K，更優(yōu)選 2. 7Χ1(Γ6/Κ。
36.根據(jù)權(quán)利要求28至34中的一項(xiàng)所述的組件(200)， 其特征在于所述組件的陶瓷材料的熱導(dǎo)率為120W/(mK)或更高，優(yōu)選140W/(mK)或更高，更優(yōu)選170W/(mK)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造組件(200)的方法，并且涉及本身由陶瓷材料制成的具有預(yù)定形狀的組件，其中所述方法包括如下步驟(S1)提供多件由碳素材料(10′)制成的片材(10)，(S2)提供含有可碳化組分的膠粘劑并且借助于所述膠粘劑將所述多件片材(10)彼此接合以形成片材布置，其空間維度使得可通過(guò)材料去除從所述布置產(chǎn)生所述組件的預(yù)定形狀，(S3)通過(guò)從所述片材布置去除碳素材料對(duì)所述片材布置進(jìn)行加工以獲得預(yù)成形物，所述預(yù)成形物由碳素材料制成并且具有待制造組件的預(yù)定形狀，和(S4)對(duì)所述預(yù)成形物進(jìn)行硅化以獲得所述由陶瓷材料制成的組件。
文檔編號(hào)C04B35/573GK103003753SQ201180031519
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者安德烈亞斯·金茨勒, 阿爾弗雷德·霍伊斯勒, 英格麗德·克雷奇默, 彼得·波爾斯特 申請(qǐng)人:西格里碳素歐洲公司