(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
−物体をターゲットから２μｍ〜３０ｍｍの距離を置いて保持すること、
−１ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの反復周波数を有するパルス化された冷間加工レーザビームを該ターゲットに向け、それによって該ターゲットから材料を冷間アブレーションさせて、高品質プラズマを生成すること、
−前記パルス化された冷間加工レーザビームをターゲットにタービンスキャナによって導くこと、
−該物体の表面上に、該高品質プラズマからコーティングを形成すること、
を含む１つ以上の表面によって物体をコーティングするためのレーザアブレーション方法であって、
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって１平方マイクロメートルの面積について測定する場合、該コーティングの表面粗さは±１００ｎｍであり、該コーティングは１ｍｍ２当たり１個未満のピンホールを含む、レーザアブレーション方法。
【請求項２】
基材が、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、紙、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ターゲットが、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
レーザアブレーションが、１０−１〜１０−１２気圧の真空中で実行されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
レーザアブレーションが、通常の気圧において実行されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
ターゲットが、それまでは明らかにアブレーションされていないターゲットの場所から材料が本質的に連続的に蒸発させられるように、レーザビームによってアブレーションされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ターゲットが、薄板の供給として供給されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ターゲットが、フィルム／テープの供給として供給されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
レーザビームが、タービンスキャナを介してターゲットへと向けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ターゲットへと向けられる走査幅が、１０ｍｍ〜８００ｍｍであることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
基材が、１つ以上のターゲットからレーザアブレーションによって蒸発させられたプラズマプルーム中で動かされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ターゲットと基材との間の距離が、アブレーションプロセスの全体にわたって本質的に一定に保たれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
コーティング対象の表面が、複数のターゲットから同時にアブレーションされた材料から形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
コーティング対象の表面が、アブレーションされた材料で形成されているプラズマプルーム中に、前記プラズマプルーム中に含まれるアブレーションされた材料と反応する反応物質をもたらし、その結果得られる１つ以上の化合物で基材上に製造される前記表面を形成することで、形成されることを特徴とする請求項１または１３に記載の方法。
【請求項１５】
コーティング対象の表面が、全コーティング面積においてピンホールをまったく含まないように形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
コーティング対象の表面が、表面の最初の５０％が、生成された表面に１０００ｎｍよりも大きい直径の粒子が形成されないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載のレーザアブレーション方法によってコーティングされた物体。
【請求項１８】
コーティングされる基材が、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、紙、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料からなることを特徴とする請求項１７に記載の物体。
【請求項１９】
アブレーションされるターゲットが、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、紙、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料からなることを特徴とする請求項１７または１８に記載の物体。
【請求項２０】
コーティングされた表面が、表面の最初の５０％が、生成された表面に１０００ｎｍよりも大きい直径の粒子が形成されないことを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の物体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高品質の表面を製造するためのレーザアブレーション式のコーティング方法、ならびに高品質の表面を有する製品に関する。本発明は、高品質な表面および高品質な表面を有する製品の経済的な製造を可能にする。本発明によれば、種々のコーティング材料を有しており、したがって種々の特徴を有している多数のさまざまな製品のための高品質な表面を経済的に製造することができる。
【背景技術】
【０００２】
近年において、レーザ技術が大幅に進歩し、今や、例えば冷間アブレーションにおいて使用することができるまずまずの効率を有するファイバ主体の半導体レーザシステムを製造することが可能になっている。これらのなかでも、冷間加工に向けられたレーザは、ピコ秒レーザおよびフェムト秒レーザである。例えば、ピコ秒レーザにおいては、冷間加工の範囲がパルス長に帰し、パルス長が１００ピコ秒以下である。パルス長に加えて、ピコ秒レーザは、反復周波数に関してフェムト秒レーザから相違しており、最新の市販のピコ秒レーザの反復周波数が１〜４ＭＨｚである一方で、フェムト秒レーザは、依然としてキロヘルツ単位で測定される反復周波数のままである。冷間アブレーションは、材料の蒸発を可能にするが、最大でも熱の伝達は蒸発させられる（アブレーション対象の）材料そのものへと向けられることはなく、すなわちパルスエネルギーのみが、それぞれのパルスのみによってアブレーション対象の材料へと向けられる。
【０００３】
全ファイバ式のダイオード励起半導体レーザと競合し、レーザビームを最初にファイバへと導き、そこから加工場所へとさらに導くランプ励起のレーザ源が存在する。本出願の優先日において出願人の知る情報によれば、これらのファイバ式のレーザシステムが、現時点において、レーザアブレーション式の製造を工業規模において達成する唯一の方法である。
【０００４】
現在のファイバレーザのファイバでは、残りのビームのパワーが少ないため、蒸発させることができる材料に関して制限がある。すなわち、アルミニウムは、適度なパルスパワーによって蒸発させることが可能であるが、銅、タングステン、などといったより蒸発が難しい材料は、はるかに大きなパルスパワーを必要とする。
【０００５】
従来技術の技法における別の欠点は、レーザビームの走査幅である。一般に、ミラーフィルムスキャナでの直線走査が適用されているが、その場合には、例えばおおよそ７０ｍｍの公称走査線幅を達成することが理論的には可能であるが、実際には、走査幅が不都合にも３０ｍｍ程度にとどまる可能性があり、その場合には、走査範囲のフリンジが非一様な品質のまま残る可能性があり、そして／あるいは中央領域と相違する可能性がある。このように、小さな走査幅も、この意味で、現在のレーザ設備を大きくて幅広の物体のコーティング用途に使用することを、工業的に利益がなく、あるいは技術的に実現不可能なものにしている。
【０００６】
出願人の知る限りでは、本出願の優先日において、公知の設備の有効能力は、アブレーションにおいておおむね１０Ｗ程度にとどまっている。ここで、例えば、反復周波数を、レーザにおいてわずか４ＭＨｚのパルス周波数へと制限することができる。パルス周波数をさらに高くしようと試みなければならない場合、従来技術のスキャナでは、レーザビームパルスのかなり大きな部分が、レーザ装置の壁構造へと制御不能に向けられる一方で、プラズマの形態でアブレーション対象物へも向けられる結果となり、正味の効果として、アブレーション対象物を蒸着させてなる表面の品質および製造速度の両者が低下し、ターゲットに衝突する放射フラックスが充分に一様でなく、これは生成されたプラズマの構造において見ることができ、これが今や、コーティング対象面に衝突するとき、非一様な品質の表面を形成する。これらの問題は、生成されるプラズマプルームの成長に比例して悪化する。
【０００７】
製造速度は、パルス反復周波数に直接的に比例する。他方で、公知の往復ミラーフィルムスキャナにおいては、運動は停止したままである。この種のミラーフィルムスキャナは、停止に加えて、新たな減速および停止ならびに方向の変化に先立って、減速および加速の両方が必要であり、反復周波数を高めることによって製造速度を向上させようと試みるとき、パルス周波数を高める結果として、ターゲットにおけるパルスの供給が非一様になり、したがってターゲット材料がとくには停止位置の近傍において、すなわち走査範囲のフリンジにおいて、停止位置の間に残される領域の消耗に関して、非一様に擦り減る。同様に、プラズマ生成と、したがって生成されるコーティングの品質も、コーティングに一様な品質が求められる用途に関して、顕著かつ有害に非一様になる可能性がある。さらに、ターゲットの非一様な消耗は、場合によっては、粒子状のかけらの形成につながる可能性があり、これは、とりわけ機械加工の用途において機械加工結果の品質を弱体化させ、粗くするだけでなく、加工場所の直近における構造を、望ましくない方向に向ける可能性がある。
【０００８】
さらに、ミラーフィルムスキャナの往復運動によって生じる慣性力が、ミラーフィルムスキャナの構造に変動的に加わって、固定機構の緩みを生じさせ、したがって、とくには停止したままのミラーフィルムスキャナの動作がその設定の極端において実行される場合に、構造体が時間の経過とともにいくらかのドリフトを開始する。その場合、慣性力は、実際に、ミラーフィルムスキャナの運動、その動作の速度も制限する。失速しているミラーフィルムスキャナの停止も、運動が一様であってターゲットからアブレーションされるプラズマ生成に適していると考えられる動作サイクルの領域を制限する。その場合、たとえ動作がすでにかなり遅い場合であっても、動作サイクルは或る程度不足したままであり、その一部のみを、有効な能力にて使用することができる。今や、失速しているミラーフィルムスキャナからの唯一の結果は、きわめて遅いプラズマ生成、長期動作における不安定、およびプラズマへの粒子状の放射物であり、そのような放射物は、機械加工された物体および／またはターゲットの表面ならびにコーティングされる物体のコーティング品質の両方において視認することができる。ターゲット表面における有効走査線幅も、きわめて短いままでありうる。
【０００９】
従来技術の構成においては、アブレーションの最中のレーザビームの焦点が蒸発される材料に対して変化することによっても問題が引き起こされ、これが、材料の表面におけるパルスエネルギー密度を（通常は）低下させ、蒸発／プラズマ生成がもはや完全でなくなるため、プラズマの品質にすぐに悪影響を及ぼす。これは、低エネルギーのプラズマおよび不必要に大量のかけら／粒子ならびに表面形態の変化につながり、コーティングの付着および／またはコーティングの厚さを変化させる可能性がある。
【００１０】
近年のレーザ技術における大きな進歩が、半導体ファイバ式の高出力レーザシステムにおいて使用され、冷間アブレーション式の方法の発展を助ける手段をもたらしている。
【００１１】
しかしながら、従来からのファイバレーザにおけるファイバは、パルス状のレーザ放射が充分な正味の出力レベルでファイバに沿って加工場所へと伝えられる高出力の使用を可能にしていない。加工場所において必要とされる出力レベルにおいて、通常のファイバは、吸収によってファイバ内で生成される伝達損失に耐えることができない。ソースからターゲットへのレーザビームの伝達にファイバ技術を使用する理由の１つは、ただ１つのレーザビームであっても、自由空間を通って伝搬させることが産業の作業環境の作業者にとって大きな安全上の危険を構成することにあり、産業規模において、まったく不可能でないにせよ、技術的にきわめて難題である。
【００１２】
本出願の優先日において、全ファイバ式のダイオード励起の半導体レーザは、ランプ励起のレーザと競合しており、この場合に、両者とも、レーザビームを最初にファイバへと導き、そこから加工場所のターゲットへとさらに導く特徴を有している。これらのファイバ式のレーザシステムが、産業規模のレーザアブレーション式の製造を実現する唯一の方法である。
【００１３】
ファイバレーザにおける今日のファイバ、したがって限られたビーム出力が、ターゲット材料の蒸発／アブレーションにおいて使用できるファイバ材料に関して制約を課す。アルミニウムは、低出力のパルスで蒸発／アブレーションが可能であるが、銅、タングステン、などといった蒸発／アブレーションがより難しい材料は、かなり大きいパルスの出力を必要とする。これは、同じ公知の技法によって新規な化合物を生成したい状況にも当てはまる。いくつかの例の中でも、レーザアブレーション後の状況における適切な気相反応によって、炭素から直接的にダイアモンドを製造すること、またはアルミニウムおよび酸素から直接的に酸化アルミニウムを製造することが挙げられる。
【００１４】
他方で、ファイバレーザ技術のさらなる発展にとって最も大きな障害の１つは、ファイバが破損せず、かつレーザビームの品質が損なわれないよう、ファイバの高出力レーザパルスに対する耐性であると思われる。
【００１５】
コーティング、薄膜製造、ならびに切断／エンボス加工／彫り込み、などに関する品質および製造速度の両方の問題に関する問題を解決するために新規な冷間アブレーションを適用する場合、中心となる手法は、レーザの出力を大きくする殊を試みること、およびターゲット表面におけるレーザビームのスポットサイズを小さくすることである。しかしながら、出力のかなりの部分が雑音に消費されてしまう。品質に関する問題および製造速度に関する問題は、たとえいくつかのレーザ製造者がレーザの効率に関する問題を解決しても、未解決のままである。両者、すなわちコーティング／薄膜ならびに切断／エンボス加工／彫り込み、などの典型的なサンプルの製造は、低い反復周波数、狭い走査幅、および長い加工時間においてのみ可能であり、これらの特徴そのものが、工業的な実現可能性から外れており、この事実は、大きな物体の場合にとくに強調される。
【００１６】
パルスエネルギー含量ゆえ、パルスの出力を増加させると同時にパルスの継続時間を短くする場合、この問題は、継続時間のより短いレーザパルスを観察するときより重大になる。ナノ秒パルスレーザは、冷間アブレーション法に適しているというわけではないが、そのようなナノ秒パルスレーザにおいてさえも、問題がきわめて頻繁に生じる。
【００１７】
パルスの継続時間がフェムトまたはアト秒の程度まで短くされると、問題はほとんど解決不可能になる。例えば、パルスの継続時間が１０〜１５ｐｓであるピコ秒レーザシステムは、レーザの総出力が１００Ｗであって、反復周波数が２０ＭＨｚであるとき、パルスの出力がスポットサイズのために５μＪ  １０〜３０μｍでなければならない。出願人の得ている情報によれば、この種のパルスの出力に耐えるファイバは、本出願の優先日の時点では、入手することができない。
【００１８】
パルスが短いほど、所与の断面によってファイバに沿って導かれてファイバを通過すべき所与の時間期間当たりのエネルギーは大きくなる。上述の条件において、パルスの継続時間およびレーザの出力に関し、個々のパルスのレベルは、おおむね４００ｋＷの出力に相当しうる。２００ｋＷに耐えることができ、１５ｐｓのパルスを最適なパルスの形状をひずませることなく通過させることができるファイバの製造でさえ、出願人の知る限りでは、本出願の優先日よりも前では、未だに不可能である。
【００１９】
任意の利用可能な材料からのプラズマ生成の可能性を妨げないという目的において、パルスの出力レベルは、例えば２００ｋＷおよび８０ＭＷの間で自由に選択されなければならない。現在のファイバレーザの制約による問題は、ファイバのみによって引き起こされているのではなく、所望の種類の総出力を目標とするときの光カプラの介在による別個のダイオード励起レーザの相互接続にも関係している。この種の組み合わせビームは、単一のファイバにおいて、従来からの技法によって加工場所へと導かれている。
【００２０】
結果として、光カプラが、高出力のパルスを加工場所へと伝達するための伝送バスにおいて使用される場合、少なくともファイバそのものと同じ出力に耐えなければならない。通常の出力レベルを使用する場合であっても、適切な光カプラの製造はきわめて高価であり、動作は或る意味で安全でなく、カプラが使用において消耗し、すなわち所与の時間期間のうちに交換が必要である。
【００２１】
製造速度は、反復周波数または速度に直接的に比例する。他方で、公知のミラーフィルムスキャナ（例えば、ガルバニックスキャナまたは類似の往復式の他のスキャナ）は、それらの動作サイクルに典型的な往復の揺動運動を特徴としており、動作サイクルの両端におけるミラーの停止、ならびに変向点および瞬間的な停止に関係する加速および減速が、かなりの問題となり、この種のミラーのスキャナとしての実現可能性に悪影響を及ぼすだけでなく、走査幅にも悪影響を及ぼす。反復周波数を高めることによって製造の規模を大きくする場合、加速および減速が、結果として走査範囲を狭くし、あるいは放射が減速中および／または加速中のミラーを介してターゲットに衝突する場合に、放射の分布、したがってターゲットにおけるプラズマを非一様にする。
【００２２】
コーティング／薄膜の製造速度を、単純にパルス反復周波数を高めることによって高めようと試みる場合、上述の公知のスキャナは、ｋＨｚ範囲の低いパルス周波数でさえ、前もって制御することができない方法でターゲットの重なり合う場所へとパルスを導く。
【００２３】
同じ問題が、ナノ秒範囲のレーザにも当てはまるが、パルスエネルギーが高く継続時間が長いため、ここでは問題がさらにより深刻である。したがって、ナノ秒範囲のただ１つのパルスでさえも、ターゲット材料の深刻な浸食につながる。
【００２４】
公知の技法においては、ターゲットが非一様に消費されるだけでなく、容易に砕ける可能性もあり、これがプラズマの品質を弱体化させる。したがって、上述の技法によってコーティングされる表面が、プラズマによってもたらされる有害な問題をさらに抱える。表面がかけらを含む可能性があり、プラズマが非一様に分布して、分裂した表面などが形成される可能性があり、これらは精度を必要とする用途においては厄介な問題であるが、例えば塗装または着色の用途においては、欠点が用途に特有の観察しきい値を超えないならば、必ずしも問題ではない。現在の方法は、ターゲットを１度だけ使用しており、すなわち同じターゲットを同じ表面について再使用することはできない。手つかずのターゲット表面のみを使用し、ターゲットおよび／またはビーム／スポットを互いに対して適切に動かすることによって、この問題を解決することが試みられている。
【００２５】
機械加工または加工といった種類の用途においては、流れの制御に関する穿孔を取り扱う場合に生じうるように、かけらを含んでいる廃棄物または残り物が、やはり非一様な切断線につながる可能性があり、これは結果として容認できない。表面が、放出されたかけらに起因して非一様な外観を得る可能性もあり、これは例えば特定の半導体の製造において適当でない。
【００２６】
さらに、ミラーフィルムスキャナの往復運動が慣性力を生み、この慣性力が、構造体そのものだけでなく、この種のミラーが当該ミラーを動かすためのベアリングによって取り付けられる場所にも、重荷を負わす。上述の慣性力が、とくにはミラーがその設定の極端な範囲において機能する場合に、ミラーの固定の機構を徐々に緩ませる可能性があり、これが長期動作において設定のずれにつながる可能性があり、そのような設定のずれを、製品の品質の非一様な再現性に見ることができる。さらに、運動における停止ならびに方向および速度の変化に起因し、この種のミラーフィルムスキャナにおいては、アブレーションおよびプラズマ生成に適用される走査幅がきわめて限られている。たとえいずれの場合も動作が遅かった場合でも、製造サイクルの全長に対する有効な製造サイクルが短い。製造を向上させるという目的の観点から、ミラーフィルムスキャナを使用するシステムは、必然的にプラズマ生成に関して遅く、走査幅が狭く、長期動作において不安定であり、プラズマ中の有害な粒子放射と衝突する可能性が高く、その場合、得られる機械加工および／またはコーティング製品も、結果としてこれらに対応する特徴を得る。
【００２７】
ファイバレーザ技術には、他の問題もつきまとう。例えば、大量のエネルギーを光ファイバを通って伝送することができず、大量のエネルギーを光ファイバを通って伝送すると、ファイバの溶融および／または破損につながり、あるいは伝送される高出力のためにファイバが変形して、レーザビームの品質が大きく損なわれることになる。すでに１０μＪのパルス出力でさえも、ファイバが些細な構造的および品質的弱点を有していると、ファイバを損傷させる可能性がある。ファイバ技術において、とくに損傷を受けやすい構成要素は、例えば励起ダイオードなどといった複数の出力源を一体に接続するファイバ光カプラである。
【００２８】
パルスが短いほど、パルス内のエネルギーの量は大きく、すなわちこの問題は、同じ量のエネルギーの伝送において、レーザパルスが短くなるにつれてより強調されるようになる。ナノ秒パルスレーザにおいては、問題がとくに顕著である。
【００２９】
パルスの継続時間が、フェムト秒、さらにはアト秒の範囲まで短くなるにつれて、問題はほとんど解決不可能になる。例えば、パルスの継続時間が１０〜１５ｐｓであるピコ秒レーザシステムは、レーザの総出力が１００Ｗであって、反復周波数が２０ＭＨｚであるとき、パルスエネルギーがスポットにつき５μＪ  １０〜３０μｍでなければならない。本出願の優先日において、出願人は、この種のパルスに耐えることができるファイバを知らない。
【００３０】
しかしながら、ファイバレーザの用途の重要な分野であるレーザアブレーションにおいては、最大かつ最適なパルス出力およびパルスエネルギーを達成することがきわめて重要である。パルス長が１５ｐｓであり、パルスエネルギーが５μＪであり、総出力が１０００Ｗである状況を考えると、パルスエネルギーレベルは、約４００，０００Ｗ（４００ｋＷ）である。本出願の優先日において出願人の手元にある情報によれば、１５ｐｓのパルス長を有する２００ｋＷのパルスでさえも、パルスを最適なままで最適なままのパルス形状にて伝送できるファイバの製造に誰も成功していない。
【００３１】
いずれの場合も、任意の利用可能な材料からのプラズマ生成の可能性を妨げないという目的において、パルスの出力レベルは、例えば２００ｋＷおよび８０ＭＷの間でかなり自由に選択されなければならない。
【００３２】
しかしながら、今日のファイバレーザに関する問題は、ファイバのみに限られず、得られるビームをただ１つのファイバによって加工場所へと導くことができるよう、所望の総出力を達成すべく光カプラによって別個の励起ダイオードを結合させることにも関係する。
【００３３】
適用可能な光カプラも、やはり、高出力のパルスを加工場所へと運ぶ光ファイバと同じ出力に耐えなくてはならない。さらに、パルスの形状が、レーザビームの伝送の全段階において最適に保たれなければならない。現在の出力値に耐えるだけの光カプラでさえ、きわめて製造が高価であり、信頼性にかなり乏しく、定期的な交換を必要とする消耗にさらされやすい部材を構成している。
【００３４】
レーザビームおよびアブレーションにもとづく従来技術の技法は、例えばスキャナにとくに関連して、出力および品質に関する問題を抱えており、アブレーションの観点から、反復周波数を、良好かつ一様な品質の製品の大規模大量生産を可能にできる水準まで高めることができない。さらに、従来技術のスキャナは、蒸発ユニット（真空チャンバ）の外部に位置しており、したがってレーザビームを光学窓を介して真空チャンバへと導かなければならず、これが出力を常に或る程度減少させる。
【００３５】
出願人の手元の情報によれば、本出願の優先日において公知の設備を使用するとき、アブレーションにおける有効出力は約１０Ｗである。また、例えば反復周波数も、レーザにおいてわずかに４ＭＨｚのチョッピング周波数に制限されうる。パルス周波数をさらに高くしようと試みる場合、従来技術によるスキャナでは、レーザビームのパルスのかなり大きな部分が、レーザ装置の壁構造へと制御不能に向けられ、プラズマの形態でアブレーションされる材料へも向けられ、製造される表面の品質および製造速度が損なわれるという正味の効果を有している。さらに、ターゲットに衝突する放射フラックスが充分に一様でなく、これがプラズマの構造に悪影響を及ぼす可能性があり、したがってコーティング対象の表面に衝突するとき、非一様な品質の表面を形成する可能性がある。
【００３６】
次に、ターゲットがその表面を成形すべき機械加工対象の物体および／または物体の一部分である機械加工の用途においても、切断の能率および切断の品質の両者が損なわれることが容易に生じる。さらに、かけらおよびスパッタが、切断点の周囲の表面ならびにコーティング対象の表面そのものに着陸する大きな危険が存在する。加えて、従来技術の技法においては、繰り返しの表面処理によって複数の層を適用することに時間がかかり、最終結果の品質が、必ずしも充分に一様でない。
【００３７】
本出願の優先日において出願人が承知している公知のスキャナによれば、走査速度が約３ｍ／ｓにとどまるばかりか、走査速度が真に一定ではなく、走査の最中に変化する。これは、主として、従来技術によるスキャナが、走査距離の行程を終えたときに停止し、その後に反対方向に移動して操作の手順を繰り返す回転ミラーにもとづいているという事実ゆえである。往復ミラーも知られているが、それらも運動の非一様性という同じ問題を抱えている。平面ミラーによって実現されたアブレーション技法が、米国特許６，３７２，１０３号明細書および米国特許第６，０６３，４５５号明細書に開示されている。走査速度の加速、減速、および停止ゆえに走査速度が一定でなく、プラズマの発生および品質は走査速度に完全に依存するため、加工場所での蒸発によって生成されるプラズマの発生も、ターゲットの各点において相違し、とくには走査範囲の極端において相違する。或る意味で、従来技術の装置を使用するとき、エネルギーレベルおよび単位時間当たりのパルスの数が大になると、この欠点も大きくなることを、主たる法則と考えることができる。成功するアブレーションにおいては、物質が原子の粒子へと蒸発させられる。しかしながら、外乱が生じるとき、ターゲット材料が、数マイクロメートルのサイズとなりうるかけらにて放出され／脱離し、当然ながら、アブレーションによって製造される表面の品質を損なう。
【００３８】
今日のスキャナの速度は低いため、パルス周波数を高めることは、高いエネルギーレベルをミラー構造へと向ける結果となり、レーザビームがスキャナへの到達前に拡大されないならば、今日のミラー構造を溶融／焼損させる結果となりうる。したがって、別途の収集レンズ手段が、スキャナとアブレーションのターゲットとの間に追加で必要とされる。
【００３９】
今日のスキャナの動作原理が、それらが軽量でなければならないように決定づけている。これは、レーザビームのエネルギーを吸収するためのマスが比較的小さいことを意味する。この事実が、現在のアブレーション用途における溶融／焼損の危険をさらに高めている。
【００４０】
従来技術の技術的解決策の１つの問題は、走査幅である。これらの技術的解決策は、ミラーフィルムスキャナにおいて線走査を使用しており、そこでは、理論的には約７０ｍｍという公称の走査線幅を達成できると考えることができるが、実際には、走査幅が不都合にも３０ｍｍ程度にとどまる可能性があり、それによって走査範囲のフリンジ領域が非一様な品質のまま残される可能性があり、さらには／あるいは中央領域と相違する可能性がある。この小さな走査幅も、今日のレーザ設備を大きくかつ広い物体の表面処理用途に使用することが、工業的に利益がなく、あるいは技術的に実現不可能であるという事実の一因である。
【００４１】
従来技術に従い、レーザビームの焦点が外れる状況が生じた場合、得られるプラズマが、かなり低い品質になりうる。さらに、放出されるプラズマが、ターゲットのかけらを含む可能性もある。同時に、蒸発させられるべきターゲット材料が、それ以上使用できなくなる程度まで損傷する可能性がある。この状況は、材料源として厚すぎるターゲットが使用される場合の従来技術における典型である。焦点を最適に保つために、ターゲットを、レーザビームの入射の方向に、ターゲットの消費の程度に等しい距離だけ動かさなければならない。しかしながら、問題は未解決のまま残り、すなわちたとえターゲットを焦点へと戻すことができた場合でも、その表面の構造および組成がすでに変化してしまっている可能性があり、変化の程度は、ターゲットから蒸発させられた材料の量に比例する。さらに、従来技術による厚いターゲットの表面構造も、消耗につれて変化するであろう。例えば、ターゲットが化合物または合金である場合、この問題が容易に見られる。
【００４２】
従来技術による構成においては、アブレーションの最中にレーザビームの焦点が蒸発させられるべき材料に対して変化すると、材料の表面におけるパルスエネルギー密度が通常は低下して、プラズマの蒸発／生成がもはや完全でなくなるため、プラズマの品質がすぐに悪影響を受ける。これは、低エネルギーのプラズマ、不必要に大量のかけら／粒子、ならびに表面の形態の変化につながり、コーティングの付着および／またはコーティングの厚さの変化につながりうる。
【００４３】
焦点を調節することによって問題を軽減する試みがなされている。従来技術による設備において、レーザパルス反復周波数が例えば２００ｋＨｚ未満などと低く、走査速度がわずかに３ｍ／ｓ以下である場合、プラズマの強度の変化の速度は低く、したがって設備は、焦点を調節することによってプラズマの強度の変化に反応するための時間を有する。いわゆるリアルタイムのプラズマ強度測定システムを、ａ）表面の品質および一様性が重要でない場合、またはｂ）走査速度が低い場合には、使用することが可能である。
【００４４】
結果として、本出願の優先日において出願人が知りうる情報によれば、従来技術の技法を使用して高品質のプラズマを生成することは不可能である。したがって、きわめて多くのコーティングは、従来技術によって高品質の製品として製造することが不可能である。
【００４５】
従来技術によるシステムは、それらにおいて使用しなければならない複雑な調節システムを必要とする。現時点で知られている方法においては、ターゲットが、通常は太い棒または厚いシートの形態である。ターゲットが消費されるにつれて、ズーム合焦レンズを使用しなければならず、あるいはターゲットをレーザビームに向かって動かさなければならない。これを実現するための試みは、充分に信頼できる方法で何とか可能な場合でも、すでにきわめて困難かつ高価であり、その場合でも、品質が大きく変化するため精密な制御はほぼ不可能であり、厚いターゲットの製造が高価につき、以下同様である。
【００４６】
上記の米国特許明細書が、現在の従来技術の技法が、どのようにしてレーザパルスをアブレーションターゲットへと、無作為な偏光の光としてではなく、主としてＳ偏光した光、主としてＰ偏光した光、あるいは円偏光した光としてのみ向けることができるのかを教示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４７】
現在のレーザアブレーション式のコーティング方法、または他の競合する方法は、表面の一様性がナノテクノロジーの尺度においても良好でありうる表面の製造を可能にしていない。表面が一様でないという点の他に、そのような表面が、典型的には、コーティング表面を部分的に貫き、あるいは前記表面の上に位置しているミクロンサイズの粒子によって常に覆われている。表面の非一様な品質が前記粒子と相俟って、例えば表面の光学的品質（透明さ）を悪化させ、あるいは完全に損ない、前記表面の摩擦特性を弱め、さらには生成された表面について、コーティング対象の基材への付着を弱くすることもしばしばである。
【００４８】
硬くて傷つかない表面の工業的な製造が、例えばダイアモンドコーティングがおおよそ５０年間にわたって適用されてきているにせよ、長きにわたって期待されている。今日でも、これが、使用の最大温度が２００℃であり、どちらかといえば柔らかく、１ミクロンの厚さにおいてすでに光学的特徴に乏しい（黒色である）ＤＬＣフィルム（ダイアモンド状カーボン）として理解されている。
【００４９】
或る種の表面が達成される場合、それが基材の表面から容易に脱離してしまうことも多い。生成される表面の厚さの調節が難しい。三次元の物体のコーティングがほとんど不可能であり、成功したとしても、少なくともきわめてゆっくりであり、高い製造の支出ゆえ、工業的な実現が不可能である。３Ｄ物体の生成は、技術的にも不可能である。
【００５０】
例えば小型サイズのレンズの上へのサファイア表面（単結晶酸化アルミニウム）の製造は、従来技術にとっては、たとえそれが優秀な技術的解決策を提供する場合でも、光学的および硬さの特徴の理由でやはり不可能であり、他の多くの目的についても同様である。
【課題を解決するための手段】
【００５１】
本発明は、物体を１つ以上の表面によってコーティングするためのレーザアブレーション方法であって、コーティング対象の物体、すなわち基材を、コーティング対象の物体に生成される表面の一様性が±１００ｎｍとなるように、ターゲットをアブレーションすることによってコーティングする方法に関する。さらには、本発明の方法によって製造された物体の表面の品質が、典型的には、マイクロサイズ（＞１μｍ）の粒子を含まないような品質であり、有利には、生成された表面が、１００ｎｍを超えるサイズの粒子を含まない。随意により、生成された表面が、２５ｎｍを超えるサイズの粒子を含まない。これらの種類の表面は、優秀な光学的特性、一様な品質、およびそれぞれの時点で必要とされる他の特徴を有している。
【００５２】
本発明は、任意の平面または三次元表面あるいは３Ｄ物体を、高品質で、経済的に、工業的に実現可能に製造できるようにする。
【００５３】
さらに、本発明は、レーザアブレーション法によって１つ以上の表面でコーティングされた物体であって、当該物体、すなわち基材が、当該コーティングされた物体上に蒸着された表面の一様性が±１００ｎｍであるように、ターゲットをアブレーションすることによってコーティングされている物体に関する。
【００５４】
本発明は、平坦な物体および三次元の幾何学的物体の両者を、優秀な技術的特性（表面の一様性、粗さの特性、硬さ、ならびに必要であれば光学的特性および硬さ）を備えて、工業用として現実的な製造速度でコーティングできるという驚くべき観察にもとづいている。
【００５５】
従来技術によれば、アブレーションされるターゲット材料とコーティング対象である基材との間の距離は、典型的には、おおむね３０ｍｍ〜７０ｍｍであるが、今や、同じ技術的に高品質な表面を、本発明によれば、きわめて短いターゲットと基材との間の距離（すなわち、２μｍ〜１０ｍｍの範囲内の距離）にて製造できるという驚くべき観察がなされた。本発明に関して、このような短い距離においてのみ所望の結果にてコーティングすることができる製品が存在することも発見された。
【００５６】
さらに、同じ技術的に高品質な表面を、本発明によれば、低真空において製造することができ、通常の気圧の気体雰囲気にあっても特定の条件で製造できることが発見された。これは、当然ながら、製造の支出を、設備の要件（良好な真空チャンバ）の軽減ならびに製品の実現の速度の向上というかたちで、劇的に低くする。以前は、いくつかの物体、とくには大型の物体をレーザアブレーションによってコーティングすることは、製造が経済的に採算が取れないほどに大きくて真空に時間がかかる真空チャンバを大型の物体のために建設する必要があるがために、経済的に実現することが不可能であると考えられていた。さらに、結晶水を含んでいる石材料など、いくつかの製品においては、高真空を使用することさえ不可能である。なぜならば、この真空空間が、とくには高い温度と相俟って、石に含まれている結晶水を分解し、同時に石製品の構造を破壊してしまうからである。
【００５７】
本発明による表面の製造速度は、従来技術の製造速度と比べて非常に大きい。従来技術の方法による１カラット（０．２ｇ）のダイアモンドの製造が２４時間を要するとき、本方法は、例えば２０ワットのレーザ出力において１時間につき４カラット（０．８ｇ）を生み出す。本発明によれば、所望の材料（例えば、ダイアモンド）の品質特性を、それぞれの場合のニーズに応じて調節できることが明らかになった。
【００５８】
本発明の目標は、従来技術の技法に関する問題を解決でき、あるいは少なくとも軽減できる表面処理装置を導入することにある。本発明の他の目標は、コーティング対象のターゲットを、本出願の優先日において従来技術に知られているよりも、より効率的に、より高品質の表面によってコーティングするための方法、装置、および／または構成を導入することにある。本発明のまた別の目標は、表面処理装置を使用して、物体を繰り返し、本出願の優先日において従来技術に知られているよりも良好な表面によってコーティングする技法によって実現される三次元の印刷ユニットを示すことにある。本発明の目標は、以下のとおり下記に列挙される以下の目的に関係している。
【００５９】
本発明の第１の目的は、ターゲット材料がプラズマ中にいかなるかけらも形成することがなく、すなわちプラズマが純粋であり、あるいはそのようなかけらが存在する場合でも、ごくわずかにしか生じず、プラズマ生成源であるターゲットのアブレーション深さよりもサイズが小さいように、いかにしてあらゆるターゲットの微細な高品質のプラズマを実際に生成するのかという問題を解決するための少なくとも新規な方法および／またはそれに関係する手段を得ることにある。
【００６０】
本発明の第２の目的は、加工対象のターゲットがプラズマ中に混入しうるいかなるかけらも形成せず、換言するとプラズマが純粋であり、あるいはそのようなかけらが存在する場合でも、ごくわずかにしか生じず、プラズマの発生源であるターゲットのアブレーション深さよりもサイズが小さいよう、高品質のプラズマを放出することによって、アブレーション深さまでターゲットから材料を除去する冷間加工方法において利用される微細かつ一様な切断線をいかにして生成できるかという問題を解決するための少なくとも新規な方法および／またはそれに関係する手段を得ることにある。
【００６１】
本発明の第３の目的は、粒子状のかけらをまったく含んでおらず、換言するとプラズマが純粋であり、あるいはそのようなかけらが存在する場合でも、ごくわずかにしか生じておらず、プラズマの発生源であるターゲットのアブレーション深さよりもサイズが小さい高品質のプラズマを使用することによって、基材として機能する領域の表面をいかにしてコーティングするかという問題、換言すると実質的に任意の材料から生成できる純粋なプラズマを使用することによって基材表面をいかにしてコーティングするかという問題を解決するための少なくとも新規な方法および／またはそれに関係する手段を得ることにある。
【００６２】
本発明の第４の目的は、粒子状のかけらにおける運動エネルギーの浪費を、かけらの発生を抑えること、あるいはそのようなかけらのサイズをアブレーション深さよりも小さく制限することによって低減し、高品質のプラズマによって基材への付着のための良好な付着特性を有するコーティングをいかにして生成するかという問題を解決するための少なくとも新規な方法および／またはそれに関係する手段を得ることにある。同時に、かけらが存在しないことで、かけらが核生成および凝固の現象によってプラズマジェットの均質性に悪影響を及ぼしうる冷たい表面を生み出すことがない。さらに、第４の目的によれば、有利に短い放射パルス、換言するとピコ秒程度またはさらに短い継続時間のパルスが使用され、パルスの間に、２つの連続するパルスの間の特定の間隔が適用されるとき、加熱の影響を受ける領域が最小限にされるため、放射エネルギーが効果的にプラズマエネルギーへと変換される。
【００６３】
本発明の第５の目的は、いかにして広い走査幅を高品質なプラズマの品質と同時に達成し、工業規模において大きい物体のための幅広いコーティング幅を達成するかという問題を解決するための少なくとも新規な方法および／またはそれに関係する手段を得ることにある。
【００６４】
本発明の第６の目的は、上記目標に沿って工業規模の用途において使用される高い反復周波数をいかにして達成するかという問題を解決するための少なくとも新規な方法および／またはそれに関係する手段を得ることにある。
【００６５】
本発明の第７の目的は、いかにして第１から第６までの目標に沿って表面のコーティングおよび製品の製造のための高品質のプラズマを生成し、しかしながら必要に応じて同じ品質の再コーティング／薄膜を生成するためにコーティング工程において使用されるターゲット材料を節約するかという問題を解決するための少なくとも新規な方法および／またはそれに関係する手段を得ることにある。
【００６６】
本発明のまた別の追加の目的は、前記第１、第２、第３、第４、および第５の目標に沿った方法および手段を、そのような製品のそれぞれの適切な種類に関して適切な線にて、いかに冷間加工および／または表面のコーティングを行うかという問題を解決するために適用することにある
【００６７】
本発明の目的は、放射の使用にもとづく表面処理装置であって、それが放射する放射の伝送線に本発明の一実施の形態によるタービンスキャナを備えている表面処理装置によって、高品質のプラズマを生成することによって実現される。
【００６８】
本発明の一実施の形態による表面処理装置を使用するとき、処理対象の表面からの材料の除去および／またはコーティングの生成を、放射の出力を不必要に抑えることなく充分な製造速度において、必要とされる高品質のコーティングの水準まで高めることができる。
【００６９】
さらに、本発明の他の実施の形態が、例として、従属請求項に提示される。本発明のいくつかの実施の形態を、必要に応じて組み合わせることができる。
【００７０】
本発明のいくつかの実施の形態を、製品および／またはコーティングの製造に使用することができ、製品の材料は、かなり自由に選択可能である。例えば、半導体ダイアモンドを、大量生産の様相で、きわめて大量に、低コストで、良好な再現性にて、高い品質で製造することができる。
【００７１】
本発明の一群の実施の形態において、表面処理は、レーザアブレーションにもとづいており、タービンスキャナを備えている放射伝送線にて伝送されるビームのための放射源として、ほぼ任意のレーザ源を使用することが可能である。ＣＷ、半導体レーザなどのレーザ源、ならびにパルス長がピコ、フェムト、およびアト秒程度であるパルス状のレーザシステムが、適用可能であり、前記後者の３つのパルス長は、冷間加工法に適した長さを表わしている。しかしながら、放射源が本発明の実施の形態に限られるわけではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７２】
本発明は、１つ以上の表面について物体をコーティングするためのレーザアブレーション方法であって、コーティング対象の物体（すなわち、基材）が、ターゲットをアブレーションすることによって、コーティング対象の物体の一様性が原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって１平方マイクロメートルの面積について測定したときに±１００ｎｍであるようにコーティングされる方法に関する。
【００７３】
本発明の好ましい実施の形態においては、コーティング対象の物体において生成される表面の一様性が、±２５ｎｍであり、本発明の最も好ましい実施の形態においては、コーティング対象の物体において生成される表面の一様性が、±２ｎｍである。
【００７４】
生成される表面の一様性を、それぞれの場合における要件に従って調節することができる。
【００７５】
本発明の一実施の形態においては、コーティングされた表面に、１μｍを超える直径を有する粒子が存在しない。本発明の好ましい実施の形態においては、コーティングされた表面に、１００ｎｍを超える直径を有する粒子が存在しない。本発明の最も好ましい実施の形態においては、本発明に従ってコーティングされた表面に、２５ｎｍを超える直径を有する粒子が存在しない。
【００７６】
本発明による方法においては、生成される表面の厚さは制限されない。本発明によれば、常に物体を、１ｎｍから、きわめて厚い表面または例えば３Ｄ構造が形成されるようにコーティングすることができる。
【００７７】
コーティング対象の物体（すなわち、基材）とレーザビームによってアブレーションされる材料（すなわち、ターゲット）との間の距離は、従来技術によれば、３０ｍｍ〜７０ｍｍであり、有利には３０ｍｍ〜５０ｍｍである。
【００７８】
本発明の好ましい実施の形態によれば、コーティング対象の物体（すなわち、基材）とレーザビームによってアブレーションされる材料（すなわち、ターゲット）との間の距離は、１ｍｍ〜１０ｍｍである。本発明の他の好ましい実施の形態においては、基材とターゲットとの間の距離は、２ｍｍ〜８ｍｍであり、３ｍｍ〜６ｍｍなどである。必要とされる距離は、コーティング対象の基材ならびに所望される表面の品質および／または技術的特徴に依存して決まる。
【００７９】
本発明のさらに別の実施の形態においては、ターゲットと基材との間の距離が、２μｍ〜１ｍｍと短い。この種の距離にて、本発明によれば、例えば針およびナイフならびに種々の刃の縁などといった「鋭い」ターゲットにおいて、優れて一様な表面が達成される。得られる表面の硬さも、優秀な品質である。本発明の一実施の形態は、ダイアモンドでコーティングされた針、ナイフ、および刃であり、とくにはこれらすべての先端である。ダイアモンドを、他の硬いコーティングで置き換えることも可能である。
【００８０】
本方法の好ましい実施の形態においては、コーティング対象の表面が、ただ１つのターゲットからアブレーションされた材料で形成される。
【００８１】
本方法の他の好ましい実施の形態においては、コーティング対象の表面に、いくつかのターゲットから同時にアブレーションされた材料が蒸着される。
【００８２】
さらに、本発明の別の好ましい実施の形態においては、コーティング対象の表面が、アブレーションされた材料で生成されたプラズマプルーム中に、プラズマプルーム中に含まれているアブレーションされた材料と反応する反応物質がもたらされ、生成される１つ以上の化合物が基材上に製作されるべき表面を形成することで、形成される。
【００８３】
したがって、ターゲットをレーザパルスでアブレーションするときに、分子プラズマプルームが生成される。
【００８４】
分かり易くするため、原子レベルのプラズマも、少なくとも部分的にイオン化状態にある気体（電子を原子核に電気力によって拘束して残している原子部分をさらに含んでもよい）を意味することを指摘しておく。したがって、例えばひとたびイオン化したネオンを、原子レベルのプラズマと見なすことができる。当然ながら、互いに分離された電子および純粋な原子核そのものを含んでいる粒子群も、プラズマと見なされる。このように、純粋な形態の良好なプラズマは、気体、原子レベルのプラズマ、および／またはプラズマのみを含み、例えば固体のかけらおよび／または粒子を含まない。
【００８５】
パルスレーザ蒸着（ＰＬＤ）用途におけるパルスの使用について、ＰＬＤにおけるレーザパルスが長いほど、プラズマのエネルギーレベルならびにパルスがターゲットに衝突したときにターゲットから蒸発する物質の原子速度が低くなることに、注意すべきである。反対に、パルスが短いほど、蒸発する物質のエネルギーレベルおよび物質のジェットにおける原子の速度が高くなる。他方で、これは、蒸発において得られたプラズマが、かけら、クラスタ、マイクロ粒子、またはマクロ粒子などといった固相または液相の析出物および／または凝固物を含まず、より均質かつ一様であることも意味する。換言すると、蒸発させようとする材料のアブレーションしきい値を超える限りにおいて、パルスが短く、反復周波数が高いほど、生成されるプラズマの品質が良好である。
【００８６】
材料の表面に衝突するレーザパルスからの熱パルスの有効深さは、レーザシステムの間で大きく異なる。この影響を受ける領域は、熱影響ゾーン（ＨＡＺ）と呼ばれる。ＨＡＺは、レーザパルスの出力および継続時間によって実質的に決定される。例えば、ナノ秒パルスのレーザシステムが、典型的には、約５ＭＪ以上のパルス出力を生み出す一方で、ピコ秒のレーザシステムは、１〜１０μＪのパルス出力を生み出す。反復周波数が同じであれば、１０００倍以上も大きい出力を有するナノ秒のレーザシステムによって生成されるパルスのＨＡＺが、ピコ秒パルスのＨＡＺよりもはるかに深いことは自明である。さらに、大幅に薄い被アブレーション層は、表面から脱離しうる粒子のサイズに直接的な影響を有し、これがいわゆる冷間アブレーション法における利点である。ナノサイズの粒子は、通常は、大きな蒸着の損傷（主として、基材に衝突したときの穴）を引き起こすことはない。
【００８７】
本発明の一実施の形態においては、固相（ならびに、存在するのであれば液相）のかけらは、電界によって取り除かれる。これは、より低い電気的な移動性にて運動するかけらを、プラズマプルームのプラズマから離れるように案内できるよう、収集用電界を使用する一方で、ターゲットを帯電した状態に保つことによって達成できる。磁気フィルタ処理が、粒子がプラズマから分離されるよう、プラズマジェットを偏向させることによって対応する方法で機能する。
【００８８】
このように、本発明によれば、用語「表面」は、表面または３Ｄ材料を指すことができる。ここで、「表面」という考え方は、いかなる幾何学的または三次元的な制限も受けない。
【００８９】
本発明による基材のコーティングは、物体の全表面にわたって一様なピンホールのない表面の形成を可能にする。
【００９０】
本発明によれば、基材を、例えば、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、紙、ボール紙、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料、あるいは上述の基材の１つ以上の組み合わせで製作できる。
【００９１】
同様に、ターゲットを、例えば、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料、あるいは上述のターゲットの１つ以上の組み合わせで製作できる。
【００９２】
ここで、半合成の化合物は、例えば、操作された天然ポリマーまたは操作された天然ポリマーを含んでいる複合材料を意味する。
【００９３】
したがって、本発明は、所与の基材またはターゲットに限定されない。
【００９４】
本発明によれば、金属を、例えば、別の金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料、あるいは上述の基材の１つ以上の組み合わせでコーティングすることができる。
【００９５】
金属化合物を、例えば、金属、別の金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料、あるいは上記基材の１つ以上の組み合わせでコーティングすることができる。
【００９６】
ガラスを、例えば、金属、金属化合物、別のガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料、あるいは上記基材の１つ以上の組み合わせでコーティングすることができる。
【００９７】
石を、例えば、金属、金属化合物、ガラス、別の石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料、あるいは上記基材の１つ以上の組み合わせでコーティングすることができる。
【００９８】
セラミックを、例えば、金属、金属化合物、ガラス、石、別のセラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料、あるいは上記基材の１つ以上の組み合わせでコーティングすることができる。
【００９９】
紙を、例えば、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料、あるいは上記基材の１つ以上の組み合わせでコーティングすることができる。
【０１００】
合成ポリマーを、例えば、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、別の合成ポリマー、半合成ポリマー、複合材料、天然ポリマー、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料、あるいは上記基材の１つ以上の組み合わせでコーティングすることができる。
【０１０１】
さらに、半合成ポリマーを、本発明によれば、例えば、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、別の半合成ポリマー、天然ポリマー、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料、あるいは上記基材の１つ以上の組み合わせでコーティングすることができる。
【０１０２】
さらに、天然ポリマーを、本発明によれば、例えば、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、別の天然ポリマー、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料、あるいは上記基材の１つ以上の組み合わせでコーティングすることができる。
【０１０３】
さらに、複合材料を、本発明によれば、例えば、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、別の複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料、あるいは上記基材の１つ以上の組み合わせでコーティングすることができる。
【０１０４】
複合材料の１つの定義を、とりわけ、複合材料を以下のように定義しているＰｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ（Ａｌｇｅｒ、Ｍ．Ｓ．Ｍ．、Ｅｌｓｅｗｉｅｒ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、１９９０、ｐ．８１）に見つけることができる。すなわち、「２つ以上の単純（または、モノリシック）な材料からなる材料の組み合わせで形成された固体材料であって、個々の成分がそれらの別個の独自性を維持している。複合材料は、個々の構成材料とは異なる特徴を有しており、『複合』という概念の使用は、技術的には主たる目的が複合材料の構成材料に比べてより優れた特徴を有する材料を実現することにあるため、物理的な特徴の改善を指していることが多い。また、複合材料は、複合材料の構成成分から得られる２つ以上の相で形成される混成構造である。これらの相は、連続的であってよく、あるいは相のうちの１つ以上を連続的な母材中に分散させてもよい」。
【０１０５】
本発明によれば、完全に新規な化合物の他に、２つ以上の材料が分子レベルで複合材料を作り上げているような複合材料を製造することも可能である。本発明の一実施の形態においては、例えばポリシロキサンおよびダイアモンドから表面または３Ｄ構造が製作され、本発明の別の実施の形態においては、例えばポリシロキサンおよびチッ化炭素（炭チッ化物）から表面または３Ｄ構造が製作される。本発明によれば、複合材料の２つ以上の材料成分の中身を自由に選択することができる。
【０１０６】
さらに、無機のモノマーまたはオリゴマー材料を、本発明によれば、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、複合材料、別の無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料、あるいは上記基材の１つ以上の組み合わせでコーティングすることができる。
【０１０７】
またさらに、有機のモノマーまたはオリゴマー材料を、本発明によれば、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、複合材料、無機または別の有機のモノマーまたはオリゴマー材料、あるいは上記基材の１つ以上の組み合わせでコーティングすることができる。
【０１０８】
本発明によれば、上記すべての基材の組み合わせも、上記基材の１つ以上の組み合わせによってコーティングすることができる。
【０１０９】
本発明の好ましい実施の形態によれば、コーティング対象の表面が、１ｍｍ２当たりのピンホールが１個未満であり、有利には１ｃｍ２当たりのピンホールが１個未満であり、好ましくは全コーティング領域においてピンホールをまったく含まないように形成される。ここで、用語「ピンホール」は、表面全体を貫いている穴または基本的に貫いているピンホールを意味する。さらに、本発明は、本発明による方法によってコーティングされた製品であって、表面に含まれるピンホールが１ｍｍ２当たり１個未満であり、有利には１ｃｍ２当たり１個未満であり、好ましくは全コーティング領域においてピンホールをまったく含んでいない製品に関する。
【０１１０】
本発明の別の好ましい実施の形態においては、コーティング対象の表面が、表面の最初の５０％が、生成された表面に１０００ｎｍを超える直径の粒子が堆積していないように形成され、有利には前記粒子のサイズが１００ｎｍを超えず、好ましくは前記粒子のサイズが３０ｎｍを超えないように実現される。さらに、本発明は、本発明による方法によってコーティングされた製品であって、生成された表面の最初の５０％が、１０００ｎｍよりも大きい直径の粒子を含んでおらず、有利には１００ｎｍを超えるサイズの粒子を含んでおらず、好ましくは３０ｎｍを超えるサイズの粒子を含んでいない製品に関する。表面の構造が上述の粒子を含んでいる場合、それらが表面の品質を基本的に弱体化させる。粒子が、生成された表面の寿命も短縮する腐食すき間を形成する。
【０１１１】
本発明の一実施の形態においては、アブレーションされた材料を、３Ｄ印刷に使用することができる。本出願の優先日において知られている従来技術による３Ｄ印刷（例えば、Ｓｃｒｏｆｆ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｉｎｃ．のＪＰ−Ｓｙｓｔｅｍ  ５、ＢＰＭ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ．のＢａｌｌｉｓｔｉｃ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ、Ｓｏｌｉｄｓｃａｐｅ  Ｉｎｃ．のｔｈｅ  Ｍｏｄｅｌ  Ｍａｋｅｒ、３Ｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．のＭｕｌｔｉ  Ｊｅｔ  ＭｏｄｅｌｌｉｎｇおよびＺ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＺ４０２  Ｓｙｓｔｅｍ）は、機械的強度に比較的乏しい材料を使用している。本発明の一実施の形態による装置は、比較的費用対効果に優れた方法で、高効率かつ高速な層の成長速度を達成するため、例えばグラファイトの形態の炭素またはダイアモンドとしての炭素のアブレーションによって、アブレーションされた材料を、例えばインクジェットプリンタの原理に従って、１枚ごとが印刷対象の物体に一致する層へと導くことができる。このようにして、例えば炭素が使用されるとき、充分に硬い構造を製造することができる。しかしながら、本発明の実施の形態は、ダイアモンドには限定されず、他の材料も、アブレーションされる材料の選択に従って使用することができる。このように、本発明の一実施の形態による装置を、例えばダイアモンドまたは炭チッ化物などといったほぼ任意の適用可能な材料から中空または中実の物体を製造するために使用することができる。
【０１１２】
このように、例えば、ダイアモンドの層にＤａｖｉｄの有名な像を１枚ごとに印刷することができ、次いでアブレーションを使用して、層の間に存在しうるエッジを平滑化することができる。像に、所望であれば、ダイアモンドを適切にドープすることによって、各層ごとに別個であってもよい特定の色相を与えることができる。また、例えばＰＤＡまたは移動通信装置のためのスペア部品、ツール、表示素子、外郭構造、またはその一部など、ほぼ任意の３Ｄ片を直接的に印刷することが可能である。
【０１１３】
本発明によるコーティング方法においては、レーザアブレーションが、パルスレーザによって実行される。本発明のとくに有利な実施の形態においては、アブレーションに使用されるレーザ装置が、ピコ秒レーザなどの冷間加工レーザである。本発明の他の好ましい実施の形態においては、レーザ装置が、フェムト秒レーザであり、さらに別の好ましい実施の形態においては、アト秒レーザである。
【０１１４】
本発明による方法においては、冷間加工レーザの出力が、有利には少なくとも１０Ｗであり、さらに有利には少なくとも２０Ｗであり、好ましくは少なくとも５０Ｗである。ここで、レーザ装置の出力について、上限は設定されない。
【０１１５】
本発明による方法においては、目標の用途にとって充分に耐摩耗性であって、充分な光学的特徴を有している（所望の色を有しており、あるいは透明である）高品質の表面を、基材が粗い真空あるいは通常の気圧の気体雰囲気においてレーザアブレーションによってコーティングされるように、達成することができる。
【０１１６】
コーティングを、室温または室温付近で、例えば基材の温度がおおむね６０℃であり、あるいは基材の温度が大きく高められる（＞１００℃）ように、実行することができる。
【０１１７】
これは、建設産業のニーズのための石、金属、複合材料、および種々のポリマープレートなどの大きな物体（広い基材表面）をコーティングする場合に、とくに有利である。現在のコーティング法においては、このような種類の物体を充分に高い真空に持ち込むことは、きわめて高価につくうえ、コーティングプロセスの処理時間をきわめて長くする。例えば多孔性材料（石など）をコーティングする場合など、いくつかの目標の用途においては、高真空への到達は不可能である。また、プロセスに加熱を組み合わせなければならない場合には、多くの種類の石において、結晶水が生じる可能性があり、これは、当然ながら、そのような石材料の構造を破壊し、目標の用途における使用を弱体化させ、あるいは妨げる。
【０１１８】
コーティングを通常の気圧または通常の気圧に近い低真空で実行できる場合、品質およびとくには経済性の両者の点で意義深い。いくつかの目標の用途において、これまでは製造が不可能であった製品を製造できるようになる。
【０１１９】
例えば、多くの石製品を、本発明によれば、耐水性の表面を達成するために酸化アルミニウムでコーティングすることができる。この種の表面は、気体の蓄積を防止するだけでなく、水分の蓄積も防止し、したがって例えば石を破壊する菌類または氷が石材料の内部または表面に蓄積することを防止する。本発明によれば、石材料を、酸化アルミニウムで直接的にコーティングすることができ、あるいは例えば、最初にアルミニウムでコーティングを行い、生成されたアルミニウム表面を、その後にＲＴＡ＋光、熱酸化（５００℃）、または沸騰水での熱酸化などといったいくつかの異なる方法によって酸化させることができる。ジルコニウムなどの特定の元素がアルミニウムに添加される場合には、酸化する金属表面が、単なるアルミニウムよりもさらに良好に広がり、石のすべての穴へと効果的に広がる密な酸化物表面を形成する。同時に、表面が透明になる。本発明によれば、石材料を、酸化による最終的な表面の形成に先立って表面へと顔料または色素を追加することによって、所望の色合いへと着色することも可能である。石製品のこの種の色付きの表面を、本発明によるレーザアブレーションによって製造することができる。本発明によれば、酸化アルミニウム表面を、ダイアモンド表面、チッ化炭素表面、別の石表面、または他の何らかの酸化物表面など、任意の他の硬い表面で置き換えることができる。本発明の一実施の形態においては、石製品の最上の表面が、自己清浄化表面になる。
【０１２０】
この種の自己清浄化表面を、例えば酸化チタニウムまたは亜鉛で製作できる。本発明によれば、基材を、所望の酸化物で直接的にコーティングすることができ、あるいは所望の金属を酸素含有気体雰囲気中に蒸発させることによってコーティングすることができる。有利には、本発明による自己清浄化表面の厚さは、１０ｎｍ〜１５０ｎｍであり、さらに有利には１５ｎｍ〜１００ｎｍであり、好ましくは２０ｎｍ〜５０ｎｍである。
【０１２１】
基材表面にＵＶ保護を備える表面が望まれる場合、先の光触媒表面を、アルミニウム層でさらにコーティングすることができる。
【０１２２】
本発明の別の実施の形態においては、レーザアブレーションが、１０−１〜１０−１２気圧の真空中で実行される。
【０１２３】
コーティングが真空中で実行される場合、本発明によるコーティング、または３Ｄ物体の製造が、有利には１０−３〜１０−９気圧の圧力、好ましくは１０−４〜１０−８気圧の圧力において実行される。
【０１２４】
高真空が使用される場合、それは本発明の一実施の形態によれば、単結晶ダイアモンド、酸化アルミニウム、またはシリコンなどといった単結晶材料の表面を形成する場合にとくに有用である。本発明に従って製造される単結晶ダイアモンドまたはシリコン材料を、例えば半導体として使用することができ、ダイアモンドにおいては宝石として使用することができ、レーザ設備の部品（励起ダイオードの光ビーム、レンズ機構、ファイバ）として使用することができ、きわめて長持ちする表面が必要とされる用途においてそのような表面として使用することができる。
【０１２５】
本発明によれば、半導体ダイアモンドを、例えばイリジウム基材に融合させることができ（図４）、半導体シリコンを、例えばプラスチックまたは紙の上に直接的に融合させることができる。シリコン層が充分に薄く、例えば５〜１５μｍである場合、この種の半導体を曲げることができ、さらには例えば曲げることができる電子機器の製造に使用することができる。ダイアモンド主体およびシリコン主体の半導体材料の両者を、有利にはピコ秒レーザにより、好ましくはタービンスキャナを備えたピコ秒レーザにより、レーザアブレーションによって所望の形状へと切断することができる。
【０１２６】
本発明による別の実施の形態においては、基材の上に１つ以上のダイアモンド表面が蒸着される。この種のダイアモンド表面においては、ｓｐ３結合の量が有利なことにきわめて多く、例えば従来技術のＤＬＣ表面（ダイアモンド状カーボン）の場合と反対に、得られた表面がきわめて硬く、本発明によるすべての表面の厚さにおいて傷つけられることがない。ダイアモンド表面は、好ましくは透明である。さらに、１マイクロメートルの厚さで黒色になり、２００℃の温度にしか耐えることができない従来技術の低品質のＤＬＣと対照的に、高温にも耐える。本発明の方法に従って製造されるダイアモンド表面は、好ましくは水素を含まない炭素源から製造される。有利には、炭素源が焼結カーボンであり、好ましくは熱分解カーボン、ガラス状炭素である。
【０１２７】
本発明によれば、熱分解カーボンが、単結晶ダイアモンドまたは例えばＭＥＭＳ用途のための粒子状物質の存在しない表面を製造する場合に、とくに有利なターゲットである。
【０１２８】
より低品質のＤＬＣ表面を製造すべき場合でも、本発明によるこの種の表面の製造が、高速かつ経済的である。
【０１２９】
ダイアモンド表面を着色すべき場合、カーボンに加えて、所望の色をもたらす元素または化合物を蒸発させることによって、生成されるダイアモンド表面に色を着けることができる。
【０１３０】
本発明に従って製造されるダイアモンド表面が、下方の表面を、機械的摩耗から守るほか、化学反応を受けることがないようにもする。ダイアモンド表面は、例えば金属を酸化から守り、それらの装飾または他の機能が損なわれないようにする。さらに、ダイアモンド表面は、下方の表面を酸およびアルカリ剤から保護する。
【０１３１】
本発明による方法の好ましい実施の形態においては、ターゲットが、これまでに大きくはアブレーションされていないターゲットの場所において材料を基本的に連続的に蒸発させるように、レーザビームによってアブレーションされる。
【０１３２】
これは、常に新鮮な表面がアブレーションされるようにターゲットを動かすことによって達成できる。現時点で公知の方法においては、材料予備成形物が、通常は太い棒または厚い板の形態である。したがって、焦点合わせのズームレンズを使用しなければならず、あるいは材料予備成形物を、材料予備成形物の消耗につれてレーザビームに向かって動かさなければならない。これを実現する単なる試みは、通常は充分に確実に実行することができたとしても、すでにきわめて困難かつ高価であり、さらには品質の変動が大きく、すなわち精度の制御がほぼ不可能であり、厚い予備成形物の製造が高価である。
【０１３３】
これは、レーザビームを制御するための技法が、とりわけ従来技術のスキャナゆえに限られているため、とくにはレーザ設備のパルス周波数が高められる場合に、干渉なしでは成功しない。パルス周波数を４ＭＨＺ以上へと高めようとする場合、従来技術によるスキャナでは、レーザビームのパルスの大きな部分が、レーザ装置の壁構造へと制御不能に向けられ、さらにはプラズマの形態でアブレーション対象の材料へも向けられ、製造される表面の品質ならびに製造速度が損なわれるという正味の効果を有し、さらにはターゲットに衝突する放射フラックスが充分に一様でなく、これが生成されるプラズマの構造に悪影響を及ぼす可能性があり、したがってコーティング対象の表面に衝突するときに一様でない品質の表面を生む可能性がある。レーザビームが以前にすでにアブレーションされた表面に完全または部分的に衝突する場合、それらのパルスにおいてターゲットと基材との間の距離が変化する。ターゲットへと向けられたパルスがターゲット内のすでにアブレーションされた場所へと衝突する場合、種々のパルスにおいて異なる量の材料が脱離し、数ミクロンのサイズを有する粒子がターゲットからアブレーションされる。このような粒子は、基材に衝突した場合に、生成される表面の品質を大きく悪化させ、したがって製品の特徴を悪化させる。
【０１３４】
本発明の一実施の形態においては、米国特許第６，３７２，１０３号明細書に記載されているように、ターゲット材料、従来技術のターゲット材料が、回転運動させられる。本発明による他の実施の形態においては、ターゲット材料が、やはり市販されている板状のターゲットプレートである。
【０１３５】
本発明の好ましい実施の形態においては、ターゲット材料が、フィルム／テープの供給として供給される。
【０１３６】
そのような一好ましい実施の形態においては、フィルム／箔が、今や図７に示されているようにリールの形態にある。テープが、最初に１つのレーザプルームの幅にて最初から最後まで長さ方向に蒸発させられたとき、テープ／箔は、完全に新しい溝を生成できる程度まで、例えば側方にずらされる。これが、テープ／箔が横方向について完全に消費されるまで続けられる。このシステムの最も基本的な意義は、当然ながら、ソース材料が常に一定のままであるため、蒸発結果が常に一定であって最上レベルを示す点にある。
【０１３７】
本発明の別の実施の形態は、図７に示されている箔／テープ（４６）が、レーザビームの焦点深度と比べて、ａ）薄く、ｂ）同じ厚さであり、あるいはｃ）厚いという事実にもとづいている。事例ｃ）に関しては、材料のうちのレーザビームの焦点深度よりも大きい（厚い）部分が、別個のリール（４８）に集められて保管される。テープ／箔の厚さは、例えば５μｍ〜５ｍｍであってよく、有利には２０μｍ〜１ｍｍであり、好ましくは５０μｍ〜２００μｍである。
【０１３８】
本発明のとくに好ましい実施の形態においては、ターゲットと基材との間の距離が、全アブレーションプロセスを通じて基本的に一定に保たれる。
【０１３９】
本発明の好ましい実施の形態によるさらに別のコーティング方法においては、レーザビームの焦点を調節するための機構が必要とされず、すなわち本発明の一実施の形態による箔／フィルムの蒸発方法において、焦点の調節の工程そのものが不要であることを意味する。フィルムの供給の手つかずの表面がターゲットとして機能するとき、この箔／フィルムが恒久的に調節された焦点にあるため、機構そのものが不要である。フィルムのうち、レーザビームの焦点深度に対応する材料部分のみが利用される。したがって、一様な品質を有するコーティング結果が達成され、コーティングプロセスの継続時間の間、別途の焦点調節ユニットは不要である。
【０１４０】
ターゲット材料は貴重であり、したがって有利には、ターゲット表面の新しい手つかずの表面部分のみが使用されるがゆえ、可能な限り薄いターゲットを使用することが産業的に好ましい。テープ状のターゲット材料は、それらの製造方法がより容易かつ経済的であるため、当然ながら、現在のターゲット材料よりも大幅に安価であり、より入手しやすい。
【０１４１】
本発明の別の好ましい実施の形態においては、コーティングプロセスが、薄板の供給を適用する。今やそれぞれの新しい部品をコーティングするために、新しい薄板状ターゲットが供給される。材料のこの供給方法は、例えば小さくて薄い平滑な板を製作するために現時点において一般的に使用されているセラミック酸化アルミニウム板によく適している。大きなターゲットの製造は、通常は困難かつ高価である。
【０１４２】
従来技術の構成においては、走査幅が問題を呈する。直線走査がミラーフィルムスキャナにおいて使用されているが、その場合には、公称の約７０ｍｍの走査線幅を達成できると仮定することが理論的には可能であるが、実際には、走査幅が不都合にも３０ｍｍ程度にとどまる可能性があり、その場合には、走査範囲のフリンジが非一様な品質のまま残る可能性があり、さらには／あるいは中央領域と相違する可能性がある。この小さな走査幅が、現在のレーザ設備を大きくて広い物体のコーティング用途に使用することを、この点においても工業的に利益がなく、あるいは技術的に実現不可能なものにしている。
【０１４３】
本発明の好ましい実施の形態においては、レーザビームが、タービンスキャナを介してターゲットへと向けられる。
【０１４４】
タービンスキャナは、先の平面ミラースキャナに関する出力伝達の問題を軽減し、したがってターゲット材料を充分に高いパルス出力で蒸発させることができ、結果として高品質かつ一様な品質のプラズマを生成でき、したがって高品質の表面および３Ｄ構造を生成できる。また、タービンスキャナは、前よりも大きな走査幅を促進し、結果として、１つの同じレーザ装置でより広い表面積をコーティングできるようにする。したがって、良好な加工速度が達成され、生成される表面の品質が均一になる。本発明による好ましい実施の形態においては、ターゲットへと向けられる走査幅を、１０ｍｍ〜７００ｍｍとすることができ、有利には１００ｍｍ〜４００ｍｍとすることができ、好ましくは１５０ｍｍ〜３００ｍｍとすることができる。
【０１４５】
小型サイズの用途においては、当然ながらより小さくなければならない。
【０１４６】
結果として、本発明は、１つのレーザ源のみに限定されない。本発明の一実施の形態によれば、基材が、１つ以上のターゲットから蒸発したプラズマプルーム中に不動に保たれる。本発明の好ましい実施の形態によれば、１つ以上のターゲットから蒸発したプラズマプルーム中で、レーザアブレーションによって基材が動かされる。コーティングが真空中または反応ガス中で実行される場合には、コーティングが、有利には、別個の真空チャンバ内で製造される。
【０１４７】
本発明によれば、種々の機能を有する表面および／または３Ｄ構造を生み出すことができる。そのような表面として、例えば、種々のガラスおよびプラスチック製品（レンズ、モニタのシールド、車両および建物の窓、実験室用および家庭用のガラス製品）におけるきわめて硬くて傷つくことがない表面および３Ｄ構造が挙げられ、その場合に、とくに有利な光学コーティングは、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３であり、とくに有利な硬コーティングは、種々の金属酸化物、炭化物、およびチッ化物、ならびに、言うまでもないがダイアモンドコーティングである。また、以下におけるきわめて硬くて傷つくことがない表面および３Ｄ構造も挙げられる。すなわち、電気通信装置の外郭構造、屋根シート、装飾および建設パネル、ライニング、および窓枠などといった種々の金属製品およびそれらの表面；台所シンク、蛇口、オーブン、コイン、宝石、工具、およびこれらの部品；自動車および他の車両のエンジンならびにその部品、自動車および他の車両における金属被覆および金属塗装面、船舶、ボート、および航空機において使用される金属表面を有する物体、航空機用タービン、および燃焼エンジン；ベアリング；フォーク、ナイフ、およびスプーン；はさみ、狩猟ナイフ、回転刃、のこぎり、および金属表面を有するあらゆる種類のカッター、ねじ、およびナット；金属表面を有する反応炉、ポンプ、蒸留カラム、容器、およびフレーム構造などといった化学産業プロセスにおいて使用される金属製の処理手段；気体および化学品の配管；種々のバルブおよび制御ユニット；石油掘削設備の部品およびドリルのビット；水を運ぶための配管；兵器およびその部品、弾丸、およびカートリッジ；摩耗にさらされやすい抄紙機の部品、例えばコーティングペースト拡散装置の部品など、摩耗にさらされやすい金属ノズル；雪かき器、シャベル、および公園設備の金属構造物；ガードレール、交通標識およびポスト；金属の缶および容器；外科用具、人工関節、インプラント、および器具；カメラおよびビデオカメラならびに酸化および摩耗にさらされやすい電子装置の金属部品、宇宙船ならびに摩擦および高温に耐える宇宙船の被覆の技術的解決策、である。
【０１４８】
本発明に従って製造されるさらに他の製品として、腐食性の化合物に耐える表面および３Ｄ材料、半導体材料、ＬＥＤ材料、色素材およびそれらで製作されて視認の角度に応じて色を変化させる表面、ビームエクスパンダおよび励起ダイオードの光バーなど、すでに述べたレーザ設備および励起ダイオードの部品、宝石材料、医療品の表面および３Ｄ形状の医療品、自己清浄化表面、汚染および／または水分に耐え、さらに必要であれば自己清浄性である石またはセラミック材料（コーティング付きの石製品および石表面が蒸着されている製品）、着色された石製品、例えば本発明の一実施の形態に従って緑に着色された大理石、あるいは自己清浄化砥石など、建設産業用の種々の製品を挙げることができる。
【０１４９】
本発明に従って製造されるさらなる製品として、例えば種々のレンズおよびモニタシールドの技術的解決策における反射防止（ＡＲ）表面、対ＵＶ放射の保護用コーティング、および溶液または空気の浄化に使用されるＵＶ活性表面を挙げることができる。
【０１５０】
したがって、生成される表面の厚さを調節することができる。例えば、本発明に従って蒸着されるチッ化炭素のダイアモンド表面の厚さは、例えば１ｎｍ〜３０００ｎｍであってよい。さらに、ダイアモンド表面を、きわめて一様に製造することができる。ダイアモンド表面の一様性は、±３０ｎｍ程度であることができ、好ましくは±２０ｎｍであり、いくつかのきわめて厳しい低摩擦の目標においては、一様性を±２ｎｍのレベルまで調節することができる。したがって、本発明によるダイアモンド表面は、下方の表面を機械的摩耗から守るほか、化学反応を受けることがないようにもする。ダイアモンド表面は、例えば金属の酸化を防止し、それらの装飾または他の機能が損なわれないようにする。さらに、ダイアモンド表面は、下方の表面を酸およびアルカリ剤から保護する。特定の用途においては、装飾用の金属表面が望まれる。本発明に従ってターゲットとして使用されるとくに装飾的な金属または金属化合物は、例えば、金、銀、クロム、白金、チタニウム、タンタル、銅、亜鉛、アルミニウム、鉄、鋼、黒亜鉛、黒ルテニウム、ルテニウム、コバルト、バナジウム、チッ化チタニウム、チッ化チタニウムアルミニウム、チタン炭チッ化物、チッ化ジルコニウム、チッ化クロム、チタニウム炭化ケイ素、および炭化クロムである。当然ながら、例えば耐摩耗性の表面、あるいは酸化または他の化学反応からの保護の表面など、他の特徴も前記化合物によって達成することができる。
【０１５１】
金属化合物の中でも、金属酸化物、チッ化物、ハロゲン化物、および炭化物が述べられているが、考えられる金属化合物の数が、これらのみに限定されるわけではない。
【０１５２】
本発明に従って製造される種々の酸化物表面は、とりわけ、酸化アルミニウム、酸化チタニウム、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化すず、酸化タンタル、などであり、さらにはこれらを互いに組み合わせ、あるいは例えば金属、ダイアモンド、炭化物、またはチッ化物と組み合わせた複合材料としての組み合わせである。すでに述べたように、上記列挙の材料を、本発明に従い、反応ガス環境を使用することによって金属から製造することも可能である。
【０１５３】
さらに本発明は、１つ以上の表面がレーザアブレーション法によってコーティングされた物体に関し、この物体（すなわち、基材）が、ターゲットをアブレーションすることによって、このコーティングされた物体において形成される一様性が原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって１平方マイクロメートルの面積について測定したときに±１００ｎｍであるようにコーティングされている。
【０１５４】
本発明の好ましい実施の形態においては、コーティング対象の物体へと蒸着された表面の一様性が、±２５ｎｍであり、本発明のさらにより好ましい実施の形態においては、コーティング対象の物体へと蒸着された表面の一様性が、±２ｎｍである。
【０１５５】
本発明の好ましい実施の形態においては、コーティングされた物体の表面が、１μｍよりも大きい直径の粒子を含んでいない。さらにより有利には、本発明の物体のコーティングされた表面が、１００ｎｍよりも大きい直径の粒子を含んでいない。またさらに有利には、本発明の物体のコーティングされた表面が、２５ｎｍよりも大きい直径の粒子を含んでいない。
【０１５６】
本発明による物体を、例えば、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、紙、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料で製造できる。本発明による物体を、例えば、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料でコーティングすることができる。
【０１５７】
本発明によるいくつかの物体を、レーザアブレーションによってコーティングすることができ、レーザアブレーションは、パルスレーザによって実行される。本発明のとくに好ましい実施の形態においては、使用されるレーザ装置が、ピコ秒レーザなどの冷間加工レーザである。フェムト秒またはアト秒パルスレーザであってもよい。
【０１５８】
ピコ秒パルスレーザが本発明に従って物体をコーティングするために使用される場合、このレーザ装置の出力が、一実施の形態においては少なくとも１０Ｗである。本発明のより好ましい実施の形態においては、使用されるレーザ装置の出力が少なくとも２０Ｗであり、さらにより有利な実施の形態においては、使用されるレーザ装置の出力が少なくとも５０Ｗである。
【０１５９】
本発明の一実施の形態においては、レーザアブレーションが１０−１〜１０−１２気圧の真空中で実行されることで、物体がコーティングされる。本発明の別の実施の形態においては、レーザアブレーションが通常の気圧で実行されることで、物体がコーティングされる。
【０１６０】
本発明のとくに有利な一実施の形態においては、ターゲットが、これまでに大きくはアブレーションされていないターゲットの場所において材料を基本的に連続的に蒸発させるように、レーザビームによってアブレーションされ、物体がコーティングされる。上述の方法で物体をコーティングするための本発明による１つの方法は、ターゲットが薄板の供給として供給されることにあり、他の方法は、ターゲットがフィルム／テープの供給として供給されることにある。ターゲットがフィルム／テープの供給として供給される場合には、ターゲットの厚さは、有利には５μｍ〜５ｍｍであり、さらに有利には２０μｍ〜１ｍｍであり、好ましくは５０μｍ〜２００μｍである。
【０１６１】
従来からのかさばる従来技術のターゲットであってもよく、可動の技術的解決策、または静止位置に保たれる技術的解決策であってよい。
【０１６２】
本発明によるいくつかの物体は、アブレーションに使用されるレーザビームをターゲットタービンスキャナによって導くことで、有利に製造される。その場合、ターゲットへと向けられる走査幅は、例えば１０ｍｍ〜８００ｍｍであることができ、有利には１００ｍｍ〜４００ｍｍであることができ、好ましくは１５０ｍｍ〜３００ｍｍであることができる。
【０１６３】
小型サイズの用途においては、当然ながらより小さくなければならない。
【０１６４】
本発明による物体は、一実施の形態においては、基材を１つ以上のターゲットから蒸発させられるプラズマプルーム中でレーザアブレーションによって動かすことでも製造される。本発明の好ましい一実施の形態においては、物体が、ターゲットと基材との間の距離をアブレーションプロセスの間中、基本的に一定に保って製造される。
【０１６５】
本発明による物体の表面を、いくつかの異なるターゲットから同時にアブレーションされる材料から蒸着させることも可能である。本発明の物体のさらなる一実施の形態においては、物体の表面が、アブレーションされた材料で生成されたプラズマプルーム中に、プラズマプルーム中に含まれているアブレーションされた材料と反応する反応物質がもたらされ、生成される１つ以上の化合物が基材上に蒸着されるべき表面を構成することで、形成される。
実施例
【０１６６】
本発明による方法および製品を以下で説明するが、本発明が以下に提示される実施例のみに限定されるわけではない。表面を製造するために、Ｃｏｒｅｌａｓｅ  Ｏｙ製のＸ‐ｌａｓｅ  １０Ｗピコ秒レーザおよびＣｏｒｅｌａｓｅによるＸ‐ｌａｓｅ  ２０Ｗ‐８０Ｗピコ秒レーザ（ＵＳＰＬＤ）の両者を使用した。ここで、パルスエネルギーは、光学系によって所望の表面積へと焦点を合わせ、１平方センチメートルの面積において受け取られるパルスエネルギーを指す。使用した波長は、１０６４ｎｍである。コーティングされる材料の温度を、室温から２００℃の高温まで変化させた。種々の製品において、ターゲット材料の温度を、室温および７００℃の間で調節した。酸化物、金属、および種々の炭素主体のターゲット材料を、コーティングプロセスにおいて使用した。コーティングが酸素の相にて製造される場合には、酸素の圧力を１０−４から１０−１ｍｂａｒへと変化させた。低出力のレーザにおいては、スキャナとして、通常のミラースキャナ、すなわちガルバニックスキャナを使用した。その後のコーティングにおいては、自軸を中心にして回転するスキャナ、すなわちタービンスキャナを使用した。タービンスキャナが、調節可能な走査速度を可能にし、ターゲット材料へと向けられるビームの走査速度を、１ｍ／ｓ〜３５０ｍ／ｓの範囲で調節することができた。ガルバニックスキャナを成功裏に使用するためには、典型的には１ＭＨｚ未満の低いパルス周波数が必要である。他方で、タービンスキャナの使用により、１ＭＨｚ〜３０ＭＨｚなどといった高い反復周波数においてさえも、高品質のコーティングを製造できた。製造されたコーティングを、ＡＦＭ、ＥＳＥＭ。ＦＴＩＲ、およびＲａｍａ、ならびに共焦点顕微鏡によって調べた。さらに、光学的特徴（透過）ならびに抵抗率などといった特定の電気的特徴を調べた。使用するスポットサイズは、２０〜８０μｍの範囲で変化させた。調べたすべての表面にピンホールは存在しなかった。粗さ、すなわち表面の一様性を、ＡＦＭ設備によって１μｍ２の面積について測定した。
実施例１
【０１６７】
この実施例では、大理石を、（焼結カーボンの）ダイアモンドコーティングによってコーティングした。レーザ装置の性能パラメータは、以下のとおりとした。
反復周波数：４ＭＨｚ
パルスエネルギー：５μＪ
パルス長：２０ｐｓ
ターゲットと基材との間の距離：４ｍｍ
真空レベル：１０−６気圧
【０１６８】
生成されたダイアモンド表面を、ＡＦＭ設備（原子間力顕微鏡）によって調べた。ダイアモンド表面の厚さはおおむね５００ｎｍであり、表面の一様性は±１０ｎｍであった。表面において、マイクロ粒子は観察されなかった。
実施例２
【０１６９】
この実施例では、アルミニウムフィルムを、（焼結カーボンの）ダイアモンドコーティングによってコーティングした。レーザ装置の性能パラメータは、以下のとおりとした。
反復周波数：４ＭＨｚ
パルスエネルギー：５μＪ
パルス長：２０ｐｓ
ターゲットと基材との間の距離：４ｍｍ
真空レベル：１０−５気圧
【０１７０】
アルミニウムフィルムは、空色の色合いに着色された。生成されたダイアモンド表面を、ＡＦＭ設備（原子間力顕微鏡）によって調べた。ダイアモンド表面の厚さはおおむね２００ｎｍであり、表面の一様性は±８ｎｍであった。表面において、マイクロ粒子は観察されなかった。
実施例３
【０１７１】
この実施例では、シリコンディスク、二酸化シリコン製の物体、ポリカーボネート板、およびマイラーフィルムを、（熱分解カーボンの）ダイアモンドコーティングによってコーティングした。レーザ装置の性能パラメータは、以下のとおりとした。
反復周波数：４ＭＨｚ
パルスエネルギー：２．５μＪ
パルス長：２０ｐｓ
ターゲットと基材との間の距離：８ｍｍ
真空レベル：１０−５気圧
【０１７２】
生成されたダイアモンド表面を、ＡＦＭ設備（原子間力顕微鏡）によって調べた。ダイアモンド表面の厚さはおおむね１５０ｎｍであり、表面の一様性は±２０ｎｍであった。表面において、マイクロ粒子もナノ粒子も観察されなかった。
実施例４
【０１７３】
この実施例では、二酸化シリコン製の物体を、ダイアモンドコーティングによってコーティングした。レーザ装置の性能パラメータは、以下のとおりとした。
反復周波数：２ＭＨｚ
パルスエネルギー：１０μＪ
パルス長：１５ｐｓ
ターゲットと基材との間の距離：２ｍｍ
真空レベル：１０−３気圧
【０１７４】
生成されたダイアモンド表面を、ＡＦＭ設備（原子間力顕微鏡）によって調べた。ダイアモンド表面の厚さはおおむね５０ｎｍであり、表面の一様性は±４ｎｍであった。生成された表面に、マイクロ粒子は観察されなかった。表面粗さは優秀であり、ナノ粒子のサイズは、最大でも２０ｎｍであった。
実施例５
【０１７５】
この実施例では、銅板である物体を、酸化銅でコーティングした。レーザ装置の性能パラメータは、以下のとおりとした。
反復周波数：４ＭＨｚ
パルスエネルギー：５μＪ
パルス長：１７ｐｓ
ターゲットと基材との間の距離：１０ｍｍ
真空レベル：１０−１気圧
【０１７６】
コーティングプロセスの結果として、一様な品質の酸化銅表面が生成された。生成された表面の厚さはおおむね５μｍであった。
実施例６
【０１７７】
実施例６は、レーザアブレーションによってダイアモンドコーティングが施された装飾的な雪かき器を取り扱う（図６）。ダイアモンド表面ゆえに、この雪かき器は、きわめて耐摩耗性が高く、傷がつかない。さらに、ダイアモンド表面の疎水性の性状、およびとくには表面のナノ水準の一様性が、摩擦を小さくし、雪かきに費やされるエネルギーを少なくし、したがって雪かきをより容易にする。
【０１７８】
雪かき器のフレーム材料は、例えばプラスチックまたは金属であってよい。本実施例の雪かき器においては、アルミニウムのフレーム材料の上に、クロムの１マイクロメートルの金属層が電解で形成されている。代案として、これを、本発明に従ってレーザアブレーションによって形成することができる。プラスチック表面上に形成される金属コーティングは、まさにレーザアブレーション（冷間アブレーション）によって最も容易に実現される。使用される金属、金属合金、または金属化合物、ならびに表面の厚さを、自由に選択することができ、したがって雪かき器を、容易に個人的な外観にすることができる。とくにはレーザアブレーションによって金属表面を形成することで、きわめて薄いが、金属表面によって提供される所望の基本色を有利に生成することができる。すべての表面に設けられるダイアモンドコーティングが、今やこれらの金属の表面を酸化または機械的摩耗から保護する。個々の特徴を、ホログラム表面によって加えることができ、その場合には、顧客の希望に従った図形または文字列を、表面に掲示することができる。機械的な彫り込みとは別に、ホログラム表面を、レーザ彫り込みによってきわめて効率的に実現することも可能であり、その場合、彫り込みを正確、迅速、かつ経済的に所望の表面に形成することができる。ホログラム表面の高品質が、その下方に位置し、レーザアブレーションによって製造される金属表面の一様な品質を改善する。ここで、表面の一様性は、表面粗さを意味し、すべてのサンプルにおいて、１μｍ２の面積について原子間力顕微鏡を使用することによって測定を行った。
【０１７９】
実際には、画像に示されている表面は、物理的に貼り付いているが、説明の目的で、別個の要素として示されている。
実施例７
【０１８０】
この実施例では、大理石を、酸化アルミニウムコーティングでコーティングした。レーザ装置の性能パラメータは、以下のとおりとし、酸化アルミニウムを直接的にアブレーションすることによって表面を形成した。
反復周波数：４ＭＨｚ
パルスエネルギー：４μＪ
パルス長：１０〜２０ｐｓ
ターゲットと基材との間の距離：３ｍｍ
真空レベル：１０−６気圧
【０１８１】
生成された酸化アルミニウム表面を、ＡＦＭ設備（原子間力顕微鏡）によって調べた。酸化アルミニウムの厚さはおおむね５００ｎｍであり、表面の一様性は±５ｎｍであった。表面において、マイクロ粒子は観察されなかった。
実施例８
【０１８２】
この実施例では、大理石を、酸化アルミニウムコーティングでコーティングした。レーザ装置の性能パラメータは、以下のとおりとし、酸化アルミニウムを直接的にアブレーションすることによって表面を形成した。
反復周波数：４ＭＨｚ
パルスエネルギー：４μＪ
パルス長：１０ｐｓ
ターゲットと基材との間の距離：３ｍｍ
真空レベル：０
【０１８３】
生成された酸化アルミニウム表面を、ＡＦＭ設備（原子間力顕微鏡）によって調べた。酸化アルミニウム表面の厚さはおおむね５μｍであり、表面の一様性は±１０ｎｍであった。表面にナノ粒子が観察された。
実施例９
【０１８４】
この実施例では、あらかじめワニス処理したメガネレンズを、酸化アルミニウムコーティングでコーティングした。レーザ装置の性能パラメータは、以下のとおりとし、酸化アルミニウムを直接的にアブレーションすることによって表面を形成した。
反復周波数：４ＭＨｚ
パルスエネルギー：４μＪ
パルス長：２０ｐｓ
ターゲットと基材との間の距離：３ｍｍ
真空レベル：１０−６気圧
【０１８５】
生成された酸化アルミニウム表面を、ＡＦＭ設備（原子間力顕微鏡）によって調べた。酸化アルミニウム表面の厚さはおおむね３００ｎｍであり、表面の一様性は±２ｎｍであった。表面において、マイクロ粒子もナノ粒子も観察されなかった。
実施例１０
【０１８６】
この実施例では、花こう岩の物体を、酸化アルミニウムコーティングでコーティングした。レーザ装置の性能パラメータは、以下のとおりとし、酸化アルミニウムを直接的にアブレーションすることによって表面を形成した。
反復周波数：４ＭＨｚ
パルスエネルギー：４μＪ
パルス長：１０ｐｓ
ターゲットと基材との間の距離：９ｍｍ
真空レベル：１０−３気圧
【０１８７】
生成された酸化アルミニウム表面を、ＡＦＭ設備（原子間力顕微鏡）によって調べた。サファイア表面の厚さはおおむね１μｍであり、表面の一様性は±９ｎｍであった。表面において、顕著な量のナノまたはマイクロ粒子は観察されなかった。
実施例１１
【０１８８】
この実施例では、プラスチックの携帯電話機外郭をアルミニウムでコーティングし、その後に酸化アルミニウムコーティングでコーティングした。レーザ装置の性能パラメータは、以下のとおりとし、酸化アルミニウムを直接的にアブレーションすることによって表面を形成した。
反復周波数：４ＭＨｚ
パルスエネルギー：４μＪ
パルス長：１０ｐｓ
ターゲットと基材との間の距離：３ｍｍ
真空レベル：１０−６気圧
【０１８９】
生成された酸化アルミニウム表面を、ＡＦＭ設備（原子間力顕微鏡）によって調べた。表面の厚さはおおむね３００ｎｍであり、表面の一様性は±５ｎｍであった。表面において、マイクロ粒子もナノマイクロ粒子も観察されなかった。アルミニウム層の表面は、測定されなかった。
実施例１２
【０１９０】
この実施例では、鋼製の物体を、酸化チタニウムコーティングでコーティングした。レーザ装置の性能パラメータは、以下のとおりとし、酸素含有のヘリウム圏内でチタニウムをアブレーションすることによって表面を形成した。
反復周波数：２０ＭＨｚ
パルスエネルギー：４μＪ
パルス長：１０ｐｓ
ターゲットと基材との間の距離：１ｍｍ
真空レベル：１０−２気圧
【０１９１】
生成された酸化チタニウム表面を、ＡＦＭ設備（原子間力顕微鏡）によって調べた。酸化チタニウム表面の厚さはおおむね５０ｎｍであり、表面の一様性は±３ｎｍであった。
実施例１３
【０１９２】
この実施例では、ステンレス鋼製の骨用ねじを、ダイアモンドコーティングでコーティングした。レーザ装置の性能パラメータは、以下のとおりとし、二酸化チタニウムを直接的にアブレーションすることによって表面を生成した。
反復周波数：２０ＭＨｚ
パルスエネルギー：４μＪ
パルス長：１０ｐｓ
ターゲットと基材との間の距離：１ｍｍ
真空レベル：１０−５気圧
生成された二酸化チタニウム表面を、ＡＦＭ設備（原子間力顕微鏡）によって調べた。ダイアモンド表面の厚さはおおむね１００ｎｍであり、表面の一様性（粗さ）は±３ｎｍであった。
実施例１４
【０１９３】
この実施例では、ステンレス鋼製の骨用ねじを、ダイアモンドコーティングでコーティングした。レーザ装置の性能パラメータは、以下のとおりとし、焼結カーボンによって表面を形成した。
反復周波数：４ＭＨｚ
パルスエネルギー：２．５μＪ
パルス長：２０ｐｓ
ターゲットと基材との間の距離：８ｍｍ
真空レベル：１０−７気圧
生成されたダイアモンド表面を、ＡＦＭ設備（原子間力顕微鏡）によって調べた。ダイアモンド表面の厚さはおおむね１００ｎｍであり、表面の一様性は±３ｎｍであった。
実施例１５
【０１９４】
１００ｍｍ×１００ｍｍのサイズの１枚のコピー用紙（８０ｇ／ｍｍ２、白色）を、４ＭＨｚのパルス反復周波数で二酸化チタニウムをアブレーションすることによってコーティングした。パルスエネルギーを５μＪとし、パルス長を２０ｐｓとし、ターゲットとコーティング対象との間の距離を６０ｍｍとした。コーティングプロセスにおいて、真空レベルは１０−５気圧であった。このコーティングで、一様かつ透明なコーティングが得られた。コーティングの厚さはおおむね１１０ｎｍであった。
実施例１６
【０１９５】
１００ｍｍ×１００ｍｍのサイズの１枚のコピー用紙（８０ｇ／ｍｍ２、白色）を、３ＭＨｚのパルス周波数および２０ｐｓのパルス長にて酸化物の形態の酸化インジウムすず（９０ｐ．％のＩｎ２Ｏ３；１０ｐ．％のＳｎＯ２）でアブレーションを行うことによってコーティングした。ターゲットとコーティング対象との間の距離を４０ｍｍとし、コーティングプロセスの間の真空レベルを１０−５気圧とした。このコーティングで、一様かつ透明なコーティングが得られ、その厚さを測定したところ、５７０ｎｍであった。
実施例１７
【０１９６】
３００ｍｍ×３００ｍｍのガラス板を、活性酸素の相内で金属からバナジウムをアブレーションすることによってコーティングした。コーティングプロセスにおいて、酸素の圧力を１０−４〜１０−１ｍｂａｒへと変化させた。パルス反復周波数を２５ＭＨｚとし、パルスエネルギーを５μＪとし、ターゲットと基材との間の距離を３０ｍｍとした。コーティングに先立ち、ガラス材料をおおよそ１２０℃まで予熱した。コーティングの前に、真空レベルを１０−５ｍｂａｒに保った。コーティングにより、透明な酸化バナジウムコーティングが生成され、厚さを測定したところ１０ｎｍであった。表面粗さを測定したところ、１μｍ２の面積において０．１４ｎｍであった。表面粗さ、すなわち一様性は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定した。
実施例１８
【０１９７】
３００ｍｍ×２５０ｍｍのポリカーボネート板を、冷間圧搾したキトサンを２．５ＭＨｚのパルス反復周波数、５μＪのパルスエネルギー、および１９ｐｓのパルス長でアブレーションすることによってコーティングした。ターゲットとコーティング対象との間の距離を２５ｍｍとした。コーティングの際、真空レベルを１０−７気圧とした。コーティングプロセスによって、或る程度不透明なキトサンコーティングがもたらされ、厚さを測定したところ２８０ｎｍであった。粗さは、請求項１に従っており、表面の一様性は、１μｍ２の面積について測定したとき、１０ｎｍであった。このサンプルにおいても、ピンホールは見られなかった。
【０１９８】
本発明において特定された内容にもとづき、ターゲットおよび／またはターゲットと呼ばれる物体が、表面処理プロセスの別の工程において基材として機能することができ、その逆も然りであることは、材料がそこからアブレーションされる（すなわち、ターゲットとして機能する）のか、あるいは材料がそこへともたらされる（すなわち、基材として機能する）のかに応じて、当業者にとって明らかである。すなわち、少なくとも理論的には、同じ物体が、機械加工／コーティングプロセスの工程に応じて、基材およびターゲットの両者として機能することができる。
【０１９９】
レーザアブレーション方法に向けられる本発明に基づく実施形態の多数の例
本発明の１つの形態に基づいて、物体を１つ以上の表面によってコーティングするためのレーザアブレーション方法は、コーティング対象の物体、すなわち基材が、コーティング対象の物体へと蒸着された表面の一様性が原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって１平方マイクロメートルの面積について測定したときに±１００ｎｍとなるように、ターゲットをパルス状の冷間加工レーザでアブレーションすることによってコーティングされることを含む。
【０２００】
本発明の１つの形態によれば、１つ以上の表面によって物体をコーティングするためのレーザアブレーション方法は、
−物体をターゲットからある距離を置いて保持すること、
−パルス化された冷間加工レーザビームを該ターゲットに向け、それによって該ターゲットから材料を冷間アブレーションさせて、高品質プラズマを生成すること、
−該物体の表面上に、該高品質プラズマからコーティングを形成すること、
を含み；
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって１平方マイクロメートルの面積について測定する場合、該コーティングの表面粗さは±１００ｎｍであり、該コーティングは１ｍｍ２当たり１個未満のピンホールを含む。
【０２０１】
本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、コーティング対象の物体へと蒸着された表面の一様性は±２５ｎｍである。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、コーティング対象の物体へと蒸着された表面の一様性は±２ｎｍである。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、コーティングされた表面は、１μｍよりも大きい直径の粒子を含んでいない。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、コーティングされた表面は、１００ｎｍよりも大きい直径の粒子を含んでいない。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、コーティングされた表面は、２５ｎｍよりも大きい直径の粒子を含んでいない。
【０２０２】
本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、基材は、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、紙、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料からなる。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、ターゲットは、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料からなる。
【０２０３】
本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、レーザ装置の出力は、少なくとも１０Ｗである。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、レーザ装置の出力は、少なくとも２０Ｗである。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、レーザ装置の出力は、少なくとも５０Ｗである。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、レーザアブレーションは、１０−１〜１０−１２気圧の真空中で実行される。本発明の選択的な形態によれば、上記の方法において、レーザアブレーションは、通常の気圧において実行される。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、ターゲットは、それまでは明らかにアブレーションされていないターゲットの場所から材料を基本的に連続的に蒸発させるように、レーザビームによってアブレーションされる。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、ターゲットは、薄板の供給として供給される。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、ターゲットは、フィルム／テープの供給として供給される。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、ターゲットの厚さは、５μｍ〜５ｍｍであり、有利には２０μｍ〜１ｍｍであり、好ましくは５０μｍ〜２００μｍである。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、レーザビームは、タービンスキャナを介してターゲットへと向けられる。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、ターゲットへと向けられる走査幅は、１０ｍｍ〜８００ｍｍであり、有利には１００ｍｍ〜４００ｍｍであり、好ましくは１５０ｍｍ〜３００ｍｍである。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、基材は、１つ以上のターゲットから蒸発させられたプラズマプルーム中でレーザアブレーションによって動かされる。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、ターゲットと基材との間の距離は、アブレーションプロセスの全体にわたって基本的に一定に保たれる。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、コーティング対象の表面は、複数のターゲットから同時にアブレーションされた材料で形成される。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、コーティング対象の表面は、アブレーションされた材料で形成されているプラズマプルーム中に、前記プラズマプルーム中に含まれるアブレーションされた材料と反応する反応物質をもたらし、その結果得られる１つ以上の化合物で基材上に製造される前記表面を形成することで、形成される。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、コーティング対象の表面は、１ｍｍ２当たりに含まれるピンホールが１個未満であり、有利には１ｃｍ２当たりに含まれるピンホールが１個未満であり、好ましくは全コーティング面積においてピンホールをまったく含まないように形成される。本発明の１つの形態によれば、上記の方法において、コーティング対象の表面は、表面の最初の５０％が、生成された表面に１０００ｎｍよりも大きい直径の粒子が形成されておらず、有利には前記粒子のサイズが１００ｎｍを超えず、好ましくは前記粒子のサイズが３０ｎｍを超えないように形成されるように、形成される。
【０２０４】
レーザアブレーション方法によってコーティングされた物体に向けられる本発明に基づく実施形態の多数の例
本発明の１つの形態によれば、レーザアブレーション方法によって１つ以上の表面でコーティングされた物体、すなわち基材は、その物体がターゲットをパルス状の冷間加工レーザでアブレーションすることによってコーティングされるようにして作られるコーティングを有し、その場合に、前記コーティングされた物体上に蒸着された表面の一様性は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって１平方マイクロメートルの面積について測定したときに±１００ｎｍである。本発明の１つの形態によれば、コーティングされた物体がコーティングの中に含むピンホールは、１ｍｍ２当たり１個未満である。
【０２０５】
本発明の１つの形態によれば、コーティングされた物体上に蒸着されたコーティングの表面の一様性は、±２５ｎｍである。本発明の１つの形態によれば、コーティングされた物体上に蒸着されたコーティングの表面の一様性は、±２ｎｍである。本発明の１つの形態によれば、コーティングされた物体は、１μｍよりも大きい直径の粒子が存在しない物体のコーティングされた表面を有する。本発明の１つの形態によれば、物体のコーティングされた表面に、１００ｎｍよりも大きい直径の粒子は存在しない。本発明の１つの形態によれば、物体のコーティングされた表面に、２５ｎｍよりも大きい直径の粒子は存在しない。
【０２０６】
本発明の１つの形態によれば、コーティングされる基材は、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、紙、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料からなる。本発明の１つの形態によれば、アブレーションされるターゲットは、金属、金属化合物、ガラス、石、セラミック、合成ポリマー、半合成ポリマー、天然ポリマー、紙、複合材料、無機あるいは有機のモノマーまたはオリゴマー材料からなる。本発明の１つの形態によれば、レーザアブレーションは、１０−１〜１０−１２気圧の真空中で実行される。本発明の１つの形態によれば、レーザアブレーションは、場合によって、通常の気圧において実行される。本発明の１つの形態によれば、レーザビームは、タービンスキャナを介してターゲットへと向けられている。本発明の１つの形態によれば、ターゲットへと向けられる走査幅、したがって基材、すなわちコーティング対象の物体のコーティング幅は、１０ｍｍ〜８００ｍｍであり、有利には１００ｍｍ〜４００ｍｍであり、好ましくは１５０ｍｍ〜３００ｍｍである。本発明の１つの形態によれば、基材は、１つ以上のターゲットから蒸発させられたプラズマプルーム中でレーザアブレーションによって動かされる。本発明の１つの形態によれば、ターゲットと基材との間の距離は、アブレーションプロセスの全体にわたって基本的に一定に保たれる。本発明の１つの形態によれば、コーティング対象の表面は、複数のターゲットから同時にアブレーションされた材料で形成されている。本発明の１つの形態によれば、コーティング対象の表面は、アブレーションされた材料で形成されているプラズマプルーム中に、前記プラズマプルーム中に含まれる材料と反応する反応物質をもたらし、生成される１つ以上の化合物が基材上に製造される前記表面を形成することで、形成される。本発明の１つの形態によれば、コーティングされた表面に含まれるピンホールは、１ｍｍ２当たり１個未満であり、有利には１ｃｍ２当たり１個未満であり、好ましくはコーティングされた表面が、全コーティング面積においてピンホールをまったく含んでいない。本発明の１つの形態によれば、コーティングされた表面は、表面の最初の５０％が、生成された表面に１０００ｎｍよりも大きい直径の粒子が形成されておらず、有利には前記粒子のサイズが１００ｎｍを超えず、好ましくは前記粒子のサイズが３０ｎｍを超えないように形成されるように、形成されている。本発明の１つの形態によれば、ターゲットは、それまでは明らかにアブレーションされていないターゲットの場所において材料を基本的に連続的に蒸発させるように、レーザビームによってアブレーションされる。
【図面の簡単な説明】
【０２０７】
【図１】本発明による方法について種々の可能な用途を示している。
【図２】本発明の一実施の形態によるアブレーションコーティング装置を示している。
【図３】本発明の一実施の形態による装置において形成された多層基材を示している。
【図４】蒸発させられるカーボン素材（材料予備成形物１２７）が熱分解カーボンであり、ターゲットと基材との間の距離が４ｍｍであるレーザアブレーション構成において単結晶ダイアモンドビームが製造される本発明の一実施の形態を示している。
【図５】この場合には雪かき器であるが、本発明に従ってコーティングされる大型の三次元形状の物体を示している。
【図６】本発明に従ってコーティングされる電気通信装置の外郭構造を示している。
【図７】ターゲットがテープの供給として供給される本発明の一実施の形態によるアブレーションコーティング装置を示している。
【図８】レーザビームの走査のために本発明のいくつかの実施の形態において使用されるタービンスキャナを示している。
【図９】熱間加工（パルスが長いマイクロおよびナノ秒パルスレーザ）と冷間加工（短いパルスのピコおよびフェムト秒レーザ）との間の相違を、アブレーションされる材料へと向けられた熱伝達およびそれによって生じるターゲット材料の損傷に関して示している。
【図１０】石製品をコーティングするための本発明によるいくつかの実施の形態を示している。
【図１１】本発明に従ってコーティングされた医療器具を示している。
【図１２】本発明に従ってコーティングされた医療品を示している。
【図１３】本発明に従ってコーティングされる航空機部材を示している。
【図１４】本発明に従って酸化アルミニウムでコーティングされた光学製品を示している。
【図１５】本発明のいくつかの好ましい実施の形態によるコーティング用途の例を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005437640.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0005437640.tif 000012
【図１２】
0005437640.tif 000013
【図１３】
0005437640.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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