用于含碳化硅的制品的制备或者改性的方法与流程

1.本发明涉及增材制造以及表面加工的技术领域。
2.特别地，本发明涉及一种用于含碳化硅的制品的制备或者说改性的方法以及可用该方法获得的制品。
3.本发明的另一主题是用于执行该方法的装置。


背景技术：

4.增材制造方法越来越多地被用于小批量地制造制品或者用塑料或者金属原料制造单个零件。增材制造在此允许用大量有机和无机材料，既快速又细节丰富且成本低廉地制备制品。
5.对于所有增材制造方法而言，共同点在于：基于3d模型，通常借助于cad(computer aided design，计算机辅助设计)，逐层地制备要制备的制品。在此，对于无机材料，使用高能方法，诸如激光熔炼、电子束熔炼或者激光堆焊，因为只有这些方法才能产生将金属或者陶瓷原料转化为熔体所必需的高温。
6.碳化硅由于其机械和电气特性而对于机械制造和半导体技术都是引人注意的材料。
7.具有化学式sic的碳化硅可以同样多样地用在电子技术中并且用于制备陶瓷材料。由于高硬度和高熔点，碳化硅也被称为金刚砂，并且被用作磨料或者用作高温反应堆中的绝缘体。
8.另外，碳化硅与一系列元素和化合物形成合金或者说类似合金的化合物，其具有许多有利的材料特性，例如高硬度、高耐抗性、低重量以及本身在高温下的低氧化灵敏度。
9.通常，通过烧结方法制备含碳化硅的材料制成的制品，其中这样获得的由碳化硅制成的制品具有相对高的孔隙度并且对于许多应用都是不适合的。以此方式，也很难能细节丰富且高分辨率地显示基于含碳化硅的材料的特别小的构件或者说制品。
10.在增材制造的范畴内，无法由碳化硅粉末得到含碳化硅的材料制成的制品，因为碳化硅在正常压力下不熔化，而是在约2700℃的温度下升华。因此，为了借助于增材制造制备含碳化硅的制品，通常采取措施，借助于增材制造，以待制备的制品的形式取得有机聚合物，并且随后将如此产生的由有机聚合物制成的主体高温裂解，从而留下碳骨架，以硅渗透该碳骨架并且最后将其在高温下转变成碳化硅。该用于含碳化硅的制品的制备方法花费非常高并且耗时，由此总体上不太高效。
11.然而，同时例如根据de 10 2015 105 085 a1、de 10 2017 110 362 a1或者de 10 2017 110 361 a1，已知了用于由适合的前体材料直接制备含碳化硅的制品的增材制造方法。de 10 2015 105 085.4和de 10 2017 110 362 a1描述了借助于粉末床方法，即所谓的选择性合成结晶，由粉末状的前体制备含碳化硅的制品，而de 10 2017 110 361 a1基于液态的前体。但是，前述方法的共同点在于，在激光束的作用下，选择性地且局部受限地将前体分解成期望的含碳化硅的材料。通过之前提及的增材制造方法，有可能获得许多具有突
出的机械和/或电气特性的、三维制品形式的、含碳化硅的材料。
12.然而，在之前描述的增材制造方法的范畴内，通常需要精整表面，例如为了移除支撑结构或者使由于逐层的增材制造可能具有一定不平坦度的表面平滑化。对于许多材料而言，通常通过减材法进行这种精整。
13.对于表面技术和表面加工而言并且特别地对于制品的造型而言，减材制造方法都是有特别的意义的。减材制造方法通常理解为从制品的表面上移除材料的制造方法。减材制造方法通常是传统的切削加工方法，例如磨削、钻孔或者铣削。但是，另外，还有可能借助于化学方法(例如通过蚀刻)或者借助于物理方法(例如借助于激光辐射)进行减材制造。
14.减材法被用于加工多种材料，以便例如由模制品获得期望的中间产品或者最终产品，或者赋予制品期望的表面轮廓或者表面特性。
15.虽然对于许多材料而言，例如对于金属、木材或者单质硅而言，有大量减材制造方法可用并且其引起非常好的效果，但是一些陶瓷材料，例如碳化硅，很难用传统的减材法，特别是切削加工方法进行加工。
16.另外，同样普遍成问题的是：有针对性地使碳化硅制成的表面进行结构化，例如以便设定表面的粗糙度或者获得微机械系统，诸如用于微流体系统的通路。由于高硬度和化学耐抗性，只能用有碳化硅涂层或者金刚石涂层的工具加工碳化硅表面，这使得工艺花费非常高并且昂贵。
17.另外，迄今为止，仍无法在其化学特性或者其化学组成方面，有针对性地且局部受限地操控含碳化硅的材料或者说含碳化硅的制品的表面。虽然有可能例如在增材制造的范畴内使用不同的前体材料或者说前体混合物来制备含碳化硅的制品的不同部分，但是该方法花费非常高，因为必须有针对性地为待完成的制品的不同部位使用不同的前体混合物。此外，迄今为止，没有任何在化学特性方面事后局部受限地改变含碳化硅的制品的表面的可能性。
18.因此，在现有技术中缺少借助于增材制造方法，快速且成本低廉地获得具有细节丰富的、高分辨率的且可能被结构化的表面的含碳化硅的制品的方法。另外，同样无法在其化学特性及其化学组成方面，有针对性地且局部受限地改变含碳化硅的制品的表面区域，至少无法用合理的花费。


技术实现要素：

19.因此，本发明的目的在于，避免前文中描述的与现有技术相关的缺点和问题，至少是削弱这些缺点和问题。
20.特别地，本发明的目的在于，提供一种用于制备具有特殊且可设定的表面特性和表面轮廓的含碳化硅的制品的方法，其一方面实现了含碳化硅的制品的造型，另一方面实现了有针对性地设定含碳化硅的材料的表面的特性。
21.特别地，本发明的目的在于，提供一种可灵活且成本低廉地使用的方法，其允许使得含碳化硅的材料制成的制品的表面的特性有针对性地结构化或者平滑化。
22.另外，本发明的另一目的在于，提供一种方法，其实现了用简单的工具，局部受限地改变含碳化硅的材料的化学特性，特别是含碳化硅的表面的化学特性。
23.因此，根据本发明的第一方面，本发明的主题是一种根据权利要求1所述的用于含
碳化硅的制品的制备和/或改性的方法；该发明方面的其它有利设计方案是与此相关的从属权利要求的主题。
24.根据本发明的第二方面，本发明的另一主题是根据权利要求19所述的可用根据本发明的方法获得的含碳化硅的制品。
25.根据本发明的第三方面，本发明的另一主题是一种根据权利要求20所述的用于执行根据本发明的方法的装置；该发明方面的其它有利设计方案是与此相关的从属权利要求的主题。
26.不言而喻，在下文中提及的仅就一个发明方面描述的特别的设计方案，尤其是特别的实施方案等也对应地适用于其它发明方面，而无需明确的表述。
27.此外，对于下文中提及的所有相对的或者说百分比的(特别是重量相关的)用量数据，要注意的是：在本发明的范畴内，本领域技术人员选择这些用量数据，使得在成分、添加剂或者说助剂等的总和中，始终得到100％或者说100wt.％。但是，这对于本领域技术人员而言是不言而喻的。
28.而且，原则上，能够通过规范的或者精确给定的确定方法或者通过本领域技术人员本身熟悉的确定方法，确定或者说获取下文中提及的所有参数说明等。
29.讲到这里，下文中将更详细地阐述本发明的主题。
30.因此，根据本发明的第一方面，本发明的主题是一种用于含碳化硅的制品的制备和/或改性的方法，其中
31.(a)借助于增材制造制备含碳化硅的制品，并且
32.(b)并且紧接着增材制造或者在增材制造期间，通过借助于至少一个激光束，位置可选地且局部受限地照射，特别是加热至少部分地制备的含碳化硅的制品的表面，通过烧蚀或者通过表面的化学改性加工制品的表面。
33.因此，在本发明的范畴内，有可能将增材制造方法与用于含碳化硅的材料的烧蚀或者化学改性的方法相结合，并且提供一种用于制备高分辨率的或者说表面改性的含碳化硅的制品的方法。
34.因此，根据本发明的方法实现了含碳化硅的材料制成的制品的增材制造，其具有非常高的分辨率，即清晰的轮廓或者微结构，或者局部地在其化学改性或者说化学组成方面有所不同。
35.迄今为止，这样的整个方法在现有技术中不是已知的。
36.根据本发明的方法特别地允许在执行多种增材制造方法的过程中就对含碳化硅的材料制成的制品的表面进行加工，所述表面例如由于所制备的制品或者说构件的复杂的几何形状而在含碳化硅的制品完工后不再适于用工具进行加工。
37.有利地，在本发明的范畴内，用于含碳化硅的制品的表面的烧蚀和/或化学改性的方法与同样使用了激光器来进行增材制造的增材制造方法相结合。
38.因此，在理想情况下，在本发明的范畴内，相同的装置既用于增材制造，也用于表面加工。然而，这始终只有在为了表面加工而加热含碳化硅的材料的表面时，即表面热加工时才有可能。如果例如通过发射紫外线范围内的超短光脉冲的准分子激光器进行烧蚀，则如下文中阐述的，烧蚀通过库仑爆炸实现，并且必须为增材制造使用另一激光器系统。
39.关于这一点，优选地，增材制造选自粉末床方法、特别是选择性合成结晶、依赖激
光堆焊的方法或者依赖喷墨打印的方法。
40.选择性合成结晶(selected synthetic cristallisation，ssc)中制品的制备并非基于熔体，而是基于气相实现。仪器构造和选择性合成结晶的进行与选择性激光熔炼相符，即对于选择性合成结晶，可以在非常相似的条件下，使用与选择性激光熔炼相同的装置。通过激光辐射，可以将原材料转化成气相所必需的能量引入到优选粉末状的原材料中，特别地引入到前体颗粒中。通常，通过激光束，实现前体材料到气态产物的分解，这些气态产物随即直接重新组合成期望的含碳化硅的材料并且以结晶状堆积。
41.如申请人令人惊奇地发现的，借助于激光辐射，特别地借助于脉冲激发的激光辐射，优选地通过使用脉冲激光器，可以简单且没有困难地加工含碳化硅的材料和制品的表面。
42.一方面，通过有针对性地选择和改变含碳化硅的材料的表面上射入的激光能量和产生与此相关的局部清晰限定的高温，可以在含碳化硅的材料的表面中产生扩散过程，从而例如可以获得积聚有碳或者硅的表面，或者通过烧蚀移除材料，特别地通过升华，由此含碳化硅的制品的表面可以被结构化，并且也有可能对含碳化硅的材料制成的制品进行几何造型。
43.另外，特别地，通过使用脉冲宽度处于飞秒范围或者皮秒范围内的激光器，有可能仅通过少量的热能输入，借助于烧蚀加工含碳化硅的材料的表面。在这种情况下，通过纳度量范围内的所谓的库仑爆炸(coulomb explosion，ce)，实现材料削减。对于库仑爆炸，通常通过仅若干纳米或者微米的小范围内的超短激光脉冲，在含碳化硅的材料的表面上完成缺乏电子的区域，从而出现大量相互排斥的带正电荷的离子。通过相斥的库仑力，从含碳化硅的材料的表面上移除纳米范围内的颗粒。脉冲持续时间或者说脉冲宽度通常处于10fs至10ps的范围内，而激光强度处于10
10
至10
13
w/cm2的范围内。如果通过该方法只是仅借助于烧蚀加工表面，则优选地使用脉冲宽度处于飞秒范围或者皮秒范围内的激光器。特别优选地，对于这种类型的表面处理，使用辐射处于紫外线范围内的准分子激光器。
44.通过使用激光器，含碳化硅的材料仅非常短暂地且选择性地暴露于能量作用。特别地，通过激光辐射，分别只有差不多对应于激光束的宽度或者说面积的区域被激光能量照射并加工。而且，进入含碳化硅的材料的渗透深度仅为若干纳米或者若干微米。以此方式，非常位置可选且局部受限的表面加工是可能的，即可以例如在含碳化硅的材料的表面上产生仅若干纳米或者微米深的纳米结构化或者微结构化。
45.在本发明的范畴内，“位置可选”可以理解为，一股或多股激光束可以指向含碳化硅的材料或者基体的明确且固定的部位。在本发明的范畴内，“局部受限”优选地指的是，并非涉及含碳化硅的材料的整个表面，而仅涉及清晰限定的区域。特别地，在本发明的范畴内，“局部受限”理解为含碳化硅的材料的表面上的一个区域，该区域对应于被激光束覆盖的区域。在此，含碳化硅的材料的被照射或者说也被加热的区域优选地对应于被激光束覆盖的区域，即激光束的影响被限制在被直接照射的材料上，并且尽可能没有或者仅有极低的远距作用入射。
46.在本发明的范畴内，“制品”一方面可以理解为三维的形成物(特别是构件)，或者理解为涂层，即仅若干微米或者毫米厚的层。“含碳化硅的制品”优选地可以理解为包含含碳化硅的材料和/或由此制成的制品，优选地由含碳化硅的材料制成的制品。
47.在此，在本发明的范畴内，“含碳化硅的制品的表面”指的是含碳化硅的制品例如相对于环绕的气氛或者相对于其它构件的边界面。
48.在本发明的范畴内，“含碳化硅的材料”可以理解为一种包含含碳化硅的化合物的或者说由此制成的材料。在本发明的范畴内，“含碳化硅的化合物”可以理解为二元、三元或四元的无机化合物，其总式包含硅和碳。特别地，含碳化硅的化合物不包含任何分子结合的碳，诸如一氧化碳或者二氧化碳；更确切地说，碳存在于固态结构中。
49.在本发明的范畴内，含碳化硅的材料通常选自碳化硅、掺杂的碳化硅、非化学计量的碳化硅、掺杂的非化学计量的碳化硅和碳化硅合金。因此，通过根据本发明的方法，可以加工多种不同的含碳化硅的材料，特别是不同的碳化硅化合物。
50.在本发明的范畴内，“非化学计量的碳化硅”可以理解为并非以1：1的摩尔比，而是以与其有偏差的比例包含碳和硅的碳化硅。在本发明的范畴内，非化学计量的碳化硅通常具有过剩摩尔的硅。
51.在本发明的范畴内，“碳化硅合金”可以理解为碳化硅与诸如钛等金属的化合物或者例如碳化锆或者氮化硼等其它化合物，其所包含的碳化硅分量各不相同并且剧烈波动。碳化硅合金往往形成高性能陶瓷，其特征在于独特的硬度和耐热性。
52.如果在本发明的范畴内使用了非化学计量的碳化硅，则非化学计量的碳化硅通常是通式(i)的碳化硅
53.sic1‑
x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(i)
54.其中
55.x＝0.05至0.8，特别是0.07至0.5，优选是0.09至0.4，更优选是0.1至0.3。
56.这种富含硅的碳化硅具有特别高的机械强度并且适合于多种作为陶瓷的应用。
57.如果在本发明的范畴内，含碳化硅的化合物是掺杂的碳化硅，则碳化硅通常掺杂有选自以下组的元素，所述组包括氮、磷、砷、锑、硼、铝、镓、铟及其混合物。优选地，碳化硅掺杂有元素周期表的第13族和第15族的元素，由此特别地，能够有针对性地操控并设定碳化硅的电气特性。这种掺杂的碳化硅特别适合于在半导体技术中的应用。如之前已经阐述的，掺杂的碳化硅可以是化学计量的碳化硅或者非化学计量的碳化硅，其中优选掺杂化学计量的碳化硅，因为其更多地用在半导体技术中。
58.如果在本发明的范畴内使用了掺杂的碳化硅，则被证明有效的是，掺杂的碳化硅所包含的掺杂元素的用量为基于掺杂的碳化硅的0.000001至0.0005wt.％，特别是0.000001至0.0001wt.％，优选0.000005至0.0001wt.％，更优选0.000005至0.00005wt.％。因此，非常少量的掺杂元素完全足以有针对性地设定碳化硅的电气特性。之前提及的掺杂元素的用量数据既适用于化学计量的碳化硅，也适用于非化学计量的碳化硅。
59.如果在本发明的范畴内所使用的含碳化硅的化合物是碳化硅合金，则碳化硅合金通常选自max相、碳化硅与特别是金属等元素的合金以及碳化硅与金属碳化物和/或金属氮化物的合金。这种碳化硅合金包含的碳化硅分量不断变化并且剧烈波动。特别地，在此可以预设，碳化硅是合金的主要组分。然而，同样可能的是，碳化硅合金仅包含少量碳化硅。
60.碳化硅合金通常包括用量为基于碳化硅合金的10至95wt.％，特别是15至90wt.％，优选20至80wt.％的碳化硅。
61.在本发明的范畴内，“max相”特别地可以理解为通式m
n+1
ax
n
的、在六边形层中结晶
的碳化物和氮化物，其中n＝1至3。在此，m代表来自元素周期表的第三至第六族的前过渡金属，而a代表元素周期表的第13族至第16族的元素。x最后不是碳，就是氮。然而，在本发明的范畴内，只有其总式包含碳化硅(sic)，即硅和碳的那些max相才是有意义的。
62.max相具有化学特性、物理特性、电气特性和机械特性的多种不同寻常的组合，因为根据条件，其既表现出金属性能，也表现出陶瓷性能。这包括例如高导电性和导热性、相对于热冲击的高负荷能力、极高的硬度以及低热膨胀系数。
63.如果碳化硅合金是max相，则优选地，max相选自ti4sic3和ti3sic。
64.特别地，之前提及的max相超出已经描述的特性，在很大程度上是耐化学品并且耐高温氧化的。
65.如果含碳化硅的化合物是碳化硅的合金，那么被证明对于合金是碳化硅与金属的合金的情况有效的是，合金选自碳化硅与来自al、ti、v、cr、mn、co、ni、zn、zr及其混合物的组的金属的合金。
66.如果碳化硅的合金选自碳化硅与金属碳化物和/或金属氮化物的合金，则被证明有效的是，碳化硅与金属碳化物和/或金属氮化物的合金选自以下组，该组包括：碳化硼(特别是b4c)、碳化铬(特别是cr2c3)、碳化钛(特别是tic)、碳化钼(特别是mo2c)、碳化铌(特别是nbc)、碳化钽(特别是tac)、碳化钒(特别是vc)、碳化锆(特别是zrc)、碳化钨(特别是wc)、氮化硼(特别是bn)及其混合物。
67.在本发明的范畴内，优选地预设了，增材制造是凭借激光辐射进行的制造方法。增材制造方法包括通过使用激光能量或者说激光束制备含碳化硅的材料，而使用增材制造方法的优点是，在理想情况下，与用于增材制造相同的激光器也可以被用于含碳化硅的制品的表面的烧蚀或者化学改性。因此，在理想情况下，相同的仪器构造既可以用于进行增材制造，也可以用于表面加工，这明显简化了发明的范畴内方法的执行，还使得仪器结构非常成本低廉。如之前已经阐述的，如果借助于库仑爆炸进行表面处理，特别是烧蚀，即优选地使用了准分子激光器，则这是不可能的。在这种情况下，用于执行该方法的装置具有至少两个不同的激光器，或者说用不同的激光器进行增材制造和表面处理。
68.在此，在增材制造的范畴内，通常进行操作，使得在基体上位置可选地沉积含碳化硅的材料制成的层，从而获得构建制品的层或者覆层。随后，位置可选地在之前获得的层上沉积含碳化硅的材料制成的另一层，从而获得包含含碳化硅的材料的或者含碳化硅的材料制成的另一层制品。多次重复该方法步骤，直至最终制备得到期望的含碳化硅的制品。
69.现在，在本发明的范畴内，有可能紧接着增材制造或者在增材制造过程中，例如在构建一层或更多层含碳化硅的制品后，进行方法步骤(b)，即在表面加工的方法步骤中。
70.在本发明的范畴内，如果通过分解前体材料获得含碳化硅的材料并且将其沉积在表面上，特别是沉积在基体上，则获得特别好的结果。关于这一点，被证明有效的是，借助于激光束照射(特别是分解)包含碳源和硅源的气态、液态或者固态前体，并且在表面(特别是基体上)沉积含碳化硅的材料。
71.在本发明的范畴内，增材制造可以选自所有适合的方法。然而，当增材制造选自选择性合成结晶、包括随后的激光照射的打印方法和激光堆焊以及依赖于该方法的方法时，获得了特别好的结果。
72.在本发明的范畴内，被证明特别有效的是，增材制造选自粉末床方法、特别是选择
性合成结晶、依赖激光堆焊的方法或者依赖喷墨打印的方法。
73.例如在de 10 2017 110 362 a1中描述了选择性合成结晶。在此，通过用激光束照射，粉末状的前体材料被转变成含碳化硅的材料。
74.在de 10 2017 110 361 a1描述了适合的喷墨方法。对于在de 10 2017 110 361 a1中公开的方法，借助于喷墨打印方法，在基体表面上施加液态的前体材料，并且随后通过激光辐射的作用而将其转变成对应的含碳化硅的材料。
75.另外，还有可能用依赖于激光堆焊的方法，将固态、液态或者气态的前体材料加工成含碳化硅的制品。在此，由固态、液态或者气态颗粒构成的粒子束指向基体表面，并且在入射到基体表面上时或者在此之前，借助于激光束对其进行照射，从而分解前体化合物并选择性地将其转化为碳化硅。
76.在本发明的范畴内，通常进行操作，使得在制备含碳化硅的制品之前，完成制品的数字化映射，即所谓的数字孪生。完成待制备的制品的数字化映射特别地使得以几乎任意分辨率和精度完成待制备的制品的数字模型成为可能，随后，通过其帮助，可以特别地借助于增材和减材制造或者说借助于增材制造和化学改性进行制造。
77.在本发明的范畴内，通常预设了，借助于几何建模，特别地借助于cad，完成数字化映射。cad(computer aided design)通常理解为在计算机辅助下产生并改变模型。借助于cad，还可以例如计算单个层的布置和尺寸，而这对于产生制品，特别是产生三维制品或者说构件是必要的。
78.在本发明的范畴内，通常预设了，通过用数字化映射进行匹配，制备含碳化硅的制品。关于这一点，特别地通过组合增材制造和减材制造，必要时结合表面的化学改性，创建尽可能精确的且对比丰富的、高分辨率的、含碳化硅的制品。
79.关于这一点，可以预设，由于制造过程中的特点，例如热条件，数字化映射以预先确定的程度与待制备的制品有所偏差。因此，在增材制造以及接下来的表面处理的范畴内，必须始终考虑到由于加热和冷却含碳化硅的制品或者说部分完工的含碳化硅的制品引起的尺寸波动或者说尺寸扭曲。这特别地适用于由碳化硅或者掺杂的碳化硅制成的含碳化硅的制品，并且以明显更低的程度适用于由碳化硅合金制成的制品，因为其热膨胀很低。
80.例如由于在增材制造过程中施加的单个层的表面的含碳化硅的制品的局部改性，根据本发明的方法还允许有针对性地设定位于包含含碳化硅的材料的或者由此构成的制品内部的含碳化硅的材料的化学特性并且由此还能有针对性地设定其电气特性。由此，例如可以在含碳化硅的材料制成的制品内部，有针对性地产生用于传导电流的导电线路。
81.根据本发明的一种优选的实施方案，预设了，在增材制造期间和/或之后测量含碳化硅的制品。通过测量制品，特别地通过用激光器测量制品，特别地有可能精确地监控相应的制造进度。关于这一点，特别优选的是，借助于激光器进行增材制造，并且被用于增材制造的激光器同时也用于测量所制备的制品。这例如可以通过干涉仪实现。
82.关于这一点，如果在增材制造期间和/或之后测量制品并且在用数字化映射匹配后加工制品的表面，使得制品和数字化映射一致或者说以预先确定的程度相互之间有偏差，则获得特别好的结果。此外，关于这一点，可以预设，在增材制造期间或者之后加工制品的表面。这意味着，在增材制造结束以前，就已经可以用激光辐射照射尚未完全制备的含碳化硅的制品并且借助于烧蚀或者化学改性对其进行加工。
83.如之前陈述的，在本发明的范畴内，通常可以预设加热含碳化硅的材料的表面。如果借助于激光束加热含碳化硅的制品的表面，则被证明有效的是，含碳化硅的制品的表面被加热到500到3500℃，特别是600至3200℃，优选700至3000℃的范围内的温度。在上述范围内的温度下，可以进行制品的含碳化硅的材料的化学改性，或者也可以借助于烧蚀进行结构加工。
84.根据本发明的一种优选的实施方案，预设了，借助于烧蚀加工含碳化硅的制品的表面。这意味着，借助于减材制造，即通过材料削减，加工含碳化硅的制品的表面。
85.关于这一点，可以特别地预设，借助于烧蚀，对含碳化硅的制品的表面进行结构化和/或平滑化，特别是微结构化和/或平滑化，或者几何地加工含碳化硅的制品。
86.在此，“含碳化硅的制品的表面的结构化”可以特别地理解为，在含碳化硅的材料的表面上产生优选纳米范围或者微米范围内的明确且固定的结构，即所谓的微结构，以便例如设定含碳化硅的材料的表面粗糙度或者以便提供用于微机械系统的结构。
87.然而，同样还有可能例如紧接着增材制造，使表面平滑化。通常，特别是在制品的边界面上，还可以看到所制备的制品的、由增材制造确定的层状构造。在这些情况下，通过表面加工，特别是平滑化，可以显著改善表面质量；在理想情况下，在表面加工结束后，不再能够看出制品曾借助于增材制造来构建。然而，另外还有可能几何地加工含碳化硅的制品。对于几何加工，含碳化硅的制品至少在一些部分中由于烧蚀，特别地由于激光束的影响而经历成型。在此，通过多次或者持续的激光束作用，可以在微米范围到毫米范围内或者说甚至到厘米范围内进行材料削减。因此，烧蚀例如适合于移除在增材制造时使用的支撑结构。通过精确地调整激光功率，结合调整激光束在含碳化硅的制品表面的部分区域上的停留时间，可以例如有针对性地削平凸起部分，因为在由于更好的热传导而保持更冷的凹进部分加深之前，凸起部分更快地变热并且此处的材料被削减。
88.另外，由于可复制地且以纳米或者微米范围内的更高的精确度制备结构的可能性，结合碳化硅和含碳化硅的材料的高强度，借助于激光辐射进行的烧蚀为微结构化的含碳化硅的表面实现了新的可能性。
89.特别地，例如有可能为了机械应用，有针对性地设定含碳化硅的制品表面的粗糙度。同样地，可以为了微机械应用，有针对性地对含碳化硅的制品表面进行结构化。此外，可以通过有针对性的结构化，影响电极和薄膜的电气和物理特性，特别地，也可以有针对性地设定电化学特性。
90.此外，含碳化硅的制品的表面的结构化也可以用于半导体技术领域。因此，例如可以进行功能不同的半导体层的结构化。同样还有可能通过连续施加多种二维结构化的材料，获得复杂的三维结构，其中首先特别地借助于增材制造，产生第一层并且随后借助于烧蚀在激光辐射作用下对其进行结构化，紧接着借助于增材制造，施加第二层并且以同样方式对其进行结构化。
91.另外，还有可能几何地加工含碳化硅的制品的表面，特别是例如含碳化硅的模制品的表面。其特别地包括：移除来自增材制造的支撑结构或者有针对性地安置钻孔、边缘的再锐化或者精确地精加工借助于增材制造以快速打印过程和低分辨率产生的含碳化硅的制品。
92.在烧蚀的范畴内，通常精确地测量待加工的含碳化硅的制品的表面。特别地，可以
将要用于表面加工，特别是烧蚀的激光器也用于测量含碳化硅的制品的表面；在此，例如可以用激光器交替地进行表面的加工运行或者扫描运行，或者可以进行含碳化硅的制品的表面的实时测量。优选地，进行目前加工的表面部分的实时测量，特别地，有可能借助于测量被反射的激光束，通过干涉仪测量所加工的表面区段。随即，通过与数字化映射，特别是与数字孪生相比较，既可以实现激光辐射的入射点的实时控制，也可以实现激光功率的实时控制，以便有针对性地实现期望的材料削减。
93.如果在本发明的范畴内，借助于烧蚀加工含碳化硅的制品的表面，则被证明有效的是，含碳化硅的制品的表面被加热至高于2200℃，特别地高于2500℃，优选地高于2700℃，更优选地高于2900℃的温度。在之前提及的温度下，含碳化硅的材料的升华通常是可能的。
94.同样地，可以预设，含碳化硅的制品的表面被加热至2200到3500℃，特别是2500到3300℃，优选2700到3200℃，更优选2900到3000℃的范围内的温度。
95.另外，如之前已经阐述的，通过使用脉冲宽度处于10ps或者更低的范围内的脉冲激光器，即便在含碳化硅的材料没有明显加热的条件下，也有可能进行含碳化硅的材料的烧蚀，即材料削减。用于这种情况的脉冲激光器的脉冲宽度通常处于1fs至10ps，特别是10fs至10ps，优选10fs至2ps，更优选10fs至100fs的范围内。通过使用具有这种短脉冲宽度的脉冲激光器，借助于库仑爆炸实现材料削减，从而只将少量热能引入含碳化硅的材料。
96.如之前已经陈述的，还可以通过激光辐射，实现含碳化硅的制品的表面的化学改性。在此，表面的化学改性通常选自由下述组成的组，包括：在含碳化硅的材料的表面上积聚硅、在含碳化硅的材料的表面上积聚碳、在含碳化硅的材料的表面上形成石墨烯和/或石墨、在含碳化硅的材料的表面上形成二氧化硅及其组合。
97.在本发明的范畴内，通常不会为含碳化硅的材料的表面的化学改性选择像含碳化硅的制品的烧蚀那么高的温度。通过温度升高，在表面的直接邻近区域触发扩散过程，这些扩散过程例如引起硅或者碳的积聚，以最终引起在含碳化硅的制品的表面上形成碳，特别地形成石墨烯和/或石墨。同样地，当在存在少量氧气的情况下进行表面的加热时，还有可能形成薄的氧化硅层。
98.通过含碳化硅的制品的表面的化学改性，有可能有针对性地、位置可选地并且局部受限地改变含碳化硅的材料的特性，特别是其电气特性。这特别地对于半导体应用领域是引人注目的，特别是通过与用于施加另外的含碳化硅的制品的层或者说覆层的增材方法相结合，因为随即可以在增材制造过程中，分别在其表面上，关于其电气特性方面，有针对性地操控制品的单个层。
99.如果在本发明的范畴内，借助于激光辐射进行含碳化硅的制品的表面的化学改性，那么，含碳化硅的材料的表面通常被加热到高于500℃，特别地高于600℃，优选地高于700℃，更优选地高于750℃的温度。
100.同样地，可以预设，含碳化硅的制品的表面被加热至500到2000℃，特别是600到1800℃，优选700到1600℃，更优选750到1500℃的范围内的温度。通常仅在最多若干微米或者纳米的深度处，特别是小于1μm的深度处，优选地小于100nm的深度处，实现含碳化硅的制品的表面上的化学改性。因此，在低于800℃的条件下，开始硅到含碳化硅的制品的表面上的扩散，并且自800℃起，出现含碳化硅的制品表面的硅解吸。在高于1200℃的温度下，实现
硅从含碳化硅的表面的快速解吸并且开始形成石墨烯。通过逐个生成石墨烯膜，逐步形成石墨烯，其中在生成新的石墨烯膜之前，首先从含碳化硅的材料的层中形成富含碳的碳化硅，其通过进一步的硅解吸，最终转化成石墨烯。在此，石墨烯形成从制品的表面进展到含碳化硅的制品的越来越深的层中。
101.如果在存在氧气的情况下进行含碳化硅的制品的表面的加热，则在含碳化硅的材料的表面上形成二氧化硅。在此，二氧化硅层非常薄，并且仅为若干晶格常数并且在其增长上受限。二氧化硅表面层起位于其下方的含碳化硅材料的保护层的作用，并且防止碳化硅分解。
102.为了产生富含碳的碳化硅，特别地为了在碳化硅上产生石墨烯层，优选地在真空中，更优选地在超高真空中执行该方法，特别是方法步骤(b)。
103.根据本发明的一种特别的实施方案，通过含碳化硅的制品的表面的化学改性，特别地通过在含碳化硅的制品的含碳化硅的材料的表面上积聚硅或碳，为了掺杂，特别地为了用掺杂试剂进行处理，活化含碳化硅的材料的表面。
104.通过在含碳化硅的材料的表面上积聚硅或者碳，可以有针对性地在含碳化硅的制品的含碳化硅的材料的组织中产生缺陷结构或者说缺陷部位，对应的掺杂元素(特别是元素周期表的第三和第五主族的元素)可以随即被引入到这些缺陷结构或者说缺陷部位中。在此，可以例如通过气相，或者通过用包含掺杂元素的化合物的液体(特别地用溶液或者分散体)处理含碳化硅的材料的表面，特别是被活化的表面，在含碳化硅的制品的表面上施加掺杂元素。
105.在这种情况下，通过含碳化硅的制品在提高的温度下的退火，特别是在高于1300℃的温度下的退火，或者通过用激光束进行照射，实现向对应地掺杂的含碳化硅的材料的转化。
106.如果使用了包括至少一种掺杂试剂的溶液或者分散体，那么，掺杂试剂的溶液或者分散体在用量上通常为基于分散体的溶液的0.000001至0.5wt.％，优选0.000005至1wt.％，更优选0.000001至0.1wt.％。
107.现在就掺杂试剂的化学性质而言，其通常包含至少一种掺杂元素。优选地，掺杂元素选自元素周期表的第三主族和第五主族的元素。优选地，掺杂试剂选自元素周期表的第三主族或者第五主族的元素的化合物，该试剂可溶解或者精细地分散在溶剂或者分散剂中。在此，掺杂试剂通常选自硝酸、氯化铵、三聚氰胺、磷酸、亚磷酸、硼酸、硼酸盐、氯化硼、氯化铟及其混合物。
108.如果预设了用氮进行掺杂，那么，溶液可以包含硝酸、氯化铵或者三聚氰胺。如果预设了用磷进行掺杂，那么可以使用例如磷酸或者磷酸盐或者说亚磷酸。另外，还有可能通过在氮气气氛下执行根据本发明的方法，进行氮掺杂。
109.如果预设了用硼进行掺杂，那么使用例如硼酸、硼酸盐或者诸如三氯化硼等硼盐。
110.如果用铟进行掺杂，则通常将水溶性铟盐(例如氯化铟)用作掺杂试剂。
111.如之前所陈述的，通过根据本发明的方法，可以呈现非常清晰的轮廓，特别地，非常清晰限定的能量输入是可能的。在此，几乎仅通过分辨率，即激光束的宽度或者说面积，限定轮廓清晰度。在本发明的范畴内，所使用的激光束通常具有0.1至150μm，特别是1至100μm，优选10至50μm的分辨率。
112.另外，通常不在标准气氛下执行该方法。在本发明的范畴内，被证明有效的是，在包含最高5vol.
‑
％氧气的气氛下或者在真空中执行该方法。关于这一点，当在其中执行该方法的气氛包含最高3vol.
‑
％，特别地最高2vol.
‑
％，优选地最高1vol.
‑
％氧气，更优选最高0.5vol.
‑
％氧气时，获得了特别好的结果。
113.此外，可以预设，在其中执行该方法的气氛包含0到5vol.
‑
％氧气，特别是0.01到3vol.
‑
％氧气，优选0.05到2vol.
‑
％氧气，更优选0.08到1vol.
‑
％氧气，特别优选0.1到0.5vol.
‑
％氧气。
114.优选地，在不含氧气的气氛下或者在真空中，特别地在高真空中执行根据本发明的方法。只有当应该在含碳化硅的材料的或者说含碳化硅的制品的最上层中实现硅到二氧化硅的有针对性的氧化和碳到二氧化硅的氧化时，才在过程气氛或者说方法气氛中使用少量氧气。
115.然而，在本发明的范畴内被证实特别有效的是，至少部分地在惰性气体气氛下，包含掺杂试剂的气氛下，或者在真空中执行该方法。特别优选地，在惰性气体气氛下或者在真空中执行根据本发明的方法。在本发明的范畴内，“惰性气体”可以理解为在方法条件下不与含碳化硅的材料反应且也不会混入到其中的气体。
116.在本发明的范畴内特别优选的惰性气体是氩气。另外，当在其中执行根据本发明的方法的气氛包含掺杂元素或者掺杂试剂，诸如单质氮时，可以实现含碳化硅的材料的局部掺杂。此外，同样有可能还使用元素周期表的第三主族和第五主族的化合物的易挥发有机基或者氢化物，其可以特别地在降低的压力下过渡到气相并且用作掺杂试剂。
117.此外，在本发明的范畴内，通常预设了，借助于脉冲激光器产生用于表面加工的激光束。当借助于脉冲激光器产生激光束，而脉冲激光器的脉冲宽度大于10ps，特别地处于纳秒范围内时，主要出现含碳化硅的制品的表面的加热。通过有针对性地且局部受限地加热含碳化硅的制品的表面，特别地可以有针对性地控制含碳化硅的材料的化学改性或者烧蚀。
118.另外，如之前已经提及的，在本发明的范畴内，还有可能通过超短脉冲激光器产生激光束。特别地，为了烧蚀，可以使用脉冲宽度为1fs到10ps，特别是10fs到2ps，优选10fs到100fs的超短脉冲激光器。使用特别地具有紫外线范围内的辐射的这种超短脉冲激光器使得含碳化硅的材料或者说制品的表面的几乎无加热的烧蚀成为可能。
119.在本发明的范畴内，可以预设，特别地为了进行增材制造和/或为了加热含碳化硅的制品的表面，激光辐射的波长处于可见光范围内或者处于红外线范围内。如果对含碳化硅的制品的表面进行热加工，则通常可以使用可见光范围或者红外线范围内的激光辐射，并且特别地，可以为增材制造和表面加工使用同一激光器。
120.另外，在本发明的范畴内，同样有可能的是，特别地为了进行烧蚀，激光辐射的波长处于紫外线范围内。特别地，在使用准分子激光器的情况下，利用本发明的该实施方案，其中在此，优选地为增材制造和含碳化硅的制品的表面加工使用不同的激光器。
121.另外，在本发明的范畴内，通常预设方法进度，特别是烧蚀受到监控(特别是持续监控)。
122.这特别地通过现场测量含碳化硅的制品的表面，特别地通过反射为了加工表面而使用的激光束和/或在增材制造过程中使用的激光束，优选地通过借助于干涉仪进行评估
实现。通过将刚刚加工的含碳化硅的材料的结构与虚拟模型，特别是数字化映射或者数字孪生相比较，可以特别地在烧蚀的范畴内，控制方法进度并且调整激光功率。
123.虽然在使用碳化硅时会出现其会升华而在正常条件下不会熔化的问题，但是证明了：通过使用适合的包括碳源和硅源的前体材料，通过位置可选地从气相中分解前体材料，可以特别地以层的形式，在基体表面上沉积含碳化硅的材料。含碳化硅的材料制成的层在此可以完全或者仅局部地覆盖基体表面。在重复施加含碳化硅的材料制成的层的情况下，在本发明的范畴内，为基体分配已经完工的含碳化硅的材料制成的层，其中其表面随即在其覆盖基底材料的部位上形成基体表面。在本发明的范畴内，基体可以具有几乎任意的三维结构。
124.通过重复且位置可选的施加，在此既可以有针对性地进行制品的涂覆，也可以由含碳化硅的材料产生三维制品。另外，还有可能不仅涂覆制品或者说构件，还有可能借助于含碳化硅的材料对其进行接合或者修复材料缺陷形式的损坏。
125.如之前已经陈述的，优选地以选择性合成结晶、包括随后的激光辐射的打印方法、激光堆焊或者依赖于其的方法的形式，进行增材制造。
126.依赖于激光堆焊的方法通常是用于在基体表面上施加含碳化硅的材料的方法，其中气态、液态或者粉末状的前体材料由于激光辐射的作用而汽化和/或分解，并且至少一部分分解产物作为含碳化硅的材料，位置可选地沉积在基体表面上，其中前体材料包含硅源和碳源。
127.该增材法允许产生高分辨率且细节丰富的三维结构，即诸如角或者边缘等轮廓的走向是高度精确并且特别地没有毛刺的。
128.特别地，该增材法允许非常快速且花费少地制备含碳化硅的三维制品或者涂覆，并且特别地即便不使用压力，也足以提供紧凑的、无孔或者说少孔的材料和原料。
129.通过该增材法，既可以在基体表面上施加含碳化硅的材料制成的涂层，也可以由含碳化硅的材料构建三维制品。同样地，还有可能通过施加含碳化硅的材料接合构件，或者修补构件中的材料缺陷。
130.在进行依赖于激光堆熔的方法形式的增材制造的范畴内，被证明有效的是，前体材料(特别是粉末状的前体材料)以精细分布且指向的形式，特别地以至少一个粒子束的形式，朝向基体的方向移动，并且在入射到基体上之前或者过程中，由于能量(特别是激光辐射)的作用而汽化并分解，或者气态的分解产物特别地以粒子束的形式朝向基体的方向移动。
131.在此，“粒子束”可以理解为横截面优选地保持恒定的粒子或者说颗粒的定向流，其优选地线性地前进。在本发明的范畴内，前体材料或者分解产物可以在一股或者更多股粒子束中朝向基体表面的方向移动，并且例如会聚在焦点中(例如激光器的光束中)或者会聚到基体表面上。一股或者说多股粒子束优选地指向基体表面。
132.因此，在该实施方案的范畴内，有可能以精细分布的形式，优选地以精细分布的粉末(特别是粉末束)的形式，朝向基体表面的方向移动初始化合物，并且在入射到基体表面上之前(特别地直接在此之前)或者在此过程中，通过能量作用，特别地通过激光束的作用将其汽化并使其分解。以此方式，分解产物产生于其被施加的表面的邻近区域，并且能够以优选地单晶的形式沉积在更冷的基体表面上。替代地，还有可能例如通过喷嘴，朝向基体表
面的方向移动分解产物，并且将其施加于该基体表面上，其中分解产物至少部分地作为期望的含碳化硅的材料，沉积在基体表面上。然而，在此使用存在危险，即在气相中形成已经较大的聚集体，并且获得不怎么厚且均匀的表面。
133.根据该实施方案，优选的是，借助于至少一个喷嘴，朝向基体的方向移动前体材料(特别是粉末状的前体材料)或者气态的分解产物。通过使用喷嘴，特别地，有可能优选地由气态粒子或者由粉末颗粒获得清晰限定的粒子束，其被位置可选地施加在基体表面上。特别优选地，喷嘴是粉末喷嘴或者气体喷嘴。
134.在此，喷嘴可以被布置为例如与激光束同轴或者在其侧面。在同轴布置的情况下，激光束和喷嘴通常位于加工头或者说组合件中，其中激光束几乎垂直地指向基体表面，并且粒子束与其相交或者说多股粒子束在焦点上与激光束的轴线相交。在侧面布置的情况下，激光束通常也被布置为垂直于基体表面并且可以这样移动，其中粒子流被侧向地注入到激光束的轴线中。
135.如之前所陈述的，根据该实施方案，粉末状前体材料的使用是优选的，但是，其中也可以使用气态或者液态的前体材料。
136.在该实施方案的范畴内，通常预设了，以粉末束的形式，朝向基体的方向移动粉末状的前体材料，或者以雾化的形式或者作为液体束，朝向基体的方向移动液态的前体材料，但是优选地始终以粒子束的形式。此外，有可能以气体流的形式，朝向基体的方向移动气态前体材料。替代地，还有可能以气体束的形式，朝向基体的方向移动气态分解产物。
137.根据本发明的该实施方案，增材制造是激光堆焊或者说依赖于激光堆焊的方法，其中前体材料在与基体表面接触之前或者直到接触时汽化和/或分解。
138.在本发明的该实施方案的范畴内，优选的是，借助于激光辐射，在基体表面附近，使前体材料(特别是粉末状的前体材料)汽化并分解，特别地在基体表面的邻近区域使其汽化并分解。以此方式，特别地防止副反应和不期望的聚集。另外，在本发明的范畴内，基体由于所输入的能量，特别地由于激光束，仅极其轻微地被加热，从而一方面，有可能尽可能无应力地施加含碳化硅的材料。
139.对于提及的所有优选的增材制造方法，共同点在于，以包括碳源和硅源的前体化合物为其出发点。
140.在本发明的范畴内，“硅源”或者说“碳源”可以理解为一些化合物，其在方法条件下可以释放硅或者说碳，从而生成含碳化硅的化合物。关于这一点，不必以单质的形式释放硅和碳，而是只要其在方法条件下反应生成含碳化硅的化合物就已足够。
141.硅源、碳源或者用于可能的掺杂元素或者合金元素的前体可以是专门的化学化合物，或者例如可以是其反应产物，特别是水解产物，如下文中还会阐述的。
142.在本发明的范畴内，“基体”可以理解为前体材料的(特别是气态的)分解产物被施加于其上的材料。特别地，在本发明的范畴内，基体是三维的或者差不多二维的形成物，前体材料的分解产物作为含碳化硅的材料沉积于该形成物所具有的表面上。在此，基体表面可以是平坦的或者被勾画轮廓的，特别地是三维结构化的。在此，基体可以具有几乎任意的三维形状。因此，基体可以是在其上逐层地沉积含碳化硅的材料的基底材料。特别地，部分地涂覆有一个或者更多个含碳化硅的材料制成的层的基底材料也属于术语“基体”。然而，基体也可以是一种三维制品，其通过沉积的含碳化硅的材料，与第二基体，特别地与另一三
维制品接合。在聚合物床方法中，前体材料首先被施加到基体上并且随后位置可选地被分解。对于打印方法，液态前体也当然位置可选地被施加到基体表面上并且被分解。
143.现在就前体材料或者说其分解产物被施加于其上的基体而言，其可以选自多种适合的材料。在本发明的范畴内，基体有可能选自结晶的和无定形的基体。根据本发明的一种优选的实施方案，基体是无定形的基体。当材料选自特别是石墨的碳和特别是碳化硅、二氧化硅、氧化铝的陶瓷材料以及金属及其混合物时，获得了特别好的结果。如果根据本发明的方法被用于由含碳化硅的材料制备制品，则基体通常具有多种材料，特别是基底材料和至少部分地构建于其上的含碳化硅的材料制成的三维制品。
144.在本发明的范畴内，为增材制造所使用的前体材料优选地选自气态、液态或者粉末状的前体材料。在此，液态的前体材料可以是均质的溶液，或者也可以是分散体，特别地也可以是固液分散体。
145.在本发明的范畴内，“前体材料”可以理解为一种化学化合物或者多种化学化合物的混合物，其在方法条件下反应生成期望的产物材料，特别是含碳化硅的材料。
146.能够以非常不同的途径实现生成目标化合物的反应。然而，有利地预设了，在能量作用下，特别地在激光束的作用下，前体化合物裂解或者说分解，并且作为活性粒子过渡到气相。因为由于前体的特殊组成，硅和碳以及可能存在的掺杂元素或者合金元素在气相中直接相邻地存在，所以自2300℃起才升华的碳化硅或者说掺杂的碳化硅或者碳化硅合金沉积。特别地，相较于前体材料，结晶的碳化硅吸收激光能量的能力明显更差，但导热良好，从而实现了定义的碳化硅化合物的局部严格受限的沉积。与此相反，不期望的前体化合物组成部分优选地形成稳定的气体，例如co2、hcl、h2o等，并且可以通过气相将其移除。
147.在本发明的范畴内，可以预设，前体材料是固态的前体材料，特别地是前体颗粒材料。在此，当前体颗粒材料不是粉末混合物，特别地不是不同前体粉末和/或前体颗粒材料的混合物时，获得了特别好的结果。优选地，在进行作为粉末床方法或者作为激光堆焊的增材制造的过程中，使用了均质的颗粒材料，特别是前体颗粒材料作为用于根据本发明的方法的前体材料。
148.以此方式，前体材料可以借助于能量(特别是激光辐射)的短作用时间过渡到气相，或者说前体化合物可以反应生成期望的目标化合物，其中颗粒尺寸处于μm范围内的不同无机物质的单个颗粒不必升华，其组成部分随即不必扩散，以形成对应的化合物和合金。通过在本发明的范畴内优选地使用的均质的前体颗粒材料或者在液态和气态的前体中，含碳化硅的目标化合物的单个构成部分(特别是元素)均匀分布并且被布置在彼此的临近区域中，即需要更少的能量来制备含碳化硅的化合物。这样做具有以下优点，即可以基于含碳化硅的材料构建多层结构，而形成基体表面的含碳化硅材料的最上层不必被加热到碳化硅升华的温度。
149.如果使用了前体颗粒材料，则通常可以基于前体溶液或者前体分散体(特别是前体溶胶)获得前体颗粒材料。因此，在本发明的范畴内，优选地精细分布地基于液体，特别地基于溶液或者分散体，获得前体颗粒材料。以此方式，可以实现单个组分(特别是前体化合物)在颗粒材料中的均匀分布，其中优选地，已经预先形成了待制备的含碳化硅的原料的化学计量。对于打印方法，特别是喷墨方法，可以直接使用前体溶液或者前体分散体，特别是前体溶胶。
150.如果可基于溶液或者分散体，特别是凝胶获得前体颗粒材料，则通过将前体溶液或者说前体分散体或者说得到的凝胶干燥，获得前体颗粒材料。
151.现在就前体颗粒材料的颗粒尺寸而言，其可以根据相应的化学组成、所使用的激光能量以及待制备的原料或者说制品的特性，在大范围内变化。但是，一般而言，前体颗粒材料的颗粒尺寸处于0.1至150μm，特别是0.5至100μm，优选1至100μm，更优选7至70μm，特别优选20至40μm的范围内。
152.当前体颗粒材料的颗粒的d60值处于1至100μm，特别是2至70μm，优选10至50μm，更优选21至35μm的范围内时，获得了特别好的结果。颗粒尺寸的d60值代表了极点，前体颗粒材料的60％的颗粒的颗粒尺寸都低于该极点，即前体颗粒材料的60％的颗粒的颗粒尺寸都小于d60值。
153.关于这一点，同样可以预设，前体颗粒材料具有双峰的颗粒尺寸分布。以此方式，特别地，可以得到具有高堆积密度的前体颗粒材料。
154.现在就在增材制造的范畴内前体材料汽化和/或分解的温度而言，被证明有效的是，前体材料(特别是前体颗粒材料或者前体溶胶)通过能量作用而特别地至少局部地加热至1600至2100℃，特别是1700至2000℃，优选1700至1900℃的范围内的温度。在之前提及的温度下，前体材料的所有组成部分都过渡到气相，并且前体材料被分解成期望的反应性形态，其随后反应生成目标化合物。
155.如之前所阐述的，优选使用固态(特别是粉末状)的或者液态的前体材料。然而，也可以通过气态的前体材料进行增材制造，特别地在依赖于激光堆焊的方法中。
156.如果在增材制造的范畴内使用了气态的前体材料，那么，前体材料由于能量的作用而分解，并且至少一部分被分解的前体材料作为含碳化硅的材料，位置可选地沉积在基体表面上。
157.如之前所阐述的，在本发明的范畴内，通常预设了，含碳化硅的材料选自必要时掺杂的碳化硅、必要时掺杂的非化学计量的碳化硅、碳化硅合金及其混合物。原则上，已知由前体化合物，特别是粉末状的前体化合物制备碳化硅，特别是掺杂的化学计量的碳化硅，并且例如在德国专利申请10 2015 105 085.4的范畴内实施。
158.在下文中，更深入地描述适合的前体材料。
159.在本发明的范畴内，例如可以预设，所使用的前体材料是液态和/或气态碳源和硅源的混合物，即在反应条件下释放碳或者说硅或者反应性瞬态中间产物的化合物，或者是包括碳源和硅源的液态溶液或者分散体。
160.如果在本发明的范畴内，使用液态和/或气态碳源作为前体材料，则可以预设，液态和/或气态碳源选自烷烃、胺、卤代烷、醛、酮、羧酸、酰胺、羧酸酯及其混合物，特别是c1‑
至c8‑
烷烃、c1‑
至c4‑
烷基伯胺和烷基仲胺、c1‑
至c8‑
卤代烷、c1‑
至c8‑
醛、c1‑
至c8‑
酮、c1‑
至c8‑
羧酸、c1‑
至c8‑
酰胺、c1‑
至c8‑
羧酸酯及其混合物。
161.关于这一点，当气态和/或液态碳源选自c1‑
至c8‑
烷烃，特别是c1‑
至c4‑
烷烃及其混合物时，获得了特别好的结果。因此，在本发明的范畴内，优选的是，气态或者液态碳源是短链的并且由此易挥发的烷烃。特别是在使用含氧的官能团时，要注意：碳的余量高到使得碳始终被氧化成一氧化碳或者二氧化碳，而不是例如硅被氧化成二氧化硅或者说二氧化硅由于碳马上再次被还原，因为二氧化硅会严重干扰含碳化硅的纤维或者说泡沫的结构和功
能。
162.此外，还被证明有效的是，液态和/或气态硅源选自硅烷、硅氧烷及其混合物，优选地选自硅烷。
163.如果硅氧烷被用作前体，那么在选择适合的硅氧烷时，一种或者说更多种硅氧烷有可能既代表碳源，也代表硅源，并且不必使用另外的前体，例外情况是可能存在的掺杂试剂或者合金试剂。
164.然而，优选地，使用固态前体材料，特别是粉末状的前体材料。固态前体材料在此通常以前体颗粒材料的形式存在，其包含：
165.至少一个硅源，
166.至少一个碳源，和
167.必要时用于掺杂元素和/或合金元素的前体。
168.在前体颗粒材料的情况下，硅源通常选自硅烷水解产物和硅酸及其混合物。在本发明的范畴内，特别地通过四烷氧基硅烷的水解，获得硅源，即含碳化硅的化合物中的硅的前体，由此，在前体颗粒材料中，硅优选地以硅酸或者说硅烷水解产物的形式存在。
169.就前体颗粒材料中的碳源而言，其通常选自由下述组成的组，包括：糖，特别是蔗糖、葡萄糖、果糖、转化糖、麦芽糖；淀粉；淀粉衍生物和有机聚合物，特别是苯酚
‑
甲醛树脂、间苯二酚
‑
甲醛树脂，及其混合物和/或其转化产物，特别是糖和/或其转化产物。特别优选地，碳源选自糖及其转化产物，其中优选地使用蔗糖和/或转化糖和/或其转化产物。而且，在碳源的情况下，不仅可以使用原本的试剂，还可以使用其转化产物或者说反应产物。
170.如果用前体颗粒材料制备(化学计量的)碳化硅，则该组合物通常包含：
171.(a)用量为基于组合物40至60wt.％，优选45至55wt.％的硅源，
172.(b)用量为基于组合物40至60wt.％，优选45至55wt.％的碳源，以及
173.(c)可选地，掺杂元素的前体。
174.在此，用于掺杂元素的前体通常仅以特别是ppm范围内的很低的用量包含在前体颗粒材料中。
175.如果用前体颗粒材料制备非化学计量的碳化硅，则该组合物通常包含：
176.(a)用量为基于组合物60至90wt.％，特别是65至85wt.％，优选70至80wt.％的硅源，
177.(b)用量为基于组合物10至40wt.％，特别是15至35wt.％，优选20至30wt.％的碳源，以及
178.(c)可选地，用于掺杂元素的前体。
179.通过以前述用量范围包括碳源和硅源的前体颗粒材料，能够以突出的方式，可复制地制备非化学计量的包括硅余量的碳化硅。
180.如果前体颗粒材料被用于制备碳化硅合金，则分别基于组合物，组合物通常包含：
181.(a)用量为5至40wt.％，特别是5至30wt.％，优选10至20wt.％的硅源，
182.(b)用量为10至60wt.％，特别是15至50wt.％，优选20至50wt.％的碳源，以及
183.(c)用量为5至70wt.％，特别是5至65wt.％，优选10至60wt.％的一种或更多种用于合金元素的前体。
184.可由前体溶液或者前体分散体，获得优选地使用的前体颗粒材料。关于这一点，特
别优选的是，可通过溶胶凝胶法或者通过干燥溶胶，获得前体颗粒材料。在溶胶凝胶法中，通常制备溶液或者细颗粒的固液分散体，其通过后续的老化和在此出现的缩合过程而转化成包含更大的固体颗粒的凝胶。
185.在干燥凝胶或者溶胶后，可以获得特别均匀的组合物，特别是适合的前体颗粒材料，通过其，在选择适合的化学计量时，可以在能量作用下，在增材制造中获得期望的含碳化硅的化合物。
186.此外，可以预设，前体颗粒材料在还原条件下，通过热处理转化成被还原的前体颗粒材料。还原性热处理通常发生于惰性气体气氛下，其中特别地，碳源(优选基于糖的碳源)与硅的氧化物或者硅的其它化合物以及可能的另外的其它元素的化合物反应，这些元素由此被还原并且生成挥发性的、氧化的碳化合物和氢化合物，特别是水和co2，经由气相将其移除。
187.特别地，可以通过溶胶凝胶法，制备前体颗粒材料，其中
188.(i)在第一方法步骤中，制备溶液或者分散体，特别是溶胶，其包含：
189.(i)至少一种含硅化合物，
190.(ii)至少一种含碳化合物，
191.(iii)至少一种溶剂或者分散剂，以及
192.(iv)可能的掺杂试剂和/或合金试剂，
193.(ii)在紧跟着第一方法步骤(i)的第二方法步骤中，溶液或者分散体起反应，特别地老化成凝胶，并且
194.(iii)在紧跟着第二方法步骤(ii)的第三方法步骤中，干燥并且必要时粉碎来自第二方法步骤(ii)的反应产物，特别是凝胶。
195.例如，在德国专利申请de 10 2015 105 085.4中已知了一种用于借助于溶胶凝胶法制备适合于制备碳化硅的前体颗粒材料的方法。
196.在本发明的范畴内，“溶液”可以理解为一种单相系统，在其中至少一种物质，特别是一种化合物或者其构成部分，诸如离子，均匀分布在另一种物质中。在本发明的范畴内，“分散体”可以理解为一种至少双相的系统，其中第一相(即分散相)分布在第二相(连续相)中。连续相也被称为分散介质或者分散剂。特别地，在溶胶或聚合化合物的情况下，从溶液到分散体的过渡通常是流畅的，从而不再能明确地区分溶液和分散体。
197.就方法步骤(a)中的溶剂或者分散剂的选择而言，其可以选自所有适合的溶剂或者分散剂。然而，在方法步骤(a)中，溶剂或者分散剂通常选自水和有机溶剂及其混合物，优选地选自其混合物。特别是对于包含水的混合物，通过初始化合物的水解反应，通常形成无机氢氧化物，特别是金属氢氧化物和硅酸，其随后缩合，从而能够以溶胶凝胶法的形式执行该方法，或者该方法停止在溶胶阶段。
198.另外，可以预设，溶剂选自醇，特别是甲醇、乙醇、2
‑
丙醇、丙酮、乙酸乙酯及其混合物。关于这一点，特别优选的是，有机溶剂选自甲醇、乙醇、2
‑
丙醇及其混合物，其中特别地，乙醇是优选的。
199.之前提及的有机溶剂可在宽范围内与水混合，并且还特别适合于分散或者说溶解极性无机物质。
200.为了制备溶胶或者说凝胶，优选地使用由水和至少一种有机溶剂构成的混合物，
特别是由水和乙醇构成的混合物，优选地作为溶剂或者分散剂。关于这一点，优选的是，溶剂或者分散剂具有的水与有机溶剂的重量相关比例为1:10至20:1，特别是1:5至15:1，优选为1:2至10:1，更优选1:1至5:1，特别优选1:3。通过水与有机溶剂的比例，一方面，可以设定特别是含硅化合物以及合金试剂的水解速率，另一方面，还可以设定含碳化合物，特别是诸如糖等含碳前体化合物的溶解度和反应速率。
201.此外，优选的是，在用于制备前体颗粒材料的方法中，在方法步骤(i)中，含硅化合物选自硅烷、硅烷水解产物、原硅酸及其混合物，特别是硅烷。在本发明的范畴内，原硅酸及其水解产物可以例如从碱金属硅酸盐获得，其碱金属离子已经通过离子交换被质子交换。然而，在本发明的范畴内，尽可能不使用碱金属化合物，因为特别是在应用溶胶凝胶法时或者在干燥溶胶时，其掺入到得到的前体颗粒材料中并且因此也可以在含碳化硅的化合物中找到。然而，在本发明的范畴内，通常不期望碱金属掺杂。然而，如果应期望碱金属掺杂，则可以使用例如含硅化合物的适合的碱金属盐或者碱式磷酸盐。
202.当硅烷，特别是四烷氧基硅烷和/或三烷氧基烷基硅烷，优选四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷或者三乙氧基甲基硅烷在方法步骤(i)中用作含硅化合物时，获得了特别好的结果，因为这些化合物通过水性环境中的水解，反应生成原硅酸或者说其缩合产物或者高交联度的硅氧烷及对应的醇。
203.现在就含碳化合物而言，被证明有效的是，在方法步骤(i)中，含碳化合物选自由下述组成的组，包括：糖，特别是蔗糖、葡萄糖、果糖、转化糖、麦芽糖；淀粉；淀粉衍生物和有机聚合物，特别是苯酚
‑
甲醛树脂、间苯二酚
‑
甲醛树脂，及其混合物。在本发明的范畴内，当在方法步骤(i)中将含碳化合物用在水性溶液或者分散体中时，获得了特别好的结果。
204.当含碳化合物特别地被用在水性溶液或者分散体中时，含碳化合物通常被加入到少量为在方法步骤(i)中制备前体颗粒材料而预设的溶剂或者分散剂中，特别是水中。关于这一点，当含碳化合物被用在溶液中，而溶液所包含的含碳化合物的用量为基于含碳化合物的溶液或者分散体的10至90wt.％，特别是30至85wt.％，优选50至80wt.％，特别是60至70wt.％时，获得了特别好的效果。
205.特别地，还有可能向含碳化合物的溶液或者分散体中加入例如催化剂，特别是酸或者碱，以便例如加速蔗糖的转化并且达到更好的反应结果。
206.现在就执行方法步骤(i)的温度而言，被证明有效的是，在15到40℃，特别是20至30℃，优选20至25℃的范围内的温度下执行方法步骤(i)。
207.此外，有可能相较于方法步骤(i)，在方法步骤(ii)中稍微提高温度，以便加速溶液或者分散体的单个组成部分的反应，特别是溶胶老化成凝胶时的缩合反应。
208.关于这一点，当在20到80℃，特别是30至70℃，优选40至60℃的范围内的温度下执行方法步骤(ii)。关于这一点，特别地被证明有效的是，在50℃下执行方法步骤(ii)。
209.现在就执行方法步骤(ii)的时间段而言，其可以根据相应的温度、所使用的溶剂以及所使用的前体化合物而变化。然而，通常在15分钟到20小时，特别是30分钟到15小时，优选1至10小时，更优选2至8小时，特别优选2至5小时的持续时间内执行方法步骤(ii)。如果作为溶胶凝胶法执行该方法，那么通常在前述时间段内，观察溶胶到凝胶的完整反应。
210.现在就方法步骤(ii)中的单个成分相互间的用量而言，其可以根据相应期望的应用，在大范围内变化。因此，例如用于化学计量的碳化硅或者非化学计量的碳化硅的前体组
合物所具有的组合物和单个成分的用量比完全不同于用于制备碳化硅合金的组合物。
211.而且，在选择单个化合物，特别是掺杂试剂或者合金试剂的过程中，要注意：其可以被加工成包括碳源和硅源的均质颗粒材料，其可以在生成性制造方法中反应生成含碳化硅的化合物。
212.特别地，优选地要注意：掺杂试剂和/或合金试剂在能量作用下分裂或者说裂解，使得期望的元素作为反应性颗粒，凝结成期望的合金，而化合物的剩余组成部分尽可能反应生成稳定的气态物质，诸如水、co、co2、hcl等，可以经由气相，简单地移除这些气态物质。另外，所使用的化合物应在使用的溶剂中，特别地在乙醇和/或水中，具有足够高的溶解度，以能够形成细颗粒的分散体或者溶液，特别是溶胶，并且在制备方法过程中不得与溶液或者分散体(特别是溶胶)的其它组成部分反应生成不可溶的化合物。另外，所进行的单个反应的反应速率必须相互协调，因为在形成颗粒材料的准备阶段中，水解、缩合和特别是可能进行的凝胶化必须不受干扰地进行。所形成的反应产物还不能是易于氧化的，并且另外不应是挥发性的。
213.此外，可以预设，溶液或者分散体包含至少一种掺杂试剂和/或合金试剂。如果溶液包含掺杂试剂和/或合金试剂，那么被证明有效的是，溶液或者分散体所包括的掺杂试剂或者合金试剂的用量为基于溶液或者分散体的0.000001至60wt.％，特别是0.000001至45wt.％，优选0.000005至45wt.％，更优选0.00001至40wt.％。
214.如果溶液或者分散体包括掺杂试剂，那么溶液或者分散体所包括的掺杂试剂的用量通常为基于溶液或者分散体的0.000001至0.5wt.％，优选0.000005至0.1wt.％，更优选0.00001至0.01wt.％。
215.如果溶液或者分散体包含合金试剂，那么通常预设了，溶液或者分散体所包含的合金试剂的用量为基于溶液或者分散体的5至60wt.％，特别是10至45wt.％，优选15至45wt.％，更优选20至40wt.％。
216.现在就掺杂试剂的化学性质而言，其可以选自之前提及的化合物。
217.如果溶液或者分散体包含合金试剂，那么合金试剂通常选自al、ti、v、cr、mn、co、ni、zn、zr的可溶于溶剂或者分散剂中的化合物及其混合物。根据本发明的一种优选的实施方案，合金试剂选自al、ti、v、cr、mn、co、ni、zn、zr的氯化物、硝酸盐、醋酸盐、乙酰丙酮化物和甲酸盐及其混合物。
218.如果应获得可能掺杂的化学计量的碳化硅sic，那么当溶液或者分散体在第一方法步骤中所包含的含硅化合物的用量为基于溶液或者分散体的10至40wt.％，特别是12至30wt.％，优选15至25wt.％，更优选17至20wt.％时，获得了特别好的结果。
219.同样地，根据该实施方案，可以预设，溶液或者分散体所包括的含碳化合物的用量为基于溶液或者分散体的6至40wt.％，优选8至30wt.％，更优选10至25wt.％，特别优选12至20wt.％。
220.另外，根据该实施方案，可以预设，溶液或者分散体所包含的溶剂或者分散剂的用量为基于溶液或者分散体的20至80wt.％，特别是30至70wt.％，优选40至60wt.％，更优选45至55wt.％。
221.如果应掺杂碳化硅，那么溶液或者分散体所包含的掺杂试剂的用量通常为基于溶液或者分散体的0.000001至0.5wt.％，优选0.000005至0.1wt.％，更优选0.00001至
0.01wt.％。
222.如果应获得特别地包括摩尔过量的硅的非化学计量的碳化硅，那么被证明有效的是，溶液或者分散体在第一方法步骤(a)中所包含的含硅化合物的用量为基于溶液或者分散体的12至40wt.％，特别是15至40wt.％，优选18至35wt.％，更优选20至30wt.％。
223.此外，根据该实施方案，可以预设，溶液或者分散体所包括的含碳化合物的用量为基于溶液或者分散体的6至40wt.％，优选8至30wt.％，更优选10至25wt.％，特别优选12至20wt.％。
224.另外，根据该实施方案，同样可以预设，溶液或者分散体所包含的溶剂或者分散剂的用量为基于溶液或者分散体的20至80wt.％，特别是30至70wt.％，优选40至60wt.％，更优选45至55wt.％。
225.如果应掺杂非化学计量的碳化硅，那么被证明有效的是，溶液或者分散体所包含的掺杂试剂的用量为基于溶液或者分散体的0.000001至0.5wt.％，优选0.000005至0.1wt.％，更优选0.00001至0.01wt.％。
226.如果应制备碳化硅合金，那么被证明有效的是，溶液或者分散体在第一方法步骤(a)中所包含的含硅化合物的用量为基于溶液或者分散体的5至30wt.％，特别是6至25wt.％，优选8至20wt.％，更优选10至20wt.％。
227.同样地，根据该实施方案，优选的是，溶液或者分散体所包括的含碳化合物的用量为基于溶液或者分散体的5至40wt.％，优选6至30wt.％，更优选7至25wt.％，特别优选10至20wt.％。
228.此外，根据该实施方案，优选的是，溶液或者分散体所包含的溶剂或者分散剂的用量为基于溶液或者分散体的20至70wt.％，特别是25至65wt.％，优选30至60wt.％，更优选35至50wt.％。
229.有利地预设了，溶液或者分散体所包含的合金试剂的用量为基于溶液或者分散体的5至60wt.％，特别是10至45wt.％，优选15至45wt.％，更优选20至40wt.％。
230.在此，特别优选的是，合金试剂选自对应合金元素的对应的氯化物、硝酸盐、醋酸盐、乙酰丙酮化物和甲酸盐。
231.就方法步骤(iii)的进行而言，被证明有效的是，在方法步骤(iii)中，在50至400℃，特别是100至300℃，优选120至250℃，更优选150至200℃的范围内的温度下，干燥来自方法步骤(ii)的反应产物。
232.关于这一点，被证明有效的，在方法步骤(iii)中，在1至10小时，特别是2至5小时，优选2至3小时的持续时间内，干燥反应产物。
233.另外，有可能在方法步骤(iii)中，特别地紧接着干燥过程，粉碎反应产物。关于这一点，特别优选的是，在方法步骤(iii)中，特别地通过碾磨，机械地粉碎反应产物。通过碾磨过程，可以专门有针对性地设定对于执行生成性制造方法必需的或者有利的颗粒尺寸。然而，往往也已经足以例如通过搅拌，在干燥过程中，对来自方法步骤(ii)的反应产物机械地加应力，以便设定期望的颗粒尺寸。
234.优选地，在紧跟着方法步骤(iii)的第四方法步骤(iv)中，在方法步骤(iii)中获得的组合物经受还原性热处理，从而获得被还原的组合物。使用经受了还原性处理的被还原的组合物具有以下优点，即除去了大量可能的并且干扰性的副产物。所得到的被还原的
前体颗粒材料再次明显更紧凑，并且包含更高分量的、形成含碳化硅的化合物的元素。
235.如果紧接着方法步骤(iii)，对在方法步骤(iii)中获得的组合物进行还原性热处理，那么被证明有效的是，在方法步骤(iv)中，在方法步骤(iii)中获得的组合物被加热至700至1300℃，特别是800至1200℃，优选900到1100℃的范围内的温度。
236.关于这一点，当在方法步骤(iv)中，在1至10小时，特别是2至8小时，优选2至5小时的持续时间内，加热在方法步骤(iii)中获得的组合物时，获得了特别好的结果。在所提及的温度范围以及所提及的反应时间内，可以特别地实现含碳前体材料的碳化，其可以使得特别是金属化合物的后续还原明显更加容易。
237.一般而言，在保护气体气氛下，特别地在氩气和/或氮气气氛下，执行方法步骤(iv)。以此方式，防止了特别是含碳化合物的氧化。
238.如果预设了之前描述的前体颗粒材料的还原性热处理，以获得被还原的前体颗粒材料，那么，前体化合物不得在所应用的最高1300，优选地最高1100℃的温度下蒸发，而是必须在还原性热条件下有针对性地分裂成化合物，而这些化合物可以在制造过程中有针对性地转化成期望的含碳化硅的化合物。
239.替代地，也可以执行用于制备前体颗粒材料的方法，使得
240.(i)在第一方法步骤中，制备溶液或者分散体，特别是溶胶，其包含以下成分：
241.(a)至少一种含硅化合物，
242.(b)至少一种含碳化合物，
243.(c)至少一种溶剂或者分散剂，以及
244.(d)可能的掺杂试剂和/或合金试剂，
245.(ii)在紧跟着第一方法步骤(i)的第二方法步骤中，移除溶剂或者分散剂。
246.因为如令人惊奇地发现的，往往可以放弃执行溶胶凝胶法。特别地，如果在溶胶化后，例如在真空中移除溶剂或者分散剂，往往可以获得可观的前体颗粒材料。
247.这样获得的前体颗粒材料可以通过400至800℃的范围内的热处理，转变成被还原的前体颗粒材料。在溶胶化后通过移除溶剂或者分散剂获得的前体颗粒材料在其所包含的元素的百分比分布上对应于通过溶胶凝胶法获得的前体颗粒材料，并且能够如其一样地进行加工。
附图说明
248.根据附图显示，有如下显示：
249.图1a示出了通过烧蚀进行的含碳化硅的制品的表面的结构化，
250.图1b示出了含碳化硅的制品的表面改性，
251.图2a示出了含碳化硅的制品的表面的平滑化，
252.图2b示出了含碳化硅的制品的几何加工，
253.图3示出了包括化学改性区域的含碳化硅的制品，
254.图4示出了用于在喷墨打印方法中执行根据本发明的方法的装置
255.图5示出了穿过用于执行粉末床方法形式的根据本发明的方法的装置的横截面
256.图6示出了用于执行作为激光堆焊的根据本发明的方法的装置的截面图，并且
257.图7示出了用于执行作为激光堆焊的根据本发明的方法的装置的一种特殊的实施
方案。
具体实施方式
258.根据本发明的第二方面，本发明的另一主题是一种结构化的或者表面改性的、含碳化硅的制品，特别地包含含碳化硅的材料或者由含碳化硅的材料制成，其可按照之前描述的方法获得。
259.根据本发明的结构化的或者表面改性的、含碳化硅的制品的出众之处在于，含碳化硅的制品可以具有不同的化学组成，或者具有结构化的表面，特别是微结构化的表面。
260.对于该发明方面的进一步细节，可以参考关于根据本发明的方法的上述实施方案，其对应地适用于根据本发明的结构化的或者表面改性的、含碳化硅的制品。
261.根据本发明的第三方面，本发明的又一主题是一种用于执行前述方法的装置，其中该装置包括：
262.(a)至少一个用于借助于增材制造，由前体材料制备含碳化硅的制品的设备，前体材料包含至少一个碳源和至少一个硅源，以及
263.(b)至少一个用于产生用来加工至少一个含碳化硅的基体激光束的设备，特别是至少一个激光器。
264.含碳化硅的基体可以是完工的含碳化硅的制品，或者也可以是增材制造过程中的中间阶段。
265.根据本发明的一种特别优选的实施方案，用于借助于增材制造由含碳化硅的材料制备三维制品的设备被设计为，使得其包括用于产生激光束的设备，特别是至少一个激光器。由此，借助于激光器，位置可选地分解前体材料，从而位置可选地且逐层地在基体表面上施加含碳化硅的材料。
266.用于由含碳化硅的材料制备三维制品的设备优选是用于选择性合成结晶的设备、用于执行打印方法(特别是喷墨法)并且包括随后的激光诱导的前体材料分解的设备或者用于激光堆焊的设备。
267.用于执行方法的装置通常还具有至少一个用于提供前体材料层的设备，或者至少一个用于在基体上施加前体材料的设备，或者用于产生特别是前体材料或者其分解产物的粒子流的设备。
268.根据本发明的用于产生用来加工含碳化硅的基体表面的激光束的设备依赖于常见的用于激光烧蚀的装置，但是专门地设计用于加工含碳化硅的材料。这特别地适用于所使用的激光器。
269.通过根据本发明的装置，一方面不仅可以进行含碳化硅的表面的烧蚀，还有可能特别地通过借助于激光辐射的作用和随后的表面掺杂而在表面上产生缺陷部位，有针对性地操控含碳化硅的表面的化学改性。
270.如果在本发明的范畴内，要用装置在表面处理的范畴内热处理(即加热)含碳化硅的制品的或者部分制备的含碳化硅的制品的表面，那么只要装置包括用于产生激光束的设备，特别是被用来执行增材制造方法的用于产生激光束的设备通常就够了。
271.然而，如果要用装置通过库仑爆炸进行烧蚀，则装置通常具有多个(特别是至少两个)用于产生激光束的设备。
272.此外，在本发明的范畴内，可以预设，装置包括用于使掺杂试剂接触含碳化硅的材料的可能化学改性的表面的工具。这种工具可以例如作为用于喷洒基体(特别是含碳化硅的制品)的化学改性的或者活化的含碳化硅的表面的喷嘴。另外，但是也有可能在过程气氛中包含有掺杂试剂。
273.通过根据本发明的装置，特别地，有可能有针对性地掺杂在一个或两个空间方向上仅具有若干微米范围的掺杂区域。同样实现了事后有针对性地掺杂含碳化硅的材料。
274.另外，在本发明的范畴内，可以预设，装置包括用于产生过程气氛，特别是惰性气体气氛的工具和/或用于产生真空的工具。如之前所阐述的，在本发明的范畴内，通常在惰性气体气氛中或者在真空中执行该方法。
275.此外，同样可以预设，装置包括用于测量含碳化硅的材料的表面的设备。关于这一点，可以特别地预设，装置包括干涉仪，其记录被反射的激光束并且实现了同时(即现场)监控方法的执行并且有针对性地调整激光功率和激光器在含碳化硅的制品或者基体上的入射地点。
276.对于该发明方面的进一步细节，可以参考关于其它发明方面的上述实施方案，其对应地适用于根据本发明的装置。
277.在下文中，以非限制性的方式，示例性地通过附图显示阐述本发明的主题。
278.图1a以简化的图示局部地示出了根据本发明的方法的烧蚀形式的方法步骤的执行。在此，借助于激光束3，照射通过增材制造以层4的形式制备的含碳化硅的制品2的表面1，使得材料从表面1上剥蚀下来。在此，通过升华在热学上实现或者通过库仑爆炸实现材料削减。在进行烧蚀的过程中，有可能对表面1进行结构化，或者赋予含碳化硅的制品2一定形状或者说修整含碳化硅的材料的预期形状，即几何地加工含碳化硅的制品2。
279.通过有针对性地控制激光功率，在此可以有针对性地设定来自含碳化硅的制品2的表面1的材料削减。特别地，也有可能多次加工表面的特定区域，以免在工作进程中在表面上输入过多能量，并且由此引发形状非预期的区域中的材料削减或者材料变化。
280.在根据本发明的方法的范畴内，有可能精确地在纳米或者微米范围内削减材料，由此特别地，有可能进行表面的纳米结构化和微结构化，但是也可以精整物体的边缘或者轮廓。同样地，有可能移除在增材制造的范畴内出现的人工制品，诸如支撑结构，或者使表面平滑化，以便例如使主体的边界面上常常还能看到的来自增材制造的层结构平滑化，从而完成均匀平滑的表面。
281.图1b示出了通过含碳化硅的制品2的表面1的化学改性实现的、在根据本发明的方法的范畴内进行的表面处理的进行。在此，优选地在处于500至1800℃的范围内的温度下，借助于激光束3照射含碳化硅的制品2的表面1，由此在被照射的区域内获得含碳化硅的材料的化学结构的改变，并且创造化学改性的区域5。特别地，以此方式有可能用碳或者硅积聚表面或者说有针对性地进行局部受限的掺杂。
282.如之前已经阐述的，在本发明的范畴内，将用于加工含碳化硅的材料的表面的方法与增材制造方法相结合。由此，可以例如借助于增材制造，获得含碳化硅的制品2的表面1，并且随后通过激光辐射的作用加工表面1，其中进行了表面的烧蚀或者化学改性。随后，又可以由此借助于增材制造，施加含碳化硅的材料的另一层4。
283.图2a和图2b示例性地示出了由增材制造和减材制造组成的组合的应用示例，特别
是借助于增材制造制备的含碳化硅的制品2的借助于烧蚀实现的加工的应用示例。图2a示出了具有表面1的含碳化硅的制品2，其中通过加成制造，以层4的形式构建该含碳化硅的制品。由于含碳化硅的材料2的逐层的构造，在单个层的边界面上出现粗糙的表面，这些表面取决于以下条件，即在单个平面之间分别可以形成较小的错位。通过借助于激光束3处理该不平坦的表面1，随即获得即便在微米范围或者纳米范围内仍平坦的表面。
284.在图2b中显示了通过借助于激光束3实现的烧蚀进行的、借助于增材制造制备的含碳化硅的制品2的几何精整。含碳化硅的制品2通过增材制造逐层地构建而成，特别地以层4的形式构建而成，并且具有表面1，其通过所使用的增材法的分辨率而具有层级状的构造。因为在制备含碳化硅的制品2之前，优选地创造待制备的含碳化硅的制品2的数字化映射，特别是其数字孪生(digital twin)，几乎可以任意地设定其轮廓清晰度或者说分辨率，所以在本发明的范畴内，可以没有困难且轻松地借助于激光束3精整含碳化硅的制品2的表面1。在图2b中，含碳化硅的制品2与数字化映射重叠，并且激光束3沿着由数字化映射的投影6预先确定的切线移除含碳化硅的制品2的材料。由此，相较于纯增材法，通过根据本发明的方法，可以得到明显更好且更高分辨率的含碳化硅的制品。
285.在图3中显示了具有表面1的含碳化硅的制品2，其中借助于增材制造，逐步地通过施加层4构建该含碳化硅的制品。通过借助于化学改性实现的表面处理，完成了化学改性的区域5，特别是配备有掺杂元素的区域，随后借助于增材制造，在该区域上施加含碳化硅的材料制成的其它层4。以此方式，有可能在含碳化硅的制品2的表面上或者在其结构中产生具有不同电气特性的区域。在此，例如有可能特别地在制备含碳化硅的制品的过程中对表面进行结构化或者平滑化，在制备后，其被所获得的含碳化硅的制品的部分包围，使得不再能为了表面加工而接近它们。而且，可以直接修整在增材制造的范畴内出现的缺陷或者过程相关的更低的分辨率，从而获得轮廓清晰度更高的表面。
286.优选地，通过用激光器工作的增材制造方法执行根据本发明的方法。以此方式，往往有可能通过激光器，既进行增材制造，也进行表面加工，特别是表面的烧蚀或者化学改性。
287.图4示例性地示出了用于由液态前体制备含碳化硅的材料的装置7，如根据de 10 2017 110 361 a1已知的。
288.通过根据图4的装置，可以创造具有表面1的含碳化硅的三维制品2，其中可以用激光束3加工这些表面。
289.对于增材制造，装置7具有构造区域8，在其上由含碳化硅的材料构建制品2。装置5特别地具有排放设备11，其包括施洒工具12，特别是一个或更多个用于施洒溶液或者分散体的喷嘴，该溶液或者分散体包含前体，特别是前体溶胶。现在，通常预设构造区域8或者排放设备11是可移动的，特别地可在xy平面内移动，优选地可在x方向、y方向和z方向上移动。在此，通常预设只有排放设备11或者构造区域8是可移动的。同样地，也可以预设，排放设备11可在xy平面内移动，而构造区域8可在z方向上移动，从而实现了含碳化硅的制品2的逐层构造。
290.排放设备11(特别是构造区域8)在此被配置为，使得通过喷墨印刷方法，位置可选地且局部受限地在基体，特别地在含碳化硅的制品2或者构造区域8上施加溶液或者分散体。
291.另外，装置7通常包括用于产生激光束的工具9，在其中产生激光束3，并且包括用于偏转激光束的偏转工具10，特别是反射镜阵。然而，除此之外，其它上部结构也是可能的，例如用于产生激光束的工具和其它用于对准激光束的工件，特别是例如至少一个光导体，激光束可以通过该光导体指向对应的待照射的面。
292.对于增材制造，优选地先行借助于排放设备11，特别是施洒工具12，将包含合适前体的溶液或者分散体施加到构造区域8上或者含碳化硅的制品2上，并且随后借助于激光束3，选择性地分解该溶液或者分散体，从而获得含碳化硅的材料。以此方式，可以借助于增材制造，逐步一层一层地获得由含碳化硅的材料制成的制品2。在发明的范畴内，现在有可能在增材制造过程中或者紧接着增材制造，借助于激光束3加工含碳化硅的制品2的表面1，如之前所阐述的。
293.优选地，对于表面加工，为此使用与用于增材制造相同的用于产生激光束的工具9以及相同的偏转工具10。然而，替代地，也可以预设，另一用于产生激光束的工具被专门用于表面加工，特别地用于含碳化硅的制品2的表面1的烧蚀或者化学改性。
294.图5示出了如例如de 10 2017 110 362 a1中显示的增材制造的另一变体。
295.在此，借助于粉末床方法，获得由含碳化硅的材料制成的具有表面1的制品2。
296.图5中显示的装置7具有同样的用于产生激光束的工具9和用于偏转激光束的偏转工具10。
297.此外，装置7具有构造区域8，在其上由含碳化硅的材料制备制品2。在此，将前体材料13(特别是粉末状的组合物)特别地分布在构造区域8上，并且选择性地用激光束3进行照射，以获得含碳化硅的制品2的层。
298.随后，从存储设备14中，借助于分配设备15，均匀且以同样的层厚，在构造区域8上分布另外的前体材料13，并且又位置可选地用激光束3照射该层。
299.在此，构造区域范围优选地借助于活塞，特别地可在z方向上移动。
300.通过重复执行之前描述的方法，最后获得含碳化硅的材料制成的三维制品2。
301.在此，现在同样可以预设，在施加另外的层之前，借助于通过激光辐射3的辐照实现的烧蚀或者化学改性，如之前描述地处理含碳化硅的材料2的表面1。
302.根据本发明的该实施方案，优选的是，在进行含碳化硅的制品2的表面1的加工之前，才制备整个制品并且随后将粉床从前体材料13中移除。
303.另外，如之前已经阐述的，同样有可能在本发明的范畴内，以依赖激光堆焊的方法实施的形式进行增材制造。
304.图6示出了用于借助于激光堆焊实现的含碳化硅的制品2的增材制造的装置7。根据图6的装置7包括用于产生激光束3的工具9以及至少一个用于以气态、液态或者固态前体材料13产生粒子束的设备16。优选地，粒子流由粉末状的前体材料13形成。激光束3和前体材料13的粒子流指向基体5的表面，使得激光束3在基体表面前的邻近区域遇到粒子流。由此，包含在粒子流中的前体材料13分解或者汽化，由此获得活性片段并且在基体表面上沉积含碳化硅的制品2形式的期望的碳化硅材料。
305.图7示出了用于借助于激光堆焊实现的增材制造的装置7的加成设计，特别地，图7示出了装置7的局部图。装置7包括用于产生激光束的设备9，通过该设备，可以汽化并分解前体材料13。此外，根据该实施方案的装置7包括用于由优选粉末状的前体材料13产生粒子
束的设备16。在图7中显示的装置7的实施方案中，设备9和16共同集成在优选设计为可运动的设备中，特别地被设计为可移动的设备中，特别是喷嘴头中。
306.前体材料13的粒子束(特别是多股粒子束)环绕激光束3，并且在即将入射到基体的表面上之前与其交叉，前体材料13由此分解并且在基体表面上沉积一层含碳化硅的制品2。
307.根据该实施方案，装置7特别地进一步包括用于产生保护气体气氛(特别是保护气体流18)的工具17。保护气体流18在此环绕或者说包裹前体材料13的一股或者说多股粒子束，并且由此在保护气体气氛中，特别地在氩气气氛中，实现前体材料13的分解。
308.在附图显示中并未显示分别替代的且同样优选的实施方案，其中对于借助于激光辐射实现的增材制造和减材制造或者说含碳化硅的材料的表面的化学改性，使用不同的设备来产生激光束，特别是脉冲激光器。
309.特别地，在本发明的范畴内，可以预设，对于减材法，使用辐射处于紫外线范围内的超短脉冲激光器，特别是准分子激光器，其通常不适合于增材制造。在这种情况下，装置7必须包括至少两个不同的用于产生激光束3的设备9。
310.附图标记列表
[0311]1ꢀꢀꢀꢀ
表面
[0312]2ꢀꢀꢀꢀ
含碳化硅的制品
[0313]3ꢀꢀꢀꢀ
激光束
[0314]4ꢀꢀꢀꢀ
层
[0315]5ꢀꢀꢀꢀ
化学改性的区域
[0316]6ꢀꢀꢀꢀ
数字化映射的投影
[0317]7ꢀꢀꢀꢀ
装置
[0318]8ꢀꢀꢀꢀ
构造区域
[0319]9ꢀꢀꢀꢀ
用于产生激光束的工具
[0320]
10
ꢀꢀꢀ
偏转工具
[0321]
11
ꢀꢀꢀ
排放设备
[0322]
12
ꢀꢀꢀ
施洒工具
[0323]
13
ꢀꢀꢀ
前体材料
[0324]
14
ꢀꢀꢀ
存储设备
[0325]
15
ꢀꢀꢀ
分配设备
[0326]
16
ꢀꢀꢀ
用于产生粒子束的设备
[0327]
17
ꢀꢀꢀ
用于产生保护气体气氛的工具
[0328]
18
ꢀꢀꢀ
保护气体流。