DE102006003878A1

DE102006003878A1 - Verfahren zum Verbessern der Oberflächenqualität von gefloatetem Flachglas

Info

Publication number: DE102006003878A1
Application number: DE200610003878
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Wölfing; Wolfram Prof. Dr. Beier; José Dr. Zimmer; Ulf Dr. Dahlmann
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2026-01-28
Also published as: DE102006003878B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Beseitigung von Oberflächendefekten bei einem nach dem Floatverfahren hergestellten Glasband beschrieben, bei dem die zu behandelnde Oberfläche des Glasbandes bis zu einer Tiefe von 25% der Dicke des Glasbandes, jedoch nicht tiefer als 0,25 mm aufgeschmolzen wird.

Description

Gegenstand der Erfindung ist Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenqualität von Flachglas, das nach dem Floatverfahren hergestellt ist.

Bei dem Floatverfahren wird geschmolzenes Glas in einer Floatkammer auf einem Bad aus geschmolzenem Metall in Form eines endlosen Bandes vorwärts bewegt, das Glasband abgekühlt und verfestigt und das verfestigte Glasband von dem Bad abgehoben.

Obwohl die im Floatverfahren erzielten Oberflächenqualitäten im Allgemeinen relativ hoch sind, gibt es eine Zahl verschiedener Defekttypen, die je nach Häufigkeit und Stärke ihres Auftretens und in Abhängigkeit von der Anwendung eine Nacharbeit der Oberfläche notwendig machen. Insbesondere bei der Herstellung von Displayscheiben sind die Ansprüche an die Oberflächenqualität sehr hoch.

Falls die im Prozess erzielte Oberflächenqualität für die angestrebte Anwendung nicht ausreichend ist, findet üblicherweise eine Nachbearbeitung statt.

Typische Fehler, die beim Floatverfahren auftreten, sind dabei:
Ablagerungen von elementarem Zinn oder Zinnoxid auf der Oberfläche, (mikroskopische) Lochdefekte in der Glasoberfläche, Top Hole Defects, Veränderungen der Oberflächenchemie oder die Bildung von Kristallen.

Die Nachbearbeitung zur Erhöhung der Oberflächenqualität besteht üblicherweise in einer mechanischen Politur. Bekannt ist auch eine chemische Politur mit Flusssäure (z.B. JP 92 832 A ) oder eine chemische Politur mit Flusssäure in Gegenwart von Chrom (II)-Ionen mit nachfolgender mechanischer Politur ( JP 92 95 833 A ).

Diese Verfahren sind aufwendig und durch die erforderliche Aufbereitung und Entsorgung der Poliermittel, Ätzlösungen und Reaktionsprodukte sehr kostspielig.

Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenqualität von gefloatetem Flachglas zu finden, das auch bei hohen Qualitätsansprüchen an die Oberfläche eine Politur oder Ätzbehandlung regelmäßig überflüssig macht.

Diese Aufgabe wir durch das in Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst.

Dabei kommen unterschiedliche Verfahrensmechanismen zum Tragen: Topologische Defekte, z.B. Lochdefekte, werden beim Aufschmelzen infolge der Oberflächenspannung des Glases ausgeheilt. Elementares Zinn wird bei den hohen Temperaturen zu SnO oxidiert und das Zinnoxid wird zusammen mit anderen Verunreinigungen auf der Glasoberfläche verdampft. Kristallisierte Bereiche werden aus der Oberfläche bei dem Aufschmelzen beseitigt und weiterhin erfolgt bei dem Aufschmelzen eine Diffusion innerhalb der Aufschmelzzone, was zu einem Abbau einer Verarmungszone in der Oberfläche führt.

Es konnte gefunden werden, dass die genannten Oberflächendefekte beseitigt werden können, wenn die zu behandelnde Oberfläche bis zu einer Tiefe von nicht mehr als 25% der Dicke des Glasbandes, jedoch nicht tiefer als 0,25 mm aufgeschmolzen wird. Generell ist es ausreichend, wenn die Oberfläche bis zu einer Tiefe aufgeschmolzen wird, die etwa dem Doppelten der Tiefe der Oberflächendefekte entspricht. Die Oberfläche wird daher im allgemeinen nicht tiefer als 100 μm geschmolzen, da sich die Oberflächendefekte im allgemeinen nur bis in eine Tiefe von maximal 50 μm erstrecken und eine größere Aufschmelztiefe nur eine unnötige Energiezufuhr in das Glasband bedeutet. In der Regel reicht eine Aufschmelztiefe von 20 bis 40 μm völlig aus.

Es ist von Vorteil, wenn das Glasband bei dem zu Beginn des Aufschmelzvorganges noch eine Temperatur von Tg–20 K bis Tg + 100 K besitzt. Die durch den Aufschmelzvorgang in der Oberfläche ggf. entstehenden thermischen Oberflächenspannungen können dadurch noch im Verfahren wieder abgebaut und Risse im Glas vermieden werden. Die maximale zulässige Temperatur hängt dabei vom Viskositätsverlauf ab. Die zugeführte Energie darf nicht zu einer Instabilität des Glasbandes führen.

Zweckmäßigerweise nimmt man das Aufschmelzen an einer Stelle im Floatprozess vor, an der das Glasband noch eine geeignete Temperatur besitzt, im allgemeinen unmittelbar hinter dem Floatbad. Es ist aber natürlich auch möglich, ein stärker abgekühltes Glas wieder auf die geeignete Temperatur für das Aufschmelzverfahren zu erwärmen. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn einzelne oder lokal begrenzte Defekte detektiert und entfernt werden sollen, und hierfür ein Detektionssystem benötigt wird, das nicht kompatibel zum heißen Glasband ist.

Es ist weiterhin möglich, bei einem abgekühlten oder noch warmen Glas die einzelnen Oberflächendefekte mittels geeigneter automatischer Erkennungssysteme zu detektieren und nur in diesen Teilen dann die Oberflächendefekte gezielt durch Aufschmelzen mittels eines Laserstrahls, insbesondere eines CO₂-Laserstrahls zu entfernen.

Bei dem Aufschmelzen soll die Oberfläche auf eine Temperatur erwärmt werden, die einer Viskosität des Glases von etwa 10³ bis 10⁶ dPas entspricht. Bei dieser Temperatur erfolgt eine schnelle Ausheilung der Defekte. Für die Ausheilung einer Oberflächenkristallisation muss die Temperatur eine Rückführung des kristallisierten Materials in die Schmelze erlauben. Für die Reduzierung einer Oberflächenrauhigkeit oder von Oberflächendefekten sind die typischen Dimensionen entscheidend. Sehr kurzwellige Rauhigkeiten oder kleine Defekte (Größenordnung μm) können bei höheren Viskositäten (10⁵ bis 10⁶ dPas) geglättet werden, langwellige Rauhigkeiten und ausgedehntere Defekte (Größenordnung 10 bis 100 μm) werden nur bei Oberflächenviskositäten von 10³ bis 10⁴ dPas effektiv reduziert. Dabei werden je nach Glassorte (Kalknatronglas, Borosilikatglas, z.B. alkalifreie Borosilikatgläser) Temperaturen von 1000 bis 1500 °C erreicht, wobei die Temperaturen bei Kalk-Natron-Glas im unteren Teil dieses Temperaturbereiches liegen.

Damit bei dem Aufschmelzen im Wesentlichen nur die zu behandelnde Oberfläche erwärmt wird, muss die Aufheizung der Oberfläche schnell, d.h. mit hoher Leistung, erfolgen. Die Aufheizgeschwindigkeit muss so hoch sein, dass nach erfolgter Aufheizung und nachfolgendem Temperaturausgleich durch thermische Diffusion noch eine ausreichende Festigkeit des Glasbandes gewährleistet ist, was bei einer Viskosität des Glasbandes von etwa 10⁸, vorzugsweise etwa 10¹⁰ dPas und darüber der Fall ist. Die Erwärmung der Oberfläche soll daher mit einer Aufheizgeschwindigkeit (Temperatursteigerungsrate) von etwa 300 bis 2000 K·s^–1 erfolgen. Solche Aufheizgeschwindigkeiten erreicht man je nach Glassorte mit Heizleistungen von 100 bis 1000 W·cm^–2.

Zum Erwärmen der Oberflächenschicht des Glasbandes sind alle Heizeinrichtungen geeignet, mit denen sich die Oberfläche des Glases schnell genug erwärmen lässt. Für die Erwärmung sind z.B. durch folgende Mittel geeignet: Laserstrahlen, insbesondere solche von CO₂-Lasern, direkte Flamme durch geeignete Gasbrenner, IR-Strahler, z.B. Gasporenbrenner, elektrische Strahler, gasbeheizte Strahler, Plasmabrenner.

Zu bevorzugen sind dabei Systeme, die in Abhängigkeit des Einsatzumfeldes folgende Eigenschaften besitzen: in die Oberfläche des Glasbandes wird ausreichend viel Energie eingebracht, ohne eine zu starke Durchwärmung des gesamten Glasbandes zu bewirken, das Heizsystem soll möglichst preiswert sein und geringe Wartungskosten haben und es soll keine unerwünschten Veränderungen der Glasobertläche bewirken. Besonders geeignet unter ökonomischen Aspekten sind Gasbrenner, insbesondere solche mit einer Gas-Sauerstoff-Flamme oder für besonders dünnes Glas mit einer Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme. Bei beengten Raumverhältnissen oder wenn aus sonstigen Gründen ein Gasbrenner nicht geeignet ist, kann man mit Vorteil einen Laserstrahl einsetzen, der mittels Spiegeln auf die gewünschte Stelle gerichtet werden kann. Die Verwendung eines Laserstrahls bietet sich wegen seiner leichten Lenkbarkeit mittels Spielgeln auch immer besonders dann an, wenn die Fehlstellen einzeln detektiert und gezielt entfernt werden sollen.

Durch das Verfahren ist es möglich, topologische Defekte auf der Glasoberfläche auszuheilen, vorhandene Zinnpartikel zu Zinnoxid zu oxidieren und von der Oberfläche durch Verdampfung zu entfernen; das gilt auch für andere Rückstände, die verdampft werden. Weiterhin ist es durch das Aufschmelzen der Oberfläche möglich, kristallisierte Bereiche aus der Oberfläche zu entfernen und durch Diffusion in der aufgeschmolzenen Schicht Verarmungszonen in der Oberfläche abzubauen.

Claims

Verfahren zum Entfernen von Oberflächendefekten bei einem nach dem Floatverfahren erzeugten Glasband, dadurch gekennzeichnet, dass die zu behandelnde Oberfläche des Glasbandes bis zu einer Tiefe von 25% der Dicke des Glasbandes, jedoch nicht tiefer als 0,25 mm aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche bei einer Temperatur des Glasbandes von Tg–20 K bis Tg+100 K aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Glasbandes bei dem Aufschmelzen auf eine Temperatur erwärmt wird, die einer Viskosität η von etwa 10³ bis 10⁶ dPas entspricht.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche bis zu einer Tiefe von 5 bis 40 μm aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasband nach dem Aufschmelzen und dem nachfolgenden Temperaturausgleich durch Diffusion eine Gesamttemperatur besitzt, die einer Viskosität von mindestens 10⁸ dPas entspricht.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche zum Aufschmelzen mit einer Heizleistung von 100 bis 1000 W·cm^–2 beaufschlagt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung auf Schmelztemperatur mit einer Temperatursteigerungsrate in der Glasoberfläche von 300 bis 2000 K·s^–1 erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen mittels eines Gasbrenners oder durch einen Laser-Strahl erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Teile der Glasoberfläche aufgeschmolzen werden, in denen Oberflächendefekte bestehen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächendefekte durch ein automatisches Erkennungssystem detektiert und gezielt durch Erwärmen, insbesondere mittels eines Laserstrahls, entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das gezielte Entfernen der Defekte nach dem Abkühlen des Glasbandes erfolgt.