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Gegenstand
der Erfindung ist ein Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenqualität von Flachglas,
das nach dem Floatverfahren hergestellt ist.
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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.
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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.
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Falls
die im Prozess erzielte Oberflächenqualität für die angestrebte
Anwendung nicht ausreichend ist, findet üblicherweise eine Nachbearbeitung statt.
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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.
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Die
Nachbearbeitung zur Erhöhung
der Oberflächenqualität besteht üblicherweise
in einer mechanischen Politur. Bekannt ist auch eine chemische Politur
mit Flusssäure
(z. B.
JP 92 95 832
A ) oder eine chemische Politur mit Flusssäure in Gegenwart
von Chrom(II)-Ionen mit nachfolgender mechanischer Politur (
JP 92 95 833 A ).
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Diese
Verfahren sind aufwendig und durch die erforderliche Aufbereitung
und Entsorgung der Poliermittel, Ätzlösungen und Reaktionsprodukte sehr
kostspielig.
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Es
ist auch bekannt, Zinnverunreinigungen von der Rückseite eines Glasbandes zu
entfernen, indem sie durch das Glasband hindurch mit einem Laserstrahl
behandelt werden. Das Glasband wird dabei nicht aufgeschmolzen (
WO 2004/069760 A1 ). Auch
aus
JP 03-033038 A (Abstract)
ist es bekannt, elementares Zinn aus der Oberfläche von Floatglas durch Bestrahlung
mit einem Laser zu entfernen.
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Aus
DE 101 28 636 C1 ist
es bekannt, bei einem Glasband, das an einer Kühleinrichtung vorbeigeführt wird,
eine Feineinstellung des Temperaturprofils quer zur Ziehrichtung
dadurch vorzunehmen, dass das Glasband an bestimmten Stellen mittels
eines Laserstrahls geheizt wird. Dieses Patent hat mit der nachträglichen
Beseitigung von Oberflächendefekten
nichts zu tun.
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US 2,911,759 A beschreibt
ein Verfahren, bei dem ein gewalztes Glasband auf einem Floatbad wieder
aufgeschmolzen wird. Es entsteht ein Glasband, das im besten Falle
alle die Defekte besitzt, deren Beseitigung Gegenstand des vorliegenden
Verfahrens ist. Ähnlich
ist ein aus
JP 58-145627
A (Abstract) Verfahren bekannt, bei dem ein vertikal gezogenes
Glasband um 90° umgelenkt
und auf einem Floatbad fertig gestellt wird. Auch hier entsteht
ein Glasband, das bestenfalls die Defekte besitzt, deren Entfernung
sich das vorliegende Verfahren zur Aufgabe gemacht hat. Anregungen,
wie Defekte in einem nach dem Floatverfahren erzeugten Glasband beseitigt
werden können,
sind diesen Schriften naturgemäß nicht
zu entnehmen.
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In
US 3,259,480 A wird
beschrieben, dass die geriffelte Oberfläche von Walzglas in einem Feld von
heißen
Gasdüsen
aufgeschmolzen wird, um der Oberflächenqualität eines geschliffenen und polierten
Glases nahe zu kommen. Dazu muss der Wärmeeintrag in das Glas derartig
hoch sein, dass die Rückseite
des Glases gekühlt
werden muss, um ein Aufschmelzen zu vermeiden. Diese Schrift gibt
keine Anhaltspunkte, wie Oberflächendefekte
eines nach dem Floatverfahren erzeugten Glasbandes, das ohnehin
eine bessere Oberflächenqualität besitzt
als das behandelte Walzglas, behandelt werden müssen, um die Qualität nochmals
zu erhöhen.
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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.
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Diese
Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren
gelöst.
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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.
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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.
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Es
ist von Vorteil, wenn das Glasband 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.
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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.
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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.
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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.
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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
erfolgt daher mit einer Aufheizgeschwindigkeit (Temperatursteigerungsrate)
von etwa 300 bis 2000 K·s–1.
Solche Aufheizgeschwindigkeiten erreicht man je nach Glassorte mit
Heizleistungen von 100 bis 1000 W·cm–2.
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Für diese
schnelle Erwärmung
sind Laserstrahlen, insbesondere solche von CO2-Lasern
geeignet.
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Mit
Vorteil kann ein Laserstrahl eingesetzt werden, 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.
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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.