CN111132947A

CN111132947A - 具有纹理化表面的单片玻璃陶瓷板

Info

Publication number: CN111132947A
Application number: CN201880064001.9A
Authority: CN
Inventors: D.科斯坦蒂尼; C.奥扎南; T.格东; E.勒孔特
Original assignee: Eurokera SNC
Current assignee: Eurokera SNC
Priority date: 2017-10-05
Filing date: 2018-10-03
Publication date: 2020-05-08
Also published as: ES2945668T3; EP3743395B1; FR3072089A1; WO2019069015A1; FR3072089B1; EP3743395A1

Abstract

本发明涉及激光纹理化玻璃陶瓷板的方法，其包括：提供包含光滑的前表面和具有包含初级突起的纹理化表面的后表面的单片玻璃陶瓷板；将该玻璃陶瓷板放置在支撑物上，所述支撑物在其表面的至少一部分上是反射性的；并使用激光辐射纹理化该玻璃陶瓷板的前表面的区域。本发明还涉及能够通过该方法获得的纹理化玻璃陶瓷板。

Description

具有纹理化表面的单片玻璃陶瓷板

本发明涉及用于玻璃陶瓷板的激光纹理化的方法，还涉及能够通过该方法获得的纹理化玻璃陶瓷板。

在下表面和上表面上对玻璃陶瓷板进行纹理化已经是公知的，特别是经由使用雕花的轧制辊。这些纹理化技术的缺点在于昂贵且不灵活。

还有可能通过（机械或激光）材料烧蚀在玻璃陶瓷中蚀刻图案。但是，这种技术仅能镂空材料而不能产生加厚。

近来，已经提出了通过使用激光处理局部加热来纹理化玻璃陶瓷的方法。该激光处理引起局部体积变化，从而可以局部产生过厚或减厚变形。还可以施加外力以便在激光处理过程中加重该变形。但是，采用这些方法，必须逐一产生小尺寸（最好对应于直径大约15毫米的盘）的所述变形，这需要大量处理时间以便划定宽的区域，如意在用于操作台的玻璃陶瓷板的加热区。

本发明提出了使用激光辐射进行纹理化的方法，该方法能够克服上述方法的缺点。本发明的方法特别能够快速纹理化大的表面，并提供一定程度的灵活性。更具体而言，本发明涉及将单片玻璃陶瓷板纹理化的方法，包括：

- 提供包含光滑的前部面和具有包含初级凸起的纹理化表面的后部面的单片玻璃陶瓷板；

- 将该玻璃陶瓷板放置在支撑物上，所述支撑物在其表面的至少一部分上是反射性的；和

- 使用激光辐射纹理化该玻璃陶瓷板的前部面的区域。

预料不到的是，已经观察到，本发明的方法实际上能够在玻璃陶瓷板的前部面上形成次级凸起（或隆起）。尽管这些次级凸起明显不具有与初级凸起相同的尺寸，但是另一方面该次级凸起相对于彼此具有与初级凸起相对于彼此的相同布置。因此，本发明的方法似乎能够在前表面上“复制”后表面的纹理。甚至更令人惊讶的是，该次级凸起仅在与支撑物的反射性部分相对的位置上生成。由此能够将通过反射性部分在支撑物上形成的图案转印到玻璃陶瓷板的前表面上。

该玻璃陶瓷板是单片的，即其由单一块/由单一部分形成。其通常具有2至15 mm、特别是3至10 mm、例如4、5、6、7或8 mm的厚度。该玻璃陶瓷板的尺寸（长度和宽度）取决于其预期的应用：其通常具有20至120 cm的尺寸，特别是在烹饪设备中的这些应用，但是也可以具有更大的尺寸，例如大于200 cm，用于操作台应用。

在纹理化之前，该玻璃陶瓷板具有基本光滑的前部面（通常意在对使用者可见的面），即该表面的不规则性使得该表面上的入射辐射不会被这些表面不规则明显偏转的表面。相反，后部面具有包含初级凸起（或隆起）的纹理化表面，所述初级凸起优选具有0.01至1 mm的高度。该初级凸起的形状没有特殊限制。它们特别可以具有金字塔形、圆锥形、半球形或半椭圆形的形状。两个相邻的初级凸起的峰通常相隔0.5至5 mm的距离。该初级凸起优选周期性定位，通常以网络的形式，例如沿着相互平行的线并相对于相邻线的凸起交错排列。此类玻璃陶瓷板可以通过使一片母玻璃（即陶瓷化前的玻璃）在两个轧制辊之间穿过，由此通过轧制以已知方式获得：一个具有光滑表面的辊，用于获得光滑的前表面，一个负雕的辊，以便获得具有初级凸起的网络的纹理化后表面。该后部面通常在其整个表面上或至少在90%的表面上被纹理化。

所用玻璃陶瓷板通常是铝硅酸锂玻璃陶瓷。其优选具有包含下文限定的边界内的以下成分的化学组成，所述边界以重量百分比表示：

SiO₂ 52 - 75%

Al₂O₃ 18 - 27%

Li₂O 2.5 - 5.5%

K₂O 0 - 3%

Na₂O 0 - 3%

ZnO 0 - 3.5%

MgO 0 - 3%

CaO 0 - 2.5%

BaO 0 - 3.5%

SrO 0 - 2%

TiO₂ 1.2 - 5.5%

ZrO₂ 0 - 3%

P₂O₅ 0 - 8%

澄清剂 0 - 3%

着色剂 0 - 1%。

该澄清剂可以选自例如砷、锑或锡的氧化物。在一个特定实施方案中，该玻璃陶瓷板不含氧化锑和氧化砷。

该玻璃陶瓷板可以包含着色剂，特别是选自氧化钒、氧化铁、氧化钴、氧化铈、氧化硒、氧化铬或甚至氧化镍、氧化铜和氧化锰。该玻璃陶瓷板优选是用氧化钒着色的玻璃陶瓷。其可能包含0.01至0.5重量%的氧化钒，任选与其它着色剂如氧化铁、氧化钴或氧化锰结合。

该玻璃陶瓷板在经受本发明的激光处理前放置在支撑物上。优选地，该玻璃陶瓷板完全搁置在支撑物上，即该玻璃陶瓷板的一个表面完全与该支撑物接触。与支撑物的接触表面可以同等地为光滑前部面和纹理化后部面。在一个特定实施方案中，该玻璃陶瓷板放置为光滑前部面与该支撑物接触。实际上，已经观察到，在这种情况下，在前部面上产生的次级凸起具有更大的高度。

该支撑物在其表面的至少一部分上是反射性的。优选地，该支撑物就有第一反射性表面区域和第二非反射性表面区域（即在激光辐射波长处基本上是吸收性和/或透明的）。在本发明的含义中，反射性表面理解为是反射至少50%、优选至少70%、或甚至至少80%、或甚至至少90%的激光辐射的表面。相反，在本发明的含义中，非反射性表面理解为是指反射少于20%、优选少于10%（即吸收、透射和/或散射至少80%、优选至少90%）的激光辐射的表面。反射在这里定义为该激光辐射被支撑物镜面反射，这等于100%的值，并从中减去被支撑物透射、吸收和漫反射的激光辐射。相反，表述“吸收和/或透射”限定了该激光辐射被支撑物透射或吸收的部分，这等于100%的值，从中减去激光辐射被支撑物的总（镜面反射和漫反射）反射。在一个特定实施方案中，非反射性表面是基本吸收性的表面。

该支撑物可以具有几个反射区和/或几个非反射区。反射区的表面通常占该支撑物表面的至少1%、优选至少5%、或甚至至少10%。其通常占该支撑物表面的最多50%。该支撑物的尺寸通常至少等于要纹理化的玻璃陶瓷的尺寸，例如尺寸（长度和宽度）为20至120cm。

在一个特定实施方案中，可以在玻璃陶瓷板顶部放置一个掩模。掩模的作用是防止被所述掩模遮蔽的区域被该激光辐射照射。遮蔽区域因此不受后续激光处理的影响。在该实施方案中，该支撑物优选具有全反射表面。

本发明的方法包括使用激光辐射来纹理化的步骤。更特别地，通过与支撑物相对的激光辐射来照射该玻璃陶瓷板。使用激光辐射能够提供该玻璃陶瓷板所需的能量，以便在该玻璃陶瓷板与支撑物的反射性表面区域相对的前部面区域上产生玻璃陶瓷板的局部膨胀并出现浮雕。在本发明的方法中，该激光辐射实际上在与基底的反射性表面区域相对的区域中两次通过该玻璃陶瓷板。由此能够获得局部和快速的加热（通常在小于或等于几秒钟，或甚至等于1秒的时间内），并且该玻璃陶瓷板的快速冷却使得浮雕能够出现和定型（setting）。在与支撑物的反射性表面区域相对的玻璃陶瓷板中达到的温度通常高于700℃，例如大约750℃、或甚至850℃至1150℃、或甚至1100℃或1050℃。但是，假定由于激光辐射单次通过玻璃陶瓷板，在与支撑物的非反射性表面区域相对的玻璃陶瓷板中达到的温度较低。通常，相对于在与反射性表面区域相对的玻璃陶瓷板中达到的温度，它们低至少100℃、或至少200℃、或甚至至少300℃或至少400℃。与支撑物的非反射性表面区域相对的玻璃陶瓷板的区域因此较少受纹理化处理的影响。此外，不希望受任何理论的束缚，似乎后部面的初级凸起充当了聚焦激光辐射的放大镜并由此导致辅助局部变形，其形式为在前部面上的次级凸起，与支撑物的反射性表面区域相对。

该激光辐射优选来自形成一条线的至少一条激光束（在下文中称为“激光线”），其同时照射玻璃陶瓷板宽度的至少一部分，通常为至少0.1%、优选至少5%、或至少10%、至少20%、至少50%或甚至优选玻璃陶瓷板的整个宽度。在线激光束特别可以使用光学聚焦系统来获得。为了能够同时照射玻璃陶瓷板的整个宽度，可以通过结合几条单独的激光线来获得该激光线。单个激光线的厚度优选为0.01至1 mm。它们的长度通常为5 mm至1 m。各激光线通常并排布置以形成单一激光线，以便同时处理玻璃陶瓷板的整个表面。

该激光源通常是激光二极管或纤维激光器，特别是纤维、二极管或盘形激光器。对小空间需求，相对于电源，激光二极管能够经济地实现高功率密度。纤维激光器的空间需求甚至更小，并且获得的线性功率密度甚至更高，但是成本也更高。术语“纤维激光器”理解为是指其中生成激光辐射的位置在空间上与激光输送到的位置移开的激光器，借助至少一根光纤来输送激光辐射。在盘形激光器的情况下，在谐振腔中产生激光辐射，在该谐振腔中存在圆盘形的发射介质，其例如为Yb:YAG制成的薄圆盘（大约0.1 mm厚）。由此产生的辐射在至少一根光纤中耦合，该光纤指向处理位置。该激光器还可以是纤维激光器，只要放大介质本身是光纤。纤维激光器或盘形激光器优选用激光二极管进行光泵浦。来自该激光源的辐射优选是连续的。

该激光辐射,的波长（因此为处理波长）优选包含在500至1300 nm、特别是800至1200 nm的范围内。900至1100 nm的波长特别适于用钒着色的玻璃陶瓷板的纹理化。在选自808 nm、880 nm、915 nm、940 nm或980 nm的一种或多种波长下发射的大功率激光二极管已经证实特别合适。在盘形激光器的情况下，处理波长例如为1030 nm（Yb:YAG激光器的发射波长）。对于纤维激光器，处理波长通常为900至1100 nm，例如1070 nm。

该激光辐射通常具有10至1000 W、优选50至500 W、或70至300 W的功率P。

在玻璃陶瓷板的纹理化过程中，在一方面为放置在支撑物上的玻璃陶瓷板所形成的组装件和另一方面为激光线之间产生相对位移。该玻璃陶瓷板与支撑物组装件由此可以移动，特别是相对于固定激光线平移运行，通常在下方。该实施方案对连续处理特别有利。在另一实施方案中，激光线可以移动，特别是通过相对于玻璃陶瓷板与支撑物组装件平移运行，通常在上方。该线特别在单一道次中照射该玻璃陶瓷板的整个宽度。或者，当激光线不足够长时，如果需要处理玻璃陶瓷板的整个宽度的话，可能需要多道次激光线。该激光线（以及因此任选每个单个的激光线）优选垂直于相对行进方向定位。

该玻璃陶瓷板与支撑物组装件可以使用任何机械输送装置来移动，例如使用平移运动的带、辊或托盘。该输送系统能够控制和调节移动的速率。

当然，该玻璃陶瓷板与激光器的所有相对位置均是可能的，只要能够适当地照射该玻璃陶瓷板。通常，该玻璃陶瓷板将水平放置，但是其也可以垂直放置或以任何可能的倾斜度放置。当玻璃陶瓷板水平放置时，通常放置该激光器以照射其上表面。该激光器也可以照射该玻璃陶瓷板的下表面。在这种情况下，该支撑物可以放置在该玻璃陶瓷板的顶部。当玻璃陶瓷板移动时，输送该玻璃陶瓷板的系统还必须允许辐射进入待照射区域。这是例如使用输送辊时的情况：由于辊是独立的实体，有可能将该激光器放置在两个连续辊之间的区域中。

行进速度，即玻璃陶瓷板与激光线各自的速度之间的差值，通常取决于所用激光辐射的功率以及玻璃陶瓷板在该激光辐射波长处的吸收率。当激光功率高和玻璃陶瓷板在激光辐射波长处的吸收率高时，行进速度甚至更高。行进速度v通常为1至1000 mm/min、优选5至500 mm/min、或甚至10至200 mm/min。激光辐射的功率与行进速度之间的比率（P/v）通常大于1.8 W.min/mm、或甚至3 W.min/mm，功率以W为单位表示，行进速度以mm/min为单位表示。其优选小于150 W.min/mm、或甚至100 W.min/mm或50 W.min/mm。或者或此外，激光辐射功率P与行进速度v之间的关系优选满足关系式P = a.v + b，其中a是1.5至3.0W.min/mm、优选 2.0至2.6 W.min/mm的参数，b是50至100 W、优选60至 90 W的参数。

优选地，玻璃陶瓷板在激光辐射波长处的吸收率大于或等于20%、优选大于25%或30%，并且小于或等于70%、优选小于或等于60%或甚至50%。吸收率定义为等于100%的值，从中减去对4毫米厚度测得的玻璃陶瓷板的透射率与反射率。大部分由激光辐射提供的能量被“用于”加热玻璃陶瓷板。

玻璃陶瓷板的纹理化在与支撑物的反射性表面区域相对的前部面上导致次级凸起的出现。在玻璃陶瓷板前部面上获得的次级凸起具有与后部面的初级凸起相同的布置。在纹理化之后，该玻璃陶瓷板的与支撑物的反射性表面区域相对的前部面的表面高度还可能提高。

图1显示了本发明的方法的一个实施方案。将包含光滑的前部面1a和纹理化后部面1b的玻璃陶瓷板1放置在支撑物4上。与支撑物4接触的后部面1b包含周期性布置的初级凸起2。该支撑物4包含反射性表面区域4a和非反射性表面区域4b，特别是吸收性表面区域。使用辊式输送机7移动玻璃陶瓷板1与支撑物4组装件。这种移动（在图1中由箭头表示）使得玻璃陶瓷板1与支撑物4组装件在由激光源5产生的激光辐射6（特别是激光线）对面运行。激光辐射6在支撑物4的反射性表面区域4a对面通过导致在玻璃陶瓷板1的前部面1a上出现次级凸起3，由此形成纹理化区域。相反，当激光6在非反射性表面区域对面通过时，没有形成次级凸起3。由此可能将玻璃陶瓷板1的后部面1b的纹理“复制”到对应于支撑物4的反射性表面区域4b（即放置在这些区域上方）的前部面1a的区域中。

本发明的另一主题涉及能够通过上述方法获得的纹理化玻璃陶瓷板。由此，本发明还涉及包含前部面和后部面的单片玻璃陶瓷板，其中后部面具有包含初级凸起的纹理化表面，其特征在于该前部面包含光滑表面区域和含有次级凸起的纹理化表面区域，并且在于该次级凸起相对于彼此的相对布置与初级凸起相对于彼此的相对布置相同。换句话说，次级凸起相对于彼此在前部面上的位置与初级凸起相对于彼此在后部面上的位置基本相同。例如，在形成周期性网络的初级凸起的情况下，对于在前部面的纹理化区域上的次级凸起复制了该网络。

两个相邻次级凸起的峰之间的距离通常为0.5至5 mm。该次级凸起还优选周期性定位，通常为网络形式，例如沿着相互平行的线并相对于相邻线的凸起交错排列。。该次级凸起通常具有2 µm、或甚至5 µm至50 µm、或甚至30 µm或20 µm的高度。

该前部面的纹理化表面区域可以具有相对于光滑表面区域提高的高度。这种提高的高度通常为大约5至100 µm、或甚至10至70 µm。在这种情况下，由升高的表面测量次级凸起的高度。

该纹理化表面区域可以是连续或不连续的——即由几个纹理化子区域形成。前部面的纹理化区域的表面占该玻璃陶瓷板表面的至少1%、优选至少5%、或甚至至少10%。其通常占玻璃陶瓷板表面的最多50%。

本发明的方法的优点在于能够快速纹理化宽的区域。此外，不需要施加外力。通过简单地激光照射玻璃陶瓷板，一方面能够将后部面的纹理复制到前部面上，另一方面，能够借助反射性区域和非反射性（特别是吸收性）区域的合适布置将支撑物上产生的前部面图案转印到支撑物上的区域。该图案可以具有美学或功能目的。该次级凸起特别具有足以用肉眼和/或触摸辨别的尺寸。

本发明的玻璃陶瓷板可用于各种应用，如操作台、用于烹饪设备，如炉灶面，特别是感应炉灶面，或用作装饰原件。由此，本发明还涉及包含如上所述或通过上述方法获得的玻璃陶瓷板的烹饪设备。

当玻璃陶瓷板用于烹饪设备如炉灶面时，其由此能够限定特定区域，例如加热区域或控制按键的框架，这能够特别由视障人士容易地加以区分。对于感应炉灶面，在加热区中存在凸起还能够限制要加热的容器与玻璃陶瓷板之间的接触面积。在玻璃陶瓷板与要加热的容器之间存在隔绝的空气限制了传导造成的热损失，由此限制了玻璃陶瓷板的加热，导致其在使用后更快地冷却。

借助以下非限制性示例性实施方案来说明本发明。

实施例

对Kerablack+玻璃陶瓷板施以本发明的纹理化处理，该玻璃陶瓷板由Eurokera出售，厚度为4 mm，用钒着色并具有光滑的前部面和以高度大约80 µm的刺突（初级凸起）的周期性网络形式纹理化的后部面。所用激光是波长为980 nm的连续激光，其以1厘米长的激光线形式聚焦。激光功率设定在114 W，激光线与玻璃陶瓷板之间的相对行进速度设定在20mm/min。

放置玻璃陶瓷板的第一样品（I1），使得纹理化后部面接触反射激光束的不锈钢镜支撑物。在这种情况下，通过入射的激光束来照射光滑的前部面。该光束第一次穿过玻璃陶瓷板，并被镜面支撑物反射，随后在相反方向上第二次穿过玻璃陶瓷板（由纹理化表面至光滑表面）。在处理过的区域上观察到相对于玻璃陶瓷板的未处理的光滑表面最高达40 µm的过厚。还在处理过的区域上观察到在前部面上存在高度为5至10 µm的刺突（次级凸起）。

各种观察（特别是用显微镜）能够验证在表面上获得的刺突浮雕具有与后部面的刺突浮雕相同的布置。特别地，后部面的刺突与前部面的刺突的两个相邻刺突的峰之间的距离、这些相邻刺突形成的角度以及刺突的周期性均相同。图2显示了光滑的前部面在纹理化之前（a）和纹理化之后（b）与纹理化后部面（c）进行比较的显微镜观察结果。

放置玻璃陶瓷板的第二样品（I2），使得光滑的后部面接触反射激光束的不锈钢镜支撑物。不同于样品I1，用入射的激光束照射样品I2的纹理化后部面。该光束第一次穿过玻璃陶瓷板，并被镜面支撑物反射，随后在相反方向上第二次穿过该玻璃陶瓷板（由光滑表面至纹理化表面）。也观察到了处理过的区域的过厚和前部面上的刺突的存在。但是在这种情况下，过厚被限制为几微米，而前部面上的刺突具有最高15 µm的高度。由此，不同于照射光滑表面，在照射纹理化表面的情况下，在触摸时几乎察觉不到过厚，但是通过触摸可以容易地检测前部面的刺突（次级凸起）。

放置玻璃陶瓷板的第三样品（I3），使得光滑的前部面接触包含反射激光束的不锈钢镜区域和吸收激光束的非反射性黑色区域（激光氧化不锈钢镜）的支撑物。用入射的激光束照射纹理化后部面。在支撑物的反射性表面区域处，激光束第一次穿过玻璃陶瓷板，并被反射，随后第二次穿过该板。在非反射性（在这种情况下为吸收性）表面区域处，激光束仅穿过该玻璃陶瓷板一次，随后被支撑物吸收。以与样品I2相同的方式，在与反射性区域相对的处理区域的前部面上观察到高度的略微增加和具有与后部面那些相同的布置的刺突。相反，在与非反射性区域相对的前部面上观察到过厚的降低，这实际上是通过肉眼或触摸无法检测的，并且完全不存在刺突。照射光滑的前部面（纹理化后部面与支撑物接触）导致类似的观察结果。

Claims

1.包含前部面和后部面的单片玻璃陶瓷板，所述后部面具有包含周期性设置的初级凸起的纹理化表面，其特征在于该前部面包含光滑表面区域和包含次级凸起的纹理化表面区域，并且在于次级凸起相对于彼此的相对布置与初级凸起相对于彼此的相对布置相同。

2.如权利要求1所要求保护的玻璃陶瓷板，其特征在于该次级凸起具有2至50 µm的高度。

3.如权利要求1或2所要求保护的玻璃陶瓷板，其特征在于该前部面的纹理化表面区域具有相对于光滑表面区域提高的高度。

4.如权利要求1至3之一所要求保护的玻璃陶瓷板，其特征在于该凸起沿着相互平行的线周期定位，并相对于线的凸起相对于相邻线的凸起交错排列。

5.如权利要求1至4之一所要求保护的玻璃陶瓷板，其特征在于两个相邻凸起的峰间隔0.5至5 mm。

6.如权利要求1至5之一所要求保护的玻璃陶瓷板，其特征在于该纹理化表面区域占该前部面的表面的至少1%。

7.纹理化如权利要求1至6之一所限定的单片玻璃陶瓷板的方法，包括：

- 提供包含光滑的前部面和具有包含周期性设置的初级凸起的纹理化表面的后部面的单片玻璃陶瓷板；

- 使用激光辐射纹理化该玻璃陶瓷板的前部面的区域。

8.如权利要求7所要求保护的方法，其特征在于放置在支撑物上的玻璃陶瓷板面向激光辐射运行。

9.如权利要求7或8所要求保护的方法，其特征在于该激光辐射是激光线。

10.如权利要求7至9之一所要求保护的方法，其特征在于该支撑物具有反射该激光辐射的第一表面区域和非反射性的第二表面区域。

11.如权利要求7至10之一所要求保护的方法，其特征在于在玻璃陶瓷板顶部放置掩模。

12.如权利要求7至11之一所要求保护的方法，其特征在于以W为单位表示的激光功率与以mm/min为单位表示的行进速度之间的比率大于1.8。

13.包含如权利要求1至6之一所要求保护的玻璃陶瓷板或通过如权利要求7至11之一所要求保护的方法获得的玻璃陶瓷板的烹饪设备。