CN111630015A - 处理单片玻璃陶瓷板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光处理玻璃陶瓷板的方法，其包括：提供整体着色的单片玻璃陶瓷板；将该玻璃陶瓷板放置在支撑物上；并使用激光辐射处理该玻璃陶瓷板；其特征在于该支撑物具有反射激光辐射的第一表面区域和吸收激光辐射的第二表面区域，并且在于放置在该支撑物上的玻璃陶瓷板在激光辐射对面行进。本发明还涉及能够通过该方法获得的单片玻璃陶瓷板。

Description

处理单片玻璃陶瓷板的方法

本发明涉及激光处理单片玻璃陶瓷板的方法，该方法特别能够改变其光学性质，还涉及能够通过该方法获得的玻璃陶瓷板。

已经描述了能够在整体着色的玻璃陶瓷板中存在相对于该玻璃陶瓷板的其余部分具有更高光透射的区域的几种方法。

第一种方法包括将一片另一种材料（例如由浅色玻璃或玻璃陶瓷制成）插入着色的玻璃陶瓷板中。但是，这种方法需要制造两种不同的材料。此外，例如通过粘合剂粘结或焊接实现的这两种材料之间的结合在由此获得的复合材料中产生了薄弱点。

第二种解决方案包括通过仅在玻璃陶瓷板的一部分上沉积充当滤光器的涂层来局部改变该玻璃陶瓷板的光透射。但是，这种方法的缺点是实施起来复杂且昂贵。此外，能够既实现所需光学性质又实现所需机械和/或化学耐久性和/或粘合性的涂层尚不明确。

近来，已经提出了使用激光处理来改变玻璃陶瓷的光透射的方法。此类激光处理能够局部提高整体着色的玻璃陶瓷板的光透射。但是，这些方法使用小的光束（至多为直径大约十毫米的光束），这需要大量处理时间以便划定宽的区域。同样，创建具有复杂轮廓的区域也很繁琐。

本发明提出了使用激光辐射处理整体着色的玻璃陶瓷板的方法，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处理大的表面，并提供一定程度的灵活性。更具体而言，本发明涉及处理单片玻璃陶瓷板的方法，包括：

- 提供整体着色的单片玻璃陶瓷板；

- 将该玻璃陶瓷板放置在支撑物上；和

- 使用激光辐射处理该玻璃陶瓷板；

其特征在于该支撑物具有反射激光辐射的第一表面区域和吸收激光辐射的第二表面区域，并且在于放置在该支撑物上的玻璃陶瓷板在激光辐射对面行进。

已经观察到，本发明的方法实际上能够显著提高与反射激光辐射的支撑物表面区域相对的玻璃陶瓷板的光透射。但是，尽管通过激光辐射来处理，与吸收激光辐射的支撑物表面区域相对的玻璃陶瓷板区域的透射受激光处理的影响要小得多。由此可以根据在支承物上限定的反射激光辐射的表面区域选择性地令该玻璃陶瓷板的某些区域“颜色变浅”，同时激光处理更宽的区域，或甚至整块玻璃陶瓷板。本发明的方法因此提供了比改变玻璃陶瓷板的光透射的目前已知方法更简单和更灵活的优点。

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，例如宽度可以为最高120 cm、或甚至180 cm，以及大于200 cm的长度，用于操作台应用。

该玻璃陶瓷板可以具有基本光滑的前表面（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。该后表面也可以是光滑的。但是，其可以具有纹理化表面，如疙疙瘩瘩的表面。

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。

该玻璃陶瓷板是整体着色的。其由此包含着色剂，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。该支撑物具有第一反射性表面区域和第二非反射性表面区域（即在该激光辐射的波长处基本上是吸收性的和/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吸收和/或透射至少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。在一个特定实施方案中，该非反射性表面是基本上吸收性的表面。该支撑物可以具有多个反射性表面区域和/或多个非反射性表面区域。

该支撑物还可以包含至少一个中间反射的表面区域。在本发明的含义中，中间反射的表面区域理解为是具有低于第一反射性表面区域且大于第二非反射性表面区域的激光辐射反射的表面区域。该支撑物还可以包括多个中间反射的表面区域。在这种情况下，各中间反射的表面区域可以具有与其它中间反射的表面区域不同的激光辐射反射性质。相反，所有中间反射的表面区域可能具有相同的激光辐射反射性质。该中间反射的表面区域通常反射该激光辐射的20%至50%、或甚至10至70%。

反射性表面区域的表面积（如果需要的话可以加上中间反射的表面区域的表面积）通常占该支撑物的表面积的至少1%、优选至少5%、或甚至至少10%。其通常占支撑物表面积的最多50%。该支撑物的尺寸通常至少等于要处理的玻璃陶瓷的尺寸，例如尺寸（长度和宽度）为20至120 cm。

本发明的方法包括使用激光来处理的步骤。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，以便显著改变与支撑物的反射性表面区域相对的玻璃陶瓷板区域的光透射。但是，与支撑物的非反射性表面区域相对的玻璃陶瓷板区域较少受激光处理的影响。不希望受任何理论的束缚，似乎通过激光处理导致的光透射的提高是由于着色元素中氧化还原平衡的改变造成的玻璃陶瓷板的褪色。假定由激光辐射向与支撑物的非反射性表面区域相对的玻璃陶瓷板区域提供的能量不足以显著影响光透射。不同于与反射性表面区域相对的玻璃陶瓷板区域，与非反射性表面区域相对的区域事实上仅被激光辐射穿过一次。

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。由此能够保护玻璃陶瓷板的某些区域免于后续激光处理造成的光学性质的任何改变。

该激光辐射优选由形成一条线的至少一条激光束（在下文中称为“激光线”）来提供，其同时照射玻璃陶瓷板宽度的至少一部分，通常为至少5%、或甚至至少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的波长特别适于处理用钒着色的玻璃陶瓷板。在选自808nm、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。

在玻璃陶瓷板的处理过程中，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，行进速度可以高得多。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。

与支撑物的反射性表面区域相对，激光处理玻璃陶瓷板导致其光透射显著提高。本发明中的光透射定义为玻璃陶瓷板本身的固有光透射（分别为玻璃陶瓷板的区域），即不存在任何涂层的情况下。该光透射如标准ISO 9050:2003中所定义，在D65光源、2°观察者下测得。由此，激光处理后获得的玻璃陶瓷板包含与支撑物的反射性表面区域相对的区域A和与支撑物的非反射性表面区域相对的区域B，区域A具有高于区域B的光透射。在其中玻璃陶瓷板的某些区域未经受激光处理的情况下（例如由于使用掩模而部分照射该玻璃陶瓷板），该区域B可以具有明显大于该玻璃陶瓷板的未照射区域的光透射。

在支撑物上存在中间反射的表面区域能够在激光处理后在与这些中间反射的区域相对的玻璃陶瓷片材区域上获得中间光透射的区域。这些中间光透射的区域具有大于第二区域和低于第一区域的光透射。

在激光处理后，与支撑物的一个或多个反射性表面区域，或甚至在需要的情况下中间反射的表面区域相对，该玻璃陶瓷板的前表面的表面还可以更高。

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，本发明还涉及包含第一区域和第二区域的整体着色的单片玻璃陶瓷板，其特征在于该第一区域具有大于第二区域的光透射。

该第一区域通常具有大于3%、大于5%、或甚至8%或10%，并且可以为最高20%、或甚至25%的光透射。该第二区域通常具有小于5%、或甚至小于3%的光透射。该第一区域可以具有比所述第二区域的光透射高超过1.5倍、或甚至超过2倍、优选4倍、或甚至5倍的光透射。该玻璃陶瓷板还可以包含至少一个中间透射的区域。该中间光透射区域具有大于第二区域和小于第一区域的光透射。其通常具有3至10%、或甚至5至8%的光透射。当该玻璃陶瓷板包含多个中间光透射的区域时，这些区域可以均具有相同的光透射性质，或各自具有不同于其它中间光透射区域的光透射。

该第一区域可以是连续或不连续的——即由几个子区域形成。第一区域的表面（如果需要的话可以加上中间光透射区域的表面）通常占该玻璃陶瓷板的表面的至少1%、优选至少5%、或甚至至少10%。其通常占该玻璃陶瓷板的表面的最多50%。

该第一区域，以及任选中间光透射区域，可以高于第二区域。提高的高度通常为大约1至100 µm、或甚至5至70 µm、或10至50 µm。

本发明的方法的优点在于能够快速处理宽的区域。经由单次非选择性激光照射玻璃陶瓷板，能够选择性提高玻璃陶瓷板的某些区域的光透射。具体而言，为此目的，本发明的方法不需要仅对需要显著提高光透射的这些区域进行照射。相反，该方法的优点在于可以通过一条激光线均匀照射整块玻璃陶瓷板，特别是同时照射玻璃陶瓷板的整个宽度的激光线。通过一个或多个反射性表面区域和任选一个或多个中间反射的表面区域，在支撑物上限定期望显著提高光透射的区域，其在激光处理过程中“转印”到该玻璃陶瓷板上。由此能够使用反射性表面区域和任选的中间反射表面区域以及非反射性（特别是吸收性的）表面区域在支撑物上的合适布置，可以将支撑物上产生的图案转印到玻璃陶瓷板上。如果需要的话，可以使用掩模以保护该玻璃陶瓷板的某些区域免于对其光学性质进行任何改变。

该图案可以具有美学或功能目的。它们可以是简单的几何图案，如圆形、盘形、多边形（正方形、矩形等）、框架等等，或更复杂的图案如徽标，或甚至绘图。

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，或用作装饰元件。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。

当该玻璃陶瓷板用于烹饪设备如炉灶面时，由此能够界定某些区域，例如加热区域或控制面板的框架。当通过玻璃陶瓷板观看控制屏幕，特别是LCD彩色屏幕时，产生宽阔的高透光区域是特别有利的。在这种情况下，中间光透射区域可以通过在低光透射区域与高光透射区域之间形成渐变过渡，例如光透射的渐变，来改善该玻璃陶瓷板的美学外观。

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处理，该玻璃陶瓷板由Eurokera出售，厚度为4 mm，用钒着色并具有根据标准ISO 9050:2003在D65光源、2°观察者下测得的1.5%的光透射。所用激光是波长为980 nm的连续激光，其以12毫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20 mm/min。

将玻璃陶瓷板样品放置在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）的支撑物上。同时在与支撑物的镜面区域相对和与黑色区域相对的区域上用激光线照射该玻璃陶瓷板。在激光处理后，在与镜面区域相对的处理区域上观察到光透射的显著提高，其可高达10%。但是，与黑色区域相对的光透射保持较低（< 5%）。

Claims (12)

1.处理单片玻璃陶瓷板的方法，包括：

- 提供整体着色的单片玻璃陶瓷板；

- 将该玻璃陶瓷板放置在支撑物上；和

- 使用激光辐射处理该玻璃陶瓷板；

其特征在于该支撑物具有第一反射性表面区域和第二非反射性表面区域，并且在于放置在该支撑物上的玻璃陶瓷板面对激光辐射行进。

2.如权利要求1所要求保护的方法，其特征在于该激光辐射是激光线。

3.如权利要求2所要求保护的方法，其特征在于该激光线同时照射该玻璃陶瓷板的整个宽度。

4.如权利要求1至3之一所要求保护的方法，其特征在于该激光辐射具有800至1200 nm的波长。

5.如权利要求1至4之一所要求保护的方法，其特征在于该玻璃陶瓷板是用钒着色的玻璃陶瓷板。

6.如权利要求1至5之一所要求保护的方法，其特征在于该支撑物包含至少一个中间反射的表面区域。

7.如权利要求1至6之一所要求保护的方法，其特征在于在该玻璃陶瓷板的顶部放置掩模。

8.能够通过如权利要求1至7之一所要求保护的处理方法获得的整体着色的单片玻璃陶瓷板，其包括第一区域和第二区域，其特征在于该第一区域具有大于第二区域的光透射，并且该第一区域占该玻璃陶瓷板表面的至少1%。

9.如权利要求8所要求保护的玻璃陶瓷板，其特征在于其包含中间光透射区域，其具有大于第二区域的光透射和小于第一区域的光透射。

10.如权利要求8或9所要求保护的玻璃陶瓷板，其特征在于所述第一区域具有比所述第二区域的光透射高超过1.5倍、甚至超过2倍、优选4倍、甚至5倍的光透射。

11.如权利要求8至10之一所要求保护的玻璃陶瓷板，其特征在于该第一区域的表面比该第二区域的表面高1至100 µm。

12.包含如权利要求8至11之一所要求保护的玻璃陶瓷板或通过如权利要求1至17之一所要求保护的方法获得的玻璃陶瓷板的烹饪设备。