CN111989300B - 由玻璃陶瓷制成的具有优异的表面质量的透明制品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由玻璃陶瓷制成的具有优异的表面质量的透明制品及其制造方法。由玻璃陶瓷制成的制品适合用作观察窗。根据本发明的用于制造由玻璃陶瓷制成的制品的方法包括以下步骤:–利用适合陶瓷化的原料组合物生产熔体,–借助于热成型由熔体生产由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的扁平的衬底,所述衬底具有两个相对布置的基本上平坦的表面,–利用平整化精加工方法加工衬底的至少一个表面,–使衬底陶瓷化以生产由玻璃陶瓷制成的制品。可选地,也可在陶瓷化之后加工在陶瓷化期间与底座接触的另一表面。

Description

由玻璃陶瓷制成的具有优异的表面质量的透明制品及其制造 方法
技术领域
本发明涉及由玻璃陶瓷制成的具有优异的表面质量的透明制品及其制造方法。
背景技术
玻璃陶瓷、尤其透明的玻璃陶瓷由于其广泛的用途而在高温领域中变得越来越重要。这是因为玻璃陶瓷具有小的热膨胀,因此玻璃陶瓷可应用在温度波动很大的领域中。
典型的透明的玻璃陶瓷基于主要成分为氧化锂、氧化铝和二氧化硅的LAS体系。这种LAS玻璃陶瓷的制造通常包括提供由熔体制成的毛坯玻璃,其中,毛坯玻璃可成型为制品或玻璃陶瓷板。然后将毛坯玻璃加热到成核温度,从而借助成核剂在毛坯玻璃中产生大量的结晶核。然后将温度提高到最佳的结晶温度。
通过这种制造方法可提供由玻璃陶瓷制成的制品,就其特性而言,例如该制品也可用作壁炉的观察窗。
例如由DE 10 2016 216 305 A1已知将透明的玻璃陶瓷用作例如壁炉、如烟囱的观察窗的应用。在该文献中描述了一种壁炉观察窗,该壁炉观察窗可用于外部区域以及内部区域。
DE 20 2014 004 209 U1也描述了一种具有玻璃或玻璃陶瓷板的壁炉观察窗。为了将壁炉观察窗固定在壁炉中或为了将其与其他的构件连接而提出由金属材料构成的固定部。
文献DE 103 44 439 B3描述了一种用于借助宽的棱面磨削制造玻璃陶瓷板的方法。
文献DE 10 2010 023 407 A1描述一种对于腐蚀氛围具有优异的耐化学性的玻璃陶瓷物体。
文献GB 1 322 796描述了一种借助于抛光方法对玻璃制品进行的表面加工。
文献JP 2013/112554 A描述了一种用于玻璃衬底的抛光方法。
文献JP 2015/176753 A描述了一种在背面具有经抛光的表面的加热板,其允许施加涂层。
文献US 2016/0075597 A1描述了一种用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平制品的方法,其中对表面进行抛光,以降低粗糙度并且改进透视性。
文献DE 10 2010 043 326 A1描述了一种用于使浮动的、可结晶的玻璃的强度增加的陶瓷化的方法。由于该方法,通过浮法在浮动的、可结晶的玻璃的表面上产生裂纹,其中将浮动池上方的成型气体氛围看作是裂纹的触发剂。该裂纹非常深并且降低了后续产品的强度,从而在陶瓷化之前和之后无法通过抛光经济地去除浮动的玻璃表面上的裂纹。
文献DE 33 45 316 A1描述了一种作为木材或煤炉中的窗玻璃的玻璃陶瓷。为了减少或防止在玻璃陶瓷暴露于含硫酸的气氛中时在玻璃陶瓷的表面中出现的裂纹和裂缝,通过额外的加工步骤在表面浸析玻璃陶瓷。该额外的工艺步骤非常复杂,并且由于使用了危险物质而带来了风险。
为了由玻璃陶瓷制造扁平的衬底,这对于用作观察窗来说是必需的,通常使用借助于辊的热成型。
但是由于用辊压方法的制造会在由玻璃陶瓷制成的制品的表面上产生细划痕和/或微结构,这会导致废品率提高或需要再加工,而再加工又会带来其他的缺点。
一方面,假设,由于成型辊的制造公差由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底的表面始终具有轻微的、但是可测量到的细小波度。已经发现这种细小波度对于该衬底的后续陶瓷化是不利的。在此通常使用底座或支撑板,衬底在其上运行通过连续加热炉或滚动炉以进行陶瓷化。
这些支撑板以及陶瓷化模具通常具有非常光滑、特别适配的、平坦的表面。如果此时将衬底放置到非常平坦的支撑板上,会在非常光滑的、平坦的支撑板和衬底的细波纹之间形成气垫,衬底会在气垫上滑动。在如今通常使用的全自动运输系统中,例如滚轮传送带或链带中会在衬底和支撑板或陶瓷化模具之间发生相对运动。这又会导致表面的局部损坏以及结果是影响强度,甚至使强度急剧下降。尽管采用了各种的改进措施,至今仍无法在辊压方法中生产没有这些细波纹的表面。
此外,制造遗留物也会导致局部损伤由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底的表面,该制造遗留物与工艺过程相关可能发生在玻璃陶瓷物体离开熔体之后的不同制造阶段中,尤其在热成型中。这些过程尤其包括用于成型的辊压和在相应的运输滚轮上的运输以及陶瓷化。在此制造遗留物例如可为小的颗粒,小的颗粒例如可从运输滚轮上脱落并且在与从玻璃熔体中输送出来的毛坯玻璃的接触区域中留在毛坯玻璃的表面上,或由于静电荷会附着在表面上。在毛坯玻璃直接来自熔体时,还由于毛坯玻璃的表面的强反应性加强了该附着。这些通常非常小的颗粒最初几乎不会觉察到,但是在后续的陶瓷化期间或在后续精加工时则引起大的问题,因为小的颗粒会导致表面上的划痕。
借助辊成型的另一缺点是,该表面在过程控制期间由于与辊的接触而获得轻微的微结构,该微结构在要求透视的应用中是有干扰性的。
对于由辊压过程引起的这些表面缺陷在此仅提供一种方案,设置额外的后续的制造步骤以对玻璃陶瓷制成的制品的表面进行精加工,从而至少降低该细小波度,去除可能存在的颗粒或使微结构平整化。但是通常,这些表面处理都与机械研磨和抛光工艺结合,这些工艺会导致机械强度的降低。
各种尝试表明,只能非常困难地达到初始的强度水平,并且需要复杂地设置各种研磨和抛光参数。
另一缺点是,尤其在由玻璃陶瓷制成的制品的情况下,由于制造而引起锂消耗的表面层减少会导致对燃烧的化学产物的耐受性显著降低。
因此期望的是,提供一种用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,该制品例如用作防弹观察窗,即用在层复合材料中,用作烹饪面、用作烤箱或壁炉的观察窗、用作烤箱门的窗、用作贵金属涂层的支撑板、用作显示罩,或用作未印刷或印刷的烹饪或工作台面或桌子,尤其具有大规格的至少为0.7m2、优选至少1.0m2的面积,该方法一方面能够至少减少复杂的后加工过程,例如对表面的精加工,该方法另一方面也使得能够制造具有高强度和耐用性的这种衬底。
以这种方式生产的由玻璃陶瓷制成的制品除了减少细小波度之外,也具有无缺陷的、尽可能无损坏的表面。这意味着,产生的表面也应尽可能没有划痕或肉眼可觉察到的其他损伤。
在此,由玻璃陶瓷制成的制品的机械特性、尤其是强度应尽可能保持不变。即使进行了额外的抛光步骤,优选该强度也应相当于由玻璃陶瓷制成的未经抛光的制品的强度、或者甚至更高。此外也应提供良好的耐冲击性。
最后,对燃烧的化学产物的耐受性应尽可能保持不变,至少应达到未抛光的观察窗的水平。
尤其应能够用作燃木炉、颗粒炉或焚化炉的防护观察窗,其中,对燃烧产物、尤其对含硫废气具有特别优异的耐受性,该废气可能包含由亚硫酸、甚至硫酸组成的化合物。
这意味着,生产的由玻璃陶瓷制成的制品的至少一个表面、优选面向燃烧区域的至少一个表面应具有相应高的耐受性。
以这种方式生产的玻璃陶瓷制品应尤其应用于具有温度波动大和/或具有机械应力的区域中,例如作为炊具、作为玻璃陶瓷烹饪面或在防火区域中。
发明人将其作为发明目的。
发明内容
令人惊奇地,该目的简单地通过根据其中一项独立权利要求的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法以及由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品得以实现,该制品例如用作防弹观察窗、也用在层复合材料中、用作烹饪面、用作烤箱或壁炉的观察窗、用作烤箱门的窗、用作贵金属涂层的支撑板、用作显示罩、或用作未印刷或印刷的烹饪或工作台面或桌子,尤其具有大规格的至少为0.7m2、优选至少1.0m2的面积。
本发明的优选的实施方式和改进方案由相应的从属权利要求中得出。
因此本发明提供了一种用于制造由玻璃陶瓷制成的用作观察窗的扁平的、透明的制品的方法,该方法包括以下步骤:
–利用适合陶瓷化的原料组合物生产熔体,
–借助于热成型由熔体生产由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的扁平的衬底,其具有两个相对布置的基本上平坦的表面,
–利用平整化精加工方法加工衬底的至少一个表面,
–使衬底陶瓷化以生产由玻璃陶瓷制成的制品。
根据本发明的方法优选可应用在大规模生产由玻璃陶瓷制造的扁平的、透明的制品的领域中。该方法可选地在下游包括加工由玻璃陶瓷制成的制品的另外的表面、尤其是与在陶瓷化之前被精加工的表面相对的且在陶瓷化期间与底座相接触的表面。
为了生产玻璃熔体,通常将具有适合后续陶瓷化的组合物的混合物加入玻璃熔融设备中并且熔化。借助不同的方法可从中制造玻璃体,其中,直接来自玻璃熔体的玻璃也称为所谓的毛坯玻璃。因此,毛坯玻璃理解为直接来自玻璃熔体的玻璃。如果毛坯玻璃被称为“可陶瓷化的”,则这在本发明中意味着,该毛坯玻璃适合在陶瓷化过程中进行陶瓷化并且能转变成玻璃陶瓷,但是同样也意味着该陶瓷化工艺还未完成或还未结束。
因此,在可陶瓷化的毛坯玻璃中还未发生或至少还未明显发生晶体形成——也称为结晶化或陶瓷化。因此,可陶瓷化的毛坯玻璃虽然包含用于晶体形成的成核剂以便可陶瓷化,但是晶体份额还非常低。尤其可陶瓷化的毛坯玻璃的晶体份额少于20体积%、优选少于10体积%、特别优选少于5体积%。
如果下文提及可陶瓷化的毛坯玻璃,则首先理解为从玻璃熔体中连续获得的、经辊压的可陶瓷化的毛坯玻璃。如果该可陶瓷化的毛坯玻璃被分离,例如借助断裂和断开被分离,则分离的部分也称为衬底或由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底。
在本文中,原则上不仅可在由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底上还可以直接在经辊压的、连续制成的玻璃带上,即在将其分离成衬底之前对可陶瓷化的毛坯玻璃的至少一个表面进行平整化精加工。然而,为了更好的处理,建议在相应地分离的衬底上进行平整化精加工。
根据本发明,可陶瓷化的毛坯玻璃可基于锂铝硅酸盐体系(LAS玻璃陶瓷)并且包括成核剂,该成核剂优选可包括TiO2和/或ZrO2、或SnO2。可陶瓷化的毛坯玻璃可具有下面示出的组合物范围(以重量%示出):
50-75SiO2、优选58–74SiO2、特别优选60–73SiO2
15-28Al2O3、优选15–25Al2O3
0–3.0B2O3、优选0–2.0B2O3
0–1.0F,
2.0–6.0Li2O、优选2.0–5.5Li2O、特别优选2.5–5.0Li2O,
0–6.5CaO+SrO+BaO、优选0-6CaO+SrO+BaO、特别优选0–5CaO+SrO+BaO,
0–7.0TiO2、优选0–6.0TiO2、特别优选0–5.0TiO2
0–5.0ZrO2
0–5.0ZnO,
0–3.0Sb2O3
0–3.0MgO,
0–3.0SnO2
2.0–7.0TiO2+ZrO2+SnO2
0–9.0P2O5
0–2.0As2O3、优选0–1.5As2O3
0–4.0Na2O+K2O,其中各个份额处于下面给出的范围之内:
0–4.0Na2O,
0–4.0K2O,
优选0–3Na2O+K2O,其中各个份额处于下面给出的范围之内:
0–2.0Na2O,
0–2.0K2O,
特别优选0–1.2Na2O+K2O,其中各个份额处于下面给出的范围之内:
0–1.0Na2O,
0–0.5K2O,
以及水含量为0.01-0.08重量%的常规澄清剂,如Sb2O3、As2O3、SnO2、Ce2O3、氟、溴和硫酸盐。
该制造以多个阶段进行并且在下面进行简单描述。首先根据上述组合物由碎玻璃和粉末状原料的混合物熔融和精炼出可陶瓷化的毛坯玻璃、下面也称为可结晶的起始玻璃。在此玻璃熔体达到1550℃直至最高1750℃、大多数直至1700℃的温度。在某些情况下,也使用高于1700℃、通常在1900℃左右的温度下的高温度精炼。在熔化和精炼之后玻璃通常经过辊压、浇铸、挤压或浮动的热成型,由此由可陶瓷化的毛坯玻璃制成扁平的衬底。在此,扁平的衬底可包括两个近似平坦的、相对布置的侧面,下文中也称为表面,并且由此构造成了板或盘片的形状。
在许多情况下,用于热成型的辊压有利于由玻璃熔体制造扁平的衬底,例如板或盘片。常见的辊压方法包括至少一对彼此反向旋转的辊,这也可应用在本文中。当然也可使用多个依次连接的辊,其中逐步地达到期望的厚度。
因此在特别有利的实施方式中,根据本发明的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法包括用于热成型的辊压方法,即可陶瓷化的毛坯玻璃运行经过至少一对彼此反向旋转的辊。该辊在下文也称为成型辊。为了运输至少一对辊,优选使用运输滚轮,也称为运输辊,将可陶瓷化的毛坯玻璃放置在运输滚轮上并且可以驱动运输滚轮以运输放置的可陶瓷化的毛坯玻璃。
为了经济地制造基于LAS体系的玻璃陶瓷,一方面,在热成型时低的熔融温度和低的加工温度VA是期望的。另一方面,在成型时玻璃必须不能表现任何失透,即,玻璃必须不能形成有干扰性的晶体,因为晶体在玻璃陶瓷制品中会使强度降低或干扰可见性。
在经由辊成型时关键的最冷区域是,在将玻璃通过辊成型为扁平的衬底且被冷却之前玻璃熔体与由贵金属制成的拉伸喷嘴的接触。热的玻璃熔体与明显更冷的成型辊和/或运输辊的接触通常导致经辊压的衬底上的细小波度。
因此,由于辊压和/或运输过程,可能在可陶瓷化的毛坯玻璃的表面的区域中产生波度。在本发明中波度称为细小波度。由此波度或细小波度表示可陶瓷化的毛坯玻璃的至少一个表面的不平整度,其周期性地以比粗糙度更长的间距出现并且由此与理想的平整表面不同。该波度可周期性地、即重复地以相对于深度更长的间隔出现。在此,产生波长在约5mm至约500mm的范围中的细小波度,因此这意味着两个相邻的波谷或波峰的间距。
具体的波长与各个工艺参数相关,例如成型辊和/或运输滚轮的直径或成型辊和/或运输滚轮的表面与可陶瓷化的毛坯玻璃之间在接触区域中的温度差。
在经辊压的扁平衬底上的细小波度在后续陶瓷化期间会导致由玻璃陶瓷制成的制品的表面上的损伤,该损伤会显著限制制品例如作为观察窗的应用性和/或降低产量。这应在下面进行简单说明。
在陶瓷化期间将衬底支承在用作窑具的也称为支撑板的光滑的底座上。支撑板通常可由对温度高度稳定的材料制成,该材料包括陶瓷或玻璃陶瓷的材料。后者通常为由主要包含热液石英混晶(KMK)的玻璃陶瓷制成的所谓的底座板。由热液石英制成的支撑板例如在同一申请人的US7056848B2以及DE 102 26 815B4中描述。
当然也可对通过中间层、例如支撑板或分隔件分开的堆叠在支撑板上的待陶瓷化的不同衬底进行陶瓷化。所谓的陶瓷化模具中的陶瓷化,例如技术人员已知的重力降低工艺还取决于毛坯玻璃的尽可能低的细小波度。
除了细波纹以外,也可能存在其他不利的表面特性,例如微结构,这将在下面进行讨论。将具有微结构的平整衬底放置在支撑板上可使得在衬底的表面上的微结构或细波纹与支撑板的非常光滑、平坦的表面之间形成气垫,衬底可在气垫上滑动。在如今常见的全自动的运输系统中,例如在滚轮传送带或链带中会在衬底和支撑板之间发生相对运动。但是发现衬底的经辊压的表面上的上述微结构和/或细波纹是有问题的。这又可使衬底的表面发生局部损伤,例如由于彼此之间的相对运动而在波峰区域中呈细划痕的形式以及伴随的强度的急剧下降。由于刮擦而损坏的玻璃陶瓷表面在其受到拉应力时明显更快地断裂。拉应力会导致裂纹扩展并且在冲击载荷下会发生断裂。
可陶瓷化的毛坯玻璃的表面的上述微结构化归因于成型辊和/或运输滚轮的表面(一方面)与可陶瓷化的毛坯玻璃(另一方面)之间的温度差。因此,在接触区域中出现可陶瓷化的毛坯玻璃的表面与细波纹叠加的纹理,这会导致看起来类似于橘子表面的“孔隙”,因此也称为“橘子皮”。该微结构的波长小于1mm、通常在0.002mm至0.005mm之间的范围中。
该微结构或多或少地会影响之后由玻璃陶瓷制成的制品的透视性,并且在不利的情况下由玻璃陶瓷制成的制品甚至不能用作观察窗。表面的孔隙意味着,在透视由玻璃陶瓷制成的制品时,例如看向位于制品的另一侧的物体时感觉该物体是模糊的。
因此通常作为最后的加工步骤,即在陶瓷化之后对表面进行精加工、尤其对表面进行抛光。
发明人已经发现,由于各种原因,对通过辊压方法生产的由玻璃陶瓷制成的透明制品的表面随后进行精加工是不利的。
首先,在陶瓷化之后,即在由玻璃陶瓷制成的制品上进行去除材料的平整化精加工、例如抛光或研磨是不利的,因为所谓的“玻璃化区”、即在陶瓷化期间可能从衬底的表面开始产生的锂消耗层或靠近表面的表面层减小、甚至被完全去除。通过在陶瓷化期间合适地调节炉参数可产生该层。
但是该层的减小或去除是不利的,因为该层对例如在烟囱的燃烧室中的燃烧产物可能产生的酸或酸性气体具有优异的耐受性。因此,对含硫废气具有特别高的耐受性对于由玻璃陶瓷制成的用作壁炉观察窗的制品非常重要,废气可包含由亚硫酸、甚至硫酸组成的化合物。
另一方面,已经表明在陶瓷化期间附着在可陶瓷化的毛坯玻璃的表面上的最小颗粒粘住并且在后续的精加工、例如抛光或研磨的过程中会导致表面的进一步损伤,尤其划痕、所谓的“彗星划痕”。因此,这些先前肉眼不可见的颗粒会导致成品制品上的明显可见的不期望的表面现象。
微观的小颗粒可为制造遗留物或在热成型期间产生的其他异物,例如来自运输滚轮的颗粒。在这种小颗粒例如从运输滚轮上脱落时,小颗粒在与可陶瓷化的毛坯玻璃接触时例如由于静电电荷而附着在表面上。即使这些非常小的颗粒几乎或根本不能被肉眼所觉察,但是它们在后续的精加工期间、即在陶瓷化之后会引起大问题,因为它们由于抛光而在表面上运动并且因此在表面上会引起划痕。在此困难的是,放置或附着的颗粒在陶瓷化期间渗入材料更深并且会引起更深的划痕。
与表面的细小波度相关地,也可在陶瓷化期间在由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底与支撑板之间进行上述相对运动时产生这种可见的划痕。
令人惊奇地发现,在陶瓷化之前借助平整化精加工方法对尤其基于LAS体系的由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底的至少一个表面进行加工具有各种优点。
对可陶瓷化的毛坯玻璃的至少一个表面进行平整化精加工、尤其抛光或研磨可使得细小波度降低,使得由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底不再在光滑的底座上滑动,并且不再由于造成的相对运动而划伤表面。
对可陶瓷化的毛坯玻璃的表面进行平整化精加工最有利地使得附着或位于该表面上的颗粒可被去除。
此外,在此还能非常有利地去除表面的微纹理,即“橘子皮”。
因此根据本发明,使可陶瓷化的毛坯玻璃的至少一个表面经受精加工、尤其是抛光或研磨过程,其中,以辊压方法生产可陶瓷化的毛坯玻璃,并且其中,在制造过程中该表面与至少一个成型辊和/或与运输滚轮接触,并且其中,可陶瓷化的毛坯玻璃的晶体份额小于20体积%、优选小于10体积%、特别优选小于5体积%。
因此根据本发明,在由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底的至少一个表面上进行平整化精加工。在该方法阶段中还不存在由玻璃陶瓷制成的制品,因为还未进行陶瓷化。这是令人惊奇的,因为之前设想的是这种加工方法仅可用在已经进行陶瓷化的制品中,因为精加工会使得被加工的表面进一步发生表面改变。因此,优选如此地进行平整化精加工,使得仅以预定的程度降低细小波度。
令人惊奇地发现,在随后对由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底进行陶瓷化时表面的降低的较小的细小波度使得显著减少了在非常光滑的支撑板上的气垫并且该气垫部分地、甚至基本不存在。由此显著降低了平板在穿过炉期间的相对运动或在理想情况下不再发生相对运动。
因此,基本上限于去除波峰的细小波度的微小降低显著降低了由于陶瓷化而在表面上产生的划痕。因此,如果该精加工仅涉及降低波峰而不是整面变平整,衬底的表面可在已加工的区域中以特定程度保持其初始质量。因此在该第一实施方式中衬底的表面的初始粗糙度尤其在波谷中可保持不变。在此去除材料直至从表面、优选从波峰开始测量的大约为波的幅度的一半的深度,这可在精加工的程度(一方面)和波度的降低(另一方面)之间实现良好折衷。该方法可非常经济地应用,并且优选用于不需要非常好的透视性并且没有微结构的由玻璃陶瓷制成的制品或产品组。这些例如可以是染色的或体积染色的玻璃陶瓷。
因此同样保留了经处理的表面的轻微的细小波度,因此实现能够快速经济地加工。因此精加工的目的不是如在借助抛光对表面进行磨削或平整化的通常的情况下那样完全地去除波峰,而是容许表面的剩余细小波度。
这还有利地将机械强度保留在高水平上并且可在表面上保留了锂消耗的区域。由此使得成品、即陶瓷化之后的衬底对来自燃烧残留物的化学产品更加耐受。
通过在陶瓷化之前对表面进行精加工尤其可以降低细小波度到如此程度,使得,将衬底的平整化后加工的表面放置到支撑板上,由毛坯玻璃制成的衬底几乎没有或在理想情况下完全不再在光滑的支撑板上滑动。由此可实现,通过将其放置到支撑板上并且尤其在陶瓷化期间将其运输使得表面的划伤明显更少、在理想的情况下甚至不再有划伤。
如上所述,对可陶瓷化的毛坯玻璃的精加工的程度不是完全地去除上述微结构和/或颗粒或基本上只能去除“波峰”上的微结构和/或颗粒;这对于要求无瑕疵地透视的由玻璃陶瓷制成的制品或产品组是不利的。因此,在可陶瓷化的毛坯玻璃的待加工的表面中,表面整个部分的至少10%、优选至少20%、特别优选至少30%、至少40%、甚至50%、甚至更多保持未加工,因此该表面还表现为其初始的特性。该相对很小程度的平整化精加工可特别快速地进行。因此原则上可将该方法直接用在玻璃带上。
因此,在本发明的特别有利的第二实施方式中,仅进行很少量的材料去除、但是在整个表面上进行。在此可利用保持一定的细小波度。换句话说,通过精加工、例如抛光或研磨不仅去除在波峰的区域中的材料,而且也去除在波谷的区域中的材料。因此,完全地加工了衬底的相应表面,即进行整面的材料去除。但是在此材料去除可为不同程度的,优选在波峰的区域中较强并且在波谷的区域中较弱,从而减小细小波度。
以这种方式不仅降低了细小波度,而且也去除了可能的微结构,尤其可能的橘子皮。因此优选去除至尽可能完全去除微结构的深度。一般而言,在整面的材料去除时从表面开始测量的去除深度在约0.1μm至5μm、优选0.1μm至1μm的范围中,从而可靠地去除存在的气孔和颗粒。由此可节省时间且成本有利地实现精加工。整面的材料去除特别有利地使得也可去除在可陶瓷化的毛坯玻璃的表面上存在的波谷的区域中的颗粒。
因此,在特别有利的实施方式中在陶瓷化之前仅对可陶瓷化的毛坯玻璃的一个表面进行精加工,例如抛光或研磨。优选地,这涉及在热成型期间主要与成型辊和/或运输滚轮接触的表面,因为在此存在最大的粘附风险。一般地,这涉及可陶瓷化的毛坯玻璃的下侧,该下侧置于运输滚轮上并且因此与其他的表面频繁接触。
例如可借助具有至少一个去除面的去除工具进行平整化精加工,其中,可将材料从由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底的需要再加工的表面上去除。在此,该去除工具可具有至少一个去除面,该去除面围绕垂直于去除面的轴线旋转,并且其中,沿着预定的轨道例如以恒定的进给、但是不同的工艺参数,如压力和转速在需要再加工的表面上引导去除工具,并且其中,轨道彼此重叠。在此将结合的或松散的磨蚀料作为磨料或抛光剂和/或冷却剂加入。
例如在同一申请人的文献DE 10 2010 033 041A1中给出一种示例性的平整化精加工方法,该文献完全并入本申请中。
该文献提出了用于对由玻璃或玻璃陶瓷制成的扁平衬底的表面进行平整化精加工的方法,其中:
–借助多个去除工具从衬底的需要再加工的表面上去除材料,其中,该去除工具具有去除面,去除面分别围绕垂直于去除面的轴线旋转,其中,
–沿着预定的轨道尤其以相同的进给量、但是优选不同的工艺参数,如压力和转速在需要再加工的表面上引导去除工具,其中,轨道彼此重叠,并且其中
–至少一个第一去除工具用结合的磨蚀料作为第一粒度的磨料磨削需要再加工的表面,以及
–至少一个第二去除工具用松散的第二磨蚀料作为具有相对于第一磨料更细的粒度的抛光剂抛光经至少一个第一去除工具磨削的表面,其中,第二磨蚀料包括浆料,并且其中,
–该浆料在磨削期间也被引入作为额外的细粒磨蚀料和冷却剂的至少一个第一去除工具的去除面与需要再加工的表面之间。
可以特别经济地操作这种利用同时接合的多个去除工具进行的去除过程。
尤其对于根据第二实施方式的整面材料去除,有利的是去除工具包括柔性的去除头而不是刚性的去除头。在此可想到例如柔性的抛光头,该抛光头补偿波度并且可引起表面上的恒定的按压力。
虽然去除过程同时发生,即第一和第二去除工具至少暂时同时地加工表面,但是它们在时间上是错开的,因为第二工具抛光已经被第一工具加工过的表面。
首先通过将精磨工具进入工件中开始材料去除的第一过程,并且在加工完第一轨道之后,通过将抛光板进入已经通过精磨工具预处理的工件中开始材料去除的第二过程。最后,在抛光板移出最后的轨道之后从工具中移出之前,通过将精磨削工具移出首先结束材料去除的第一过程。因此虽然工具部分地同时加工工件,而这些工具不是同时加工相同的表面区域。
用于对由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的扁平的衬底进行平整化再加工的示例性装置基于以下:
–至少一个去除工具,和
–运动机构,借助该运动机构使得在衬底的需要再加工的表面上引导至少一个去除工具并且借助该至少一个去除工具去除材料,
其中,该至少一个去除工具具有去除面和旋转驱动装置,借助旋转驱动装置使得去除面分别围绕垂直于去除面的轴线旋转,其中,
–运动机构被设计成,使得沿着预定的轨道、尤其以相同的进给量、但是必要时不同的工艺参数、如压力和转速在需要再加工的表面上引导至少一个去除工具,其中,在有多个去除工具的情况下轨道彼此重叠,并且其中
–至少一个去除工具具有抛光头作为去除面,其中,设有输送装置,该输送装置为抛光头输入呈浆料形式的松散的磨蚀料,并且其中,
–借助输送装置在抛光期间将该浆料输送给需要再加工的表面的去除面。
在改进方案中设有至少一个第二去除工具,其中,第一去除工具具有包括结合的第一粒度的磨料的去除面,并且其中,第二去除工具具有抛光头作为去除面,其中,输送装置为抛光头输入呈浆料形式的具有比第一磨料更细的粒度的松散的第二磨蚀料。
该方法特别适用于对由玻璃陶瓷制成的扁平的衬底进行再加工,但是令人惊奇的是,如上所述也特别适用于对由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的扁平的衬底进行平整化精加工。
衬底可具有的厚度在1至10mm的范围中,并且同时厚度波动直至200微米。该盘片优选具有的面积大于1m2,因为尤其在大面积的衬底中引起根据本发明的工艺的高效率。
关于去除工具在需要再加工的衬底上的运动,已经证明对于均匀去除特别有利的是,去除工具借助相应合适的运动机构沿着彼此平行的轨道运动。轨道还优选为直线的。通过直线形的平行的轨道可针对表面区域精确地确定去除工具的作用持续时长。此外,以这种方式实现了在整个平整化后加工表面上的均匀的作用时长。但是不排除,该目的也可通过其他的运动模型实现。但是,关于借助本发明可实现的加工时间的缩短而言,均匀通过表面的工艺时间是特别重要的。相反地,通过完全随机或准随机的运动不可实现这种加工时长的缩短,因为在这种情况下必须长时间进行磨削和/或抛光,以便实现表面上的均匀去除。但是必要时可在轨道上叠加另一随机的运动,例如以避免轨道边缘上的阶梯式的高度差。
另外,在去除期间移动至少一个去除工具使得去除面的边缘在衬底的边缘上方,其中在此旋转轴线保持在衬底上,借助该方法除了由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的扁平的衬底的边缘以外均能够被均匀地去除。对于在边缘处的去除的均匀性有利的是,移动至少一个去除工具越过边缘至少直至去除面的直径的三分之一。
当然在此,在多于一个的去除工具的情况下,在需要再加工的衬底的表面上引导去除工具,使得首先通过在机器上的至少一个第一去除工具、然后在时间上之后通过至少一个第二去除工具分别驶过表面区域,而在两个操作步骤之间没有处理任务。
优点是,对于两个工艺步骤,用作抛光用的磨蚀料的浆料也可用作磨削头或第一去除工具的磨蚀料和/或冷却剂。同样有利的是,可以在没有任何质量损失的情况下使浆料循环运行,而不会有由于释放的磨削颗粒而在抛光步骤中由于第一工具的去除面而被刮擦的风险。在此值得注意的是,具有第一粒度的较粗大的磨料的单个颗粒在抛光头上会破坏整个抛光效果。
根据本发明的优选改进方案使浆料循环运行,其中,在磨削或抛光步骤之后残留的浆料再次被收集并且重新输送给去除工具。根据本发明的该改进方案提供了一种用于浆料的循环输送装置,其中,该循环输送装置包括用于收集在磨削和抛光之后残留的浆料的装置和用于将收集的浆料重新输送给第一和第二去除工具的装置。
浆料通常是磨蚀料在液体中的悬浮液或分散液。优选地,使用氧化铈在水中的悬浮液作为浆料。但是也可使用其他的磨蚀料和液体,例如油和添加剂以防止磨蚀料颗粒在水中沉淀和聚集。各种磷酸盐是合适的,例如单水合磷酸钠(NaH2PO4)、磷酸二钠(Na2HPO4)、焦磷酸钠(Na4P2O7)以及有机盐,例如柠檬酸钠(C6H5Na3O7或C12H25NaOS)。
通过该方法还可在一台机器上实现不同的磨削和抛光过程,而无需单独地引导液体的工艺流入和流出,或为两个工艺步骤提供共同的磨蚀料和冷却剂的输入和输出。由此借助单独的磨削和抛光过程节省了近40%的通常处理时间。
第一粒度的磨料优选具有至少8微米的粒度,特别优选地具有最高40微米的粒度。将磨蚀料用于浆料,磨蚀料的粒度优选为小于2微米,符合正太分布。上述尺寸说明分别涉及晶粒的平均直径。已经发现,对于至少一个去除工具适合的是金刚石薄膜或镶有金刚石的金属盘片。但是也可使用其他的磨蚀料,例如刚玉、碳化硅等。已经发现,对于抛光工具的磨蚀面最合适的是毛毡或弹性体,优选聚氨酯。
在浆料循环运行时,此时有利的是,设置分离装置,分离装置连接在用于重新输送浆料的装置的上游,并且借助该分离装置分离浆料中的固体的粗粒部分和细粒部分。来自整个过程中排出的浆料的返流的浆料通常具有:
a)通过精磨或第一去除工具的去除而产生的粗磨部分,
b)借助至少一个第二去除工具来自抛光过程的相应的精磨料,
c)来自环境的外来颗粒,以及
d)浆料的磨蚀料的变化的粒度分布。
离心机或旋风分离器特别适用于筛分固体组分并且适用于将其分离成粗粒部分和细粒部分。由此可通过将重新输入流分离成细磨削和抛光两个工艺步骤、并且在下游具有用于细研磨的浆料的粗粒部分以及从上游为抛光工艺供给浆料的细粒部分,从而确保了固体的粗粒部分尤其不再具有第一粒度的磨料部分。尤其也可想到将沉淀池作为分离装置,但是该沉淀池比离心机或旋风分离器更慢地起作用,从而在此必须提供大量的浆料。与分离装置的类型无关,此时有利地仅将具有较细的固体的浆料部分再次输送给去除工具。
已经发现在用于磨削过程以及后续的抛光的去除面的直径不同时,对于快速且均匀的去除也是有利的。在此尤其有利的是,至少一个第一去除工具的去除面比至少一个第二去除工具的去除面具有更大的直径。为了能够有效地将通常在辊压时引起的玻璃厚度差平整为不高于200微米,对于尤其面积大于1m2的玻璃/玻璃陶瓷板,第一去除面的直径大于500毫米是有利的。此时,将至少一个第二去除工具的去除面的直径相应地选择为小于500毫米。
对于均匀去除还有利的是,使去除工具驶过的轨道以其宽度或其直径的至少20%、优选至少三分之一重叠。这优选分别单独地适用于通过该去除工具或第一去除工具以及通过该去除工具或第二去除工具驶过的轨道。轨道重叠过少,会沿着轨道引起不同高度的可见条纹。
为了将加工时间保持得很短,还有利的是以曲折的路径在需要再加工的表面上引导去除工具。为此,去除工具在去除时在沿着轨道的方向上前后运动,其中,待加工的盘片相对于去除工具横向于轨道间歇性地运动。
为了节省工艺时间可参考磨蚀料的粒度将该工艺作为两个阶段实施。换句话说,仅使用两种不同的粒度就足够,即,第一去除工具的磨蚀料的较粗的粒度和结合的粒度以及浆料中的磨蚀料的较细的粒度。但是根据本发明的该改进方案当然也可分别使用多个第一和/或第二去除工具。
通过精加工方法,其中前述仅为示例性描述,可提供由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底,衬底具有至少一个非常平坦的、光滑的表面,该表面具有很低的细小波度和很低的粗糙度。该平整化精加工可直接在辊压之后、即紧接在热成型之后进行。由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的扁平的衬底的细小波度在平整化精加工之后(即紧接在热成型之后)小于先前。
原则上,由玻璃陶瓷制成的成品的对于肉眼可见的波度由两个参数组成。一方面振幅是决定性的。但是,该振幅的可见性与波度的波长直接相关。通常可以说,波度的波长越大,波度的振幅也会越大,但是肉眼不会察觉到。例如,在振幅大于50μm并且波长小于135mm时得到肉眼可见的波度。
通过将平整化精加工用在可陶瓷化的衬底的表面上可降低加工表面的细小波度,该波度可如下定义:
可陶瓷化的毛坯玻璃或由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底的可实现的波度最高为500μm、优选最高为50μm、十分特别优选最高为10μm,该波度测得为在波谷和相邻的波峰之间的高度差。而约0.1mm至0.2mm的最小波度对于陶瓷化似乎并不重要,但是有助于将衬底更牢固且更稳定地支撑在支撑板上。因此,在精加工之后衬底的波度优选至少为0.1mm或至少0.2mm。可实现的波长的波度在50和500mm之间、优选在60和200mm之间。
根据主要去除波峰的第一实施方式的借助平整化精加工方法处理的衬底表面的粗糙度在此基本上没有变化。最大的粗糙度Ra在不利的情况下最高为0.5μm,正常情况在0.2μm-0.5μm的范围中。
而根据整面去除材料的第二实施方式的借助平整化精加工方法处理的衬底表面的粗糙度小于初始的粗糙度,并且为Ra<0.02μm、优选Ra<0.010μm。
在对由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底的至少一个表面进行平整化精加工之后进行陶瓷化工艺,以获得由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品。这可以以下面简述的方式实现,例如也在同一申请人的文献WO 2012/019833中被描述,并且在此全部并入本申请中。通过此处描述的陶瓷化方法可生产高度透明的且同时高强度的玻璃陶瓷制品,该制品的特点是在成核和结晶阶段中的保持时间短。
为此提供了包括可陶瓷化的初始玻璃的扁平衬底,该初始玻璃中包含成核剂,并且衬底经受热处理,其中,首先将初始玻璃加热到700至810℃范围中的成核温度,并且在该温度范围中保持3和120分钟之间的时间,然后将具有形成的晶核的初始玻璃从成核温度加热到810至880℃,其中,加热速率为0.1至5.0K/min,然后将至少部分已经陶瓷化的初始玻璃加热到880和970℃之间的温度,其中,至少部分陶瓷化的初始玻璃在加热之后保持在该温度范围中几分钟,并且该工艺步骤的持续时间在1和45分钟之间,然后将玻璃陶瓷至少冷却到低于600℃,其中,冷却率至少为5K/min,并且在陶瓷化时使用前述支撑板。在此利用以下效果,即,通过特定地组合成核和结晶温度,可以以特定的持续时间和快的冷却速率制造高强度的、高透明度的玻璃陶瓷制品。
前述的陶瓷化方法的特殊优点是均匀结晶,这理解为晶体或晶粒在剩余玻璃相中均匀分布并且具有非常相似的粒度。这种分布一方面降低了在玻璃陶瓷的各个相之间的光散射和折射率差异,并且另一方面提高了生产的玻璃陶瓷制品的透明度。因此晶体的粒度具有的标准偏差小于﹢/-5%、优选小于+/-3%、尤其优选小于+/-2%。合适的LAS玻璃是具有如上所述组合物范围的玻璃陶瓷。
为了控制陶瓷化工艺的上述参数,优选可使用电加热炉进行陶瓷化、其优选以连续加热炉、尤其滚动炉的形式。在陶瓷化时使用支撑板。但是也可使用装料炉。
陶瓷化可在前述炉类型中进行,即加热1至5h加热到750℃至980℃,从而产生具有高石英混晶(HQMK)作为主晶相且结晶度为50%至90%以及晶粒尺寸在20nm至100nm之间的平板。
根据本发明,为了根据第一实施方式进行陶瓷化,将由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的扁平的衬底放置到底座或支撑板上,使得将平整化后加工的表面放置在支撑板上。因此,在陶瓷化期间扁平的衬底的借助平整化精加工方法处理的表面与支撑板接触。
衬底的放置在支撑板上的一侧在之后的应用中通常为后侧。这是由于,虽然对衬底进行了精加工,但是由于该表面与底座接触仍会留下小的刻槽、附着的颗粒或压痕。因此,该侧在成品中优选用作后侧,该后侧背离使用者。
衬底的后侧或下侧是例如在用作透明的烹饪面时进行染色的、产生下侧的涂层的那侧,并且在安装为灶具时其是背离观察者的一侧,而玻璃陶瓷盘片的上侧(通常在陶瓷化工艺期间额外装饰的)面对观察者。
在例如用作防火层压板系统时,相关LAS玻璃陶瓷盘片的后侧经受层压处理。在用作太阳能工业的支撑板时,相关侧例如可经受离子交换处理或在电场中与其他的玻璃接触。
根据本发明,对于根据第二实施方式的陶瓷化可将由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的扁平的衬底放置到底座或支撑板上,使得平整化后加工的表面没有放置在底座上。因此利用平整化精加工方法处理可陶瓷化的毛坯玻璃的仅一个表面就足够,这使得该方法特别有利。因此,在陶瓷化期间可陶瓷化的衬底的平整化后加工的表面没有与衬底接触,而是背离衬底并且进而也直接暴露于炉氛围。
这具有的显著优点是,在陶瓷化期间在可陶瓷化的毛坯玻璃的背离衬底的上侧可形成期望的、下面还将阐述的玻璃化的表面区,其中,由于前述精加工该表面没有在热成型期间在下侧上形成不期望的颗粒和/或也没有气孔或微结构,这有助于良好的透视性。因此,由玻璃陶瓷制成的制品的该侧对燃烧产物的侵蚀具有期望的特别优异的耐化学性,并且例如在用作炉子的观察窗时可非常有利地面对燃烧室。
在该实施方式的改进方案中,在陶瓷化之后可对在陶瓷化期间与支撑板接触的表面进行另一精加工。这具有以下优点,即,可从陶瓷化工艺中去除外来材料。如果这种由玻璃陶瓷制成的精加工的制品例如用作炉腔面板,在该侧对耐化学性和强度的要求不太高。借助该方法实现了成本有利地去除微结构以更好地透视,并且还在陶瓷化之前去除了来自热成型的有干扰作用的遗留物,该遗留物在陶瓷化之后在抛光时导致损伤,并且还同样去除了在陶瓷化时产生的遗留物。如果还使用柔性的抛光片,这种处理方式可以非常成本有利地进行,因为无需去除波纹,而是仅使微结构变平整。
在电子炉或气体炉中进行陶瓷化期间,在得到的玻璃陶瓷结构中存在上述高石英混晶作为主晶相时,通常可在相关的LAS玻璃陶瓷盘片的上侧形成200nm至2000nm厚的、锂消耗的、通常主要为无定形的、玻璃化的表面区。
通过上述方法能够提供一种由玻璃陶瓷制成的扁平的、高度透明的制品,尤其在使用LAS初始玻璃时该制品用作具有优异的表面特性的观察窗。由于其特性,该制品原则上也可用作例如车辆的观察窗。根据本发明生产的由玻璃陶瓷制成的扁平的制品的表面质量可根据不同的参数和产品特性来表征。
因此,本发也涉及优选根据前述方法制造或能够根据前述方法制造的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品。
根据本发明的由玻璃陶瓷制成的制品的特征是,具有两个平行伸延的非常光滑的表面,其中,至少一个表面可具有非常高的光泽度,光泽度可根据ASTM D 5767标准作为DOI值给出。根据本发明,该DOI值至少为DOI>=85、优选为DOI>=90。
借助根据本发明的方法制成的由玻璃陶瓷制成的制品具有非常高的透明度,因此例如即使在层状复合材料中仍然满足对车辆观察窗的要求。
根据本发明的由玻璃陶瓷制成的制品在壁厚为4mm时在可见光波长范围内的透射率如下:在波长400nm时大于0.75、在波长450nm时大于0.845、在波长550nm时大于0.893、在波长600nm时大于0.90、在波长700nm时大于0.90。
此外,该制品对燃烧产物、尤其对含硫废气的化学耐受性具有非常高的值,所述废气包含由亚硫酸、甚至硫酸组成的化合物,并且例如在木材和炭燃烧时产生。因此保持了对硫酸作用的良好耐受性。
由玻璃陶瓷制成的制品的波度最高为500μm、优选最高为50μm、特别优选最高为10μm,其测得作为在波谷和相邻波峰之间的高度差。波长的可实现的波度在50和500mm之间、优选在60和200mm之间。
此外,这些制品也可以为高强度的,因此可用作保护性应用的玻璃陶瓷。在对根据该方法制成的未经抛光的和经抛光的材料的耐冲击性的比较中,根据本发明的经抛光的材料显示出显著的强度提高。该强度提高至少为20%。
在此,根据DIN 52306的落球实验确定耐冲击性。在该实验中将200g重的钢球从限定的高度自由落下到规格为100x 100x 4mm的试样的中间。将掉落高度逐渐增加,直至发生断裂。耐冲击性是统计量,并且在一系列约20个试样上进行。根据DIN EN 61649依照威布尔模型进行评估。
此外还发现,在陶瓷化之前通过精加工以及降低衬底的至少一个表面的细小波度还改进了辊压表面典型的表面形貌,从而不再需要对由玻璃陶瓷制成的制品进行再加工,但是同时在之后将由玻璃陶瓷制成的制品用作烘烤或燃木炉的观察窗时,在关闭设备并且操作员看向黑色的内部空间中时,此时可实现视觉上吸引人的外观。
这还使得保留了锂消耗的、通常主要是无定形的(玻璃化的)表面区。
在此,根据本发明的由玻璃陶瓷制成的制品可具有所有已知的几何尺寸和形状(扁平的、圆的、成角度地变形的、3D变形的),并且具有其他的元素,例如装饰色、涂层和经设计的边缘(例如扁平棱面)。
因此,本发明描述了一种用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法以及由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的该制品,该制品用作防弹观察窗(层状复合物)、烹饪面、烤箱或壁炉的观察窗、用于高温或极低温度应用的玻璃陶瓷物体、用作焚化炉的炉窗、用作白色家电、用作烤箱门的窗、用作贵金属涂层的支撑板以及用作感应或气体加热装置的烹饪面、用作真空涂层工艺的支撑板、尤其是太阳能功能层的支撑板、用作透明的烤箱窗、防火窗、微波炉搁板、用作显示器和太阳能工业的支撑板,或用作未印刷或印刷的烹饪台面或工作台面或桌子,其尤其具有大规格的至少为0.7m2、优选至少1.0m2的面积,并且可用于尤其具有变化的温度负荷的应用中。
附图说明
从对示出的实施例的描述和所附权利要求中得出本发明的其他细节。
图1示意性地示出了弯曲的壁炉观察窗的斜视图,
图2示意性地示出了笔直的壁炉观察窗的斜视图,
图3a、图3b示例性地分别示出了在陶瓷化之前在材料去除期间的俯视图,
图4示出了未经抛光和经抛光的材料的对比,
图5示意性地示出了借助成型辊进行热成型方法的横截面视图,
图6a、6b示出了由玻璃陶瓷制成的不同制品的审查图的对比,
图7示出了从热成型开始直至获得由玻璃陶瓷制成的制品的重要方法步骤,
图8a、8b和8c示出了由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底在不同的加工步骤中的局部的横截面视图,
图9a、9b示意性地示出了不同的抛光头的示意图,
图10、图11示出了柔性的抛光头的去除面的实施例,以及
图12、图13示出了由玻璃陶瓷制成的具有以及没有玻璃状的表面区的两个制品的横磨削的俯视图。
具体实施方式
在下面对优选实施方式的详细描述中为了清楚在这些实施方式中相同的附图标记表示基本相同的部件。但是为了更好地理解本发明,在附图中示出的优选实施方式不是始终按正确尺寸示出。
借助根据本发明的方法可由玻璃陶瓷制造扁平的、透明制品,尤其用作观察窗。
图1纯示例性地示出了由玻璃陶瓷制成的弯曲的壁炉观察窗40的斜视图。在图2中同样纯示例性地示出了笔直的壁炉观察窗50的斜视图。不限于示出的实施例地,壁炉观察窗40、50构造有保持件41、51,保持件使得壁炉观察窗40、50特别简单地安装在炉灶中。示出的壁炉观察窗40、50纯示例性地为选择的根据本发明的由玻璃陶瓷制成的制品并且借助根据本发明的方法制成。
在此,该制造包括产生玻璃熔体,其中,将具有适用于稍后陶瓷化和产生玻璃陶瓷的组合物的混合物加入玻璃熔化设备中并且熔化。借助用于热成型的辊压方法由其制造出可陶瓷化的毛坯玻璃制成的玻璃体。
在此,可陶瓷化的毛坯玻璃基于锂铝硅酸盐体系并且包括成核剂,优选TiO2和/或ZrO2、或SnO2。下面示出的组合物范围(以重量%示出)在此是特别合适的:
50–75SiO2、优选58–74SiO2、特别优选60–73SiO2
15-28Al2O3、优选15–25Al2O3
0–3.0B2O3、优选0–2.0B2O3
0–1.0F,
2.0–6.0Li2O、优选2.0–5.5Li2O、特别优选2.5–5.0Li2O,
0–6.5CaO+SrO+BaO、优选0-6CaO+SrO+BaO、特别优选0–5CaO+SrO+BaO,
0–7.0TiO2、优选0–6.0TiO2、特别优选0–5.0TiO2
0–5.0ZrO2
0–5.0ZnO,
0–3.0Sb2O3
0–3.0MgO,
0–3.0SnO2
2.0–7.0TiO2+ZrO2+SnO2
0–9.0P2O5
0–2.0As2O3、优选0–1.5As2O3
0–4.0Na2O+K2O,其中各个份额处于下面给出的范围之内:
0–4.0Na2O,
0–4.0K2O,
优选0–3Na2O+K2O,其中,各个份额处于下面给出的范围之内:
0–2.0Na2O,
0–2.0K2O,
特别优选0–1.2Na2O+K2O,其中,各个份额处于下面给出的范围之内:
0–1.0Na2O,
0–0.5K2O,
以及水含量为0.01-0.08重量%的常规澄清剂,如Sb2O3、As2O3、SnO2、Ce2O3、氟、溴和硫酸盐。
在辊压方法中产生的可陶瓷化的毛坯玻璃适合在陶瓷化工艺中进行陶瓷化并且转变成玻璃陶瓷。因此在可陶瓷化的毛坯玻璃中晶体形成还未发生或至少还未显著发生。因此以这种方式产生的可陶瓷化的毛坯玻璃虽然包含用于形成晶体的成核剂,但是结晶部分还非常小。尤其可陶瓷化的毛坯玻璃的结晶部分小于20体积%、优选小于10体积%、特别优选小于5体积%。
可陶瓷化的毛坯玻璃连续地从玻璃熔体中被输送给至少一对成型辊,以获得期望的厚度。这可在唯一的辊压过程中进行、但是也可在多个步骤中借助多个先后依次连接的成型辊进行。在辊压之后,可陶瓷化的毛坯玻璃放置在运输滚轮上,运输滚轮用于运输。在达到设定厚度之后通过对辊压的可陶瓷化的毛坯玻璃进行刻划并且沿着该刻划棱边折断使辊压的可陶瓷化的毛坯玻璃分开,从而获得由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底。
在本发明中使在辊压方法中产生的可陶瓷化的毛坯玻璃的至少一个表面经受平整化精加工,尤其抛光或磨光过程,其中,可陶瓷化的毛坯玻璃的结晶部分小于20体积%、优选小于10体积%、特别优选小于5体积%。
根据本发明,在此根据本发明的第一实施方式,在平整化精加工的过程中在可陶瓷化的毛坯玻璃的表面上去除出波峰,而根据本发明的第二实施方式在可陶瓷化的毛坯玻璃的整个表面上整个面地去除材料。
根据第二实施方式,在图1和图2示出的观察窗中在陶瓷化之前通过平整化精加工借助具有至少一个去除面的至少一个去除工具从由可陶瓷化的毛坯玻璃的衬底的表面42、52去除材料。换句话说,在可陶瓷化的毛坯玻璃的一侧上进行平整化精加工,该侧在运行中稍后具有要求的优异的耐化学性。在陶瓷化之后额外地将表面53和43弄平整。因为对于耐冲击性衬底的下侧的结构或在使用观察窗时指向燃烧室的后侧42、53是重要的,通过额外的加工没有不利地影响耐冲击性。
由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的扁平衬底为此紧接在刻划和折断或切割之后以相应的大规格在熔槽处用氧化铬或其他的已知抛光剂对玻璃进行表面抛光。
根据本发明的第一实施方式,在此如此进行平整化精加工,仅以预定的程度降低细小波度。在此材料去除进行从表面开始大约直至波纹的幅度的一半的深度。因此,在波谷的区域中的表面获得其先前的特性。
根据本发明的第二实施方式,在此如此进行平整化精加工,在整个表面上进行材料去除或在整个表面上进行很小的材料去除。对此不仅在波峰的区域中而且在波谷的区域中去除材料,从而最终通过平整化精加工提供新的表面。根据该实施方式的特别优选的构造方案,在此仅在陶瓷化之前对在热成型期间与至少一个成型辊接触和/或与运输辊接触的表面进行平整化精加工并且因此是最有可能被颗粒污染的侧面。
第一实施方式的特征是,通过平整化精加工降低了由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底的表面的细小波度。留有的小的细小波度使得在陶瓷化期间气垫与非常光滑的底座或支撑板接触时显著缩小并且部分地、甚至完全不再存在。
该实施方式提供显著优点,不仅降低了细小波度,而且在陶瓷化时也没有、或几乎没有形成气垫,因此在陶瓷化时没有由于在衬底和底座之间的相对运动而发生损伤。该实施方式特别适用于染色的可陶瓷化的毛坯玻璃,以用于生产经染色的由玻璃陶瓷制成的制品,该制品对于透明度没有高要求。
可陶瓷化的毛坯玻璃或由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底的可实现的波度最高为500μm、优选最高为50μm、十分特别优选最高10μm,其测得作为在波谷和相邻波峰之间的高度差。此外保持了小的波度,并且在精加工之后优选为0.1mm或至少0.2mm。波长的波度在50和500mm之间、优选在60和200mm之间、特别优选小于135mm。
根据主要去除波峰的第一实施方式的借助平整化精加工方法处理的衬底表面的粗糙度在此基本上没有变化。最大的粗糙度Ra最高为0.5μm、优选在0.2μm-0.5μm之间、优选最高为0.4μm、特别优选最高为0.3μm。
而根据整面去除材料的第二实施方式的借助平整化精加工方法处理的衬底表面的粗糙度小于初始的粗糙度,并且Ra<0.02μm、优选Ra<0.010μm。
下面的两个表格1和2示例性地示出了在平整化精加工之前以及之后对可陶瓷化的毛坯玻璃的表面测量的粗糙度值。
Figure BDA0002731299010000241
表格1:在平整化精加工之前对可陶瓷化的毛坯玻璃的表面测量的粗糙度值
Figure BDA0002731299010000242
表格2:在平整化精加工之后对根据本发明的由玻璃陶瓷制成的制品的表面测量的粗糙度值。
根据两个示例,在表格2中所述的平均粗糙度Ra和平均粗糙深度Rz的值示出了根据本发明由玻璃陶瓷制成的制品的可实现的品质。在此使用不同的抛光剂1和2对制品进行平整化精加工。在此根据本发明的第二实施方式在陶瓷化之前整面地加工称为上侧的表面,而在陶瓷化之后加工称为下侧的表面:
Figure BDA0002731299010000243
表格3:抛光剂1和2的粒度分布
使用的抛光剂1和2基于具有氧化铈(CeO2)在水中的悬浮液的浆料。两种抛光剂1和2的平均颗粒尺寸D50(“D50激光”)不同,其中,相应的值D50=2.0μm或D50=3.0μm。直至约D50=5.0μm的平均颗粒尺寸可看作是合适的。
在此使用去除工具进行平整化精加工。在此去除工具具有至少一个去除面,至少一个去除面围绕垂直于去除面的轴线旋转。在此,去除工具沿着预设的轨道例如以恒定的进给、但是不同的工艺参数,如压力和转速在待精加工的表面上引导,其中,轨道彼此叠置。额外地加入结合的和/或松散的磨蚀料和/或冷却剂。
图3a纯示例性地示出了用于对由可陶瓷化的毛坯玻璃的衬底3进行平整化精加工的可能的实施方式的装置1a。该方法或相应地用于实施该方法的装置1a基于:
–使用多个去除工具6、10同时地从玻璃或玻璃陶瓷片3的待精加工的表面31上磨蚀材料,其中,去除工具6、10具有去除面7、11,去除面分别围绕垂直于去除面7、11的轴线旋转,其中,
–去除工具6、10沿着预设的轨道8、12在待精加工的表面31上引导,其中轨道8、12彼此重叠,并且其中,
–至少一个第一去除工具6借助第一粒度的磨蚀料研磨待精加工的表面31,以及
–至少一个第二去除工具10借助相对于第一磨蚀料更细的粒度的第二磨蚀料抛光通过至少一个第一去除工具6研磨的表面,其中,第二磨蚀料包括浆料,并且其中,
–在研磨期间也将浆料引入到至少一个第一去除工具6的去除面7和待精加工的表面31之间。
在图3a中分别仅示出了通过工具6、10驶过的轨道8、12作为阴影区域。总体上,为了加工整个表面31,去除工具6、10沿着彼此平行的轨道在表面上引导。
对此,如根据箭头9、13所示,通过工具6、10在表面31对面实施曲折形的运动。为了实施这种运动,去除工具6、10沿着轨道8或12来回运动并且在衬底沿着进给方向15分别来回运动之后继续运动一段距离。由此轨道8以及轨道12分别彼此重叠,该进给小于去除面7或10的直径。在此轨道8以及轨道12的重叠优选至少为20%,特别优选至少为去除面的直径或与此对应的相应的轨道宽度的三分之一。
当然也可如此构造该装置,使得仅使用一个去除工具。为此图3b纯示例性地示出了可能的另一实施方式的用于对由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底3进行平整化精加工的装置1b,其中,该装置1b基于唯一的去除工具6。
图4示出了根据该方法制造的未经抛光和经抛光的材料的耐冲击性的比较。可明显看出,根据本发明在陶瓷化之前在对于耐冲击性重要的一侧上进行抛光的材料的强度提高例如在至少20%。
在此,根据DIN 52306的落球实验的以下方法确定耐冲击性。在该实验中将200g重的钢球从限定的高度自由落下到规格为100x 100x 4mm的试样、即由玻璃陶瓷制成的制品的中间。掉落高度逐级地增加,直至发生断裂。耐冲击性是统计量并且在一系列约20个试样上进行。根据DIN EN 61649依照威布尔模型进行评估。
在图4中所示的实施例显示出,根据本发明可显著提高强度。在其他的示例中获得的由玻璃陶瓷制成的制品的强度提高为10%或大于20%。
在对由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底的至少一个表面进行平整化精加工之后,进行陶瓷化以产生由玻璃陶瓷制成的扁平的透明的制品。
根据本发明的第一实施方式,由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底在进行平整化精加工之后以该表面放置到底座或支撑板上。在该实施方式中在通过滚动炉期间通过降低细小波度显著降低放置衬底的相对运动或在理想情况下不再发生相对运动。
根据本发明的第二实施方式,由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底在进行平整化精加工之后以该表面向上放置到底座或支撑板上。由于精加工而没有微结构和/或颗粒的该表面由此在陶瓷化期间指向上并且由此更大程度地经受存在的炉氛围,从而特别好地形成期望的玻璃化的表面区。
以这种方式获得了根据本发明的由玻璃陶瓷制成的制品。然后对制品进行普通的再加工,例如切割或施加棱面,或压印。
此处应注意,根据图1的壁炉观察窗40的弯曲实施方式基于由玻璃陶瓷制成的制品的在陶瓷化之后的变型。为了制造如图1所示的弯曲的壁炉观察窗40,接下来以相应的形式降低由玻璃陶瓷制成的制品的重力。
在图1和图2中绘出的根据本发明产生的由玻璃陶瓷制成的制品的实施例包括前侧43、53以及相对布置的后侧42、52,后侧在实施例中面对燃烧室。
在根据第二实施方式的平整化精加工和陶瓷化时,这是已经经过精加工并且在陶瓷化期间未放置在底座上的一侧。下面图7进一步示出了重要的方法步骤。
图5首先示意性地在横截面中以一个示例示出了借助两个相反作业的成型辊90的热成型方法的一部分,成型辊在运行中进行用“R”表示的旋转运动并且辊压可陶瓷化的毛坯玻璃。来自玻璃熔体(未示出)的可陶瓷化的毛坯玻璃80以扁平的连续的玻璃带的形式在成型辊90之间运动。当然也可使用多于一组的成型辊90,以将可陶瓷化的毛坯玻璃辊压到预定的厚度。在此,可陶瓷化的毛坯玻璃80经由运输滚轮92引导,运输滚轮也仅是纯示意性地示出。在附图中示出了四个运输滚轮92。
纯示例性地示出了经辊压的、带有特征性的波纹或细波纹的可陶瓷化的毛坯玻璃80,其中,在此用附图标记81表示波峰并且用附图标记82表示波谷。
可陶瓷化的毛坯玻璃80的经辊压的表面还具有呈打开的气孔83形式的微结构,气孔表示所谓的“橘子皮”。
此外,可陶瓷化的毛坯玻璃80的经辊压的表面具有颗粒,颗粒可为制造遗留物或其他的污染物。颗粒可位于或附着在表面上,但是优选出现在下侧,因为该侧与玻璃接触。
当然,绘出的波纹、微结构和颗粒仅纯示例性地示出并且因此可以不同的形状、尺寸和构型存在。例如颗粒84也可仅存在于一个表面、尤其下侧,而不是存在两个表面。
图6a和图6b纯示例性地示出了在通过两个由玻璃陶瓷制成的不同制品进行透视检查时的问题。在图6a中示出了由玻璃陶瓷97制成的制品,其中,前述的表面影响使得透视检查显著变差并且导致在透视检查时会使肉眼对制品另一侧的物体有模糊的、不清楚的轮廓的印象。而在图6b的用根据本发明的方法制造的由玻璃陶瓷87制成的制品中表现不同。在此能够清楚地透视,没有轮廓不清楚以及没有明确轮廓的现象。
图7以本发明的第二实施方式的示例示意性地示出了重要的方法步骤,从热成型直至获得由玻璃陶瓷制成的制品。
通常,具有颗粒84的可陶瓷化的毛坯玻璃80的大部分污染物位于在热成型期间与运输滚轮92接触的一侧上。这在该示例中为下侧86。
因此最有利地,可陶瓷化的毛坯玻璃80的该侧86经受平整化精加工,即根据本发明进行加工,优选进行抛光,而在热成型中不与运输滚轮接触的相对侧85的表面特性保持不变。因为该表面仅与成型辊接触,几乎不用担心颗粒84污染运输滚轮。
在此基础上,可陶瓷化的毛坯玻璃80被分割并且分成区段,以这种方式产生的由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底100以下侧86指向上地进行平整化精加工。
在精加工之前将衬底100以在热成型期间与运输滚轮92接触的下侧86转向上,然后进行平整化精加工。在精加工之后获得具有精加工的表面86a的衬底101,如在图7中所示。
因此平整化精加工的表面86a相对于可陶瓷化的毛坯玻璃的初始表面86具有稍微降低的波度。通过对由可陶瓷化的毛坯玻璃80制成的衬底的该表面86a进行平整化精加工使得在该表面86a上的微结构,尤其打开的气孔83,和/或颗粒84完全去除。
为了在后续的方法步骤中的陶瓷化,将由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底101放置到底座、在该示例中放置到支撑板95上以准备陶瓷化。在此可看出,衬底101放置在支撑板95上的当前表面85是在热成型期间可陶瓷化的毛坯玻璃80的先前的表面85且此时为下侧。因此该表面85可至少部分地包括微结构和/或颗粒。
在陶瓷化(未示出)期间,可在衬底101的上侧、即在表面86a上非常有利地形成玻璃化的锂消耗区,锂消耗区之后在制品应用中具有特别优异的耐化学性。该表面86a的特征是,该表面由于平整化精加工还是无气孔和颗粒的并且无需其他的再加工。
以这种方式获得根据本发明的由玻璃陶瓷87制成的制品。
可选地,可接着进行使由玻璃陶瓷87制成的制品的下侧85再次经受精加工的另一方法步骤,以制造在陶瓷化之后进行平整化精加工的表面85a。在陶瓷化之后的平整化精加工使得能够去除在陶瓷化期间产生且附着在表面85上的颗粒。
在图7中示出的由玻璃陶瓷87制成的制品的实施方式示出了这种加工,其中,在陶瓷化之前对表面86a进行平整化精加工并且在陶瓷化之后对相对的表面85a进行平整化精加工。
图8a、8b和图8c以可陶瓷化的毛坯玻璃的区段100的示例示出了依照两个根据本发明的实施方式进行的平整化精加工的区别。
为此,在图8a中示例性地示出了由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底的局部。在示出的局部中为了简单仅示出了表面85、86,该表面原则上能为可陶瓷化的毛坯玻璃在热成型中的上侧和下侧。此外为了清楚仅示出了波纹;没有示出微结构和颗粒。
图8b示出了由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底101a的根据第一实施方式对表面85、86进行平整化精加工的局部。在此已去除波峰的材料88,而保留了波谷82。因此,在波谷82的区域中的表面还具有先前的特性,而通过去除波峰材料以及形成相应削平的区域则降低了波度。
图8c示出了由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底101b的在图8a中所示的局部。在具有阴影线区域89的示意图中示出了根据本发明的第二实施方式去除的材料。因此,在平整化精加工的衬底101b中在一表面上去除全部材料。因此在此,在波峰81的区域中以及在波谷82的区域中去除材料,并且提供新的表面110,该新的表面替代先前的表面85、86。该新的表面还包括波谷82a和波峰81a。
图9a和图9b在示意图中示出了两个抛光头60、70的横截面,两个抛光头可用作平整化精加工的去除工具6、10。抛光头60具有刚性的去除面62,抛光头70构造成柔性的去除头并且为此具有柔性的中间层71,中间层使得去除面72在整个去除面上具有更好的可弯曲性。力箭头63、73纯示例性量化地示出了使用抛光头60、70时按压力的走向。
柔性的中间层71可包括易于弯曲的材料,例如柔性的聚氨酯。柔性的抛光头70特别好地适用于根据第二实施方式的平整化精加工,因为抛光头可去除均匀分布在该面上的材料。而使用刚性的抛光头60使得首先去除波峰区域中的材料,由此适用于根据第一实施方式的平整化精加工。
图10和图11示出了柔性的抛光头70的去除面的实施例。在附图中示出了所谓的抛光片120,抛光片构造成四分之一圆。在抛光片120的总共相应四个部段之间构造有小的沟槽121,沟槽在去除时辅助材料运输。抛光片120可包括毛毡或弹性体、优选聚氨酯。
图12和图13示出了对由玻璃陶瓷制成的两个制品进行横向磨削的俯视图。图12示出了由玻璃陶瓷制成的制品的局部的横向磨削,其中去除表面材料直至约6μm的深度。不再存在玻璃化的表面区;玻璃陶瓷132直达表面133。
在图13示出的横向磨削中涉及由玻璃陶瓷制成的制品的局部,该局部根据本发明制成。在此可看出玻璃化的表面区131,该玻璃化的表面区具有约100nm的厚度,然后使该玻璃化的表面区过渡到实际的玻璃陶瓷132。玻璃化的表面区131至玻璃陶瓷132的过渡区通过虚线134示出,其中,该过渡是平滑的。该玻璃化的表面区131使得根据本发明产生的由玻璃陶瓷制成的制品具有优异的耐化学性。

Claims (55)

1.一种用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,所述制品用作观察窗,所述方法包括以下步骤:
–利用适合陶瓷化的原料组合物生产熔体,
–借助于热成型由所述熔体生产由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的扁平的衬底,所述衬底具有两个相对布置的基本上平坦的表面,
–利用平整化精加工方法加工所述衬底的至少一个表面,其中所述衬底的至少一个经平整化后加工的表面具有的波度最高为500μm,
–使所述衬底陶瓷化以生产由玻璃陶瓷制成的制品,
其中,由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底的至少一个经平整化后加工的表面具有的波长的波度在50和500mm之间。
2.根据权利要求1所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述衬底的至少一个经平整化后加工的表面具有的波度最高为50μm。
3.根据权利要求1所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述衬底的至少一个经平整化后加工的表面具有的波度最高为10μm。
4.根据权利要求1所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述可陶瓷化的毛坯玻璃基于锂铝硅酸盐体系,和/或所述可陶瓷化的毛坯玻璃包括成核剂,其中,所述可陶瓷化的毛坯玻璃的晶体份额少于20体积%。
5.根据权利要求4所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述成核剂为TiO2、ZrO2和/或SnO2
6.根据权利要求4所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述可陶瓷化的毛坯玻璃的晶体份额少于10体积%。
7.根据权利要求4所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述可陶瓷化的毛坯玻璃的晶体份额少于5体积%。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述玻璃陶瓷具有下面示出的组合物范围,以重量%示出:
Figure FDA0003952374120000021
以及水含量为0.01-0.08重量%的常规澄清剂。
9.根据权利要求8所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述常规澄清剂为Sb2O3、As2O3、SnO2、Ce2O3、氟、溴以及硫酸盐。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述可陶瓷化的毛坯玻璃的热成型包括辊压方法。
11.根据权利要求10所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,在所述辊压方法中包括至少一对彼此反向旋转的辊。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述平整化精加工方法包括借助于至少一个去除工具来去除材料,其中,沿着预定的轨道在需要再加工的表面上引导所述去除工具,并且其中所述轨道彼此重叠,和/或其中所述平整化精加工方法通过输送结合的或松散的磨蚀料和/或冷却剂来进行。
13.根据权利要求12所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述至少一个去除工具包括至少一个去除面,所述去除面围绕垂直于所述去除面的轴线旋转。
14.根据权利要求12所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述至少一个去除工具包括柔性的去除头。
15.根据权利要求14所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述柔性的去除头为柔性的抛光头。
16.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,借助所述平整化精加工方法从所述可陶瓷化的毛坯玻璃的至少一个表面去除材料,其中仅去除波峰并且保留在波谷区域中的表面。
17.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,借助所述平整化精加工方法从所述可陶瓷化的毛坯玻璃的至少一个表面去除材料,其中,去除所述表面的整面材料。
18.根据权利要求17所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,以0.1μm至5μm的深度去除材料。
19.根据权利要求17所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,以0.1μm至1μm的深度去除材料。
20.根据权利要求1所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底的至少一个经平整化后加工的表面具有的波长的波度在60和200mm之间。
21.根据权利要求1所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底的至少一个经平整化后加工的表面具有的波长的波度小于135mm。
22.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,将由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底放置在用作窑具的光滑的底座上来进行陶瓷化。
23.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,将由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底放置在用作窑具的底座板或支撑板上来进行陶瓷化。
24.根据权利要求22所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述底座由耐高温的材料制成和/或包括热液石英,其中所述陶瓷化在装料炉中或在连续加热炉或滚动炉中进行。
25.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,将由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的衬底放置在底座上,使得所述衬底的经平整化后加工的表面在陶瓷化期间与所述底座接触。
26.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,在陶瓷化期间将由可陶瓷化的毛坯玻璃制成的所述衬底放置在底座上,使得经平整化后加工的表面没有位于在所述底座上。
27.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述制品的至少一个表面在仅加工波峰的平整化精加工之后具有的最大粗糙度Ra最高为0.5μm。
28.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述制品的至少一个表面在仅加工波峰的平整化精加工之后具有的最大粗糙度Ra最高在0.2μm-0.5μm之间。
29.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述制品的至少一个表面在仅加工波峰的平整化精加工之后具有的最大粗糙度Ra最高为0.4μm。
30.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述制品的至少一个表面在仅加工波峰的平整化精加工之后具有的最大粗糙度Ra最高为0.3μm。
31.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述制品的至少一个表面在整面平整化精加工之后的粗糙度小于初始的粗糙度。
32.根据权利要求31所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述制品的至少一个表面在整面平整化精加工之后的粗糙度为Ra<0.02μm。
33.根据权利要求31所述的用于制造由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品的方法,其特征在于,所述制品的至少一个表面在整面平整化精加工之后的粗糙度为Ra<0.010μm。
34.一种通过根据权利要求1至33中任一项所述的方法制造的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品。
35.根据权利要求34所述的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品,其特征在于,由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品在壁厚为4mm时在可见光波长范围内的透射率为:在波长400nm时大于0.75、在波长450nm时大于0.845、在波长550nm时大于0.893、在波长600nm时大于0.90、在波长700nm时大于0.90。
36.根据权利要求34或35所述的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品,其特征在于,至少一个经平整化后加工的表面对燃烧产物的侵蚀具有优异的耐化学性。
37.根据权利要求34或35所述的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品,其特征在于,至少一个经平整化后加工的表面对含硫废气具有优异的耐化学性,所述废气包含由亚硫酸或硫酸组成的化合物。
38.根据权利要求34或35所述的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品,其特征在于,至少一个经平整化后加工的表面具有的波度最高为200μm,该波度测得为在波谷和相邻波峰之间的高度差。
39.根据权利要求34或35所述的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品,其特征在于,至少一个经平整化后加工的表面具有的波度最高为100μm,该波度测得为在波谷和相邻波峰之间的高度差。
40.根据权利要求34或35所述的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品,其特征在于,至少一个经平整化后加工的表面具有的波度最高为20μm,该波度测得为在波谷和相邻波峰之间的高度差。
41.根据权利要求38所述的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品,其特征在于,波长的波度在50和500mm之间。
42.根据权利要求38所述的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品,其特征在于,波长的波度在60和200mm之间。
43.根据权利要求38所述的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品,其特征在于,波长的波度小于135mm。
44.根据权利要求34或35所述的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品,其特征在于,所述由玻璃陶瓷制成的制品包括至少一个锂消耗的、玻璃化的表面区。
45.根据权利要求44所述的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品,其特征在于,所述表面区具有的厚度在200nm和2000nm之间,该厚度从所述制品的表面开始测量。
46.一种盘片或观察窗,其包括根据权利要求34至45中任一项所述的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品。
47.根据权利要求46所述的盘片或观察窗,其特征在于,所述盘片或观察窗具有至少0.7m2的大规格面积。
48.根据权利要求46所述的盘片或观察窗,其特征在于,所述盘片或观察窗具有至少1.0m2的大规格面积。
49.根据权利要求46至48中任一项所述的盘片或观察窗,其特征在于,所述盘片或观察窗为防弹观察窗或烤箱门的窗、透明的烤箱窗、防火窗、搁板、烹饪面、烤箱或壁炉的观察窗。
50.根据权利要求49所述的盘片或观察窗,其特征在于,所述搁板为微波炉搁板。
51.一种支撑板、底座、未印刷或印刷的烹饪或工作台面或桌子,其包括根据权利要求34至45中任一项所述的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品。
52.根据权利要求51所述的支撑板、底座、未印刷或印刷的烹饪或工作台面或桌子,其特征在于,支撑板、底座、未印刷或印刷的烹饪或工作台面或桌子具有至少0.7m2的大规格面积。
53.根据权利要求51所述的支撑板、底座、未印刷或印刷的烹饪或工作台面或桌子,其特征在于,支撑板、底座、未印刷或印刷的烹饪或工作台面或桌子具有至少1.0m2的大规格面积。
54.一种炉,其包括根据权利要求34至45中任一项所述的由玻璃陶瓷制成的扁平的、透明的制品,其中,所述观察窗的锂消耗的、玻璃化的表面区在安装时面对燃烧室。
55.根据权利要求54所述的炉,其特征在于,所述炉为壁炉。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109963689B (zh) * 2016-11-18 2021-12-28 Agc株式会社 曲面板的加工装置、及加工了外周部的曲面板的制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010023407A1 (de) * 2010-06-11 2011-12-15 Schott Ag Glaskeramik-Gegenstand für die Herstellung von Photovoltaik-Elementen
DE102010033041A1 (de) * 2010-08-02 2012-02-02 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zum Nachbearbeiten von Glas- oder Glaskeramikscheiben
CN103003212A (zh) * 2010-07-17 2013-03-27 肖特公开股份有限公司 具有低热膨胀、主要非晶的贫锂的主要玻璃质表面区域以及高透射度的含锂透明玻璃陶瓷材料、其在含水气氛中的制造及其用途
CN105712632A (zh) * 2014-12-23 2016-06-29 肖特股份有限公司 透明的着色的las玻璃陶瓷制成的玻璃陶瓷衬底及制造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1322796A (en) 1970-07-14 1973-07-11 English Electric Co Ltd Surface-devitrified glass
DE3345316A1 (de) * 1982-12-20 1984-06-20 Corning Glass Works, Corning, N.Y. Glaskeramik, besonders fuer fensterglas in holz- und kohleoefen
DE10226815B4 (de) 2001-06-23 2004-09-09 Schott Glas Brennhilfsmittel für die thermische Behandlung von Gütern aus unterschiedlichen Materialien bei Einbrenn-Temperaturen und Verfahren zu seiner Herstellung
US7056848B2 (en) 2001-06-23 2006-06-06 Schott Ag Nonporous keatite glass ceramic support plate for transporting products during heat treatment, method of making same and method of transporting products therewith
DE10344439B3 (de) 2003-09-25 2005-02-10 Schott Ag Verfahren zum Herstellen von breit facettierten Glas-/Glaskeramikplatten und Glas-/Glaskeramikplatten mit breitem Facettenschliff
DE102009015089B4 (de) * 2009-03-31 2012-05-24 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zur Keramisierung von Gläsern, Glaskeramikartikel und seine Verwendung
DE102010043326B4 (de) * 2010-11-03 2013-08-14 Schott Ag Verfahren zur festigkeitssteigernden Keramisierung eines gefloateten kristallisierbaren Glases, keramisiertes Floatglas und Verwendung des keramisierten Floatglases
JP2013112554A (ja) 2011-11-28 2013-06-10 Nippon Electric Glass Co Ltd ガラス板研磨装置
CH707926A1 (de) * 2013-04-17 2014-10-31 Saint Gobain Herstellung einer Scheibe aus keramischem Glas.
DE102013018465A1 (de) 2013-11-05 2015-05-07 Schott Ag Körper aus einem sprödbrüchigen Material und einem metallischen Material sowie ein Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung eines sprödbrüchigen Materials und eines metallischen Materials
JP6430133B2 (ja) 2014-03-14 2018-11-28 日本電気硝子株式会社 調理器用トッププレート
DE102016216305B4 (de) 2015-09-04 2023-04-20 Schott Ag Verwendung einer transparenten Glaskeramikscheibe als Kaminsichtscheibe in einem Kaminofen

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010023407A1 (de) * 2010-06-11 2011-12-15 Schott Ag Glaskeramik-Gegenstand für die Herstellung von Photovoltaik-Elementen
CN103003212A (zh) * 2010-07-17 2013-03-27 肖特公开股份有限公司 具有低热膨胀、主要非晶的贫锂的主要玻璃质表面区域以及高透射度的含锂透明玻璃陶瓷材料、其在含水气氛中的制造及其用途
DE102010033041A1 (de) * 2010-08-02 2012-02-02 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zum Nachbearbeiten von Glas- oder Glaskeramikscheiben
CN105712632A (zh) * 2014-12-23 2016-06-29 肖特股份有限公司 透明的着色的las玻璃陶瓷制成的玻璃陶瓷衬底及制造方法

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