DE10103085C2 - Lithium oxide-containing aluminosilicate glass, and uses of this glass - Google Patents
Lithium oxide-containing aluminosilicate glass, and uses of this glassInfo
- Publication number
- DE10103085C2 DE10103085C2 DE2001103085 DE10103085A DE10103085C2 DE 10103085 C2 DE10103085 C2 DE 10103085C2 DE 2001103085 DE2001103085 DE 2001103085 DE 10103085 A DE10103085 A DE 10103085A DE 10103085 C2 DE10103085 C2 DE 10103085C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- glasses
- glass
- weight
- glass according
- aluminosilicate glass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/078—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing an oxide of a divalent metal, e.g. an oxide of zinc
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/089—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
- C03C3/091—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium
Description
Die Erfindung betrifft ein lithiumoxidhaltiges Aluminosilicatglas sowie Verwen dungen dieses Glases.The invention relates to an aluminosilicate glass containing lithium oxide and to use of this glass.
Für die Verwendung als Substrat für Datenträger (Festplatten) ist Glas gegenüber Metallen wie Aluminium oder Metallegierungen u. a. von Vorteil wegen seiner Ebenheit und geringen Oberflächenrauhigkeit. Solche Substratgläser müssen bei der Verwendung erhöhten chemischen, thermischen und mechanischen Belastun gen standhalten.Glass is opposite for use as a substrate for data carriers (hard drives) Metals such as aluminum or metal alloys u. a. beneficial because of its Flatness and low surface roughness. Such substrate glasses must the use of increased chemical, thermal and mechanical loads withstand.
So erfahren sie während der Beschichtung (beispielsweise durch Kathodenzer stäubung oder Sputterverfahren) hohe Temperaturen, ca. 400°C, mit kurzen Ab kühlraten. Daran können sich auch noch weitere Wärmebehandlungen bei ca. 300 -400°C anschließen. Die Substratgläser sollten daher Transformationstempera turen von über 450°C aufweisen.This is how they experience it during the coating process (for example, using cathoders dusting or sputtering process) high temperatures, approx. 400 ° C, with short ab cooling rates. This can also be used for further heat treatments at approx. 300 Connect -400 ° C. The substrate glasses should therefore transformation temperatures have temperatures of over 450 ° C.
Bei der Verwendung als Festplatten treten hohe mechanische Belastungen auf, z. B. beim Einbau Klemmspannungen auf der Drehachse von bis zu 100 N/mm2, sowie im Betrieb bei hohen Umdrehungszahlen von derzeit 3500 bis 20000 U/min zusätzliche Spannungen durch die Zentrifugalkräfte. Solchen Belastungen können vor allem 0,25 bis 3,0 mm dünne Gläser nur stand halten, wenn sie oberflächen vorgespannt sind. Da die Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit durch thermi sches Vorspannen erst bei einer Mindestdicke von 3 mm möglich ist, müssen Glä ser für die genannte Verwendung chemisch vorspannbar sein. Sinnvollerweise sind sie durch Ionenaustausch im Salzbad unterhalb der Transformationstempe ratur Tg vorspannbar, d. h. weisen sie genügend zum Austausch geeignete Ionen wie Li+- und/oder Na+-Ionen auf.When used as hard drives, high mechanical loads occur, e.g. B. when installing clamping voltages on the axis of rotation of up to 100 N / mm 2 , as well as in operation at high speeds of 3500 to 20,000 rpm additional voltages by the centrifugal forces. Glasses with a thickness of 0.25 to 3.0 mm can only withstand such loads if their surfaces are toughened. Since the increase in mechanical resilience through thermal tempering is only possible with a minimum thickness of 3 mm, glasses must be chemically temperable for the use mentioned. It makes sense to prestress them by ion exchange in the salt bath below the transformation temperature T g , ie they have sufficient ions such as Li + and / or Na + ions suitable for exchange.
Neben der Oberflächenebenheit ist die chemische Beständigkeit des Substratgla ses für die Funktionsfähigkeit einer Festplatte von Bedeutung, denn der Schreib- Lesekopf gleitet in einem Abstand von derzeit ca. 50 nm auf einem Luftpolster über der sich drehenden Festplatte. Dieser Abstand muss für eine einwandfreie Funktion gewahrt bleiben. Er wird jedoch verringert, wenn die Oberfläche des Festplatten-Substrates unbeständig gegen Atmosphäreneinfluss ist und schon vor der Beschichtung ein chemischer Angriff die Oberfläche durch Ausblühungen rauh macht oder wenn die Oberfläche durch Atmosphäreneinfluss ihre Haftfestigkeit zur aufgebrachten Schichtenfolge verliert und diese sich von ihr löst, was wiederum zu Funktionseinbußen bzw. zum Funktionsausfall führt. Die Substrate sollen also eine hohe chemische Beständigkeit aufweisen. In addition to the surface flatness, the chemical resistance of the substrate glass important for the functionality of a hard disk, because the writing The reading head is currently sliding on an air cushion at a distance of approximately 50 nm above the spinning hard drive. This distance must be correct Function is preserved. However, it is reduced if the surface of the Hard disk substrate is not resistant to atmospheric influences and is already there the coating a chemical attack the surface due to efflorescence or if the surface becomes adhesive due to atmospheric influence applied layer sequence loses and this separates from it, which in turn leads to Functional loss or loss of function. So the substrates should be one have high chemical resistance.
Eine weitere wesentliche Eigenschaft von als Festplattensubstraten geeigneten Gläsern ist ihr thermisches Ausdehnungsverhalten, das sich nicht zu sehr von dem der Beschichtungsmaterialien (z. B. Co-Legierungen mit thermischen Aus dehnungskoeffizienten α20/300 von ca. 12 × 10-6/K) und vor allem nicht zu sehr von dem der Materialien im Fixiersystem des Laufwerks (z. B. der Spindel aus Feder stahl mit α20/300 ca. 12 × 10-6/K) unterscheiden soll, um Spannungen zu vermeiden. Eine hohe thermische Dehnung (α20/300 < 7,0 × 10-6/K) ist auch günstig für die La serschneidbarkeit des Glases, denn bei hoher thermischer Dehnung kann die Schneidzeit reduziert werden, also der Durchsatz erhöht werden.Another important property of glasses suitable as hard disk substrates is their thermal expansion behavior, which does not differ too much from that of the coating materials (e.g. Co-alloys with thermal expansion coefficients α 20/300 of approx. 12 × 10 -6 / K) and above all not to differ too much from that of the materials in the fixing system of the drive (e.g. the spring steel spindle with α 20/300 approx. 12 × 10 -6 / K) in order to avoid tension. A high thermal expansion (α 20/300 <7.0 × 10 -6 / K) is also beneficial for the laser cutting ability of the glass, because with high thermal expansion the cutting time can be reduced, i.e. the throughput can be increased.
Weiter benötigen Festplatten eine hohe Formstabilität, um auch bei hohen Um drehungszahlen im Laufwerk nicht zu flattern. Solche Auslenkungen aus der ho rizontalen Ruhelage würden bei zu niedriger Flug-/Gleithöhe des Schreib- Lesekopfes dazu führen, dass der Schreib-Lese-Kopf die Orientierung zum In formationsgehalt des Spots auf der Festplatte verlöre ("runout") oder er mit der Festplatte zusammenstieße ("head crash"). Eine Anforderung an Materialien für Festplatten ist also ein hoher spezifischer Elastizitätsmodul E/ρ, was einen ho hen Elastizitätsmodul E und/oder eine geringe Dichte ρ bedeutet. E/ρ soll mehr als 31 MJ/kg betragen. Ähnliche Anforderungen an den spezifischen E-Modul werden aufgrund der Problematik des "sagging" beim Herstellprozeß, worunter das Durchhängen größerer Glasscheiben aufgrund ihres Eigengewichts verstan den wird, auch an Substrate für Displayanwendungen gestellt.Furthermore, hard disks require a high degree of dimensional stability in order to withstand high not flutter speeds in the drive. Such deflections from the ho the horizontal rest position would be too low if the flight / sliding height of the writing Read head cause the read / write head to orientate itself towards the In formation content of the spot on the hard disk ("runout") or he with the Hard drive crashes ("head crash"). A requirement for materials for Hard drives is therefore a high specific modulus of elasticity E / ρ, which is a ho hen modulus of elasticity E and / or a low density ρ means. E / ρ should be more than 31 MJ / kg. Similar requirements for the specific modulus of elasticity are due to the problem of "sagging" in the manufacturing process, including what the sagging of larger glass panes is understood due to their own weight which is also placed on substrates for display applications.
Die Eigenschaften Ebenheit und geringe Oberflächenrauhigkeit sind auch für Displayanwendungen und für die Anwendung in der Telekommunikationstech nologie, z. B. als Dense Wave Division Multiplexing-Filter (DWDM-Filter), von Vorteil.The flatness and low surface roughness properties are also good for Display applications and for use in telecommunications technology technology, e.g. B. as a Dense Wave Division multiplexing filter (DWDM filter) from Advantage.
Neben den genannten Materialeigenschaften, die die Eignung als Substrat für Festplatten, für Display- oder für Telekommunikationsanwendungen betreffen, sollen die Gläser, insbesondere für die Herstellung der genannten Massenpro dukte, mit geringen Produktionskosten herstellbar sein. Dazu muss das Schmelz- und Heißformgebungsverhalten der Gläser für großtechnische Anlagen geeignet sein. Die Glasschmelzen sollen das Feuerfestmaterial der Schmelzag gregate möglichst wenig angreifen, d. h. sie sollen bei niedrigen Temperaturen herstellbar sein und keine aggressiven korrosionsfördernden Bestandteile ent halten. Geeignete Gläser sollen großtechnisch in ausreichender innerer Qualität (z. B. keine Blasen, Knoten, Einschlüsse), z. B. auf einer Floatanlage oder in Ziehverfahren, z. B. vorzugsweise im Down-Draw-Verfahren, wirtschaftlich pro duzierbar sein. Besonders die Herstellung dünner (< 1,5 mm) streifenfreier Sub strate von geringer Oberflächenwelligkeit (Waviness) über Ziehverfahren erfor dert eine hohe Entglasungsstabilität der Gläser. In addition to the material properties mentioned, which make it suitable as a substrate for Hard drives, for display or for telecommunications applications, the glasses, especially for the production of the mentioned mass pro products with low production costs. To do this, the Melting and hot forming behavior of the glasses for large-scale plants be suitable. The glass melts are said to be the refractory material of the Schmelzag Attack gregates as little as possible, d. H. they are said to be at low temperatures be producible and no aggressive corrosion-promoting components ent hold. Suitable glasses should be of a sufficiently large internal quality (e.g. no bubbles, knots, inclusions), e.g. B. on a float system or in Drawing process, e.g. B. preferably in the down-draw process, economically pro be producible. Especially the production of thin (<1.5 mm) streak-free sub strate of low surface ripple (waviness) via pulling processes a high devitrification stability of the glasses.
Es sind bereits zahlreiche Gläser für die Verwendung als Substrate für Displays bekannt. Auch für die Verwendung als Substrate für Festplatten sind neben Me tallen, Kompositwerkstoffen und Glaskeramiken verschiedene Gläser bekannt. Jedoch erfüllen sie nicht alle Anforderungen, die an Materialien für Festplatten bzw. für Displays gestellt werden, im gewünschten hohen Maße.There are already numerous glasses for use as substrates for displays known. Me. Also for use as substrates for hard drives tallen, composite materials and glass ceramics various glasses known. However, they do not meet all the requirements for hard disk materials or for displays, to the desired extent.
Die Gläser gehören den verschiedensten Glasgruppen an, so z. B. Borosili catgläser, Zinksilicatgläser, Aluminosilicatgläser und Calciumsilicatgläser.The glasses belong to a wide variety of glass groups, e.g. B. Borosili cat glasses, zinc silicate glasses, aluminosilicate glasses and calcium silicate glasses.
Viele der bekannten Gläser sind ZnO-haltig. Insbesondere die hoch ZnO- haltigen haben den Nachteil einer geringen Kristallisationsstabilität.Many of the known glasses contain ZnO. In particular the high ZnO containing have the disadvantage of low crystallization stability.
Auch ZrO2-haltige Gläser und Gläser, die die schweren Erdalkalioxide SrO und/oder BaO enthalten, haben hinsichtlich ihrer Produzierbarkeit Nachteile.Glasses containing ZrO 2 and glasses which contain the heavy alkaline earth oxides SrO and / or BaO also have disadvantages with regard to their producibility.
Die kristallisierten Gläser der EP 0 941 973 A2 sind Y2O3-haltig und/oder hoch Al2O3-haltig, wodurch sie zwar hohe E-Moduln und damit eine hohe Festigkeit besitzen, jedoch schlecht schmelzbar und teuer sind.The crystallized glasses of EP 0 941 973 A2 contain Y 2 O 3 and / or high Al 2 O 3 , which means that they have high moduli of elasticity and thus high strength, but are difficult to melt and expensive.
EP 0 917 135 A1 beansprucht Substrate für Aufzeichnungsmedien mit sehr ho hen E-Moduln. Ausweislich der Beispiele werden sie durch hoch TiO2-haltige, hocherdalkalihaltige und/oder ZrO2-haltige und/oder Y2O3- oder seltenerdmetall haltige Zusammensetzungen realisiert.EP 0 917 135 A1 claims substrates for recording media with very high moduli of elasticity. According to the examples, they are realized by compositions containing high TiO 2 , high alkaline earth and / or ZrO 2 and / or Y 2 O 3 or rare earth compositions.
Den nächsten Stand der Technik stellen die in der DE 198 02 919 C1 der An melderin beschriebene Gläser dar. Diese Gläser mit keinen oder nur geringen TiO2-Gehalten enthalten teilweise sehr hohe Anteile an Fe2O3, La2O3, Nb2O5 und/oder V2O5. Durch diese kristallisationsfördernden und kostspieligen Zusätze sind die Gläser nur schwierig und relativ teuer produzierbar. Die Gläser sind schlecht wärmetransportierend, was zu Problemen bei der Heißformgebung füh ren kann.The next state of the art are the glasses described in DE 198 02 919 C1 to the applicant. These glasses with no or only low TiO 2 contents sometimes contain very high proportions of Fe 2 O 3 , La 2 O 3 , Nb 2 O 5 and / or V 2 O 5 . These crystallization-promoting and costly additives make the glasses difficult and relatively expensive to produce. The glasses are poorly heat-transporting, which can lead to problems with hot forming.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, Gläser zur Herstellung von Substraten für Festplatten, von Substraten für Displays und von Substraten für Telekommunikationsanwendungen, insbesondere für DWDM-Filter, zur Verfügung zu stellen, d. h. Gläser, die die dafür nötigen Eigenschaften aufweisen, die insbesondere mechanisch ausreichend stabil sind und eine hohe chemische Beständigkeit aufweisen, und die für eine wirtschaftliche Herstellung geeignet, insbesondere ausreichend kristallisationsstabil sind. It is an object of the invention to provide glasses for the production of substrates for Hard disks, of substrates for displays and of substrates for Telecommunications applications, especially for DWDM filters, for To provide d. H. Glasses that have the necessary properties have, in particular, are mechanically sufficiently stable and high have chemical resistance, and that for economical production are suitable, in particular are sufficiently stable to crystallization.
Diese Aufgabe wird durch die lithiumoxidhaltigen Aluminosilicatgläser gemäß Anspruch 1 gelöst.This task is accomplished by the aluminosilicate glasses containing lithium oxide Claim 1 solved.
Die Gläser enthalten 43 bis 67 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 45 Gew.-%, des Netzwerkbildners SiO2. Höhere Gehalte würden die Gläser zu hochviskos und "lang" machen, die guten Schmelzeigenschaften gingen verloren. Bei niedrigeren Konzentrationen würden die chemische Beständigkeit und die mechanische Sta bilität verschlechtert. Außerdem würde die Kristallisationsneigung bei zu gerin gem Netzwerkbildnergehalt stark ansteigen.The glasses contain 43 to 67% by weight, preferably at least 45% by weight, of the network former SiO 2 . Higher contents would make the glasses too viscous and "long", and the good melting properties would be lost. At lower concentrations, the chemical resistance and the mechanical stability would deteriorate. In addition, the tendency to crystallize would increase sharply if the network-forming agent content was too low.
Die Gläser enthalten 0,5 bis 10 Gew.-% des Netzwerkbildners Al2O3, vorzugs weise bis 8 Gew.-%, bevorzugt 1 bis < 5 Gew.-%. Der Mindestgehalt gewähr leistet einen ausreichenden Glasbildneranteil und bildet die Grundlage für eine gute mechanische Stabilität. Bei höheren Konzentrationen als 10 Gew.-% wür den die guten Schmelzeigenschaften verloren gehen.The glasses contain 0.5 to 10% by weight of the network former Al 2 O 3 , preferably up to 8% by weight, preferably 1 to <5% by weight. The minimum content guarantees a sufficient proportion of glass former and forms the basis for good mechanical stability. At concentrations higher than 10% by weight, the good melting properties would be lost.
Die Gläser können außerdem mit B2O3 einen dritten Glasbildner enthalten, der das System stabilisiert und als Flußmittel das Einschmelzen erleichtert, und zwar mit bis zu 5 Gew.-%. Höhere Anteile würden zu einer geringeren Viskosität und damit zu einer höheren Kristallisationsneigung sowie zu einer schlechteren che mischen Beständigkeit führen. Bevorzugt ist ein Gehalt von bis zu 3 Gew.-%.With B 2 O 3 , the glasses can also contain a third glass former, which stabilizes the system and, as a flux, makes melting easier, with up to 5% by weight. Higher proportions would lead to a lower viscosity and thus to a higher tendency to crystallize and to poor chemical resistance. A content of up to 3% by weight is preferred.
Der hohe Glasbildneranteil begünstigt auch die guten Knoop-Härten und die gute chemische Beständigkeit.The high proportion of glass formers also favors the good Knoop hardness and the good Chemical resistance.
Die Gläser enthalten ein oder zwei Alkalioxide, nämlich Li2O und ggf. Na2O, als Flußmittel zur Senkung der Einschmelztemperaturen, wodurch sich ihre Produ zierbarkeit drastisch verbessert.The glasses contain one or two alkali oxides, namely Li 2 O and possibly Na 2 O, as a flux to lower the melting temperatures, which drastically improves their producibility.
Im einzelnen enthalten die Gläser 1-9 Gew.-% Li2O und 0-7 Gew.-% Na2O.Specifically, the glasses contain 1-9% by weight of Li 2 O and 0-7% by weight of Na 2 O.
Bei höheren Gehalten würde die Viskosität stark abnehmen, die Kristallisations anfälligkeit steigen und die chemische Beständigkeit sich verschlechtern. Dies gilt im besonderen Maße für zu hohe Gehalte an Li2O, insbesondere da Li2O in Gegenwart der ebenfalls obligatorischen Komponente TiO2 vorhanden ist. Vor zugsweise sollte die Summe an Li2O und Na2O 15 Gew.-% nicht überschreiten. Bevorzugt ist ein Gehalt von 4-7 Gew.-% Li2O, und bevorzugt ist ein Gehalt von 0-5 Gew.-% Na2O.At higher levels, the viscosity would decrease sharply, the susceptibility to crystallization would increase and the chemical resistance would deteriorate. This applies in particular to excessively high levels of Li 2 O, in particular since Li 2 O is present in the presence of the likewise mandatory component TiO 2 . The sum of Li 2 O and Na 2 O should preferably not exceed 15% by weight. A content of 4-7% by weight of Li 2 O is preferred, and a content of 0-5% by weight of Na 2 O is preferred.
Li2O dient im Unterschied zu anderen Alkalioxiden neben TiO2 und MgO sowie der fakultativen Komponenten CaO als E-Modul-Träger.In contrast to other alkali oxides, Li 2 O serves as a modulus of elasticity in addition to TiO 2 and MgO as well as the optional components CaO.
Außerdem ermöglicht Li2O das chemische Vorspannen der Gläser durch Ionen austausch. Das kleine Li+-Ion zeigt eine hohe Mobilität und ein gutes Potential, um beim Austausch gegen größere Ionen hohe Vorspannungen und große Spannungstiefen zu erzeugen. Li 2 O also enables the glasses to be chemically tempered by ion exchange. The small Li + ion shows a high mobility and a good potential to generate high bias voltages and large voltage depths when exchanged for larger ions.
Auch Na+ kann gegen größere Ionen ausgetauscht werden.Na + can also be exchanged for larger ions.
Die Gläser enthalten 5-10 Gew.-%, bevorzugt 7-9 Gew.-%, MgO. MgO ist ei ner der wesentlichen E-Modul-Träger in diesen Gläsern. Als weiteren E-Modul- Erhöher können die Gläser bis zu 10 Gew.-% CaO enthalten. Bei höheren Gehalten sowohl von MgO als auch von CaO würde die Kristallisationsstabilität verschlechtert. Geringere Gehalte würden die chemische Beständigkeit und die Knoop-Härte verringern. The glasses contain 5-10% by weight, preferably 7-9% by weight, of MgO. MgO is egg ner of the essential modulus of elasticity in these glasses. As another modulus of elasticity The glasses can contain up to 10% by weight of CaO. At higher The crystallization stability would be held by both MgO and CaO deteriorated. The chemical resistance and the Reduce Knoop hardness.
Die Gläser enthalten als weiteren E-Modul-Träger < 5 bis 13 Gew.-%, bevorzugt bis 12 Gew.-%, TiO2. Höhere Gehalte würden die Kristallisationsstabilität ernied rigen, geringere Gehalte würden die Knoop-Härte und die chemische Resistenz verschlechtern.The glasses contain as additional modulus of elasticity <5 to 13% by weight, preferably up to 12% by weight, of TiO 2 . Higher levels would lower the crystallization stability, lower levels would deteriorate the Knoop hardness and chemical resistance.
Zur Verbesserung der Aufheizraten bei den für die Anwendungen als Festplat ten- oder Displaysubstrat oder für Telekommunikationsanwendungen nötigen Beschichtungsprozessen und damit Verkürzung der Sputterzeiten und Erhöhung der Prozessdurchlaufzeiten können die Gläser eine oder mehrere farbgebende bzw. strahlungsabsorbierende Komponenten aus der Gruppe Fe2O3, CoO, CuO, V2O5, Cr2O3 enthalten, wobei der Gehalt jeder einzelnen Komponente und der Gehalt ihrer Summe nicht mehr als 2 Gew.-% betragen soll. Höhere Gehalte wä ren ungünstig für die Kristallisationsstabilität der Gläser.To improve the heating rates for the coating processes required for hard disk or display substrates or for telecommunications applications and thus shorten sputtering times and increase process throughput times, the glasses can contain one or more coloring or radiation-absorbing components from the group Fe 2 O 3 , CoO, CuO, V 2 O 5 , Cr 2 O 3 contain, the content of each individual component and the content of their sum should not be more than 2 wt .-%. Higher contents would be unfavorable for the crystallization stability of the glasses.
Die Gläser können außerdem laseraktive Komponenten enthalten, die die Laser texturierung der Substratoberfläche vor der Beschichtung ermöglichen. So kö nenn sie bis zu insgesamt 7 Gew.-% an Oxiden der Gruppe Ga, Ge, Nb, Mo, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, Er Tm, Yb, Hf, Ta enthalten.The glasses can also contain laser-active components that make up the laser Allow texturing of the substrate surface before coating. So kö they contain up to a total of 7% by weight of oxides from the group Ga, Ge, Nb, Mo, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, Er Tm, Yb, Hf, Ta included.
Es ist von großem Vorteil, dass die Gläser nicht nur ZnO-frei sind, sondern auch noch frei von BaO und SrO, von P2O5, von ZrO2 und von Y2O3 sind. Dadurch weisen sie nicht die schlechten Schmelzeigenschaften und die Kristallisations empfindlichkeit von BaO-, SrO- und ZrO2-haltigen Gläsern auf. Auch ihre ZnO- Freiheit ist vorteilhaft für ihre Schmelzbarkeit. Ihre P2O5-Freiheit wirkt sich positiv auf ihre chemische Beständigkeit aus. Ihre Y2O3-Freiheit verbessert ebenfalls ih re Kristallisation. Außerdem würde Y2O3 sie unnötig teuer machen.It is a great advantage that the glasses are not only free of ZnO, but also free of BaO and SrO, P 2 O 5 , ZrO 2 and Y 2 O 3 . As a result, they do not have the poor melting properties and the crystallization sensitivity of BaO, SrO and ZrO 2 -containing glasses. Their freedom from ZnO is also advantageous for their meltability. Their freedom from P 2 O 5 has a positive effect on their chemical resistance. Their freedom from Y 2 O 3 also improves their crystallization. In addition, Y 2 O 3 would make them unnecessarily expensive.
Die erfindungsgemäßen Gläser sind gut chemisch vorspannbar, durch Ionen austausch von Alkaliionen unterhalb der Transformationstemperatur. Ein solcher Ionenaustausch kann auf bekannte Weise durch Einbringen des Glaskörpers in Schmelzen (Salzbädern) von mehr als 90 Gew.-% eher niedrigschmelzender Natrium- und ggf. Kaliumsalzen, z. B. ihre Nitrate, oder auch durch Aufbringen von Pasten von eher höher schmelzenden Natrium- und ggf. Kaliumsalzen, z. B. ihre Sulfate, auf die Oberfläche des Glaskörpers stattfinden. Einwirkzeiten und -temperaturen entsprechen den üblichen von der jeweiligen Glaszusammenset zung abhängenden Bedingungen bei diesen bekannten Ionenaustauschverfah ren, d. h. Zeiten zwischen 0,5 und 24 h und Temperaturen zwischen Tg (Trans formationstemperatur) - 120 K und Tg - 20 K, vorzugsweise zwischen Tg - 90 K und Tg - 50 K, also bei diesen Gläsern Temperaturen zwischen 350 und 550°C, vorzugsweise zwischen 380 und 520°C, wobei in Relation zu Tg niedrigere Temperaturen höhere Verweilzeiten erforderlich machen. Durch das chemische Vorspannen lässt sich eine starke und anhaltende Vorspannung aufbauen, wo durch die Bruchfestigkeit der Gläser erhöht wird.The glasses according to the invention are readily chemically toughened by ion exchange of alkali ions below the transformation temperature. Such an ion exchange can be carried out in a known manner by introducing the glass body into melts (salt baths) of more than 90% by weight of rather low-melting sodium and possibly potassium salts, e.g. B. their nitrates, or by applying pastes of higher melting sodium and possibly potassium salts, e.g. B. their sulfates take place on the surface of the vitreous. Exposure times and temperatures correspond to the usual conditions depending on the respective glass composition in these known ion exchange processes, ie times between 0.5 and 24 h and temperatures between T g (transformation temperature) - 120 K and T g - 20 K, preferably between T g - 90 K and T g - 50 K, that is, temperatures between 350 and 550 ° C., preferably between 380 and 520 ° C. in these glasses, with lower temperatures in relation to T g necessitating longer residence times. The chemical tempering enables a strong and lasting preload to be built up, which increases the breaking strength of the glasses.
Die Gläser können zur Verbesserung der Glasqualität herkömmliche Läutermittel in herkömmlichen Mengen enthalten. So können sie bis zu 1,5 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, und/oder CeO2, enthalten. Auch der Zusatz von je 1,5 Gew.-% Cl-, F- oder SO4 2- ist möglich. Die Summe aus As2O3, Sb2O3, CeO2, SnO2, Cl-, F- und SO4 2- soll jedoch 1,5 Gew.-% nicht überschreiten. Wenn auf die Läutermittel As2O3 und Sb2O3 verzichtet wird, sind die Gläser nicht nur mit den verschiede nen Ziehverfahren, sondern auch mit dem Floatverfahren verarbeitbar.The glasses can contain conventional refining agents in conventional amounts to improve the glass quality. So they can contain up to 1.5 wt .-% As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , SnO 2 , and / or CeO 2 . It is also possible to add 1.5% by weight of Cl - , F - or SO 4 2- . However, the sum of As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , CeO 2 , SnO 2 , Cl - , F - and SO 4 2- should not exceed 1.5% by weight. If the refining agents As 2 O 3 and Sb 2 O 3 are dispensed with, the glasses can be processed not only with the various drawing processes but also with the float process.
In der Tabelle 1 sind zwei Beispiele erfindungsgemäßer Gläser angegeben. Die Tabelle enthält deren Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) sowie An gaben zu wesentlichen Eigenschaften der Gläser.Table 1 shows two examples of glasses according to the invention. The The table contains their composition (in% by weight on an oxide basis) and An gave essential properties of the glasses.
Die Rohstoffe für die Oxide, bevorzugt Carbonate, Fluoride und/oder Nitrate werden abgewogen, das Läutermittel zugegeben und das Gemenge gut ge mischt. Das Glasgemenge wird bei ca. 1500°C in einem kontinuierlichen Schmelzaggregat eingeschmolzen, danach geläutert und homogenisiert. Bei ei ner Gusstemperatur von etwa 1350°C wird das Glas verarbeitet.The raw materials for the oxides, preferably carbonates, fluorides and / or nitrates are weighed, the refining agent is added and the batch is mixed well mixed. The glass batch is in a continuous at approx. 1500 ° C Melting unit melted down, then refined and homogenized. With egg The glass is processed at a casting temperature of around 1350 ° C.
Ihre hohe chemische Beständigkeit wird durch die Angabe der Säure-Resistenz klasse SR nach ISO 8424, und der Alkaliresistenzklasse AR nach DIN 10659 dokumentiert. Die Gläser weisen eine Säureresistenzklasse von 1 und eine Alka liresistenzklasse von 1 auf.Their high chemical resistance is indicated by the acid resistance class SR according to ISO 8424, and the alkali resistance class AR according to DIN 10659 documented. The glasses have an acid resistance class of 1 and an alka resistance class from 1 to.
Ihre Transformationstemperatur Tg zwischen 470°C und 570°C ist hoch genug für die bei den Sputter- und anderen Beschichtungsverfahren auftretenden Temperaturen und niedrig genug für das chemische Vorspannen durch Ionen austausch. Their transformation temperature T g between 470 ° C and 570 ° C is high enough for the temperatures occurring in the sputtering and other coating processes and low enough for the chemical tempering by ion exchange.
Weiter enthält die Tabelle die Verarbeitungstemperatur VA [°C], also die Tempe ratur bei der Viskosität 104 dPas, die bei den Gläsern < 880°C beträgt. Damit besitzen die Gläser ein für Heißformgebung und Schmelzbarkeit mit konventio nellen Techniken geeignete Viskositätsverhalten.The table also contains the processing temperature V A [° C], i.e. the temperature at the viscosity 10 4 dPas, which is <880 ° C for the glasses. The glasses therefore have a viscosity behavior suitable for hot forming and meltability using conventional techniques.
Weiter enthält die Tabelle den Elastizitätsmodul E [GPa], an nicht vorgespannten Proben ermittelt, die Dichte ρ [g/cm3] und den spezifischen Elastizitätsmodul E/ρ [MJ/kg]. Der hohe Elastizitätsmodul E von wenigstens 90 GPa bei einer niedri gen Dichte ρ < 2,850 g/cm3 und damit der hohe spezifische Elastizitätsmodul E/ρ von wenigstens 31,6 MJ/kg, vorzugsweise < 32 MJ/kg, zeigen die hohe Form stabilität der Gläser.The table also contains the elastic modulus E [GPa], determined on non-prestressed samples, the density ρ [g / cm 3 ] and the specific elastic modulus E / ρ [MJ / kg]. The high modulus of elasticity E of at least 90 GPa with a low density ρ <2.850 g / cm 3 and thus the high specific modulus of elasticity E / ρ of at least 31.6 MJ / kg, preferably <32 MJ / kg, show the high dimensional stability of glasses.
Weiter enthält die Tabelle die Knoop-Härte HK 0,1/20 der Gläser, die zwischen 550 und 700 beträgt.The table also contains the Knoop hardness HK 0.1 / 20 of the glasses between Is 550 and 700.
Weiter enthält die Tabelle den thermischen Ausdehnungskoeffizienten α20/300 der Gläser. Er beträgt zwischen 7,5 × 10-6/K und 10,5 × 10-6/K und liegt damit ausrei chend nah an den Ausdehnungskoeffizienten des Klemmmaterials, der An triebswelle und der Beschichtungsmaterialien für Festplatten.The table also contains the thermal expansion coefficient α 20/300 of the glasses. It is between 7.5 × 10 -6 / K and 10.5 × 10 -6 / K and is therefore sufficiently close to the expansion coefficient of the clamping material, the drive shaft and the coating materials for hard drives.
Zum Nachweis der chemischen Vorspannbarkeit wurden Glaskörper der Abmes sungen 30 mm × 30 mm × 2 mm hergestellt und in einem Bad aus einem ge schmolzenen Na-/K-Nitrat-Gemisch bei Tg - 50 K 8 h lang belassen. Mittels EDX konnten Austauschzonen mit üblichen Spannungswerten mit Dicken von we nigstens 10 µm nachgewiesen werden.To demonstrate the chemical prestressability, glass bodies with dimensions of 30 mm × 30 mm × 2 mm were produced and left in a bath made of a molten Na / K nitrate mixture at T g - 50 K for 8 hours. Exchange zones with normal stress values with a thickness of at least 10 µm could be detected using EDX.
Die Gläser sind also gut ionenaustauschbar, wodurch ausreichend dicke Druck spannungszonen erzeugt werden. Dadurch wird ihre an sich schon gute mecha nische Belastbarkeit erhöht.The glasses are therefore easily ion-exchangeable, which means that the print is sufficiently thick stress zones are generated. This makes your mecha already good in itself African resilience increased.
Die Gläser besitzen eine gute Innere Qualität aufgrund ihrer guten Schmelz- und Läuterbarkeit und ihrer guten Heißformgebungseigenschaften.The glasses have a good internal quality due to their good melting and Purifiability and their good hot forming properties.
Die Gläser sind sehr kristallisationsstabil und großtechnisch wirtschaftlich produ zierbar.The glasses are very stable to crystallization and economically produc ible.
Aufgrund ihrer guten Entglasungsstabilität und ihrer hohen Oberflächenspan nung sind die erfindungsgemäßen Gläser nicht nur als dickere, sondern auch als dünne (< 1,5 mm) streifenfreie Substrate in sehr guter Qualität, insbesondere mit geringer (Waviness < 50 nm) Oberflächenwelligkeit insbesondere in Ziehverfah ren herstellbar. Die hohe Oberflächengüte erleichtert das Polieren und spart kostenintensive Bearbeitungsschritte ein. Die Gläser können auf eine Oberflä chenrauhigkeit (Ra) von < 0,5 nm poliert werden.Because of their good devitrification stability and their high surface area The glasses according to the invention are not only thicker, but also as thin (<1.5 mm) streak-free substrates in very good quality, especially with lower (waviness <50 nm) surface ripple, especially in the drawing process producible. The high surface quality makes polishing easier and saves costly processing steps. The glasses can be on a surface surface roughness (Ra) of <0.5 nm can be polished.
Die Gläser können auch geometriegenau direkt verpreßt werden.The glasses can also be pressed directly with precise geometry.
Die Gläser sind nicht nur mit Preßverfahren und mit den verschiedenen Zieh verfahren, vorzugsweise mit dem Down-Draw-Verfahren, sondern, wenn sie frei von As2O3 und Sb2O3 sind, auch mit dem Floatverfahren herstellbar. The glasses can be produced not only with the pressing process and with the various drawing processes, preferably with the down-draw process, but, if they are free of As 2 O 3 and Sb 2 O 3 , also with the float process.
Die erfindungsgemäßen Gläser erfüllen also das gesamte Anforderungsprofil an Eigenschaften, um für die Herstellung von vorgespannten oder nicht vorge spannten Festplattensubstraten, auch für hohe Umdrehungszahlen, geeignet zu sein.The glasses according to the invention therefore meet the entire requirement profile Properties in order for the production of prestressed or not prestressed hard disk substrates, also suitable for high revs his.
Die Gläser sind insbesondere aufgrund ihrer thermischen Dehnung und ihrer chemischen Beständigkeit hervorragend geeignet für die Verwendung als Sub strate in Telekommunikationstechnologien, insbesondere für DWDM-Filter.The glasses are special due to their thermal expansion and their chemical resistance excellent for use as a sub strate in telecommunications technologies, especially for DWDM filters.
Sie sind ebenfalls hervorragend geeignet für die Verwendung als Substrate in Displaytechnologien, insbesondere als Substrate für Field Emission Displays, sogenannte FEDs.They are also excellent for use as substrates in Display technologies, in particular as substrates for field emission displays, so-called FEDs.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2001103085 DE10103085C2 (en) | 2001-01-24 | 2001-01-24 | Lithium oxide-containing aluminosilicate glass, and uses of this glass |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2001103085 DE10103085C2 (en) | 2001-01-24 | 2001-01-24 | Lithium oxide-containing aluminosilicate glass, and uses of this glass |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10103085A1 DE10103085A1 (en) | 2002-08-01 |
| DE10103085C2 true DE10103085C2 (en) | 2003-03-27 |
Family
ID=7671565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2001103085 Expired - Fee Related DE10103085C2 (en) | 2001-01-24 | 2001-01-24 | Lithium oxide-containing aluminosilicate glass, and uses of this glass |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10103085C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0917135A1 (en) * | 1997-06-05 | 1999-05-19 | Hoya Corporation | Substrate for information recording media |
| EP0941973A2 (en) * | 1998-03-13 | 1999-09-15 | Hoya Corporation | Crystallized glass for information recording medium, crystallized glass substrate, and information recording medium using the crystallized glass substrate |
| DE19802919C1 (en) * | 1998-01-27 | 1999-10-07 | Schott Glas | Shape-stable glass for high speed hard disk substrates |
-
2001
- 2001-01-24 DE DE2001103085 patent/DE10103085C2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0917135A1 (en) * | 1997-06-05 | 1999-05-19 | Hoya Corporation | Substrate for information recording media |
| DE19802919C1 (en) * | 1998-01-27 | 1999-10-07 | Schott Glas | Shape-stable glass for high speed hard disk substrates |
| EP0941973A2 (en) * | 1998-03-13 | 1999-09-15 | Hoya Corporation | Crystallized glass for information recording medium, crystallized glass substrate, and information recording medium using the crystallized glass substrate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10103085A1 (en) | 2002-08-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2539289B1 (en) | Lithium aluminosilicate glass having a high e-module and method for the production thereof | |
| DE19739912C1 (en) | New alkali-free aluminoborosilicate glass | |
| DE19917921C1 (en) | High specific elasticity moduli aluminosilicate glasses or glass-ceramics, for hard disk substrates, contain boron, alkali and alkaline earth metal, magnesium, phosphorus and titanium oxides | |
| DE69532437T2 (en) | LIME SODIUM SIIKATE GLASS COMPOSITIONS AND THEIR APPLICATIONS | |
| EP1070681B1 (en) | Alkali-free aluminoborosilicate glass, its uses and process of production | |
| EP3392218B1 (en) | Chemically resistant glass and its use | |
| EP1593658B1 (en) | Chemically and thermally pre-stressable lithium aluminosilicate float glass of high temperature resistance | |
| DE69915428T2 (en) | Glass ceramics with low expansion | |
| DE69815492T2 (en) | Glass-ceramic carrier material of high rigidity for magnetic information recording medium | |
| EP1837313B1 (en) | Optically detectable, floatable, arsenic- and antimony-free, ceramisable lithium-aluminium-silicate glass | |
| DE2034393B2 (en) | Application of the process to increase the mechanical strength of a glass by exchanging sodium ions for potassium ions on a glass, which enables shortened exchange times | |
| DE4206268A1 (en) | Glass compsn. capable of being surface hardened - by ion exchange using oxide(s) of silicon, aluminium, lithium, sodium and zirconium | |
| DE19838198C2 (en) | Glasses and glass ceramics with a high modulus of elasticity and their uses | |
| DE102013114225A1 (en) | Chemically toughenable glass and glass element made therefrom | |
| DE10141666A1 (en) | Alkali aluminosilicate glass used in the pre-stressed substrate glass for storage media comprises oxides of silicon, aluminum, boron, lithium, sodium, potassium, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, titanium and zirconium | |
| DE10064808B4 (en) | Zinc oxide-containing borosilicate glass and its uses | |
| DE10103085C2 (en) | Lithium oxide-containing aluminosilicate glass, and uses of this glass | |
| DE10149932B4 (en) | Zinc oxide-containing borosilicate glass and uses of the glass | |
| DE10133963B4 (en) | Boroalkali silicate glass and its uses | |
| DE10102296C1 (en) | Glass used in production of pre-stressed substrates for solid plates and as color filter glass contains oxides of silicon, boron, aluminum, lithium, sodium, potassium, magnesium | |
| EP4194416A1 (en) | Glass-ceramic cover sheet, method for the production thereof, use thereof and digital display device comprising such a cover sheet |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8304 | Grant after examination procedure | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |