DE10141666A1

DE10141666A1 - Zinkhaltiges Alkalialuminosilicatglas und seine Verwendungen

Info

Publication number: DE10141666A1
Application number: DE2001141666
Authority: DE
Inventors: Jose Zimmer; Ute Woelfel
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2001-08-25
Filing date: 2001-08-25
Publication date: 2003-03-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Alkalialuminosilikatglas der Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) DOLLAR A SiO¶2¶ 55-69; Al¶2¶O¶3¶ 10-18; B¶2¶O¶3¶ 0-8; Li¶2¶O 3-10; Na¶2¶O 5-15; K¶2¶O 0-5; ZnO 2-10; MgO + CaO + SrO + BaO 0-5; TiO¶2¶ 0-5; ZrO¶2¶ 0-5 und seine Verwendungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein zinkhaltiges Alkalialuminosilicatglas sowie Verwendungen dieses Glases.

Für Verwendungen als Substratmaterial beispielsweise für Datenträger (Festplatten) oder für DNA-Chips werden vorzugsweise Gläser eingesetzt. Ihre Vorteile gegenüber anderen Materialien liegen unter anderem in ihren Oberflächeneigenschaften (gering Rauhigkeit), ihre Transparenz, ihrer chemischen Beständigkeit und ihrer geringen Fluoreszenz.

Solche Substratgläser müssen bei der Verwendung erhöhten chemischen, thermischen und mechanischen Belastungen standhalten.

Meistens müssen die Gläser Beschichtungsprozesse durchlaufen (beispielsweise durch Kathodenzerstäubung oder Sputterverfahren) bei denen hohe Temperaturen, ca. 400°C, mit kurzen Abkühlraten auftreten. Daran können sich auch noch Wärmebehandlungen bei ca. 300-400°C anschließen. Die Substratgläser sollten daher Transformationstemperaturen von mehr als 450°C aufweisen. Bei der Verwendung als Festplatten treten zudem 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 5000 bis ca. 15 000 U/min zusätzliche Spannungen durch die Zentrifugalkräfte. Solchen Belastungen halten vor allem 0,25 bis 3,0 mm dünne Gläser insbesondere dann stand, wenn sie oberflächenvorgespannt sind. Da die Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit durch thermisches Vorspannen erst bei einer Mindestdicke von 3 mm möglich ist, sollten Gläser für die genannte Verwendung chemisch vorspannbar sein. Sinnvollerweise sind sie durch Ionenaustausch im Salzbad unterhalb der Transformationstemperatur T_g vorspannbar, d. h. weisen sie genügend zum Austausch geeignete Ionen wie Li⁺- und/oder Na⁺-Ionen auf.

Neben der Oberflächenebenheit ist die chemische Beständigkeit des Substratglases 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. Es wird jedoch verringert, wenn die Oberfläche des Festplattensubstrates unbeständig gegen Atmosphäreneinfluss ist und schon vor der Beschichtung ein chemischer Angriff die Oberfläche rauh macht oder wenn die Oberfläche durch Atmosphäreneinfluss ihre Haftfestigkeit zur aufgebrachten Schichtenfolge verliert und diese sich von ihr löst. Die Substrate sollen also eine hohe chemische Beständigkeit aufweisen. Auch muss die Alkalilässigkeit bei gleichzeitig hoher Dehnung möglichst gering sein, da es ansonsten zu Reaktionen mit den bei Displays, Festplatten und DNA-Chips, auf das Glassubstrat aufgebrachten Funktionsschichten kommen kann, was wiederum zu Funktionseinbußen bzw. zum Funktionsausfall führen würde.

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 Ausdehnungskoeffizienten α_20/300 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 Federstahl mit α_20/300 ca. 12 × 10^-6/K) unterscheiden soll, um Spannungen zu vermeiden. Eine hohe thermische Dehnung (α_20/300 > 7,0 × 10^-6/K) ist auch günstig für die Laserschneidbarkeit des Glases, denn bei hoher thermischer Dehnung kann die Schneidzeit reduziert werden, also der Durchsatz erhöht werden.

Weiter benötigen Festplatten eine hohe Formstabilität, um auch bei hohen Umdrehungszahlen im Laufwerk nicht zu flattern. Solche Auslenkungen aus der Ruhelage würden bei zu niedriger Flug-/Gleithöhe des Schreib-Lesekopfes dazu führen, dass der Schreib-Lese-Kopf die Orientierung zum Informationsgehalt 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 hohen Elastizitätsmodul E und/oder eine geringe Dichte ρ bedeutet. E/ρ soll mehr als 25 × 10⁵ × Ncm/g betragen. Ähnliche Anforderungen hinsichtlich Steifigkeit werden aufgrund der "sagging"-Problematik, dem Durchbiegen der Scheiben während des Handlings in der Produktion, auch an Substrate für Displayanwendungen gestellt.

Neben den genannten Materialeigenschaften, die die Eignung als Substrat für die genannten Anwendungen betreffen, sollen die Gläser, insbesondere für die Herstellung von Massenprodukten, mit geringen Produktionskosten herstellbar sein. Dazu muss das Schmelz- und Heißformgebungsverhalten der Gläser für großtechnische Anlagen geeignet sein. Die Glasschmelzen sollen das Feuerfestmaterial der Schmelzaggregate möglichst wenig angreifen, d. h. unter anderem dass sie bei niedrigen Temperaturen herstellbar sein sollen. Geeignete Gläser sollen großtechnisch in ausreichender Qualität (z. B. keine Blasen, Knoten, Einschlüsse), z. B. auf einer Floatanlage oder in Ziehverfahren, z. B. vorzugsweise im Down-Draw-Verfahren, wirtschaftlich produzierbar sein. Besonders die Herstellung dünner (< 1,5 mm) streifenfreier Substrate von geringer Oberflächenwelligkeit über Ziehverfahren erfordert eine hohe Entglasungsstabilität der Gläser.

Es sind bereits zahlreiche Gläser für die Verwendung als Substrate für Displays bekannt. Auch für die Verwendung als Substrate für Festplatten sind neben Metallen, 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.

Die Gläser gehören den verschiedensten Glasgruppen an, so z. B. Borosilicatgläser, Zinksilicatgläser, Aluminosilicatgläser und Calciumsilicatgläser.

Viele der bekannten Gläser sind Li₂O-haltig, aber ZnO-frei. Solche Gläser, wie sie beispielsweise in JP 10-1329 A, US 5,902,665 und US 6,187,441 beschrieben sind, neigen zu sehr zur Kristallisation, um in den geforderten Oberflächenqualitäten im Ziehverfahren herstellbar zu sein. Die Gläser weisen oftmals Transformationstemperaturen unterhalb 450°C auf und sind somit für Sputterprozesse bei höheren Temperaturen nicht verwendbar.

Die Li- und P-haltigen Gläser der JP 2000-007372 A führen außerdem bei ihrer Herstellung zur Korrosion des Feuerfestmaterials.

US 6,214,429 beschreibt Festplattensubstratgläser, die über ihren hohen E-Modul definiert sind. Die Gläser sind SiO₂-arm und hoch MgO- und Al₂O₃- haltig und enthalten meist noch hohe Anteile an TiO₂ und Y₂O₃. Die Gläser werden nicht oder nur schlecht ziehbar sein.

Die in DE 42 06 268 A1 beschriebenen chemisch verstärkbaren Glaszusammensetzungen sind hoch ZrO₂-haltig. Sie weisen keine ausreichende Kristallisationsstabilität auf. Die Gläser der JP 2000-319036 A sind SiO₂-arm, relativ hoch BaO-haltig und enthalten kein oder nur wenig Li₂O. Aufgrund des niedrigen SiO₂-Gehalts zeigen die Gläser eine schlechte Kristallisationsstabilität. Auch die Na₂O-freien Gläser der JP 2000-63144 A mit ihren möglichen hohen Anteilen an TiO₂, Y₂O₃ und Li₂O haben eine geringe Kristallisationsstabilität.

PCT/US01/00260 beinhaltet ZrO₂-freie und Li₂O-freie Gläser, deren E-Modul bereits hoch, aber noch verbesserungsfähig ist im Hinblick auf die Anforderungen an die Formstabilität der Substrate.

Die zwingend B₂O₃-haltigen Gläser der JP 4-70262 B2 sind recht Al₂O₃-arm. Dadurch ist ihre chemische Resistenz nicht gut. Ihr Alkaligehalt kann zwischen 10 und 32 Gew.-% variieren und ist nicht weiter konkretisiert.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, Gläser zur Herstellung von Festplattensubstraten und von Substraten für Displays zur Verfügung zu stellen, d. h. Gläser, die die dafür nötigen Eigenschaften aufweisen, die insbesondere eine geringe Alkaliabgabe bei gleichzeitig hoher Dehnung aufweisen, und die für eine wirtschaftliche Herstellung geeignet, insbesondere ausreichend kristallisationsstabil sind.

Diese Aufgabe wird durch die zinkhaltigen Alkalialuminosilicatgläser gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Gläser enthalten 55 bis 69 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 58 Gew.-%, bevorzugt 60 bis 67 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens 62 Gew.-%, des Netzwerkbildners SiO₂. Dadurch weisen sie besonders gute Heißformgebungseigenschaften auf, denn bei diesen vergleichsweise niedrigen SiO₂- Anteilen ist die Kristallisationsstabilität bereits hoch und die Verarbeitungstemperatur noch niedrig. Bei noch niedrigeren Konzentrationen würde die chemische Beständigkeit verschlechtert.

Wesentlicher Bestandteil der Gläser sind die Alkalioxide. Durch das Vorliegen der einzelnen Oxide in ausgewogenen Anteilen wird die hohe thermische Dehnung erreicht und wird die Alkalilässigkeit insbesondere nach dem chemischen Vorspannen niedrig gehalten.

Na₂O ist als Flussmittel in der Schmelze und zur Ermöglichung des chemischen Vorspannens durch Ionenaustausch in den Gläsern vorhanden, und zwar mit 5 bis 15 Gew.-%. Bei niedrigeren Konzentrationen würde das Schmelzverhalten negativ beeinflusst, wäre die chemische Vorspannung nicht mehr gewährleistet und würde die gewünschte hohe thermische Dehnung nicht mehr erreicht. Bei höheren Konzentrationen nähme die chemische Resistenz ab und die Alkalilässigkeit zu. Bevorzugt ist ein Na₂O-Gehalt von wenigstens 6 Gew.-% und höchstens 10 Gew.-%.

K₂O kann in den Gläsern mit bis zu 5 Gew.-% vorhanden sein. K₂O erhöht die thermische Dehnung und begünstigt die Austauschbarkeit der Natriumionen. Höhere Konzentrationen an K₂O als 5 Gew.-% würden sich wie beim Na₂O negativ auf chemische Resistenz und Alkalilässigkeit auswirken. Vorzugsweise beträgt der K₂O-Gehalt zwischen 0 und < 4 Gew.-%. Besonders bevorzugt beträgt er zwischen 0 und 2 Gew.-%. Ein Mindestgehalt von 0,1 Gew.-% K₂O ist sehr bevorzugt, ganz besonders bevorzugt ist ein Gehalt an K₂O zwischen 0,1 und 1 Gew.-%.

Wesentlich ist das Vorhandensein von Li₂O in den Gläsern, und zwar zu 3-10 Gew.-%. Li₂O fördert die gewünschte hohe thermische Dehnung. Li₂O ermöglicht den Ionenaustausch mit Na-Ionen zum Zweck des chemischen Vorspannens. Bei höheren als der angegebene Konzentrationen würde die Kristallisationsstabilität der Gläser sinken. Vorzugsweise beträgt der Li₂O-Gehalt mehr als 3 Gew.-%, insbesondere wenigstens 5 Gew.-%. Bevorzugt ist ein Li₂O-Gehalt zwischen 5,5 und 9 Gew.-%.

Es ist bevorzugt, dass die Summe der Alkalioxide wenigstens 10 Gew.-% beträgt. Es ist besonders bevorzugt, dass die Summe der Alkalioxide höchstens 20 Gew.-% beträgt.

Die Gläser enthalten 10 bis 18 Gew.-%, bevorzugt 12 bis 15 Gew.-% Al₂O₃. Bei niedrigeren Gehalten würde die chemische Resistenz und die Kristallisationsstabilität verschlechtert. Bei höheren Gehalten würde die Schmelzbarkeit verschlechtert und würde die thermische Dehnung herabgesetzt. Vorzugsweise enthalten die Gläser > 12 Gew.-%, insbesondere > 14 Gew.-% Al₂O₃.

Dadurch, dass die Gläser neben SiO₂ auch Al₂O₃ enthalten, und zwar in den angegebenen Mengen, sind die Schmelz- und Verarbeitungseigenschaften sehr gut und ist die Kristallisationsneigung gering.

Die Gläser können bis zu 8 Gew.-% B₂O₃ enthalten. B₂O₃ wirkt als Flussmittel und verbessert die Schmelzeigenschaften. Bei höheren Konzentrationen würde sich die chemische Resistenz verschlechtern, insbesondere auch, weil eine Erhöhung des Anteils dieses Netzwerkbildners üblicherweise mit einer Erniedrigung des Netzwerkbildners SiO₂ einherginge. Bevorzugt ist ein B₂O₃- Höchstgehalt von 5 Gew.-%, vorzugsweise von < 5 Gew.-%, besonders bevorzugt ist ein B₂O₃-Höchstgehalt von 1 Gew.-%. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Gläser B₂O₃-frei.

Die Gläser können zur weiteren Verbesserung der Säureresistenz bis zu 5 Gew.-% TiO₂ enthalten. Höhere Gehalte würden die Kristallisationsstabilität erniedrigen. Bevorzugt ist eine TiO₂-Gehalt zwischen 0 und 3 Gew.-%.

Die Gläser können bis zu 5 Gew.-% ZrO₂ enthalten. Dadurch wird die chemische Beständigkeit, insbesondere die hydrolytische Beständigkeit verbessert. Höhere Gehalte würden die Kristallisationsstabilität herabsetzen. Bevorzugt ist ein ZrO₂-Gehalt zwischen 0 und 3 Gew.-%.

ZnO ist für die Heißformgebungseigenschaften der Gläser eine wichtige Komponente. Es erhöht die Oberflächenspannung der Schmelze und verbessert im Rahmen der vorhandenen Anteile die Kristallisationsstabilität. Es ist mit wenigstens 2 Gew.-% und höchstens 10 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 3 Gew.-% und höchstens 8 Gew.-%, in den Gläsern vorhanden. Überraschenderweise können durch die Zugabe von Zinkoxid die Kristallisationsbeständigkeiten der Gläser so verbessert werden, dass sie ohne Kristallisationsprobleme mit einem Down-Draw-Verfahren produziert werden können. Bei höheren Gehalten als 10 Gew.-% würde die Entglasungsstabilität wieder nachlassen.

Vorzugsweise beträgt die Summe aus den Alkalioxiden und ZnO mehr als 18 Gew.-%.

Die Gläser können geringe Konzentrationen an Erdalkalioxiden, und zwar bis zu 5 Gew.-%, MgO, bis zu 5 Gew.-%, CaO, bis zu 5 Gew.-%, SrO, bis zu 5 Gew.-%, BaO enthalten, wobei die Summe aus MgO, CaO, SrO, BaO 5 Gew.-%, nicht überschreiten soll. So kann die chemische Beständigkeit zusätzlich verbessert und die Ionenaustauschfähigkeit begünstigt werden. Bei höheren Anteilen würde die Kristallisationsstabilität herabgesetzt. Bevorzugt ist der Verzicht auf MgO, SrO und BaO. Bevorzugt ist ein CaO-Gehalt zwischen 0 und 2 Gew.-%. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Gläser auch CaO-frei.

Zur Verbesserung der Aufheizraten bei den Beschichtungsprozessen und damit 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 4 Gew.-% betragen soll. Durch das Vorhandensein der absorbierenden Komponenten wird auch die Laserschneidbarkeit der Gläser günstig beeinflusst. Höhere Gehalte wären ungünstig für die Kristallisationsstabilität der Gläser.

Die erfindungsgemäßen Gläser sind gut chemisch vorspannbar, durch Ionenaustausch 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 Kaliumsalze und/oder Natriumsalze, z. B. Nitrat, oder auch durch Aufbringen von Pasten von eher höher schmelzenden Kaliumsalzen und/oder Natriumsalzen, z. B. Sulfat, auf die Oberfläche des Glaskörpers stattfinden. Einwirkzeiten und -temperaturen entsprechen den üblichen von der jeweiligen Glaszusammensetzung abhängenden Bedingungen bei diesen bekannten Ionenaustauschverfahren, d. h. Zeiten zwischen 0,5 und 24 h und Temperaturen zwischen T_g (Transformationstemperatur) - ca. 100 K und T_g - ca. 50 K, also bei diesen Gläsern Temperaturen zwischen 350 und 550°C, wobei niedrigere Temperaturen höhere Verweilzeiten erforderlich machen. Durch das chemische Vorspannen lässt sich eine starke und anhaltende Vorspannung aufbauen, wodurch die an sich schon hohe Bruchfestigkeit der Gläser erhöht wird.

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^- (beispielsweise als NaCl), F^- (z. B. als NaF) oder SO₄ ^2- (z. B. als Na₂SO₄) 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 verschiedenen Ziehverfahren, sondern auch mit dem Floatverfahren verarbeitbar.

Ausführungsbeispiele

In der Tabelle 1 sind sieben Beispiele erfindungsgemäßer Gläser angegeben. Die Tabelle enthält deren Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) sowie Angaben zu wesentlichen Eigenschaften der Gläser.
Die Gläser wurden aus üblichen Rohstoffen in Pt-Ir-Tiegeln bei 1600°C erschmolzen. Die Schmelze wurde 1S h bei dieser Temperatur geläutert, anschließend in induktiv beheizte Pt-Tiegel umgegossen und zur Homogenisierung 30 min bei 1550°C gerührt.
Ihre hohe chemische Beständigkeit wird durch die Angabe der Säure- Resistenz-Klasse SR nach ISO 8424, die Angabe der Laugenbeständigkeitsklasse AR nach DIN ISO 659 und die Angabe der Hydrolytischen Beständigkeit HGB nach DIN ISO 719 als µg/g Na-Äquivalent dokumentiert. Die Gläser weisen eine Säure-Resistenz-Klasse von wenigstens 1, eine Alkali-Resistenz- Klasse von wenigstens 1 und eine Hydrolytische Beständigkeit von höchstens 80 µg/g Na-Äquivalent auf. Die Gläser zeigen insgesamt eine geringe Ionenlässigkeit.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient α_20/300 der Gläser beträgt zwischen 8,6 × 10^-6/K und 10 × 10^-6/K und liegt damit ausreichend nah an den Ausdehnungskoeffizienten des Klemmaterials, der Antriebswelle und der Beschichtungsmaterialien für Festplatten.
Diese thermischen Dehnungen genügen ebenfalls den Anforderungen für die Verwendungen als Substrate für PDP-Display-Panels und für DNA-Chips.
Ihre Transformationstemperatur T_g zwischen > 450°C und < 600°C ist hoch genug für die bei den Sputter- und anderen Beschichtungsverfahren auftretenden Temperaturen und niedrig genug für das chemische Vorspannen durch Ionenaustausch.
Weiter enthält die Tabelle die Verarbeitungstemperatur V_A [°C], also die Temperatur bei der Viskosität 10⁴ dPa.s, die bei den Gläsern ≤ 1100°C beträgt. Mit V_A ≤ 1100°C besitzen die Gläser eine für Heißformgebung und Schmelzbarkeit mit konventionellen Techniken geeignete Viskositätskennlinie. Die Gläser sind in üblichen Feuerfest-Schmelzaggregaten, -wannen, herstellbar. Überraschenderweise bewirken die Schmelze dieser Gläser eine sehr geringe Feuerfestkorrosion. Zur Bestimmung der Kristallisationsneigung (Entglasungsneigung) bzw. -stabilität wurden Temperungen im Gradientenofen an Glasproben zwischen 600 und 1200°C über einen Zeitraum von 1 h durchgeführt (in Tabelle 1 als Krist. 1 h 600-1200°C bezeichnet). Es konnten bei den Gläsern gar keine Kristalle (s. Tabelle: "keine") oder zumindest nur Oberflächenkristalle (s. Tabelle: "gering") anschließend nachgewiesen werden.
kristalle (s. Tabelle: "gering") anschließend nachgewiesen werden. Damit sind die Gläser als ausreichend entglasungsstabil einzustufen.
Weiter enthält die Tabelle den Elastizitätsmodul E [GPa], an nicht vorgespannten Proben ermittelt, die Dichte ρ [g/cm³] und den spezifischen Elastizitätsmodul E/ρ [10⁵ N cm/g]. Der hohe Elastizitätsmodul E von mehr als 80 GPa bei einer niedrigen Dichte ρ < 2,60 g/cm³ und damit der hohe spezifische Elastizitätsmodul E/ρ von mehr als 25 × 10⁵ N cm/g zeigen die hohe Formstabilität der Gläser.
Zum Nachweis der chemischen Vorspannbarkeit wurden Glaskörper der Abmessungen 30 mm × 30 mm × 2 mm hergestellt und in einem Bad aus geschmolzenem KNO₃ bei 400°C 4 h lang belassen. Mittels EDX konnten Austauschzonen mit üblichen Spannungswerten mit Dicken von wenigstens 10-40 µm nachgewiesen werden.
Die Gläser sind also gut chemisch vorspannbar, wodurch ausreichend dicke Druckspannungszonen erzeugt werden. Dadurch wird ihre an sich schon gute mechanische Belastbarkeit erhöht. Tabelle 1 Zusammensetzungen (Gew.-% auf Oxidbasis) und wesentliche Eigenschaften der Gläser
Aufgrund ihrer hervorragenden Entglasungsstabilität und ihrer hohen Oberflächenspannung sind die 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 Ziehverfahren herstellbar. Die hohe Oberflächengüte erleichtert das Polieren und spart kostenintensive Bearbeitungsschritte ein. Die Gläser können auf eine Oberflächenrauhigkeit von < 0,5 nm poliert werden.
Die erfindungsgemäßen Gläser erfüllen also das gesamte Anforderungsprofil an Eigenschaften, um für die Herstellung von vorgespannten oder nicht vorgespannten Festplattensubstraten, auch für hohe Umdrehungszahlen, geeignet zu sein.
Sie sind ebenfalls hervorragend geeignet für die Verwendung als Substrate in der Displaytechnologie, insbesondere für Plasma Display Panels, sog. PDPs, und in der Biotechnologie, insbesondere für DNA-Chips.
Die Gläser sind nicht nur mit den verschiedenen Ziehverfahren, vorzugsweise mit dem Down-Draw-Verfahren, sondern, wenn sie frei von As₂O₃ und Sb₂O₃ sind, auch mit dem Floatverfahren ohne störende Oberflächenbeläge herstellbar.

Claims

1. Zinkhaltiges Alkalialuminosilicatglas gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis):
SiO₂ 55-69 Al₂O₃ 10-18 B₂O₃ 0-8 Li₂O 3-10 Na₂O 5-15 K₂O 0-5 ZnO 2-10 MgO + CaO + SrO + BaO 0-5 TiO₂ 0-5 ZrO₂ 0-5

2. Alkalialuminosilicatglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus Li₂O, Na₂O und K₂O mehr als 10 Gew.-% beträgt.

3. Alkalialuminosilicatglas nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis):
SiO₂ 60-67 Al₂O₃ 12-15 B₂O₃ 0-< 5 Li₂O 5,5-9 Na₂O 6-10 K₂O 0-2 ZnO 3-8 CaO 0-2 TiO₂ 0-3 ZrO₂ 0-3

4. Alkalialuminosilicatglas nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis):
SiO₂ 62-67 Al₂O₃ > 12-15 Li₂O 5,5-9 Na₂O 6-10 K₂O 0,1-1 ZnO 3-8 CaO 0-2 TiO₂ 0-3 ZrO₂ 0-3

5. Alkalialuminosilicatglas nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt bis 4 Gew.-% eines oder mehrerer farbgebender Mittel ausgewählt aus der Gruppe Fe₂O₃, CoO, CuO, V₂O₅, Cr₂O₃ enthalten sind.

6. Alkalialuminosilicatglas nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich enthält (in Gew-% auf Oxidbasis):
As₂O₃ 0-1,5 Sb₂O₃ 0-1,5 Sb₂O₃ 0-1,5 CeO₂ 0-1,5 Cl^- 0-1,5 F^- 0-1,5 SO₄ ^2- 0-1,5 As₂O₃ + Sb₂O₃ + SnO₂ + CeO₂ + Cl^- + F^- + SO₄ ^2- 0-1,5

7. Alkalialuminosilicatglas nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizient α_20/300 ≥ 8,6 × 10^-6/K, einen Elastizitätsmodul E von mehr als 80 GPa, eine Dichte ρ < 2,60 g/cm³, eine Transformationstemperatur T_g > 450°C und eine Verarbeitungstemperatur V_A ≤ 1100°C aufweist.

8. Verwendung des Glases nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Vorspannverfahren zur Herstellung eines chemisch vorgespannten Glases, bei dem das Glas in einem mehr als 90 Gew.-% aus Kalium- und/oder Natriumsalzen bestehenden Ionenaustauschbad bei einer Temperatur zwischen 350°C und 550°C und bei einer Verweilzeit zwischen 0,5 und 24 h chemisch vorgespannt wird.

9. Verwendung des Glases nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung eines Substratglases für Festplatten.

10. Verwendung eines gemäß Anspruch 8 chemisch vorgespannten Glases zur Herstellung eines vorgespannten Substratglases für Festplatten.

11. Verwendung des Glases nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 als Substratglas in der Displaytechnologie, insbesondere für Plasma Display Panels.

12. Verwendung des Glases nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 als Substratglas in der Biotechnologie, insbesondere als Substratglas für DNA- Chips.