DE102005000787A1 - Optical filter for protective glass used in laser welding or soldering, comprises borosilicate glass or alkali-free glass with antireflection layer applied by dip coating - Google Patents

Optical filter for protective glass used in laser welding or soldering, comprises borosilicate glass or alkali-free glass with antireflection layer applied by dip coating Download PDF

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Abstract

Borosilicate glass or alkali-free glass is used as a glass matrix which is provided with at least one antireflection layer using a dip coating technique. The antireflection layer is preferably for a wavelength range 300 nm to 1500 nm. An independent claim is included for a method of manufacturing optical filters.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Filter als Schutzglas beim Schweißen und Löten mit Lasern und Verfahren zu seiner Herstellung.The The invention relates to an optical filter as a protective glass during welding and Solder with Lasers and process for its preparation.

Beim Schweißen mit Lasern wird die im Laser erzeugte Lichtenergie über Lichtleiter zum Schweißkopf geleitet. Der Schweißkopf fokussiert durch eine entsprechende Optik den Lichtstrahl auf das Werkstück, welches dadurch lokal aufschmilzt und die Schweißverbindung eingeht. Bei diesem Vorgang kommt es, wie auch beim konventionellen Schweißen üblich, zur Bildung von Schweißspritzern. Diese sollen von der teuren Strahlführungsoptik ferngehalten werden.At the welding With lasers, the light energy generated in the laser is transmitted via optical fibers to the welding head directed. The welding head Focused by a corresponding optics, the light beam on the Workpiece, which thereby locally melts and enters the welded joint. In this This process, as is common in conventional welding, for Formation of spatter. These should from the expensive beam-guiding optics be kept away.

Es ist bekannt, Schutzgläser einzusetzen, die die Schweißspritzer auffangen und bei entsprechend starker Verschmutzung oder nach Bruch des Glases ausgetauscht werden. Diese Gläser werden vorzugsweise aus synthetischem Quarzglas hergestellt und beide Oberflächen werden vorzugsweise im Vakuumverfahren mit einer entspiegelnden Beschichtung versehen. Konventionelle Schutzgläser sind sehr teuer.It is known, protective glasses use that the spatter catch and with correspondingly heavy pollution or after breakage the glass are exchanged. These glasses are preferably made made of synthetic quartz glass and both surfaces become preferably in a vacuum process with an anti-reflective coating Mistake. Conventional protective glasses are very expensive.

Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, ein optisches Filter als Schutzglas vorzuschlagen, das auf einfache Weise hergestellt werden kann und kostengünstiger als die bekannten Schutzgläser ist.The The object underlying the present invention is that to propose an optical filter as a protective glass, the simple Way can be made and is cheaper than the known protective glasses.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das optische Filter als Glasgrundmasse ein Borosilikatglas oder ein alkalifreies Glas aufweist, das im Tauchbeschichtungsverfahren mit mindestens einer Entspiegelungsschicht versehen ist.These Task is inventively characterized solved, that the optical filter as a glass matrix a borosilicate glass or an alkali-free glass obtained in the dip coating process is provided with at least one antireflection coating.

Beim Tauchbeschichten werden geeignete Beschichtungsmaterialien auf einem geeigneten Substrat in geeigneter Dicke aufgebracht. Dies umfasst folgende Prozessschritte:

  • – Vorwaschen und Waschen des Substrats mit geeigneten Waschmitteln,
  • – Trocknen des Substrats,
  • – Eintauchen und Herausziehen des Substrats aus der Beschichtungslösung in geeigneter Atmosphäre, vorzugsweise bei einer absoluten Feuchte von 10 g/m3 und einer Temperatur von 25°C,
  • – Einbrennen des beschichteten Substrats in einem Umluftofen, vorzugsweise bei 480° Celsius.
In dip coating, suitable coating materials are applied to a suitable substrate of appropriate thickness. This includes the following process steps:
  • Prewashing and washing the substrate with suitable detergents,
  • Drying the substrate,
  • Immersing and withdrawing the substrate from the coating solution in a suitable atmosphere, preferably at an absolute humidity of 10 g / m 3 and a temperature of 25 ° C,
  • - Burning the coated substrate in a convection oven, preferably at 480 ° Celsius.

Gegebenenfalls können weitere Schichten mit den gleichen Schritten aufgebracht werden.Possibly can additional layers are applied with the same steps.

In dem Tauchbeschichtungsverfahren werden flüssige Metallverbindungen auf der Glasoberfläche niedergeschlagen und in einem anschließenden Temperaturprozess in festhaftende Metalloxidoberflächenfilme umgewandelt. Die beschichteten Gläser können längere Zeit starken thermischen Belastungen ausgesetzt werden.In The dip-coating process involves liquid metal compounds the glass surface precipitated and in a subsequent temperature process in adherent metal oxide surface films transformed. The coated glasses can last for long periods of strong thermal Be exposed to stress.

Im vorliegenden Fall werden metallalkoholische Beschichtungslösungen verwendet, bevorzugt werden Zirkon- und Siliciumverbindungen eingesetzt. Es handelt sich physikalisch um eine Zwei-Schicht-Entspiegelung (V-Coating) mit der Besonderheit, dass die außen liegende Schicht zweigeteilt ist, nämlich in eine rein metalloxidische und in eine organisch modifizierte, metalloxidische Schicht. Somit können beide Funktionen, nämlich die optimale Entspiegelung der Laserwellenlänge und die Antihaftwirkung für Schweißspritzer, gleichzeitig gewährleistet werden.in the In the present case, metal alcoholic coating solutions are used, zirconium and silicon compounds are preferably used. It is physically a two-layer anti-reflection (V-Coating) with the Special feature that the outside lying layer is divided into two, namely in a purely metal oxide and in an organically modified metal oxide layer. Consequently can both functions, namely Optimal laser wavelength reflection and anti-adhesive effect for spatter, ensured at the same time become.

Die beschichteten Gläser erzeugen eine optische spektrale Filterwirkung. Vorzugsweise ist die Entspiegelung für eine Wellenlänge im Bereich zwischen 300 nm und 1500 nm durchgeführt. Beim Schweißen und Löten werden üblicherweise Neodym-YAG-Laser eingesetzt, die eine Wellenlänge von 1064 nm besitzen.The coated glasses produce an optical spectral filtering effect. Preferably the anti-reflective coating for a wavelength in the range between 300 nm and 1500 nm. When welding and Soldering usually happens Neodymium YAG lasers are used which have a wavelength of 1064 nm.

Vorzugsweise ist das Glas beidseitig großflächig mit einer Entspiegelungsschicht versehen. Bei der Beschichtung im Tauchbeschichtungsverfahren ist die Schichtdicke sehr gleichmäßig und schwankt auch auf großen Flächen nicht mehr als 2 %. Die Dicke der Schichten ist abhängig von der zu entspiegelnden Laserwellenlänge und bewegt sich im Bereich von 30 nm bis zu 300 nm.Preferably the glass is large on both sides with provided an antireflective coating. When coating in the dip coating process is the layer thickness very evenly and also varies on big ones surfaces not more than 2%. The thickness of the layers depends on the laser wavelength to be anti-reflective and moves in the area from 30 nm to 300 nm.

Vorzugsweise weist das Glas eine Dicke von 1,1 mm auf.Preferably the glass has a thickness of 1.1 mm.

Vorzugsweise weist die Entspiegelungsschicht haftungshemmende Substanzen auf. Hierdurch wird die Standzeit des Schutzglases erhöht, da es länger dauert, bis das Schutzglas wegen starker Verschmutzung ersetzt werden muss. Eine weitere Standzeiterhöhung ergibt sich aus der Möglichkeit, Spritzer vom Schutzglas abzuwischen. Beispielsweise werden als haftungshemmende Substanzen ein Silikonharz verwendet.Preferably the antireflection coating has adhesion-inhibiting substances. As a result, the life of the protective glass is increased because it longer lasts until the protective glass is replaced due to heavy contamination got to. Another service life increase arises from the possibility of splashes to wipe off the protective glass. For example, as adhesion-inhibiting Substances used a silicone resin.

Das Tauchbeschichtungsverfahren erlaubt eine deutlich günstigere Produktion als es mit dem Vakuumverfahren der Fall ist. Da es sich bei dem erfindungsgemäßen optischen Filter als Schutzglas beim Schweißen und Löten mit Lasern um ein Ersatzteil handelt, ist die Kostengünstigkeit des Schutzglases von wesentlicher Bedeutung.The dip coating method allows a much cheaper production than is the case with the vacuum method. Since it is a substitute for the optical filter according to the invention as a protective glass during welding and soldering with lasers is the cost-effectiveness of the protective glass is essential.

Ferner hat die Beschichtung im Tauchbeschichtungsverfahren die Eigenschaft, die Haftfähigkeit für Spritzer herabzusetzen, so dass die Standzeit des Schutzglases erhöht ist. Da die Schutzgläser im Einsatz innerhalb kürzester Zeit durch anhaftende Spritzer einen Transmissionsverlust in Höhe einiger Prozente erleiden, reicht die anfängliche Transmission von etwa 98%, die mit dem Tauchbeschichtungsverfahren erreicht wird, aus.Further the coating has the property of being dip-coated the adhesion for splashes so that the life of the protective glass is increased. Because the protective glasses in use within the shortest possible time Time by adhering splashes a transmission loss in the amount of a few percent suffer, the initial ranges Transmission of about 98% by the dip coating method is achieved.

Claims (9)

Optisches Filter als Schutzglas beim Schweißen und Löten mit Lasern, dadurch gekennzeichnet, dass es als Glasgrundmasse ein Borosilikatglas oder ein alkalifreies Glas aufweist, das im Tauchbeschichtungsverfahren mit mindestens einer Entspiegelungsschicht versehen ist.Optical filter as a protective glass during welding and soldering with lasers, characterized in that it has as a glass matrix a borosilicate glass or an alkali-free glass, which is provided in the dip coating process with at least one antireflection coating. Optisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspiegelung für eine Wellenlänge im Bereich zwischen 300 nm und 1500 nm durchgeführt ist.Optical filter according to claim 1, characterized in that that the anti-reflective coating for a wavelength in the range between 300 nm and 1500 nm. Optisches Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Borosilikatglas oder das alkalifreie Glas beidseitig grossflächig mit einer Entspiegelungsschicht versehen ist.Optical filter according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the borosilicate glass or the alkali-free glass large area on both sides provided with an anti-reflection layer. Optisches Filter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Entspiegelungsschicht zwischen 30 nm und 300 nm beträgt.An optical filter according to claim 1, 2 or 3, characterized characterized in that the thickness of the anti-reflection layer between 30 nm and 300 nm. Optisches Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die außen liegende Entspiegelungsschicht in eine rein metalloxidische und in eine organisch modifizierte metalloxidische Schicht zweigeteilt ist.Optical filter according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the outside lying anti-reflection layer in a purely metal oxide and divided into an organically modified metal oxide layer is. Optisches Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Borosilikatglas oder das alkalifreie Glas eine Dicke von 1,1 mm aufweist.Optical filter according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the borosilicate glass or the alkali-free glass has a thickness of 1.1 mm. Optisches Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspiegelungsschicht haftungshemmende Substanzen aufweist.Optical filter according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the anti-reflection layer is adhesion-inhibiting Having substances. Verfahren zum Herstellen von optischen Filtern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Tauchbeschichtungsverfahren metallalkoholische Beschichtungslösungen verwendet werden.Method for producing optical filters according to one of the preceding claims, characterized in that in the dip coating process, metal alcoholic coating solutions be used. Verfahren zum Herstellen von optischen Filtern nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungslösungen Zirkon- und Siliciumverbindungen verwendet werden.Method for producing optical filters according to Claim 8, characterized in that as coating solutions zirconium and silicon compounds are used.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102008037345A1 (en) * 2008-08-12 2010-02-25 Andreas Trautmann Gas nozzle for welding/cutting a workpiece for steel based fabrication process, comprises a first inner nozzle for providing a first process gas flow, second external nozzle for providing second conducting gas flow, and a gas supply unit
EP2388573A3 (en) * 2010-05-21 2016-11-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Welding system and welding method

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