DE102005058759B4

DE102005058759B4 - Glaskeramik, Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramik und deren Verwendung

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Publication number: DE102005058759B4
Application number: DE102005058759A
Authority: DE
Inventors: Meike Dr. Schneider; Thilo Dr. Zachau; Jochen Dr. Alkemper; Dirk Dr. Sprenger
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2025-12-06
Also published as: DE102005058759A1; US20070142199A1; JP2007153735A; US7592278B2; JP4903542B2

Abstract

Glaskeramik, hergestellt durch Schmelzen und anschließende Wärmebehandlung zur Kristallisierung, mit folgender Zusammensetzung (in Gew.-%): SiO₂ 10–50 B₂O₃ 5–40 P₂O₅ 25–75 Läutermittel ≤ 5 Verunreinigungen ≤ 1,

sowie 0,1–10 Gew.-%, mindestens eines Bestandteils, der aus der durch M3₂O₃, M5₂O₅ und M4O₂ gebildeten Gruppe ausgewählt ist;
– wobei M3 ein Element ist, das aus der durch die Lanthanoiden, Yttrium, Eisen, Aluminium, Gallium, Indium und Thallium gebildeten Gruppe ausgewählt ist;
– wobei M5 ein Element ist, das aus der durch Vanadium, Niobium und Tantal gebildeten Gruppe ausgewählt ist;
– wobei M4 ein Element ist, das aus der durch Titanium, Zirkonium, Hafnium und Cer gebildeten Gruppe ausgewählt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Glaskeramik, die sich durch eine hohe thermische und chemische Stabilität auszeichnet und die insbesondere als Substrat für die Beschichtung mit Halbleitermaterialien wie GaAs oder als Substrat für optische Komponenten geeignet ist.
Substratmaterialien, die in Beschichtungsprozessen eingesetzt werden, müssen hohen Anforderungen genügen. Die Oberfläche des Substrats muss höchsten Anforderungen in Bezug auf Rauhigkeit genügen, da bestehende Unebenheiten sich auf aufgebrachte Be schichtungen übertragen können. Die thermische Ausdehnung des Substrats sollte an die der aufgebrachten Schicht angepasst sein, um eine Ablösung bei Temperaturänderungen zu vermeiden. Weiterhin ist je nach Beschichtungsprozess eine hohe thermische Stabilität von mindestens 800°C oder mehr notwendig. Ferner wird je nach Anwendungsfall eine Transparenz des Substrats gewünscht. So erleichtern z. B. hochtransparente Substrate häufig die Qualitätskontrolle. Auch kann eine gewisse Lichtstreuung im Substrat gefordert sein. Dies ist z. B. im Bereich der Photovoltaik der Fall, da durch eine speziell aufgebrachte Streuschicht der Lichtweg in einer Solarzelle verlängert werden kann. Um eine einwandfreie Reinigung des Substrats zu ermöglichen, ist außerdem eine ausreichende chemische Beständigkeit gegen üblicherweise verwendete Reinigungsmittel notwendig. Nicht zuletzt sollten die Substratmaterialien kostengünstig und in möglichst beliebig wählbaren Abmessungen herstellbar sein. Herkömmliche Substratmaterialien genügen den beschriebenen Anforderungen oft nicht im ausreichenden Maße. So scheitert die Verwendung von Glas häufig an dem erforderlichen Einsatz bei hohen Temperaturen, während Keramiken Nachteile hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit und der Formgebung aufweisen. Einkristalle, die aus technischer Sicht meist eine optimale Lösung bilden, sind in der Regel teuer in der Herstellung und nur in begrenzter Größe verfügbar.
Glaskeramiken bieten aufgrund ihrer im Vergleich zu Gläsern höheren thermischen Stabilität, den aus der Glasherstellung bekannten vielfältigen Formgebungsmöglichkeiten sowie einer transparenten Herstellmöglichkeit eine sinnvolle Alternative.
Aus der US 2005/0096208 A1 ist eine Glaskeramik bekannt, die 35 bis 60 Gew.-% SiO₂, > 4 bis 10 Gew.-% B₂O₃, 0 bis 10 Gew.-% P₂O₅, 16,5 bis 40 Gew.-% Al₂O₃, 1 bis 10 Gew.-% TiO₂, 0 bis 8 Gew.-% Ta₂O₅, 0 bis 6 Gew.-% Y₂O₃, 1 bis 10 Gew.-% ZrO₂, 6 bis 20 Gew.-MgO, 0 bis 10 Gew.-% CaO, 0 bis 4 Gew.-% SrO, 0 bis 8 Gew.-% BaO, 0 bis 4 Gew.-% ZnO, aufweist, wobei der Summengehalt von SnO₂ und CeO₂ 0 bis 4 Gew.-% beträgt, wobei der Summengehalt von SO₄ ^2– und Cl^– 0 bis 4 Gew.-% beträgt, und wobei der Summengehalt von SnO₂, CeO₂, SO₄ ^2– und Cl^– zwischen 0,01 und 4 Gew.-% liegt. Die Glaskeramik ist insbesondere zur Herstellung im Floatglasverfahren geeignet. Sie weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der im Bereich von 4·10^–6/K liegt und eignet sich damit z. B. als Substratmaterial für Silizium (thermischer Ausdehnungskoeffizient 3,7·10^–6/K).
Allerdings besitzen viele technisch relevante Halbleiter, wie z. B. GaAs oder andere III/V-Halbleiter, einen deutlich höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 5 bis 8·10^–6/K. Das bekannte Substrat ist somit hierfür nicht besonders geeignet.
Bei Substraten, die im Bereich optischer Anwendungen eingesetzt werden sollen, werden zusätzlich zu den oben beschriebenen Eigenschaften auch optische Transparenz und weitere optische Eigenschaften gefordert, wozu insbesondere die optische Lage im Abbe-Diagramm und der Brechungsindex gehören.
Aus der US 4 576 920 A ist eine Glaskeramik bekannt, die 10 bis 50 Gew.-% SiO₂, 5 bis 35 Gew.-% B₂O₃, 25 bis 75 Gew.-% P₂O₅ aufweist, wobei der Summengehalt von SiO₂, P₂O₅ und B₂O₃ > 90 Gew.-% ist. Zusätzlich kann diese Glaskeramik bis zu 10 Gew.-% wenigs tens eines Oxides aus der Gruppe enthalten, die aus Li₂O, Na₂O, MgO, CaO, SrO, BaO, CdO, ZnO und SnO₂ gebildet ist, wobei der Gehalt eines einzelnen Bestandteils nicht 5% übersteigen darf. Die Glaskeramik weist als Hauptkristallphase BPO₄ auf. Die thermische Beständigkeit soll bis zu etwa 1100°C gegeben sein. Der thermische Ausdehnungskoeffizient soll im Bereich zwischen 4,5 und 6,5·10^–6/K liegen.
Als nachteilig bei dieser Glaskeramik hat sich jedoch gezeigt, dass diese keine ausreichende chemische Beständigkeit gegenüber Säuren bzw. Laugen aufweist. Diese Eigenschaft steht einer Verwendung dieser Glaskeramik in der Praxis entgegen, da Reinigungsprozesse die Glaskeramik-Oberfläche angreifen würden. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht in der Erhöhung des Silizium-Gehaltes der Glaskeramik. Dieser Weg ist allerdings durch die Schmelzbarkeit des Ausgangsglases bei wirtschaftlich interessanten Temperaturen (< 1650°C) begrenzt, was einen Siliziumoxidanteil erfordert, der in der Regel geringer als 50% ist.
Aus der US 4 833 104 A ist zwar ein Material bekannt, das als Hauptkristallphase BPO₄ aufweist und das 50 bis 65 Gew.-% SiO₂ enthält, jedoch erfolgt hierbei infolge der erhöhten Schmelztemperatur eine Formgebung durch Sintern. Dies führt allerdings wiederum zu Nachteilen in Bezug auf Formgebung, Transparenz und Oberflächengüte des hergestellten Produktes.
Ein weiteres gesintertes Material, das als Hauptkristallbestandteil BPO₄ enthält, ist aus der JP 04-160054 A bekannt. Dieses ist jedoch infolge der pulvertechnologischen Formgebung mit den gleichen zuvor beschriebenen Nachteilen behaftet.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Glaskeramik zu schaffen, die auf schmelztechnologischem Wege hergestellt werden kann, die eine ausreichende chemische und thermische Beständigkeit aufweist, und deren thermischer Ausdehnungskoeffizient in weiten Grenzen insbesondere an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten von modernen Halbleitermaterialien anpassbar ist.
Ferner soll ein geeignetes Verfahren zur Herstellung einer solchen Glaskeramik und eine vorteilhafte Verwendung einer solchen Glaskeramik angegeben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Glaskeramik, hergestellt durch Schmelzen und anschließende Wärmebehandlung zur Kristallisierung, mit folgender Zusammensetzung gelöst (in Gew.-%:

SiO₂ 10–50

B₂O₃ 5–40

P₂O₅ 25–75

Läutermittel ≤ 5

Verunreinigungen ≤ 1,

sowie 0,1 bis 10 Gew.-% mindestens eines Bestandteils, der aus der durch M3₂O₃, M5₂O₅ und M4O₂ gebildeten Gruppe ausgewählt ist;

– wobei M3 ein Element ist, das aus der durch die Lanthanoiden, Yttrium, Eisen, Aluminium, Gallium, Indium und Thallium gebildeten Gruppe ausgewählt ist;
– wobei M5 ein Element ist, das aus der durch Vanadium, Niobium und Tantal gebildeten Gruppe ausgewählt ist;
– wobei M4 ein Element ist, das aus der durch Titanium, Zirkonium, Hafnium und Cer gebildeten Gruppe ausgewählt ist.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramik gelöst, bei dem zunächst ein Basisglas mit folgender Zusammensetzung (in Gew.-%) erschmolzen wird:

SiO₂ 10–50

B₂O₃ 5–40

P₂O₅ 25–75

Läutermittel < 5

Verunreinigungen < 1,

sowie 0,1–10 Gew.-% mindestens eines Bestandteils, der aus der durch M3₂O₃, M5₂O₅ und M4O₂ gebildeten Gruppe ausgewählt ist;

– wobei M3 ein Element ist, das aus der durch die Lanthanoiden, Yttrium, Eisen, Aluminium, Gallium, Indium und Thallium gebildeten Gruppe ausgewählt ist;
– wobei M5 ein Element ist, das aus der durch Vanadium, Niobium und Tantal gebildeten Gruppe ausgewählt ist;
– wobei M4 ein Element ist, das aus der durch Titanium, Zirkonium, Hafnium und Cer gebildeten Gruppe ausgewählt ist;

₄

Die erfindungsgemäße Glaskeramik eignet sich vorteilhaft als Substrat für eine Beschichtung, das vorzugsweise bis mindestens 800°C temperaturbeständig ist, jedoch sogar bis zu etwa 1200°C temperaturbeständig sein kann.
Hierbei ist eine Anpassung der thermischen Ausdehnung des Substrates an verschiedene Beschichtungen möglich, insbesondere ist das Substrat zur Beschichtung mit Halbleitermaterialien besonders vorteilhaft geeignet.
Mit der erfindungsgemäßen Glaskeramik und dem Verfahren zur Herstellung einer solchen Glaskeramik wird eine Glaskeramik bereitgestellt, deren thermische Ausdehnung im Bereich von 4,5 bis 8,5·10^–6/K (im Bereich von 20 bis 700°C) anpassbar ist und die so eine Ausdehnung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten an denjenigen von modernen Halbleitersubstraten ermöglicht und die gleichzeitig eine hohe thermische Stabilität von mindestens 800°C und eine gute chemische Stabilität besitzt. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass durch den Zusatz von Oxiden dreiwertiger oder fünfwertiger Metalle (wie Al₂O₃, La₂O₃, Nd₂O₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅) oder von Oxiden vierwertiger Übergangsmetalle (wie etwa Titanium und Zirkonium) die chemische Beständigkeit und die thermische Stabilität der Glaskeramik deutlich verbessert werden kann. Gleichzeitig lassen sich hierbei die thermische Ausdehnung und die Transparenz in einem breiten Bereich variieren, so dass eine optimale Anpassung des Werkstoffes für viele Anwendungen möglich ist, z. B. als Substrat für Halbleiterbeschichtungen oder für optische Komponenten.
Unter einer Glaskeramik im Sinne dieser Anmeldung wird ein Werkstoff verstanden, der ausgehend von einem schmelztechnologisch hergestellten Glas durch gezielte Temperaturbehandlung kontrolliert in einen teilkristallinen Glaskörper umgewandelt wird. Nicht hierunter fallen Werkstoffe ähnlicher Zusammensetzung, die durch Sinterverfahren hergestellt sind.
Als weitere Komponenten kann die erfindungsgemäße Glaskeramik übliche Läuter- und Flussmittel enthalten, wie etwa As₂O₃, Sb₂O₃ in den üblichen Mengen von bis zu 5 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 3 Gew.-%. Weitere Verunreinigungen, die mit den üblichen technischen Rohstoffen ”eingeschleppt” werden, sollten 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 Gew.-% nicht übersteigen.
Die erfindungsgemäße Glaskeramik weist vorzugsweise eine kristalline Phase auf, die zum überwiegenden Anteil aus BPO₄ besteht, vorzugsweise zu mindestens 90% aus BPO₄ besteht, wobei BPO₄ besonders bevorzugt die einzige kristalline Phase darstellt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung enthält die erfindungsgemäße Glaskeramik mindestens 0,5 Gew.-% mindestens eines Bestandteils, der aus der durch M3₂O₃, M5₂O₅ und M4O₂ gebildeten Gruppe ausgewählt ist.
Vorzugsweise sind jedoch mindestens 1 Gew.-% an M3₂O₃, M5₂O₅ bzw. M4O₂ zugesetzt.
Weiterhin beträgt vorteilhaft die Summe der Bestandteile, die aus der durch M3₂O₃, M5₂O₅ und M4O₂ gebildeten Gruppe ausgewählt sind, höchstens 5 Gew.-%, wobei vorzugsweise höchstens 3 Gew.-% eines jeweiligen Einzelbestandteils enthalten sind.
Mit diesen Merkmalen lässt sich eine besonders gute chemische Beständigkeit erreichen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Komponenten P₂O₅ und B₂O₃ mit einem molaren Verhältnis zwischen 1:1 und 1:2 enthalten.
Hierbei ist der in der Glaskeramik enthaltene Phosphor zu einem überwiegenden Anteil in der Kristallphase gebunden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Glaskeramik im Wesentlichen frei von Alkalimetalloxiden, wobei der Summengehalt an Alkalimetalloxiden vorzugsweise höchstens 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-% ist.
Durch diese weitgehende Alkalifreiheit werden nachteilige Eigenschaften durch Diffusion von Alkalimetallen in Halbleiter-Beschichtungsmaterialien vermieden. Alkalidiffusion geht nämlich oft mit Korrosion, Ausblühungen und Schichtablösung einher (z. B. aufgrund der Bildung von basischen Alkalikarbonaten). Auch kann die elektronische Bandstruktur von Halbleitermaterialien empfindlich durch Alkalien gestört werden.
Die erfindungsgemäße Glaskeramik ist bis mindestens 800°C, vorzugsweise sogar bis mindestens etwa 1200°C thermisch stabil.
Die erfindungsgemäße Glaskeramik lässt sich durch geeignete Wahl eines Keramisierungsprogramms als transparentes, transluzentes oder opakes Material herstellen.
Die erfindungsgemäße Glaskeramik kann ferner optisch transparent hergestellt werden, wobei eine Transparenz im Bereich des sichtbaren Lichtes (380 nm–780 nm) von mindestens 50% oder mehr erzielt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Glaskeramik bis mindestens 800°C, vorzugsweise bis 980°C thermisch stabil, ohne dass die Transparenz beeinträchtigt wird.
Diese Eigenschaften sind besonders vorteilhaft, insbesondere wenn die optischen Eigenschaften eine besondere Rolle spielen.
Dabei sind die transparenten Glaskeramiken dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Brechungsindex n_d zwischen 1,5 und 1,6 und einen Abbe-Wert v_d zwischen 65 und 68 aufweisen.
Die chemische Beständigkeit der erfindungsgemäßen Glaskeramik ist gegenüber herkömmlichen Glaskeramiken mit BPO₄ als Hauptkristallphase deutlich verbessert.
Die Säurenbeständigkeit der erfindungsgemäßen Glaskeramik nach DIN 12116, gegeben durch den gemessenen Gewichtsverlust, beträgt höchstens 15 mg/dm², vorzugsweise höchstens 12 mg/dm².
Die Laugenbeständigkeit der erfindungsgemäßen Glaskeramik nach DIN/ISO 695, gegeben durch den gemessenen Gewichtsverlust, beträgt höchstens 350 mg/dm², vorzugsweise höchstens 300 mg/dm².
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Glaskeramik liegt in einer niedrigen Dielektrizitätskonstante (ε < 4,5 bei 1 MHz). Dies ist bei einer Verwendung als Substrat für elektronische Bauteile von Vorteil.
Beispiele
Es wurden Gläser mit den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen in einem Platin-Tiegel bei Temperaturen von 1650 bis 1680°C erschmolzen und homogenisiert. Die Glasschmelze wurde zu flachen Gussblöcken gegossen und bei Temperaturen von ca. 10 bis 20 K oberhalb der Transformationstemperatur des jeweiligen Glases entspannt und langsam auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wurde an jedem Glas eine DTA-Messung (Differential Thermal Analysis) durchgeführt. Die DTA-Kurven der Gläser zeigen einen einzigen, exothermen Peak bei 800 bis 950°C, der die Kristallisation von BPO₄ widerspiegelt. Weitere Peaks, die auf die Bildung anderer Kristallphasen hindeuten würden, wurden nicht festgestellt.
Für die Umwandlung in eine Glaskeramik wurden die Gläser mit einer Heizrate von 5 K/min auf die Kristallisationstemperatur aufgeheizt, bei dieser Temperatur zwei Stunden lang gehalten und dann abgekühlt.
Die optimale Kristallisationstemperatur zur Herstellung einer transparenten Glaskeramik wurde mit Hilfe von den dem Fachmann geläufigen bekannten Keramisierungen in einen Temperaturgradienten bestimmt.

An den Glaskeramiken wurde die thermische Ausdehnung im Bereich zwischen 20°C und 700°C, die Transparenz für sichtbares Licht (bei 4 mm Probendicke) τ_vis, der Brechungsindex n_d, der Abbe-Wert v_d sowie die chemische Beständigkeit gegen Säuren (DIN 12116) und Laugen (DIN/ISO 695) bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Tabelle 1

Beispiel	1	2	3	4	5
	Zusammensetzung (Gew.-%)
B₂O₃	19,29	19,37	18,66	18,47	19,74
P₂O₅	39,33	39,49	40,05	39,64	40,24
SiO₂	39,12	39,29	39,85	39,43	40,02
M3₂O₃	2,26% La₂O₃		1,45% Al₂O₃	1,44% Al₂O₃,
M4O₂				1,03% ZrO₂
M5₂O₅		1,85% Nb₂O₅
Keramisierungstemperatur	830°C	880°C	880°C	880°C	830°
DTA-Peak	854°C	869°C	896°C	922°C	857°C
Linearer Koeffizient der thermischen Ausdehnung (10^–6/K, 20–700°C)	4,99	5,15	5,61	5,58	6,04
Transparenz (τ_vis, 4 mm)	82%	58%	54%	65%	80%
n_d	1,5280	1,5337	1,5258	1,5259	1,5303
v_d	70,06	67,20	71,28	69,93	71,06
Gewichtsverlust in Säure (DIN 12116, mg/dm²)	10	1,5	6	8	15
Gewichtsverlust in wäss. Lauge (DIN/ISO 695, mg/dm²)	121	223	213	210	367

Die Beispiele 1 bis 4 zeigen eine deutliche Verbesserung der chemischen Beständigkeit gegenüber Vergleichsbeispiel 5, das nicht zur Erfindung gehört, und bei dem auf einen Zusatz von Metalloxiden verzichtet wurde.
Beispiel 1 zeigt die positive Wirkung eines Zusatzes von La₂O₃, wodurch besonders die chemische Beständigkeit gegenüber wässriger NaOH-Lösung erheblich verbessert wird. Die Zugabe von Nb₂O₅ (Beispiel 2) zeigt dagegen eine erhebliche Verbesserung der Säurebeständigkeit.
Der Zusatz von Al₂O₃ und ZrO₂, wie er in den Beispielen 3 und 4 verwendet wird, erhöht die thermische Stabilität der Glaskeramik. Dies ist zum Beispiel an dem Anstieg der Temperatur des Kristallisationspeaks zu erkennen. Experimente mit unterschiedlichen Keramisierungstemperaturen zeigen, dass die maximale Anwendungstemperatur der transparenten Glaskeramik direkt mit der Lage des DTA-Peaks korreliert. In Allgemeinen kann die Keramisierungstemperatur in einem Bereich von ca. 30°C um die Peak-Temperatur gewählt werden, wenn transparente Glaskeramiken hergestellt werden sollen. Unterhalb dieses Bereiches findet eine vollständige Kristallisation von BPO₄ nicht in wirtschaftlich interessanten Zeiten statt, während die obere Grenze der Keramisierungstemperatur durch die Eintrübung des Glaskeramik gegeben ist. Experimente mit unterschiedlichen Keramisierungszeiten haben gezeigt, dass eine vollständige Keramisierung (d. h. die maximal mögliche Menge der Kristallphase BPO₄ wird ausgeschieden) bereits nach zwei Stunden erfolgt ist. Längere Keramisierungszeiten haben daher in der Regel keinen weiteren Einfluss auf das Verhältnis von Kristallphase und Restglasphase.
Die maximale Anwendungstemperatur ist mindestens so hoch wie die Keramisierungstemperatur. Jedoch lassen sich Werte von bis zu etwa 1200°C erzielen.

Claims

Glaskeramik, hergestellt durch Schmelzen und anschließende Wärmebehandlung zur Kristallisierung, mit folgender Zusammensetzung (in Gew.-%): SiO₂ 10–50 B₂O₃ 5–40 P₂O₅ 25–75 Läutermittel ≤ 5 Verunreinigungen ≤ 1,

sowie 0,1–10 Gew.-%, mindestens eines Bestandteils, der aus der durch M3₂O₃, M5₂O₅ und M4O₂ gebildeten Gruppe ausgewählt ist; – wobei M3 ein Element ist, das aus der durch die Lanthanoiden, Yttrium, Eisen, Aluminium, Gallium, Indium und Thallium gebildeten Gruppe ausgewählt ist; – wobei M5 ein Element ist, das aus der durch Vanadium, Niobium und Tantal gebildeten Gruppe ausgewählt ist; – wobei M4 ein Element ist, das aus der durch Titanium, Zirkonium, Hafnium und Cer gebildeten Gruppe ausgewählt ist.
Glaskeramik nach Anspruch 1, mit einer kristallinen Phase, die zum überwiegenden Anteil aus BPO₄ besteht, vorzugsweise zu mindestens 80%, besonders bevorzugt zu mindestens 90% aus BPO₄ besteht.
Glaskeramik nach Anspruch 1 oder 2, mit mindestens 0,5 Gew.-% mindestens eines Bestandteils, der aus der durch M3₂O₃, M5₂O₅ und M4O₂ gebildeten Gruppe ausgewählt ist.
Glaskeramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens 1 Gew.-% mindestens eines Bestandteils, der aus der durch M3₂O₃, M5₂O₅ und M4O₂ gebildeten Gruppe ausgewählt ist.
Glaskeramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Summe der Bestandteile, die aus der durch M3₂O₃, M5₂O₅ und M4O₂ gebildeten Gruppe ausgewählt sind, höchstens 5 Gew-% beträgt.
Glaskeramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die jeweils höchstens 5 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 3 Gew.-% eines Bestandteils enthält, der aus der durch M3₂O₃, M5₂O₅ und M4O₂ gebildeten Gruppe ausgewählt ist.
Glaskeramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Komponenten P₂O₅ und B₂O₃ mit einem molaren Verhältnis zwischen 1:1 und 1:2 enthalten sind.
Glaskeramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die im Wesentlichen frei von Alkalimetalloxiden ist, wobei der Summengehalt an Alkalimetalloxiden vorzugsweise höchstens 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-% ist.
Glaskeramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die im Bereich von 20 bis 700°C einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 4,5 bis 8,5·10^–6/K ausweist.
Glaskeramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die bis mindestens 800°C, vorzugsweise bis zu 1200°C thermisch stabil ist.
Glaskeramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die optisch transparent ist und vorzugsweise eine Transparenz für sichtbares Licht (380 nm–780 nm) von mindestens 50% aufweist.
Glaskeramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die bis mindestens 800°C, vorzugsweise bis zu 980°C, thermisch stabil ist, ohne dass die Transparenz beeinträchtigt wird.
Glaskeramik nach Anspruch 11 oder 12, die einen Brechungsindex n_d zwischen 1,5 und 1,6 aufweist.
Glaskeramik nach einem der Ansprüche 11 bis 13, die eine Abbe-Zahl v_d zwischen 65 und 80 aufweist.
Glaskeramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Säurenbeständigkeit mit einem Gewichtsverlust nach DIN 12116 von höchstens 15 mg/dm², vorzugsweise von höchstens 12 mg/dm² aufweist.
Glaskeramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Laugenbeständigkeit mit einem Gewichtsverlust nach DIN/ISO 695 von höchstens 350 mg/dm², vorzugsweise von höchstens 300 mg/dm² aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramik, bei dem zunächst ein Basisglas mit folgender Zusammensetzung (in Gew.-%) erschmolzen wird: SiO₂ 10–50 B₂O₃ 5–40 P₂O₅ 25–75 Läutermittel < 5 Verunreinigungen < 1,

sowie 0,1–10 Gew.-%, mindestens eines Bestandteils, der aus der durch M3₂O₃, M5₂O₅ und M4O₂ gebildeten Gruppe ausgewählt ist; – wobei M3 ein Element ist, das aus der durch die Lanthanoiden, Yttrium, Eisen, Aluminium, Gallium, Indium und Thallium gebildeten Gruppe ausgewählt ist; – wobei M5 ein Element ist, das aus der durch Vanadium, Niobium und Tantal gebildeten Gruppe ausgewählt ist; – wobei M4 ein Element ist, das aus der durch Titanium, Zirkonium, Hafnium und Cer gebildeten Gruppe ausgewählt ist; und anschließend das Basisglas einer Temperaturbehandlung zur Keramisierung unterzogen wird, bis sich eine kristalline Phase gebildet hat, die zum überwiegenden Anteil aus BPO₄ besteht.
Verwendung der Glaskeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 16 als Substrat für eine Beschichtung, das vorzugsweise bis mindestens 800°C, besonders bevorzugt bis 1200°C temperaturbeständig ist.
Verwendung nach Anspruch 18, bei der die thermische Ausdehnung des Substrates an die der Beschichtung angepasst ist.
Verwendung der Glaskeramik nach Anspruch 18 oder 19 als Substrat für eine Beschichtung mit einem Halbleitermaterial.