DE102013110098A1 - Disk-shaped glass element, useful as e.g. protecting glass in smartphones, comprises two opposite side surfaces containing alkali metal oxide glass, where the glass is chemically pre-stressed by applying cations on surface - Google Patents

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Inge Burger
Ulrike Stöhr
Katharina Alt
Gerd Rudas
Oliver Hochrein
Ulf Dahlmann
Jochen Alkemper
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Schott AG
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    • 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
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/002—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions

Abstract

The disk-shaped glass element comprises two opposite side surfaces (10, 11) containing alkali metal oxide glass (2), where the glass is chemically pre-stressed by applying cations that are partially replaced by larger homologs in part on a surface (9) of the glass, so that a compressive stress zone (5) is formed on the two opposite side surfaces of the element. A thickness of the glass element is 0.3-1.5 mm. The maximum compressive stress at the surface of the glass is greater than 600 MPa, preferably greater than 700 MPa, and the exchange depth is greater than 25 microns. The disk-shaped glass element comprises two opposite side surfaces (10, 11) containing alkali metal oxide glass (2), where the glass is chemically pre-stressed by applying cations that are partially replaced by larger homologs in part on a surface (9) of the glass, so that a compressive stress zone (5) is formed on the two opposite side surfaces of the element. A maximum compressive stress of the compressive stress zones lies in each case in front of below the surface, so that the compressive stress of the location of the maximum compressive stress decreases from both towards the surface and in the opposite direction to the center of the glass element. A value of the compressive stress in the surface is one tenth of the value of the maximum compressive stress. The value of the compressive stress in the surface corresponds to more than half of the value of the maximum compressive stress. The glass contains sodium ions that are replaced at the surface in the compressive stress zones by potassium ions as the major homologues, where the maximum concentration of potassium ions is formed at the location of the maximum compressive stress. A thickness of the glass element is 0.3-1.5 mm. The maximum compressive stress at the surface of the glass is greater than 600 MPa, preferably greater than 700 MPa, and the exchange depth is greater than 25 microns. A distance of the location of the maximum compressive stress to the surface of the glass is 2 microns, more preferably greater than 10 microns. The compressive stress increases starting from the surface to the point of maximum compressive stress with decreasing amount of moderate slope. The compressive stress at the surface of the glass is 20% less than the maximum compressive stress. The location of the maximum compressive stress is a point of maximum curvature of the curve of the compressive stress as a function of the distance to the surface of the glass. An independent claim is included for a method for producing a disk-shaped, chemically tempered glass element.

Description

Die Erfindung betrifft ein über einen Ionenaustausch chemisch vorgespanntes hochfestes Deckglas mit sehr gutem Kratzverhalten. Das Glas kann als Schutzglas (Cover) in elektronischen Geräten wie z.B. Smartphones, Tablet-PC, Navigationsgeräten, etc. eingesetzt werden. The invention relates to a chemically tempered over an ion exchange high-strength cover glass with very good scratching behavior. The glass can be used as protective glass (cover) in electronic devices such as e.g. Smartphones, tablet PC, navigation devices, etc. are used.

Smartphones, Tablet-PCs, Navigationsgeräte und andere elektronische Geräte werden heutzutage im Allgemeinen über Touchscreens bedient. Als Schutz des Displays und des Sensors können dünne, ionenausgetauschte und damit chemisch vorgespannte Gläser verwendet werden. Die chemische Vorspannung des Glases wird im Allgemeinen durch den Austausch von kleinen Alkaliionen (z.B. Na+) durch größere Homologe (z.B. K+) erreicht. Hierbei wird ein Spannungsprofil in das Glas eingebracht. Smartphones, tablet PCs, navigation devices and other electronic devices are nowadays generally served via touch screens. As a protection of the display and the sensor thin, ion-exchanged and thus chemically tempered glasses can be used. The chemical bias of the glass is generally achieved by the exchange of small alkali ions (e.g., Na +) with larger homologs (e.g., K +). Here, a tension profile is introduced into the glass.

In der WO 2009/070237 A1 werden chemisch vorspannbare Gläser beschrieben, welche neben einer hohen Bruchzähigkeit (toughness) auch resistent gegenüber Kratzern sein sollen. Die Gläser weisen ein Standard-Vorspannprofil auf mit einer CS von mindestens 600 MPa an der Oberfläche und einer DoL von > 40µm. Für die Sprödigkeit B gilt dabei B = HV/KIc, wobei HV die Vickershärte bezeichnet. KIc bzw. B sind Materialgrößen, die aus Indentermessungen abgeleitet werden können. In der WO 2009/070237 A1 wird die genaue Messmethodik allerdings nicht beschrieben, insbesondere die Angabe der Luftfeuchtigkeit fehlt. In the WO 2009/070237 A1 describes chemically toughening glasses, which should also be resistant to scratches in addition to a high fracture toughness (toughness). The glasses have a standard prestressing profile with a CS of at least 600 MPa on the surface and a DoL of> 40 μm. The brittleness B is B = HV / K Ic , where HV is the Vickers hardness. K Ic and B are material sizes that can be derived from indenters. In the WO 2009/070237 A1 However, the exact measuring methodology is not described, in particular the indication of the humidity is missing.

In der US 2010/0009154 A1 werden chemisch vorgespannte Gläser mit einer CS von mindestens 200 MPa und einer DoL von mindestens 50 µm, ausgelobt. Das Profil wird durch Austauschen in verschiedenen Vorspannbädern erzeugt, das Bruchverhalten des Glases soll dadurch beeinflusst werden: Das Glas soll in wenige große Stücke brechen. Es wird kein Hinweis auf Kratztoleranz oder Kratzfestigkeit gegeben, betrachtet wird nur das Verhalten bei Einschlag. Es gibt keine genaue Definition der Profilform, angegeben werden nur CS an der Oberfläche, DoL und Center Tension. In einem Beispiel ist ein Vorspannprofil gezeigt, bei welchem die maximale Kalium-Konzentration nicht an der Oberfläche vorhanden ist. Die Kalium-Konzentration an der Oberfläche entspricht etwa dem Wert im Volumen. Der Verlauf der Druckspannung geht nicht hervor. In the US 2010/0009154 A1 Chemically toughened glasses with a CS of at least 200 MPa and a DoL of at least 50 microns, are awarded. The profile is created by exchanging in different tempering baths, the breaking behavior of the glass should be influenced by: The glass should break into a few large pieces. There is no indication of scratch tolerance or scratch resistance, only the behavior at impact is considered. There is no exact definition of the profile form, only CS on the surface, DoL and Center Tension are specified. In one example, a bias profile is shown in which the maximum potassium concentration is not present at the surface. The potassium concentration at the surface corresponds approximately to the value in volume. The course of the compressive stress does not show.

In der WO 2011/022661 A2 werden chemisch vorgespannte, bruch- und kratzresistente Gläser beschrieben. Die Neigung zur Ausbildung von visuell auffälligen Kratzern wird durch einen Versuchsaufbau ähnlich der auch für die Untersuchungen zur hier beschriebenen Erfindung untersucht, wobei die verwendete Kraft in der WO 2011/022661 A2 jedoch mit > 5N höher gewählt ist, als bei den Untersuchungen zur hier beschriebenen Erfindung (4N). Die chemische Vorspannung wird mit sehr niedrigen Mindestwerten angesetzt (CS ≥ 400 MPa und DoL ≥ 15µm). Das Vorspannprofil entspricht dem Standard. In the WO 2011/022661 A2 describe chemically toughened, fracture and scratch resistant glasses. The tendency for the formation of visually conspicuous scratches is examined by a test setup similar to that for the investigations of the invention described herein, wherein the force used in the WO 2011/022661 A2 however, with> 5N higher than in the investigations for the invention described here (4N). The chemical preload is set at very low minimum values (CS ≥ 400 MPa and DoL ≥ 15μm). The preload profile is standard.

Für die nötige Festigkeit sind derart niedrige Vorspannungen jedoch vielfach nicht ausreichend. For the necessary strength such low biases are often insufficient.

Ähnlich wie in der WO 2009/070237 A1 beschrieben, wird die Ausbildungsneigung von festigkeitsmindernden Rissen auch gemäß der WO 2011/022661 A2 durch Eindruckversuche mit einem Indenter und nicht durch Kratzexperimente mit einem solchen untersucht. Similar in the WO 2009/070237 A1 described, the training tendency of strength-reducing cracks is also according to the WO 2011/022661 A2 by indentation tests with an indenter and not by scratch experiments with such an examined.

In der WO 2012/074983 werden chemisch vorgespannte Gläser mit einem gegenüber dem Standard abgewandeltem Vorspannprofil beschrieben. An beiden Oberflächen liegt ein Druckspannungsbereich vor, nach innen hin schließt sich jeweils ein Zugspannungsbereich an; in der Mitte des Glases liegt schließlich wieder Druckspannung vor. Der innen liegende Druckspannungsbereich soll verhindern, dass Risse durch das Material hindurch gehen und es dadurch zum Bruch kommt. Beschrieben wird ebenfalls ein Laminat aus verschiedenen Gläsern. In the WO 2012/074983 Chemically toughened glasses are described with respect to the standard modified preload profile. On both surfaces there is a compressive stress area, in each case a tensile stress area follows inwards; in the middle of the glass there is finally pressure again. The internal compressive stress range is intended to prevent cracks from passing through the material and causing it to break. Also described is a laminate of different glasses.

Die US 2013/0224492 beschreibt ein Verfahren zum chemischen Vorspannen, mit welchem die Zerbrechlichkeit des Glases reduziert werden soll. Das Spannungsprofil soll dazu im Verlauf von einer konjugierten Fehlerfunktion abweichen. Um dies zu erreichen, wird das Glas nach einem ersten Vorspannprozess durch eine thermische Behandlung wieder teilweise entspannt. Dann wird ein weiterer Vorspannschritt durchgeführt, bei welchem ein hoher Vorspannungswert an der Oberfläche wieder hergestellt wird. Das Zwischenprodukt, welches nach dem thermischen Entspannen und vor dem weiteren Vorspannschritt vorliegt, weist nur noch geringe Druckspannungen an der Oberfläche auf. Auch beträgt der Maximalwert der Druckspannung des Zwischenprodukts weniger als 200 MPa. The US 2013/0224492 describes a method of chemical tempering with which the fragility of the glass is to be reduced. The voltage profile should deviate in the course of a conjugate error function. In order to achieve this, after a first tempering process, the glass is partially relieved by a thermal treatment. Then, another biasing step is performed in which a high bias value is restored to the surface. The intermediate product, which is present after the thermal relaxation and before the further pretensioning step, has only low compressive stresses on the surface. Also, the maximum value of the compressive stress of the intermediate product is less than 200 MPa.

Im oberflächennahen Bereich eines chemisch gehärteten Glases liegt bei einem Standard-Austauschverfahren nach dem Ionenaustausch eine Druckspannungszone vor, im inneren Bereich eine Zugspannungszone. Die durch den Ionenaustausch erhaltene Druckspannungszone in der Glasoberfläche führt zu einer starken Erhöhung der Biegefestigkeit der Gläser, dies kann durch bruchmechanische Tests (z.B. 4-Punkt-Biegung, Kugelfallexperimente, Doppelringprüfung) eindrucksvoll nachgewiesen werden. Hierzu ist es vorteilhaft, dass durch den Ionenaustausch ausreichend hohe Druckspannungen in der Oberfläche (CS1 > 800 MPa) und Austauschtiefen (DoL2 > 25 µm) erreicht werden. Die Werte für die Vorspannung CS und DoL können nach einem spannungsoptischen Verfahren z.B. mit einem Gerät FSM-6000 (Luceo Co., Ltd., Japan) gemessen werden. In the near-surface region of a chemically hardened glass is in a standard exchange process after the ion exchange before a compressive stress zone before, in the inner region of a tensile stress zone. The pressure stress zone in the glass surface obtained by the ion exchange leads to a strong increase in the bending strength of the glasses, this can be impressively demonstrated by fracture mechanical tests (eg 4-point bending, ball trap experiments, double ring testing). For this purpose, it is advantageous that sufficiently high compressive stresses in the surface (CS1> 800 MPa) and exchange depths (DoL2> 25 μm) are achieved by the ion exchange. The values for the bias voltage CS and DoL can be determined by a voltage-optical method, for example with a FSM-6000 (Luceo Co., Ltd., Japan).

Die durch den Ionenaustausch erhaltene Druckspannungszone in der Glasoberfläche führt nun zwar zu einer starken Erhöhung der Biegefestigkeit der Gläser, verändert aber die Sprödigkeit des Glases negativ und führt zu verstärkten Ausmuschelungen bei Kratzvorgängen. Although the pressure stress zone in the glass surface obtained by the ion exchange now leads to a strong increase in the bending strength of the glasses, but negatively changes the brittleness of the glass and leads to increased Ausmuschungen in scraping operations.

Es wäre daher günstig, wenn durch ein angepasstes Ionenprofil zum Einen den Anforderungen an die Biegefestigkeit entsprochen werden kann, die Oberfläche des Glases aber auch eine gute Kratztoleranz aufweist. It would therefore be favorable if, by means of an adapted ion profile, the requirements for flexural strength can be met, but the surface of the glass also has a good scratch tolerance.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object of the invention is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.

Da die durch den Ionenaustausch erzeugte Druckspannungszone in der Glasoberfläche die Sprödigkeit des Glases negativ verändert und zu verstärkten Ausmuschelungen bei Kratzvorgängen führt, hängt die Kratztoleranz eines Glases in starkem Maße vom Vorspannprofil ab. Im Laborversuch werden zum Test der Kratztoleranz mit einem Diamant-Indenter (z.B. Knoop), mit einer definierten Kraft (0,1–10 N, besonders bevorzugt 4N) und Verfahrgeschwindigkeit (0,05 mm/s bis 1 mm/s, besonders bevorzugt 0,4 mm/s) in der Glasoberfläche Kratzer erzeugt. Since the compressive stress zone created by the ion exchange in the glass surface negatively changes the brittleness of the glass and leads to increased noise in scraping processes, the scratch tolerance of a glass depends to a great extent on the prestressing profile. In the laboratory test, the scratch tolerance with a diamond indenter (eg Knoop), with a defined force (0.1-10 N, more preferably 4N) and travel speed (0.05 mm / s to 1 mm / s) are particularly preferred 0.4 mm / s) in the glass surface creates scratches.

Die durch den Laboraufbau erzeugten Kratzer entsprechen „realen" Kratzern, die beim täglichen Gebrauch entstehen. Der Diamant des Indenters erzeugt in jedem Fall einen Kratzer im Glas, kein Glas zeigt sich somit als „resistent" gegenüber Kratzern. Daher wird, anders als beispielsweise in der WO 2009/070237 A1 hier nicht der Begriff Kratzfestigkeit (Scratch resistance) verwendet. Im Rahmen dieser Erfindung wird vielmehr der Begriff „Kratztoleranz" (Scratch tolerance) zur Charakterisierung der Gläser verwendet. The scratches created by the lab design are equivalent to "real" scratches that occur during daily use, and the diamond of the indenter always creates a scratch in the glass, meaning that no glass is "resistant" to scratches. Therefore, unlike for example in the WO 2009/070237 A1 not used here the term scratch resistance. In the context of this invention, rather, the term "scratch tolerance" (scratch tolerance) is used to characterize the glasses.

Es können folgende Schädigungen festgestellt werden:

  • Kategorie a) Es wird ein visuell relativ unauffälliger Kratzer erzeugt. Die Schädigung im Glas beschränkt sich auf die Kratzspur. Es entstehen keine weiteren zusätzlichen Risse, weder lateral, noch senkrecht in das Material hinein und auch keine Ausmuschelungen oder Absplitterungen. Ein solcher Kratzer ist als „gutartig" anzusehen, ein Glas welches derartige Schädigungsmuster nach dem Kratztest aufweist, wird als „kratztolerant" bezeichnet.
  • Kategorie b) Der Kratzer zeigt deutliche Ausmuschelungen und/oder Absplitterungen (entstanden aus lateralen Rissen) und ist damit visuell auffällig. Jedoch sind keine Risse senkrecht in das Material hinein vorhanden, welche im hohen Maße die Bruchfestigkeit reduzieren würden.
  • Kategorie c) Der Kratzer ist visuell zwar unauffällig, zeigt keine lateralen Risse oder Ausmuschelungen, jedoch hat sich ein in das Glas eindringender Riss ausgebildet. Durch letzteren wird die Bruchfestigkeit des Glases stark herabgesetzt.
  • Kategorie d) Der Kratzer zeigt Ausmuschelungen und/oder Absplitterungen (entstanden aus lateralen Rissen) und ist damit visuell auffällig. Zusätzlich sind in das Glas einlaufende Risse vorhanden.
The following damages can be determined:
  • Category a) It creates a visually relatively inconspicuous scratch. The damage in the glass is limited to the scratch mark. There are no additional cracks, neither laterally nor vertically into the material and no mussels or chips. Such a scratch is to be regarded as "benign", a glass having such damage patterns after the scratch test is referred to as "scratch-tolerant".
  • Category b) The scratch shows clear mussels and / or chipping (caused by lateral cracks) and is therefore visually noticeable. However, there are no cracks perpendicular to the material which would greatly reduce the breaking strength.
  • Category c) The scratch is visually inconspicuous, shows no lateral cracks or mussels, but has formed a crack penetrating the glass. By the latter, the breaking strength of the glass is greatly reduced.
  • Category d) The scratch shows mussels and / or chipping (caused by lateral cracks) and is therefore visually noticeable. In addition, there are incoming cracks in the glass.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung ein scheibenförmiges Glaselement mit zwei gegenüberliegenden Seitenflächen aus einem vorzugsweise Alkalioxid enthaltendem Glas vor, wobei das Glas chemisch vorgespannt ist, indem an der Oberfläche Kationen, vorzugsweise Alkaliionen zumindest teilweise durch größere Homologe ausgetauscht sind, so dass an der Oberfläche beider gegenüberliegender Seitenflächen des Glaselements eine Druckspannungszone vorhanden ist, und wobei die maximale Druckspannung der Druckspannungszonen jeweils unterhalb der Oberfläche vorliegt, so dass die Druckspannung vom Ort der maximalen Druckspannung ausgehend sowohl in Richtung zur Oberfläche, als auch in entgegengesetzter Richtung zur Mitte des Glaselements hin abnimmt, und wobei der Wert der Druckspannung in der Oberfläche mindestens 1/3 des Wertes der maximalen Druckspannung entspricht und einen Wert von mindestens 300 MPa aufweist. To achieve the object, the invention provides a disc-shaped glass element with two opposite side surfaces of a glass preferably containing alkali oxide, wherein the glass is chemically biased by at the surface cations, preferably alkali ions are at least partially replaced by larger homologues, so that on the surface both of the opposite side surfaces of the glass element, a compressive stress zone is present, and wherein the maximum compressive stress of the compressive stress zones is present below the surface, so that the compressive stress, starting from the location of the maximum compressive stress decreases both towards the surface, and in the opposite direction to the center of the glass element and wherein the value of the compressive stress in the surface corresponds to at least 1/3 of the value of the maximum compressive stress and has a value of at least 300 MPa.

Mit anderen Worten ist die Druckspannung an der Oberfläche zwar niedriger als die maximale Druckspannung unterhalb der Oberfläche, sinkt jedoch nicht auf Null ab. Insbesondere geht die Druckspannung auch nicht an der Oberfläche in eine Zugspannung über. Das Spannungsprofil mit positiver, aber gegenüber dem Maximalwert im Inneren niedrigere Druckspannung an der Oberfläche hat sich als sehr effektiv erwiesen, einerseits eine hochfeste Glasscheibe zu erhalten und andererseits eine hohe Kratztoleranz zu erzielen. In das Glas gerichtete Risse laufen gegen eine ansteigende Druckspannung an und werden auf diese Weise umgelenkt, so dass tiefreichende Beschädigungen und Ausmuschelungen vermieden werden. Zudem bleibt auch bei oberflächlichen Kratzern die Zone der maximalen Druckspannung unberührt und wird durch den Kratzer nicht durchbrochen. Dies verbessert die Stabilität und Bruchfestigkeit des Glases auch nach gebrauchsbedingten Beschädigungen der Oberfläche. In other words, while the compressive stress at the surface is lower than the maximum compressive stress below the surface, it does not decrease to zero. In particular, the compressive stress does not change to a tensile stress on the surface. The stress profile with positive, but compared to the maximum value in the interior lower compressive stress at the surface has proven to be very effective, on the one hand to obtain a high-strength glass and on the other hand to achieve a high scratch tolerance. Cracks directed into the glass run against an increasing compressive stress and are deflected in this way, so that deep damage and mussels are avoided. In addition, even with superficial scratches the zone of maximum compressive stress remains untouched and is not broken by the scratch. This improves the stability and breaking strength of the glass even after use-related damage to the surface.

Bevorzugt wird hierbei, dass der Wert der Druckspannung in der Oberfläche mindestens 1/2 des Wertes der maximalen Druckspannung unterhalb der Oberfläche beträgt. Dieser Wert führt zu einer gemittelt sehr hohen Druckspannung in der Druckspannungszone und damit zu hohen Biegefestigkeiten, ohne dass die Kratztoleranz negativ beeinflusst wird. It is preferred here that the value of the compressive stress in the surface is at least 1/2 the value of the maximum compressive stress below the surface is. This value leads to an averaged very high compressive stress in the compressive stress zone and thus to high bending strengths, without the scratch tolerance being adversely affected.

Ein derartiges Vorspannprofil kann durch einen entsprechenden Konzentrationsverlauf der zur Vorspannung verwendeten größeren Homologen eingestellt werden. Vorzugsweise kommen als größere Homologe Kalium-Ionen zum Einsatz, wobei ein Natrium-Ionen, beziehungsweise Natriumoxid enthaltendes Glas verwendet wird, wobei also Natrium-Ionen des Glases mit Kalium-Ionen ausgetauscht werden. Für das erfindungsgemäße Vorspannprofil enthält das Glas also Natrium-Ionen, wobei die Natrium-Ionen an der Oberfläche im Bereich der Druckspannungszonen durch Kalium-Ionen als größerer Homologe zumindest teilweise ausgetauscht sind, wobei die maximale Konzentration an Kalium-Ionen unterhalb der Oberfläche am Ort der maximalen Druckspannung vorliegt und sowohl zur Mitte oder Mittenebene, als auch zur Oberfläche hin abnimmt. Such a bias profile can be adjusted by a corresponding concentration curve of the larger homologs used for bias. Preferably, potassium ions are used as larger homologs, a glass containing sodium ions or sodium oxide being used, in which case sodium ions of the glass are exchanged with potassium ions. For the prestressing profile according to the invention, therefore, the glass contains sodium ions, the sodium ions being at least partially exchanged on the surface in the region of the compressive stress zones by potassium ions as a larger homologue, the maximum concentration of potassium ions below the surface at the location of the maximum compressive stress is present and decreases towards the center or center plane, as well as to the surface.

Das erfindungsgemäße Vorspannungsprofil wird vorzugsweise durch einen mehrstufigen Vorspannprozess erzeugt. The prestressing profile according to the invention is preferably produced by a multi-stage pretensioning process.

Als Kationen werden im Salzgemisch für die chemische Vorspannung dabei verstanden: Na, K, Li, Rb, Ti, Sr oder Ba, insbesondere jedoch K, oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren der aufgeführten Kationenarten. Als Anionen werden erfindungsgemäß verstanden: Nitratsalz, Nitritsalz, Sulfatsalz, Chloridsalz oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren der aufgeführten Salze. As cations in the salt mixture for the chemical bias are understood: Na, K, Li, Rb, Ti, Sr or Ba, but especially K, or a mixture of two or more of the listed cation types. Anions according to the invention are understood to mean nitrate salt, nitrite salt, sulfate salt, chloride salt or a mixture of two or more of the listed salts.

Im ersten Vorspann-Schritt wird dafür ein Grundprofil erzeugt, in darauffolgenden Schritten das angepasste, vergrabene Profil. Die Auswahl der Badzusammensetzung wird vorwiegend bestimmt durch die Vorspanntemperaturen. In the first preamble step, a basic profile is created for this purpose, followed by the adapted, buried profile. The selection of the bath composition is mainly determined by the prestressing temperatures.

Das Glasprodukt wird vor und nach einem Austauschschritt einem Reinigungsprozess unterzogen. The glass product is subjected to a cleaning process before and after an exchange step.

Die Erfindung ist besonders für Dünn- und Dünnstgläser geeignet, um diesen einerseits eine hohe Biegefestigkeit und andererseits eine hohe Kratztoleranz zu verleihen. Die Dicke des scheibenförmigen Glaselements liegt vorzugsweise im Bereich von 150 µm und 3,5 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 und 1,5 mm. Die mit dem chemischen Vorspannen hergestellte maximale Druckspannung beträgt vorzugsweise mehr als 600 MPa bei einer Austauschtiefe von mehr als 25 µm. Hohe Austauschtiefen sind günstig, um den Ort der maximalen Druckspannung ausreichend weit von der Oberfläche weg anordnen zu können und von diesem Ort ausgehend in Richtung zur Mitte des Glaselements hin keinen zu starken Abfall der Druckspannung zu erzeugen. The invention is particularly suitable for thin and Dünststglas to impart this one hand, a high bending strength and on the other hand, a high scratch tolerance. The thickness of the disk-shaped glass element is preferably in the range of 150 μm and 3.5 mm, particularly preferably in the range of 0.3 and 1.5 mm. The maximum compressive stress produced by chemical tempering is preferably more than 600 MPa at a replacement depth of more than 25 μm. High exchange depths are favorable in order to be able to arrange the location of the maximum compressive stress sufficiently far away from the surface and, starting from this location, towards the center of the glass element, not to cause excessive drop in the compressive stress.

Für vorgespannte erfindungsgemäße Gläser werden besonders bevorzugt und anders als in der WO 2011/022661 A2 beschrieben, Werte der Maximalspannung ≥ 700 MPa und Austauschtiefen > 25 µm verwendet, um eine gute Gebrauchsfestigkeit zu gewährleisten. For preloaded glasses according to the invention are particularly preferred and different than in the WO 2011/022661 A2 values of the maximum stress ≥ 700 MPa and exchange depths> 25 μm are used to ensure a good service life.

Für das erfindungsgemäße Vorspannungsprofil ist es vorteilhaft, durch den Ionenaustausch ausreichend hohe Druckspannungen in der Oberfläche oder der Ebene mit der maximalen Druckspannung, vorzugsweise CS > 800 MPa und Austauschtiefen, vorzugsweise mit DoL > 25 µm zu erzielen. For the prestressing profile according to the invention, it is advantageous to achieve sufficiently high compressive stresses in the surface or the plane with the maximum compressive stress, preferably CS> 800 MPa and exchange depths, preferably with DoL> 25 μm, by the ion exchange.

Als besonders gut ionenaustauschbar und widerstandsfähig haben sich für die Erfindung Gläser aus dem System der Alkali-Alumosilicate gezeigt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Glaselement also ein Alkali-Alumosilicat-Glas. Gläser dieses Typs sind besonders als Deckglas (Cover) zum Schutz der Touch-Displays von elektronischen Geräten geeignet. Die Zusammensetzung der Gläser zeigt einen starken Einfluss auf die Vorspannungswerte CS (Compressive Stress = Druckspannung in der Oberfläche des Glases); sowie DoL (Depth of Layer = Austauschtiefe), die sich durch den Ionenaustausch ergeben. As a particularly good ion-exchangeable and resistant glasses of the system of alkali aluminosilicates have shown for the invention. According to one embodiment of the invention, the glass element thus comprises an alkali aluminosilicate glass. Glasses of this type are particularly suitable as cover glass (cover) for protecting the touch displays of electronic devices. The composition of the glasses shows a strong influence on the preload values CS (compressive stress in the surface of the glass); and DoL (depth of layer), which result from ion exchange.

Der Ort der maximalen Druckspannung kann gemäß einer Ausführungsform eine unterhalb der Oberfläche liegende Ebene sein. The location of the maximum compressive stress may be a sub-surface level according to one embodiment.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail by means of embodiments and with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 ein herkömmliches Vorspannprofil, 1 a conventional preload profile,

2 bis 13 Skizzen und mikroskopische Aufnahmen verschiedener Kratzer in der Glasoberfläche, 2 to 13 Sketches and micrographs of various scratches in the glass surface,

14 schematisch ein erfindungsgemäßes Glaselement, 14 schematically a glass element according to the invention,

15 den Verlauf der Druckspannung als Funktion des Abstands zur Oberfläche, 15 the course of the compressive stress as a function of the distance to the surface,

16 ein an einem erfindungsgemäßen Glaselement gemessenes Kalium-Konzentrationsprofil, 16 a potassium concentration profile measured on a glass element according to the invention,

17 den Verlauf der Druckspannung als Funktion des Abstands zur Oberfläche gemäß einer weiteren Ausführungsform, mit spitzen- oder dachförmigem Druckspannungsverlauf, und 17 the course of the compressive stress as a function of the distance to the surface according to a Another embodiment, with a peak or roof-shaped compressive stress curve, and

18 und 19 zwei an Glaselementen mit einem dach- oder spitzenförmigen Verlauf der Druckspannung gemessene Kalium-Konzentrationsprofile. 18 and 19 two measured on glass elements with a roof or peak-shaped course of the compressive stress potassium concentration profiles.

In 1 ist ein Vorspannprofil dargestellt, wie es in einem üblichen Vorspannprozess erhalten wird. Auf der x-Achse ist dabei der Abstand zur Oberfläche dargestellt. Die y-Achse bezeichnet den prozentualen Anteil der ausgetauschten Kalium-Ionen. Demgemäß ist der Anteil der ausgetauschten Ionen an der Oberfläche am größten. Die Druckspannung sinkt damit von der Oberfläche ausgehend ab. Das in 1 gezeigte Profil kann durch eine achtstündige Lagerung der Glasscheibe in einer Kaliumnitrat-Schmelze bei 420°C erhalten werden. In 1 a bias profile is shown as it is obtained in a conventional tempering process. The distance to the surface is shown on the x-axis. The y-axis indicates the percentage of exchanged potassium ions. Accordingly, the proportion of exchanged ions at the surface is greatest. The compressive stress thus decreases starting from the surface. This in 1 profile shown can be obtained by an eight-hour storage of the glass sheet in a potassium nitrate melt at 420 ° C.

Das Kratzen eines Sprödmaterials mit einem spitzen, harten Indenter führt allgemein zu hohen Spannungen im Material, die sich in Schubfließen oder Verdichtung oder der Ausbildung von komplexen Risssystemen äußern. The scratching of a brittle material with a sharp, hard indenter generally leads to high stresses in the material, which manifest themselves in shear flow or compaction or the formation of complex cracking systems.

Bei einem Diamantindenter mit Knoop-Geometrie liegt die Kratztiefe bei einer Last von 4 N im Bereich von 4 µm sofern keine Risse im Material entstehen. Bildet sich jedoch ein Risssystem aus, kann die Schädigung wesentlich tiefer reichen (6-fach bis 8-fach). Die Ausbildung eines Risssystems führt außerdem zu einer deutlichen Verringerung der Festigkeit. For a diamond indenter with Knoop geometry, the scratch depth at a load of 4 N is in the range of 4 μm unless cracks occur in the material. However, if a cracking system develops, the damage can be much deeper (6x to 8x). The formation of a cracking system also leads to a significant reduction in strength.

Eine geeignete Konditionierung an und unterhalb der Materialoberfläche durch gezieltes Einbringen von Druckvorspannungen, wie es die Erfindung vorsieht, verhindert die Ausbildung von Rissen in lateraler und vertikaler Richtung. Proper conditioning at and below the material surface by deliberately introducing pressure biases as provided by the invention prevents the formation of cracks in the lateral and vertical directions.

Ein Standard-Vorspannprofil, wie es 1 zeigt und das durch Einbringen eines Alumosilikatglases in ein geeignetes Salzbad bei definierter Temperatur und Verweildauer erzeugt wird, besitzt eine vergleichsweise schlechte Kratztoleranz: eine kratzende Schädigung der Glasoberfläche mit einem Knoop-Indenter bei einer Last von 4 N führt typischerweise zu mehr als 80% von Kratzerausprägungen der oben genannten Kategorien b) bis d). A standard bias profile, as is 1 and produced by introducing an aluminosilicate glass into a suitable salt bath at a defined temperature and residence time, has a comparatively poor scratch tolerance: a scratching damage to the glass surface with a Knoop indenter at a load of 4 N typically results in more than 80% of scratches of categories b) to d) above.

Anhand der 2 bis 13 werden die Kategorien a) bis d) von Kratzern in der Oberfläche 9 eines scheibenförmigen Glaselements 1 erläutert. Für die Erzeugung der Schädigungsmuster wurden jeweils mit einem Diamant-Indenter mit einer definierten Kraft von 4N und einer Verfahrgeschwindigkeit von 0,4 mm/s in der Glasoberfläche 3 Kratzer 9 erzeugt. Based on 2 to 13 become the categories a) to d) of scratches in the surface 9 a disc-shaped glass element 1 explained. For the generation of the damage patterns were each with a diamond indenter with a defined force of 4N and a travel speed of 0.4 mm / s in the glass surface 3 scratch 9 generated.

Dabei zeigen die 2 bis 4 ein visuell unauffälliges Schädigungsmuster gemäß dem in der Beschreibungseinleitung Typ a), wie es insbesondere bei den erfindungsgemäßen scheibenförmigen Glaselementen 1 vornehmlich auftritt. The show 2 to 4 a visually inconspicuous damage pattern according to that in the introduction to the description of type a), as is the case in particular with the disk-shaped glass elements according to the invention 1 mainly occurs.

2 zeigt dazu schematisch im Querschnitt die Schädigungszone, beziehungsweise den Kratzer 90, der von der Indenterspitze 70 eingefügt wird. Die räumliche Ausdehnung des Kratzers 90 bleibt eng begrenzt um den Pfad der Indenterspitze 70. Auch bleibt die Tiefe des Kratzers 90 geringer als die typischer Austauschtiefe und die Tiefe der Druckspannungszone 5. 2 shows schematically in cross section the damage zone, or the scratch 90 from the Indenterspitze 70 is inserted. The spatial extent of the scratch 90 remains tightly bounded around the path of the Indenterspitze 70 , Also, the depth of the scratch remains 90 less than the typical exchange depth and the depth of the compressive stress zone 5 ,

3 zeigt ergänzend eine Aufnahme eines solchen Kratzers in Aufsicht, 4 eine Aufnahme des Querschnitts. Anhand des in 4 dargestellten Abbildungsmaßstab wird ersichtlich, dass ein solcher visuell unauffälliger Kratzer 90, welcher mit den oben genannten Parametern (Andruckkraft 4N, Verfahrgeschwindigkeit von 0,4 mm/s) mit einer Indenterspitze in ein erfindungsgemäßes Glas eingefügt wird, eine Breite und Tiefe von jeweils weniger als 30 Mikrometern aufweist. 3 shows in addition a recording of such a scratch in supervision, 4 a picture of the cross section. Based on the in 4 As can be seen, such a visually inconspicuous scratch 90 , which is inserted with the above parameters (pressing force 4N, travel speed of 0.4 mm / s) with an indenting tip in a glass according to the invention, has a width and depth of less than 30 micrometers.

Die 5 bis 7 zeigen einen Kratzer vom Typ b), bei welchem deutliche Ausmuschelungen und Absplitterungen zu beobachten sind und der damit visuell auffällig ist. Auch solche Kratzer können an einem erfindungsgemäßen Glaselement entstehen, wenn mit dem Indenter mit einer Andruckkraft 4N und einer Verfahrgeschwindigkeit von 0,4 mm/s über dessen Oberfläche gefahren wird, jedoch treten diese Formen von Kratzern deutlich seltener auf, als bei weniger kratztoleranten vorgespannten Gläsern. The 5 to 7 show a scratches of type b), in which significant Ausmuschungen and chipping are observed and thus visually striking. Such scratches can also occur on a glass element according to the invention if the indenter is driven over its surface with a contact pressure of 4N and a travel speed of 0.4 mm / s, but these forms of scratches occur much less frequently than with less scratch-tolerant pretensioned glasses ,

5 zeigt entsprechend zu 2 schematisch die Form des Kratzers 90 im Querschnitt, 6 eine Aufnahme in Aufsicht auf die Oberfläche 3 und 7 eine Querschnittaufnahme. 5 shows accordingly 2 schematically the shape of the scratch 90 in cross section, 6 a shot in top view of the surface 3 and 7 a cross-sectional view.

Der Kratzer 90 zeigt in der Aufsicht (6) deutlich sichtbare Ausmuschelungen 91. Diese entstehen durch lateralen Risse 92, die im schematischen Querschnitt der 5 eingezeichnet sind und auch anhand der Querschnittansicht der 7 deutlich zu erkennen sind. The scratch 90 shows in the supervision ( 6 ) clearly visible Ausmuschungen 91 , These are caused by lateral cracks 92 , which in schematic cross-section of 5 are drawn and also based on the cross-sectional view of 7 are clearly visible.

Die Ausmuschelungen erstrecken sich quer zur Längsrichtung des Kratzers 90 weit entlang der Oberfläche 3 und sind damit visuell auffällig. Auch die lateralen Risse verlaufen noch innerhalb der Druckspannungszone 5, so dass immerhin die durch das chemische Vorspannen erreichte Festigkeit nicht erheblich reduziert wird. The Ausmuschelungen extend transversely to the longitudinal direction of the scratch 90 far along the surface 3 and are so visually striking. The lateral cracks still run within the compressive stress zone 5 so that, after all, the strength achieved by chemical toughening is not significantly reduced.

Die 8 bis 10 zeigen einen Kratzer vom Typ c). Visuell ist der Kratzer 90 eher unauffällig und zeigt keine lateralen Risse oder Ausmuschelungen, wie anhand der Aufnahme in Aufsicht, 9 zu erkennen ist. Jedoch hat sich, wie in 8 skizziert und wie auch anhand der mikroskopischen Aufnahme des Querschnitts, 10 deutlich zu sehen ist, ein in das Glas einlaufender Riss 94 ausgebildet. Der einlaufende Riss 94 setzt die Bruchfestigkeit stark herab. Daher ist ein Kratzer 90 dieses Typs trotz der geringen Sichtbarkeit sehr nachteilig. Anhand von 8 ist zu sehen, dass hier der Kratzer 90 in eine Tiefe vordringt, welche die Druckspannungszone 5 überschreitet. Gerade dies führt dann zu einer Ausbildung des in das Material einlaufenden Risses 94. The 8th to 10 show a scratch of type c). Visually, the scratch is 90 rather inconspicuous and shows no lateral cracks or Ausmuschungen, as shown by the inclusion in supervision, 9 can be seen. However, as in 8th sketched and as well as from the microscopic image of the cross-section, 10 clearly visible is a crack entering the glass 94 educated. The incoming crack 94 reduces the breaking strength greatly. Therefore, a scratch 90 This type very disadvantageous despite the low visibility. Based on 8th you can see that here is the scratch 90 penetrates into a depth which the compressive stress zone 5 exceeds. This leads to a formation of the crack entering the material 94 ,

Die 11 bis 13 zeigen einen Kratzer vom Typ d), bei welchem deutliche Ausmuschelungen 91, hier auch in Form von Absplitterungen zu beobachten sind. Die Absplitterungen sind in der Querschnittaufnahme der 13 als Vertiefung im Bereich des Kratzers 90 deutlich zu erkennen. Der Kratzer 90 ist damit visuell auffällig, wie anhand der Aufnahme in Aufsicht, 12, ersichtlich. The 11 to 13 show a scratch of type d), in which clear Ausmuschelungen 91 , here also in the form of splinters are to be observed. The chips are in the cross-sectional view of 13 as a depression in the area of the scratch 90 clearly visible. The scratch 90 is visually conspicuous, as shown by the inclusion in supervision, 12 , visible.

Es wurde nun eine starke Korrelation des Schädigungsverhaltens vom Vorspannprofil gefunden. Nicht chemisch vorgespannte Gläser oder solche mit geringer DoL (< 20 µm) zeigen häufig Kratzer vom Typ c) oder d). Bei Gläsern mit hohen Austauschtiefen (> 25µm) tritt andererseits häufig der Schädigungstyp b) auf. Now a strong correlation of the damage behavior from the prestressing profile was found. Non-chemically tempered glasses or those with low DoL (<20 μm) often show scratches of type c) or d). On the other hand, in the case of glasses with high exchange depths (> 25 μm), damage type b) often occurs.

Zur Gewährleistung der für die jeweilige Anwendung geforderten Festigkeitseigenschaften von scheibenförmigen Glaselementen, wie insbesondere von dünnen Deckgläsern, die typischerweise eine Dicke zwischen 15 µm und 3 mm besitzen, sind neben einer Druckspannung in der Oberfläche von > 600 MPa auch Austauschtiefen von > 25 µm günstig. Bei diesen Austauschtiefen treten jedoch bei kratzenden Belastungen häufig visuell auffällige Kratzer auf, die auf Ausmuschelungen entlang der Kratzspur zurückzuführen sind. Erfindungsgemäße Glaselemente weisen bevorzugt die vorstehend genannten Dicken, sowie auch die genannten Austauschtiefen und maximalen Druckspannungen auf. To ensure the required for the particular application strength properties of disc-shaped glass elements, in particular of thin coverslips, which typically have a thickness between 15 microns and 3 mm, in addition to a compressive stress in the surface of> 600 MPa and exchange depths of> 25 microns low. At these replacement depths, however, visually conspicuous scratches often occur due to scratching loads, which are due to mussels along the scratch track. Glass elements according to the invention preferably have the aforementioned thicknesses, as well as the exchange depths and maximum compressive stresses.

14 zeigt nun in schematischem Querschnitt ein erfindungsgemäßes scheibenförmiges Glaselement 1, welches eine hohe Kratztoleranz einerseits und eine hohe Biegefestigkeit andererseits aufweist. Das scheibenförmige Glaselement 1 weist zwei gegenüberliegende Seitenflächen 10, 11 auf. Wie bei der chemischen Vorspannung üblich sind an der Oberfläche 9 Kationen, vorzugsweise Alkaliionen zumindest teilweise durch größere Homologe ausgetauscht, so dass an der Oberfläche beider gegenüberliegender Seitenflächen 10, 11 des Glaselements 1 eine Druckspannungszone 5 vorhanden ist. Zwischen den beiden Druckspannungszonen 5 befindet sich eine zentrale Zugspannungszone 6. Die Zugspannungszone 6 entsteht durch den Ausgleich der Druckspannungskräfte der Druckspannungszonen 5 an den Seitenflächen 10, 11. Im Allgemeinen werden die Druckspannungszonen 5 durch die Austauschtiefe der Kationen definiert. Die Austauschtiefe DoL gibt daher auch die ungefähre Tiefe der Druckspannungszone 5 wieder. 14 now shows a schematic cross-section of an inventive disc-shaped glass element 1 , which has a high scratch tolerance on the one hand and a high bending strength on the other. The disc-shaped glass element 1 has two opposite side surfaces 10 . 11 on. As is usual with chemical prestressing on the surface 9 Cations, preferably alkali ions at least partially replaced by larger homologs, so that on the surface of both opposite side surfaces 10 . 11 of the glass element 1 a compressive stress zone 5 is available. Between the two compression stress zones 5 There is a central tension zone 6 , The tensile stress zone 6 arises by balancing the compressive stress forces of the compression stress zones 5 on the side surfaces 10 . 11 , In general, the compression stress zones 5 defined by the exchange depth of the cations. The replacement depth DoL therefore also gives the approximate depth of the compressive stress zone 5 again.

Anders als bei einem üblichen Vorspannungsprofil steigt jedoch die an der Oberfläche 9 vorhandene Druckspannung in Richtung zur Mitte hin, beziehungsweise in Richtung von der Oberfläche in das Volumen des Glases 2 hin an und erreicht seinen Maximalwert in einer innerhalb der Druckspannungszone 5 liegenden Ebene 13. Die Druckspannung fällt danach wieder ab und geht an der Grenze zur Zugspannungszone 6 dann in eine Zugspannung über. Unlike a standard preload profile, however, the surface increases 9 existing compressive stress toward the center, or in the direction of the surface in the volume of the glass 2 towards and reaches its maximum value in one within the compressive stress zone 5 lying level 13 , The compressive stress then drops again and goes to the border to the tensile stress zone 6 then in a tension over.

Das gewünschte Vorspannungsprofil wird durch einen mehrstufigen Vorspannprozess durch Austausch von im Glas vorhandenen Kationen, insbesondere Alkaliionen, mit in einem Salzgemisch vorhandenen, größeren Kationen, insbesondere ebenfalls Alkaliionen erzeugt. The desired prestressing profile is produced by a multi-stage tempering process by exchanging cations present in the glass, in particular alkali ions, with larger cations present in a salt mixture, in particular likewise alkali metal ions.

Als Kationen werden im Salzgemisch verstanden: Na, K, Li, Rb, Ti, Sr oder Ba, insbesondere jedoch K, oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren der aufgeführten Kationenarten. Als Anionen werden erfindungsgemäß verstanden: Nitratsalz, Nitritsalz, Sulfatsalz, Chloridsalz oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren der aufgeführten Salze. Cations in the salt mixture are understood as meaning Na, K, Li, Rb, Ti, Sr or Ba, but in particular K, or a mixture of two or more of the listed cation types. Anions according to the invention are understood to mean nitrate salt, nitrite salt, sulfate salt, chloride salt or a mixture of two or more of the listed salts.

Im ersten Schritt wird dafür ein Grundprofil erzeugt, in darauffolgenden Schritten das angepasste, vergrabene Profil. Die Auswahl der Badzusammensetzung wird vorwiegend bestimmt durch die Vorspanntemperaturen. In the first step, a basic profile is created for this, followed by the adapted, buried profile. The selection of the bath composition is mainly determined by the prestressing temperatures.

Das Glasprodukt wird vor und nach einem Austauschschritt einem Reinigungsprozess unterzogen. The glass product is subjected to a cleaning process before and after an exchange step.

Demgemäß sieht die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines scheibenförmigen, chemisch vorgespannten Glaselements 1 mit zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 10, 11 vor, bei welchem in einem ersten Schritt das Glaselement 1 in einem Salzbad, im Speziellen einer Salzschmelze gelagert wird, so dass im Glas 2 vorhandene Kationen an den Seitenflächen 10, 11 durch größere Homologe ausgetauscht werden, so dass ein Vorspannprofil erhalten wird, bei welchem die maximale Druckspannung an der Oberfläche 9 der Seitenflächen 10, 11 vorhanden ist. In einem zweiten Schritt wird dann das Glaselement 1 in einem weiteren, sich von dem ersten Salzbad unterscheidenden Salzbad gelagert, so dass an der Oberfläche beider gegenüberliegender Seitenflächen 10, 11 des Glaselements 1 jeweils eine Druckspannungszone 5 erhalten wird, bei welchen die maximale Druckspannung der Druckspannungszonen 5 jeweils unterhalb der Oberfläche 9 vorliegt, so dass die Druckspannung vom Ort der maximalen Druckspannung ausgehend sowohl in Richtung zur Oberfläche 9, als auch in entgegengesetzter Richtung zur Mitte des Glaselements 1 hin abnimmt, und wobei der Wert der Druckspannung in der Oberfläche mindestens 1/3 des Wertes der maximalen Druckspannung entspricht. Um dieses Profil zu erhalten, können im zweiten Salzbad beispielsweise wieder größere Kationen, die im ersten Schritt in das Glas eindiffundiert sind, wieder oberflächlich durch kleinere Homologe ausgetauscht werden. Accordingly, the invention also provides a method for producing a disc-shaped, chemically tempered glass element 1 with two opposite side surfaces 10 . 11 before, in which in a first step the glass element 1 stored in a salt bath, in particular a molten salt, so that in the glass 2 existing cations on the side surfaces 10 . 11 be replaced by larger homologs, so that a bias profile is obtained, wherein the maximum compressive stress at the surface 9 the side surfaces 10 . 11 is available. In a second step then the glass element 1 stored in a further, different from the first salt bath salt bath, so that on the surface of both opposite side surfaces 10 . 11 of the glass element 1 one compression stress zone each 5 is obtained, wherein the maximum compressive stress of Compressive stress zones 5 each below the surface 9 is present, so that the compressive stress starting from the location of the maximum compressive stress both toward the surface 9 , as well as in the opposite direction to the center of the glass element 1 decreases, and wherein the value of the compressive stress in the surface corresponds to at least 1/3 of the value of the maximum compressive stress. To obtain this profile, in the second salt bath, for example, larger cations, which have diffused into the glass in the first step, can again be exchanged superficially by smaller homologs.

Für viele Ausführungsformen der Erfindung ist es dabei günstig, die Verweildauer des Glaselements im Salzbad im zweiten Schritt kürzer zu wählen, als die Zeitdauer des ersten Schritts. Damit wird eine starke Absenkung des Maximalwerts der Druckspannung vermieden. Bevorzugt beträgt die Verweildauer im zweiten Schritt weniger als 1/20 der Vorspannzeit im ersten Schritt. For many embodiments of the invention, it is advantageous to choose the residence time of the glass element in the salt bath in the second step shorter than the time duration of the first step. This avoids a strong lowering of the maximum value of the compressive stress. Preferably, the residence time in the second step is less than 1/20 of the preload time in the first step.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorspannprofile erläutert. Hereinafter, some embodiments of inventive biasing profiles will be explained.

Die im Folgenden beschriebenen Spannungsprofile können durch spannungsoptische Messungen am Querschliff der vorgespannten Proben bestimmt werden. Dazu wird die Probe zwischen gekreuzte Polarisatoren gebracht; die vorhandene Spannung wird mittels eines dazwischengeschalteten Kompensators bestimmt (z.B. nach Ehringhaus, Berek, Senarmont o.a.), die DoL, beziehungsweise die Druckspannungszone am Mikroskopbild ausgemessen. The stress profiles described below can be determined by stress-optical measurements on the cross-section of the prestressed samples. For this purpose, the sample is placed between crossed polarizers; the existing voltage is determined by means of an intermediate compensator (for example, according to Ehringhaus, Berek, Senarmont, etc.), the DoL, or the compressive stress zone measured on the microscope image.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein sinus- oder allgemeiner ein wellenförmiger Verlauf der Druckspannung als Funktion des Abstands vorgesehen. Eine derart ausgebildete Druckspannungszone kann allgemein beschrieben werden als ein Verlauf der Druckspannung, bei welchem die Druckspannung ausgehend von der Oberfläche bis zum Ort der maximalen Druckspannung mit abnehmender betragsmäßiger Steigung zunimmt, der Ort der maximalen Druckspannung vorzugsweise eine unterhalb der Oberfläche liegende Ebene 13 bildet, wobei die Änderung der Druckspannung am Ort der maximalen Druckspannung verschwindet, von diesem Ort aus in Richtung zur Mitte des Glaselements hin die Druckspannung erst mit betragsmäßig ansteigender Steigung, dann, nach Durchlaufen eines Wendepunktes mit betragsmäßig abfallender Steigung abnimmt, bis in der Zugspannungszone, welche zwischen den beiden Druckspannungszonen liegt und an diese angrenzt, eine konstante Zugspannung erreicht wird. According to one embodiment of the invention, a sinusoidal or more generally a wave-shaped course of the compressive stress is provided as a function of the distance. A compressive stress zone formed in this way can generally be described as a course of the compressive stress at which the compressive stress, starting from the surface up to the location of the maximum compressive stress, increases with decreasing absolute gradient, the location of the maximum compressive stress preferably being a subjacent plane 13 forms, wherein the change of the compressive stress disappears at the location of the maximum compressive stress, from this location towards the center of the glass element towards the compressive stress only with increasing slope, then, after passing through a turning point decreases with decreasing slope, in the tensile zone, which lies between the two compression stress zones and adjacent to this, a constant tensile stress is achieved.

15 zeigt ein solches erfindungsgemäßes Vorspannprofil in Form eines Verlaufs der Druckspannung als Funktion des Orts in Richtung senkrecht zur Oberfläche 9 des Glases. Bei dem in 15 gezeigten Beispiel weist die Druckspannung einen etwa sinusförmigen Verlauf auf. Die Druckspannung steigt dabei an der Oberfläche vom Wert B in Richtung zur Mitte des Glaselements 1 hin zunächst bis zu einem Wert A am Ort 15 der maximalen Druckspannung an und fällt danach wieder ab. Durch den sinusförmigen Verlauf der Druckspannung ist der Ort der maximalen Druckspannung eine unterhalb der Oberfläche 9 liegende gedachte Ebene 13. Der Wendepunkt des oben beschriebenen Verlaufs der Druckspannung liegt bei dem in 15 gezeigten Beispiel etwa dort, wo die Druckspannungszone 5 in die Zugspannungszone übergeht. 15 shows such a bias profile according to the invention in the form of a curve of the compressive stress as a function of the location in the direction perpendicular to the surface 9 of the glass. At the in 15 As shown, the compressive stress is approximately sinusoidal. The compressive stress increases at the surface of the value B in the direction of the center of the glass element 1 first up to a value of A locally 15 the maximum compressive stress and then drops again. Due to the sinusoidal profile of the compressive stress, the location of the maximum compressive stress is below the surface 9 lying imaginary plane 13 , The inflection point of the above-described course of the compressive stress is in the 15 Example shown approximately where the compressive stress zone 5 goes into the tensile zone.

Um eine hohe Biegefestigkeit und hohe Kratztoleranz zu erhalten, sind hierbei ohne Beschränkung auf das Ausführungsbeispiel mit dem speziellen sinusförmigen Verlauf folgende Merkmale günstig:
Die „DoL“, also die Austauschtiefe im Glas und dazu korrespondierend die Dicke der Druckspannungszone beträgt mindestens 20 µm, bevorzugt mehr als 30 µm, besonders bevorzugt mehr als 50 µm, um senkrecht ins Glas einlaufende Risse zu vermeiden. In order to obtain a high flexural strength and high scratch tolerance, the following features are advantageous without restriction to the exemplary embodiment with the special sinusoidal profile:
The "DoL", ie the replacement depth in the glass and correspondingly the thickness of the compressive stress zone, is at least 20 μm, preferably more than 30 μm, particularly preferably more than 50 μm, in order to avoid cracks running vertically into the glass.

Die Tiefe d der maximalen Druckspannung, also der Abstand des Orts 15 der maximalen Druckspannung zur Oberfläche 9 der nächstliegenden Seitenfläche 10, 11 beträgt in Weiterbildung der Erfindung mindestens 2 µm, bevorzugt mehr als 5 µm, besonders bevorzugt mehr als 10 µm, um die Rissentstehung beim Kratzen zu minimieren. The depth d of the maximum compressive stress, ie the distance of the location 15 the maximum compressive stress to the surface 9 the nearest side surface 10 . 11 is in development of the invention at least 2 microns, preferably more than 5 microns, more preferably more than 10 microns to minimize the cracking during scratching.

Es ist günstig, wenn die Höhe der Spannung am Punkt „B“, beziehungsweise an der Oberfläche des Glases 2 zwischen 400–1200 MPa liegt. Dabei liegt die Höhe der Spannung am Punkt “A“, beziehungsweise am Ort 15 der maximalen Druckspannung vorzugsweise zwischen 500 MPa–1500 MPa. Diese Werte gelten allgemein und sind nicht auf das spezielle sinusförmige Profil gemäß 15 beschränkt. It is favorable if the height of the tension at the point "B", or at the surface of the glass 2 between 400-1200 MPa. The height of the voltage is at the point "A", or at the place 15 the maximum compressive stress preferably between 500 MPa-1500 MPa. These values are general and not specific to the particular sinusoidal profile 15 limited.

Um noch einen für die Verbesserung der Kratztoleranz wirksamen Anstieg der Druckspannung von der Oberfläche bis zum Ort der maximalen Druckspannung zu erhalten, ist gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung und ohne Beschränkung auf die in den 15 und 16 gezeigten Beispiele vorgesehen, dass die Druckspannung an der Oberfläche mindestens um 5% kleiner ist, als der Maximalwert der Druckspannung. Es können auch noch deutlichere Unterschiede in der Druckspannung, etwa von mindestens 10%, oder auch mindestens 20% vorgesehen werden. In order to obtain an effective for the improvement of the scratch tolerance increase of the compressive stress from the surface to the location of the maximum compressive stress, according to yet a further development of the invention and without limitation to those in the 15 and 16 shown examples provided that the compressive stress on the surface is at least 5% smaller than the maximum value of the compressive stress. Even more pronounced differences in compressive stress, for example of at least 10%, or even at least 20%, can be provided.

Das Verhältnis der Druckspannung A/B liegt vorzugsweise zwischen kleiner 1 und 3. Bei dem gezeigten Beispiel ist das Verhältnis A/B kleiner als 2. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher, ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel vorgesehen, dass der Wert der Druckspannung in der Oberfläche mehr als 1/2 des Wertes der maximalen Druckspannung entspricht. The ratio of the compressive stress A / B is preferably between less than 1 and 3. In the In accordance with a further development of the invention, it is therefore provided, without limitation to the illustrated example, that the value of the compressive stress in the surface corresponds to more than 1/2 of the value of the maximum compressive stress.

Wie oben gesagt kann der Druckspannungsverlauf spannungsoptisch an einem Querschliff direkt gemessen werden. Qualitativ lässt sich der Verlauf auch anhand der Konzentration der beim Ionenaustausch in das Glas eindiffundierten Ionen bestimmen. 16 zeigt dazu ein gemessenes Konzentrationsprofil an einem erfindungsgemäßen Glaselement, bei welchem ein sinusförmiges Spannungsprofil hergestellt wurde. Auf der Ordinate ist die prozentuale Kaliumkonzentration angegeben. Diese Konzentration ist gegen die in Mikrometern angegebene Distanz zur Oberfläche aufgetragen. As stated above, the compressive stress curve can be measured directly in a cross-section by stress optics. Qualitatively, the course can also be determined on the basis of the concentration of ions diffused into the glass during ion exchange. 16 shows a measured concentration profile on a glass element according to the invention, in which a sinusoidal voltage profile was produced. The ordinate indicates the percentage potassium concentration. This concentration is plotted against the micrometer distance to the surface.

Der sinusförmige Verlauf ist auch anhand des Konzentrationsprofils gut zu erkennen. The sinusoidal course can also be clearly recognized on the basis of the concentration profile.

Für das Ausführungsbeispiel wurde ein Alumosilikatglas verwendet. Im ersten Schritt wurde das Glas bei 420°C für 6 Stunden in einer reinen KNO3-Schmelze gelagert. For the embodiment, an aluminosilicate glass was used. In the first step, the glass was stored at 420 ° C for 6 hours in a pure KNO 3 melt.

Im zweiten Schritt wurde das Glas dann bei 460°C für 5 Minuten in einer reinen NaNO3-Schmelze gelagert. Damit werden zuvor eindiffundierte Kalium-Ionen teilweise wieder gegen Natrium-Ionen ausgetauscht, so dass eine Absenkung der Druckspannung zur Oberfläche hin erfolgt. Die Verweildauer im Salzbad im zweiten Schritt beträgt damit nur 1/72 der Verweildauer im Salzbad für das Vorspannen des ersten Schritts. In the second step, the glass was then stored at 460 ° C for 5 minutes in a pure NaNO 3 melt. Thus, previously diffused potassium ions are partially exchanged again for sodium ions, so that a lowering of the compressive stress to the surface takes place. The residence time in the salt bath in the second step is thus only 1/72 of the residence time in the salt bath for the prestressing of the first step.

Generell, ohne Beschränkung auf das spezielle in 16 gezeigte Beispiel kann also ein erfindungsgemäßes Vorspannprofil erhalten werden, indem im zweiten Schritt Kationen, welche im ersten Schritt beim Ionenaustausch in das Glas eindiffundiert sind, teilweise durch eine oder mehrere kleinere Homologe der im ersten Schritt eindiffundierten Kationen ersetzt werden. Generally, without limitation to the specific in 16 Thus, according to the example shown, a preload profile according to the invention can be obtained by replacing in the second step cations, which are diffused into the glass in the first step during ion exchange, partially replaced by one or more smaller homologs of the cations diffused in the first step.

Insbesondere können das oder die kleineren Homologe, wie auch bei dem der 16 zugrunde liegenden Verfahren, die gleichen Ionen sein, welche im ersten Schritt durch größere Homologe ausgetauscht wurden. Bevorzugt werden im ersten Schritt im Glas enthaltene Natrium-Ionen durch Kalium-Ionen und im zweiten Schritt die eindiffundierten Kalium-Ionen teilweise wieder durch Natrium-Ionen ausgetauscht. Auch bei den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde im ersten Schritt Natrium durch Kalium und im zweiten Schritt Kalium wieder durch Natrium ersetzt. In particular, the one or more smaller homologs, as well as in the 16 underlying processes, the same ions, which were replaced in the first step by larger homologs. Preference is given in the first step in the glass sodium ions contained by potassium ions and in the second step, the diffused potassium ions are partially replaced by sodium ions. Also in the exemplary embodiments described below, sodium was replaced by potassium in the first step and potassium again in the second step by sodium.

Gegenüber dem in 1 gezeigten Beispiel ergibt sich eine erhebliche Verbesserung der Kratztoleranz. Bei einem Standard-Profil gemäß 1 werden bei einem Kratztest mit einem Knoop-Indenter mit einer Andruckkraft von 4 N und einer Verfahrgeschwindigkeit von 0,4 mm/s in etwa 80% der Fälle sichtbare Kratzer der Kategorien b) bis d) erzeugt. Bei dem Glas gemäß 2 wurde demgegenüber bei 50 Kratztests an jeweils verschiedenen Orten kein einziger visuell auffälliger Kratzer, beziehungsweise kein Kratzer der Kategorien b) bis d) gefunden. Die Anzahl visuell sichtbarer Kratzdefekte oder die Wahrscheinlichkeit, mit dem Kratztest einen visuell sichtbaren Kratzer zu erzeugen, liegt damit unter Einbeziehung einer statistischen Unsicherheit bei kleiner als 0,5%. Opposite the in 1 The example shown results in a considerable improvement in the scratch tolerance. For a standard profile according to 1 In a scratch test with a Knoop indenter with a pressure force of 4 N and a travel speed of 0.4 mm / s, visible scratches of the categories b) to d) are generated in about 80% of the cases. According to the glass 2 On the other hand, in 50 scratch tests at different locations, not a single visually noticeable scratch or scratches of categories b) to d) were found. The number of visually visible scratch defects or the probability of generating a visually visible scratch with the scratch test is less than 0.5%, including statistical uncertainty.

Die Kratztoleranz kann wieder sinken, wenn die Druckspannung an der Oberfläche gegenüber dem Maximalwert stark abgesenkt wird. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Spannung an der Oberfläche mindestens 1/3, oder sogar mehr als die Hälfte der maximalen Druckspannung beträgt. The scratch tolerance may drop again if the compressive stress on the surface is greatly reduced compared to the maximum value. Therefore, it is provided according to the invention that the surface tension is at least 1/3, or even more than half of the maximum compressive stress.

17 zeigt schematisch den Druckspannungsverlauf gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung. Ähnlich wie bei der in 15, 16 gezeigten Ausführungsform findet sich der Ort 15 der maximalen Druckspannung im Spannungsprofil bei einer bestimmten Tiefe, so dass sich die maximale Druckspannung entlang einer unter der Oberfläche 9 liegenden, parallel zu den Seitenflächen 10, 11 liegenden Ebene 13 erstreckt. Das Druckspannungsprofil weist hier allerdings im Bereich der maximalen Druckspannung eine Dach- oder Spitzenform auf. An der Spitze ändert sich also der Verlauf der Druckspannung stark, während in benachbarten Tiefenbereichen der Anstieg oder Abfall der Druckspannung kontinuierlicher ist. Bei dem gezeigten Beispiel sind die Flanken der Spitze sogar annähernd linear. 17 schematically shows the compressive stress profile according to yet another embodiment of the invention. Similar to the in 15 . 16 The embodiment shown here is the location 15 the maximum compressive stress in the stress profile at a certain depth, so that the maximum compressive stress along a below the surface 9 lying, parallel to the side surfaces 10 . 11 lying level 13 extends. However, the compressive stress profile here has a roof or tip shape in the region of the maximum compressive stress. At the top, therefore, the course of the compressive stress changes greatly, while in adjacent depth regions, the increase or decrease of the compressive stress is more continuous. In the example shown, the flanks of the tip are even approximately linear.

Damit geht einher, dass die Krümmung des Verlaufs der Druckspannung als Funktion des Abstands zur Oberfläche am Ort der maximalen Druckspannung größer ist, als in benachbarten Tiefenbereichen. Die Krümmung stellt den Betrag der zweiten Ableitung des Verlaufs der Druckspannung dar. So ist die Krümmung des Spannungsverlaufs bei dem in 18 gezeigten Beispiel größer als an der Oberfläche 9. Auch ist insbesondere ersichtlich, dass diese Ausführungsform der Erfindung dadurch charakterisiert ist, dass der Ort 15 der maximalen Druckspannung auch den Ort der maximalen Krümmung des Verlaufs der Druckspannung als Funktion des Abstands zur Oberfläche 9 bildet. This is accompanied by the fact that the curvature of the course of the compressive stress as a function of the distance to the surface at the location of the maximum compressive stress is greater than in adjacent depth regions. The curvature represents the amount of the second derivative of the curve of the compressive stress. Thus, the curvature of the voltage profile at the in 18 shown example larger than at the surface 9 , It can also be seen in particular that this embodiment of the invention is characterized in that the location 15 the maximum compressive stress also the location of the maximum curvature of the course of the compressive stress as a function of the distance to the surface 9 forms.

Die 18 und 19 zeigen entsprechende gemessene Konzentrationsprofile an einem solchen Glaselement mit dach- oder spitzenförmigem Spannungsprofil. Wie bei 16 ist auf der Ordinate die prozentuale Kaliumkonzentration angegeben und gegen die in Mikrometern angegebene Distanz zur Oberfläche 9 aufgetragen. The 18 and 19 show corresponding measured concentration profiles on such a glass element with a roof or tip-shaped stress profile. As in 16 is on the ordinate the percentage potassium concentration is given and against the distance specified in microns to the surface 9 applied.

Das in 18 gezeigte Kalium-Konzentrationsprofil wurde an einem Glaselement aus Aluminosilikatglas gemessen, welches wie folgt vorgespannt wurde: This in 18 The potassium concentration profile shown was measured on a glass element made of aluminosilicate glass, which was prestressed as follows:

Im ersten Schritt wurde das Glaselement bei 420°C für 6 Stunden in einer 100%igen KNO3-Salzschmelze vorgespannt. Im zweiten Schritt wurde das so vorgespannte Glaselement für 2 Minuten bei 440°C in einer 100%igen NaNO3-Salzschmelze gelagert. In the first step, the glass element was preloaded at 420 ° C for 6 hours in a 100% KNO 3 molten salt. In the second step, the so-tempered glass element was stored for 2 minutes at 440 ° C in a 100% NaNO 3 molten salt.

Mit dem oben beschriebenen Kratztest mit 4N Belastung auf der Spitze des Knoop-Indenters wurden bei 50 Kratzversuchen vier sichtbare Kratzdefekte gefunden. Die Anzahl der Kratzdefekte liegt damit zwar höher, als bei dem anhand von 16 beschriebenen Beispiel, allerdings mit weniger als 10% immer noch erheblich niedriger, als bei einem Standard-Vorspannprofil, wie es in 1 dargestellt ist. With the scratch test described above with 4N loading on the tip of the Knoop indenter, four visible scratch defects were found in 50 scratch tests. The number of scratching defects is thus higher than that of the basis of 16 However, at less than 10%, it is still considerably lower than a standard pretension profile, as described in US Pat 1 is shown.

Das in 19 gezeigte Kalium-Konzentrationsprofil wurde an einem Glaselement aus Aluminosilikatglas gemessen, welches wie folgt vorgespannt wurde:
Im ersten Schritt wurde das Glaselement wie beim vorhergehenden Beispiel bei 420°C für 6 Stunden in einer 100%igen KNO3-Salzschmelze vorgespannt. Im zweiten Schritt wurde das so vorgespannte Glaselement für 10 Minuten bei 380°C in einer Salzschmelze aus 70% KNO3 und 30% NaNO3 gelagert. This in 19 The potassium concentration profile shown was measured on a glass element made of aluminosilicate glass, which was prestressed as follows:
In the first step, the glass element was pre-stressed at 420 ° C for 6 hours in a 100% KNO 3 molten salt as in the previous example. In the second step, the so-tempered glass element was stored for 10 minutes at 380 ° C in a molten salt of 70% KNO 3 and 30% NaNO 3 .

Bei dem beschriebenen Kratztest wurden bei 50 Kratzversuchen sechs sichtbare Kratzer gefunden. Damit liegt die Anzahl visuell auffälliger Kratzer immer noch bei kleiner als 12% und damit wesentlich niedriger, als bei einem Standard-Vorspannprofil, wie es in 1 dargestellt ist. In the described scratch test, six visible scratches were found in 50 scratch tests. Thus, the number of visually noticeable scratches is still less than 12% and thus much lower than with a standard bias profile, as in 1 is shown.

Die Ausführungsbeispiele zur Ausführungsform mit dach- oder spitzenförmigem Spannungsprofil zeigen zwar eine höhere Anzahl von Kratzdefekten als etwa das wellen- oder sinusförmige Profil, dies ist allerdings auch auf den geringeren Abstand des Orts 15 der maximalen Druckspannung zur Oberfläche zurückzuführen. Mit dem geringeren Abstand können andererseits etwas höhere Maximalwerte der Druckspannung am Ort 15 erzielt werden. Dies ist günstig, wenn besonders hohe Biegefestigkeiten gefordert sind. Although the embodiments of the embodiment with a roof or tip-shaped stress profile show a higher number of scratch defects than, for example, the wave or sinusoidal profile, this is also due to the smaller distance of the location 15 due to the maximum compressive stress to the surface. On the other hand, with the smaller distance, slightly higher maximum values of compressive stress at the location can be obtained 15 be achieved. This is favorable if particularly high bending strengths are required.

Für die Ausführungsform mit spitzen- oder dachförmigem Spannungsverlauf werden allgemein, ohne Beschränkung auf die speziellen Ausführungsbeispiele der 17, 18, 19 folgende Merkmale bevorzugt:
Die „DoL“, Austauschtiefe im Glas, beträgt vorteilhaft mindestens 20 µm, bevorzugt mehr als 30 µm, besonders bevorzugt mehr als 50 µm, um senkrecht ins Glas einlaufende Risse zu vermeiden. For the embodiment with peak or roof-shaped voltage curve are general, without limitation to the specific embodiments of the 17 . 18 . 19 the following features are preferred:
The "DoL" exchange depth in the glass is advantageously at least 20 .mu.m, preferably more than 30 .mu.m, particularly preferably more than 50 .mu.m, in order to avoid cracks running perpendicularly into the glass.

Die Tiefe „d“ bis zur Spitze, beziehungsweise zum Ort 15 der maximalen Vorspannung beträgt mindestens 2 µm, bevorzugt mehr als 5 µm, besonders bevorzugt mehr als 10 µm, um die Rissentstehung beim Kratzen zu minimieren. The depth "d" to the top, or to the place 15 the maximum bias is at least 2 microns, preferably more than 5 microns, more preferably more than 10 microns, to minimize the cracking during scratching.

Die Höhe der Spannung am Punkt „B“, also an der Oberfläche 9 liegt bevorzugt zwischen 400–1200 MPa und die Höhe der Spannung am Punkt A, beziehungsweise am Ort 15 bevorzugt zwischen 500–1500 MPa. The height of the tension at the point "B", ie at the surface 9 is preferably between 400-1200 MPa and the height of the voltage at point A, or at the location 15 preferably between 500-1500 MPa.

Besonders bevorzugt beträgt wie auch bei der Ausführungsform mit sinusförmigem Spannungsverlauf der Wert der Druckspannung in der Oberfläche mindestens 1/3 des Wertes der maximalen Druckspannung am Ort 15. As is the case with the sinusoidal voltage curve embodiment, the value of the compressive stress in the surface is particularly preferably at least 1/3 of the value of the maximum compressive stress at the location 15 ,

Bei dem in 19 gezeigten Verlauf ist die Druckspannung an der Oberfläche außerdem um mehr als 20% niedriger als am Ort der maximalen Druckspannung. At the in 19 In addition, the compressive stress at the surface is more than 20% lower than at the location of the maximum compressive stress.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Scheibenförmiges Glaselement Disc-shaped glass element
2 2
Glas Glass
5 5
Druckspannungszone Compressive stress zone
6 6
Zugspannungszone tensile stress
9 9
Oberfläche von 1 Surface of 1
10, 11 10, 11
Seitenfläche von 1 Side surface of 1
13 13
Ebene unterhalb von 9 Level below 9
15 15
Ort maximaler Druckspannung Place of maximum compressive stress
70 70
Indenterspitze indenter
90 90
Kratzer scratch
91 91
Ausmuschelung Ausmuschelung
92 92
lateraler Riss lateral crack

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (15)

Scheibenförmiges Glaselement (1) mit zwei gegenüberliegenden Seitenflächen (10, 11), vorzugsweise aus einem Alkalioxid enthaltendem Glas (2), wobei das Glas (2) chemisch vorgespannt ist, indem an der Oberfläche (9) Kationen zumindest teilweise durch größere Homologe ausgetauscht sind, so dass an der Oberfläche beider gegenüberliegender Seitenflächen (10, 11) des Glaselements (1) eine Druckspannungszone (5) vorhanden ist, und wobei die maximale Druckspannung der Druckspannungszonen (5) jeweils unterhalb der Oberfläche (9) vorliegt, so dass die Druckspannung vom Ort (15) der maximalen Druckspannung ausgehend sowohl in Richtung zur Oberfläche (9), als auch in entgegengesetzter Richtung zur Mitte des Glaselements (1) hin abnimmt, und wobei der Wert der Druckspannung in der Oberfläche mindestens 1/3 des Wertes der maximalen Druckspannung entspricht und einen Wert von mindestens 300 MPa aufweist. Disc-shaped glass element ( 1 ) with two opposite side surfaces ( 10 . 11 ), preferably from a glass containing alkali oxide ( 2 ), whereby the glass ( 2 ) is chemically toughened by at the surface ( 9 ) Cations are at least partially replaced by larger homologs, so that on the surface of both opposite side surfaces ( 10 . 11 ) of the glass element ( 1 ) a compressive stress zone ( 5 ), and wherein the maximum compressive stress of the compression stress zones ( 5 ) each below the surface ( 9 ) is present, so that the compressive stress from the place ( 15 ) of the maximum compressive stress starting both towards the surface ( 9 ), as well as in the opposite direction to the center of the glass element ( 1 ), and wherein the value of the compressive stress in the surface corresponds to at least 1/3 of the value of the maximum compressive stress and has a value of at least 300 MPa. Glaselement (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Druckspannung in der Oberfläche mehr als 1/2 des Wertes der maximalen Druckspannung entspricht. Glass element ( 1 ) according to the preceding claim, characterized in that the value of the compressive stress in the surface corresponds to more than 1/2 of the value of the maximum compressive stress. Glaselement (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei das Glas (2) Natrium-Ionen enthält, wobei die Natrium-Ionen an der Oberfläche im Bereich der Druckspannungszonen (5) durch Kalium-Ionen als größerer Homologe ausgetauscht sind, wobei die maximale Konzentration an Kalium-Ionen am Ort (15) der maximalen Druckspannung vorliegt und sowohl zur Mitte, als auch zur Oberfläche (9) hin abnimmt. Glass element ( 1 ) according to the preceding claim, wherein the glass ( 2 ) Sodium ions, wherein the sodium ions at the surface in the region of the compression stress zones ( 5 ) are exchanged by potassium ions as a larger homologue, with the maximum concentration of potassium ions in place ( 15 ) of the maximum compressive stress and both to the center, and to the surface ( 9 ) decreases. Glaselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Glaselements (1) im Bereich von 0,3 und 1,5 mm liegt. Glass element ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the glass element ( 1 ) is in the range of 0.3 and 1.5 mm. Glaselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Druckspannung mehr als 600 MPa, vorzugsweise mehr als 700 MPa und die Austauschtiefe mehr als 25 µm betragen. Glass element ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum compressive stress more than 600 MPa, preferably more than 700 MPa and the replacement depth more than 25 microns. Glaselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Glaselement (1) ein Alkali-Alumosilicat-Glas umfasst. Glass element ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the glass element ( 1 ) comprises an alkali aluminosilicate glass. Glaselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abstand des Orts (15) der maximalen Druckspannung zur Oberfläche (9) mindestens 2 µm, bevorzugt mehr als 5 µm, besonders bevorzugt mehr als 10 µm beträgt. Glass element ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the distance of the location ( 15 ) of the maximum compressive stress to the surface ( 9 ) is at least 2 microns, preferably more than 5 microns, more preferably more than 10 microns. Glaselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Druckspannung an der Oberfläche des Glases (2) zwischen 400 MPa–1200 und am Ort (15) der maximalen Druckspannung zwischen 500 MPa und 1500 MPa liegt. Glass element ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the compressive stress on the surface of the glass ( 2 ) between 400 MPa-1200 and locally ( 15 ) of the maximum compressive stress is between 500 MPa and 1500 MPa. Glaselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Verlauf der Druckspannung, bei welchem die Druckspannung ausgehend von der Oberfläche bis zum Ort der maximalen Druckspannung mit abnehmender betragsmäßiger Steigung zunimmt, der Ort der maximalen Druckspannung vorzugsweise eine unterhalb der Oberfläche liegende Ebene 13 bildet, wobei die Änderung der Druckspannung am Ort der maximalen Druckspannung verschwindet, von diesem Ort aus in Richtung zur Mitte des Glaselements hin die Druckspannung erst mit betragsmäßig ansteigender Steigung, dann, nach Durchlaufen eines Wendepunktes mit betragsmäßig abfallender Steigung abnimmt, bis in der Zugspannungszone (6), welche zwischen den beiden Druckspannungszonen (5) liegt und an diese angrenzt, eine konstante Zugspannung erreicht wird. Glass element ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized by a course of the compressive stress at which the compressive stress increases from the surface to the location of the maximum compressive stress with decreasing absolute slope, the location of the maximum compressive stress is preferably a subjacent plane 13 forms, wherein the change of the compressive stress disappears at the location of the maximum compressive stress, from this location towards the center of the glass element towards the compressive stress only with increasing slope, then, after passing through a turning point decreases with decreasing slope slope, in the tensile stress zone ( 6 ), which between the two compression stress zones ( 5 ) and adjacent to this, a constant tension is achieved. Glaselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Druckspannung an der Oberfläche mindestens um 5%, vorzugsweise mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 20% kleiner ist, als die maximale Druckspannung. Glass element ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the compressive stress at the surface is at least 5%, preferably at least 10%, particularly preferably at least 20% smaller than the maximum compressive stress. Glaselemennt (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort (15) der maximalen Druckspannung auch den Ort der maximalen Krümmung des Verlaufs der Druckspannung als Funktion des Abstands zur Oberfläche (9) bildet. Glaselemennt ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the location ( 15 ) of the maximum compressive stress also the location of the maximum curvature of the course of the compressive stress as a function of the distance to the surface ( 9 ). Verfahren zur Herstellung eines scheibenförmigen, chemisch vorgespannten Glaselements (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit zwei gegenüberliegenden Seitenflächen (10, 11), wobei in einem ersten Schritt das Glaselement (1) in einem Salzbad gelagert wird, so dass im Glas (2) vorhandene Kationen an den Seitenflächen (10, 11) durch größere Homologe ausgetauscht werden, so dass ein Vorspannprofil erhalten wird, bei welchem die maximale Druckspannung an der Oberfläche (9) der Seitenflächen (10, 11) vorhanden ist, und wobei – in einem zweiten Schritt dann das Glaselement (1) in einem weiteren, sich von dem ersten Salzbad unterscheidenden Salzbad gelagert wird, so dass an der Oberfläche beider gegenüberliegender Seitenflächen (10, 11) des Glaselements (1) jeweils eine Druckspannungszone (5) erhalten wird, bei welchen die maximale Druckspannung der Druckspannungszonen (5) jeweils unterhalb der Oberfläche 9 vorliegt, so dass die Druckspannung vom Ort (15) der maximalen Druckspannung ausgehend sowohl in Richtung zur Oberfläche (9), als auch in entgegengesetzter Richtung zur Mitte des Glaselements (1) hin abnimmt, und wobei der Wert der Druckspannung in der Oberfläche (9) mindestens 1/10 des Wertes der maximalen Druckspannung entspricht. Process for producing a disc-shaped, chemically tempered glass element ( 1 ) according to one of the preceding claims, with two opposite side surfaces ( 10 . 11 ), wherein in a first step the glass element ( 1 ) is stored in a salt bath, so that in the glass ( 2 ) existing cations on the side surfaces ( 10 . 11 ) are replaced by larger homologs, so that a prestressing profile is obtained in which the maximum compressive stress at the surface ( 9 ) of the side surfaces ( 10 . 11 ), and wherein - in a second step, the glass element ( 1 ) is stored in a further, different from the first salt bath salt bath, so that on the surface of both opposite side surfaces ( 10 . 11 ) of the glass element ( 1 ) each have a compressive stress zone ( 5 ), in which the maximum compressive stress of the compression stress zones ( 5 ) each below the surface 9 is present, so that the compressive stress from the place ( 15 ) of the maximum compressive stress starting both towards the surface ( 9 ), as well as in the opposite direction to the center of the glass element ( 1 ) decreases and the value of the compressive stress in the surface ( 9 ) equals at least 1/10 of the value of the maximum compressive stress. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, bei welchem im zweiten Schritt Kationen, welche im ersten Schritt beim Ionenaustausch in das Glas (2) eindiffundiert sind, teilweise durch eine oder mehrere kleinere Homologe der im ersten Schritt eindiffundierten Kationen ersetzt werden. Process according to the preceding claim, in which in the second step cations, which in the first step in the ion exchange into the glass ( 2 ) are partially diffused by one or more smaller homologs of the cations diffused in the first step. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, bei welchem im ersten Schritt im Glas enthaltene Natrium-Ionen durch Kalium-Ionen und im zweiten Schritt die eindiffundierten Kalium-Ionen teilweise wieder durch Natrium-Ionen ausgetauscht werden.  Process according to the preceding claim, in which sodium ions contained in the glass in the first step are partially replaced by potassium ions in the glass and in the second step the potassium ions which have diffused in are partially replaced by sodium ions. Verfahren gemäß einem der drei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verweildauer des Glaselements im Salzbad im zweiten Schritt kürzer ist, als die Zeitdauer der Lagerung im Salzbad im ersten Schritt, vorzugsweise, wobei Verweildauer im zweiten Schritt weniger als 1/20 der Zeitdauer der Lagerung im Salzbad im ersten Schritt beträgt. Method according to one of the three preceding claims, characterized in that residence time of the glass element in the salt bath in the second step is shorter than the period of storage in the salt bath in the first step, preferably, wherein residence time in the second step less than 1/20 of the period of storage in the salt bath in the first step.
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