DE102014002577A1

DE102014002577A1 - Weißes opakes Glas, zur Verwendung im Gehäuse von elektronischen Geräten inbesondere Smart-Phones, Tablet-PC's und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Glases

Info

Publication number: DE102014002577A1
Application number: DE102014002577.2A
Authority: DE
Inventors: Marc Clement; Holger Wegener
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2015-08-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein weißes opakes Glas, insbesondere eine weiße opake Glasscheibe mit einer Glaszusammensetzung die nachfolgenden Komponenten in Gew.-% auf Oxidbasis umfasst:SiO2 50–70 Gew.-% Li2O 0–15 Gew.-% Na2O 0–20 Gew.-% K2O 0–5 Gew.-%, wobei Σ(Li2O + Na2O + K2O) ≤ 20 Gew.-%ZnO 0–5 Gew.-% Al2O3 0–15 Gew.-% B2O3 0–5 Gew.-% TiO2 0–5 Gew.-% ZrO2 0–5 Gew.-%, wobei Σ(PbO + ZrO2 + TiO2) < 10 Gew.-% wobei Σ(ZrO2 + TiO2) < 5 Gew.-%Sb2O3 0–2 Gew.-% F 0–10 Gew.-% BaO 0–2 Gew.-% MgO 0–2 Gew.-% CaO 0–2 Gew.-% SrO 0–2 Gew.-%, wobei Σ(MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO) < 7 Gew.-% wobei Σ(MgO + CaO + SrO + BaO) < 2 Gew.-%PbO 0–10 Gew.-% P2O5 0–2 Gew.-% zur Verwendung im Gehäuse von elektronischen Geräten, insbesondere mobile elektronischen Geräten, bevorzugt einem Smartphone, Tablet-PC, ganz bevorzugt elektronischen Geräten, insbesondere einem Smartphone, Tablet-PC mit Nahfeldkommunikationseinrichtungen

Description

Die Erfindung betrifft ein weißes opakes Glas sowie ein Verfahren zur Herstellung von weißem opakem Glas, insbesondere weißen opaken Glasscheiben, sowie ein elektronisches Gerät mit einem derartigen weißen opaken Glas. Ein weißes opakes Glas ist beispielsweise ein Kryolithglas. Weißes Kryolithglas ist ein getrübtes milchig-weiß erscheinendes lichtdurchlässiges, aber nicht durchsichtiges Glas, das auch als Opalglas bezeichnet wird. Weißes opakes Glas ist beispielsweise definiert in „Schott Guide to Glass", Heinz G. Pfänder, Chapman and Hall 1996 auf S. 106.
Als Maß für die Farbe „Weiß” wird hierbei der L*a*b* Farbraum gemäß EN ISO 11664-4 herangezogen. Im L*a*b*-Farbraum gilt für Weiß entsprechend zu {L*, a*, b*} = {100, 0, 0), wobei allerdings auch schon Gläser bei L* > 80 als Weiß eingeschlossen werden, d. h. der L*-Wert liegt im Bereich von L* größer 80 bis L* gleich 100. Weicht der Farbton von a* = b* = 0 ab, entsteht ein Farbstich. Abweichungen von a* = b* = 0 bis a* = b* = 0,5 sollen vorliegend mit eingeschlossen werden.
Elektronische Geräte, insbesondere mobile elektronische Geräte werden bevorzugt mit berührungsempfindlichen Bildschirmen ausgerüstet. Die rückwärtigen Abdeckungen der mobilen elektronischen Geräte im Stand der Technik bestehen in der Regel aus Kunststoff oder Leichtmetalllegierungen.
Um die Rückseite der mobilen elektronischen Geräte, insbesondere der Smartphones oder Tablet-PCs aus demselben Material ausgestalten zu können wie die Frontseite, soll ein hierfür geeignetes Material angegeben werden sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Materials. Insbesondere soll das Material über eine ausreichende Festigkeit verfügen, die der Festigkeiten der Frontabdeckungen entsprechen. Des Weiteren soll das Material nicht transparent sein und die Nahfeldkommunikation (NFC) nicht stören. Bevorzugt ist das Material derart ausgestaltet, dass die bevorzugte Farbe „weiß” gut dargestellt werden kann und aufwändige Schleif- und Polierprozesse vermieden werden können.
Aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der EP 2 540 682 , sind Lithium-Alumosilikatgläser (LAS) bekannt geworden, die chemisch vorspannbar sind. Diese Art von Glasmaterialien ist jedoch transparent und müsste mit einer Rückseitenlackierung versehen, eingesetzt werden. Die Rückseitenlackierung ist notwendig, um einen Durchblick in das Innere des elektronischen Gerätes zu verhindern. Die WO 2012/126394 und DE 10 2008 040 097 offenbaren zum Teil gefärbte Glaskeramiken auf Basis von LAS-Gläsern, welche ebenfalls chemisch härtbar sind. Auf Grund der Tatsache, dass der Kristallanteil in der Glaskeramik sehr hoch sein muss, um die notwendige Intransparenz zu erreichen, können die erforderlichen Festigkeiten nicht erreicht werden, da nicht mehr genügend Glasphase zur Verfügung steht, um die entsprechenden Druckspannungen zu erzeugen. So verlangt die DE 503 13 062 , die ein Bauteil aus einer LAS-Glaskeramik betrifft, einen Kristallanteil von > 70%, um die notwendige Intransparenz zu gewährleisten. Versuche, mit geringeren Kristallphasenanteilen auszukommen, jedoch eine opake, weiß erscheinende, Schicht aufzubringen, wie in DE 50 2006 004 506 beschrieben, haben den Nachteil, dass es sich hierbei um ein inhomogenes Material handelt, welches sich aufgrund seiner inhomogenen Zusammensetzung beim Härteprozess verformen wird.
Materialien mit brillant weißer Farbe sind aus dem Stand der Technik, insbesondere aus dem Bereich der Keramiken und Porzellan, bekannt. Diese Materialien können jedoch nur durch die bekannten keramischen Verfahren hergestellt werden, die auf jeden Fall einem nachliegendem Schleif- und Polierprozess oder einem zweiten Glasurbrand ausgesetzt werden müssen, um die gewünschten glatten Oberflächen zu erreichen Jedoch sind Keramiken nicht härtbar, so dass eine hohe Festigkeiten nicht erreicht wird. Eine alternative Möglichkeit, einen weißen Farbeindruck zu erzeugen ist das Aufrauen der Glasoberfläche z. B. (mechanisch oder Ätzen). Durch die massive Verletzung der Oberfläche ist liegt die Grundfestigkeit dieser Ausführungsform noch unter der der polierten Oberflächen liegen. Zudem ist die aufgeraute Oberfläche anfällig gegen anhaftenden Schmutz, was als deutlicher Nachteil gegenüber einer feuerpolierten glatten Oberfläche zusehen ist. Zudem ist der weiße Farbeindruck unzureichend.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden und ein Glas bereitzustellen, das sowohl in der Masse gefärbt und insbesondere die besonders gewünschte Farbe „weiß” darstellen kann und blickdicht ist, als auch den besonderen Anforderungen nach hoher Festigkeit in mobilen Geräten nachkommen kann. Des Weiteren soll sich das Glas für die großindustrielle Produktion eignen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die weiße Farbe durch ein entsprechendes getrübtes, opak scheinendes Glas erzeugt wird. Das erfindungsgemäße weiße opake Glas, insbesondere eine weiße opake Glasscheibe, bevorzugt Abdeckscheibe, umfasst dabei eine Glaszusammensetzung mit den nachfolgenden Komponenten in Gew.-% auf Oxidbasis:

SiO₂ 50–70 Gew.-%, bevorzugt 53–70 Gew.-%

Li₂O 0–15 Gew.-%, bevorzugt 0–8 Gew.-%

Na₂O 0–20 Gew.-%, bevorzugt 5–16 Gew.-%

K₂O 0–5 Gew.-%, bevorzugt 0–2 Gew.-%

wobei Σ(Li₂O + Na₂O + K₂O) ≤ 20 Gew.-%, bevorzugt 5–17 Gew.-%

ZnO 0–5 Gew.-%, bevorzugt 1–5 Gew.-%

Al₂O₃ 0–15 Gew.-%, bevorzugt 3–12 Gew.-%

B₂O₃ 0–5 Gew.-%

TiO₂ 0–1 Gew.-%

ZrO₂ 0–5 Gew.-%,

wobei Σ(PbO + ZrO₂ + TiO₂) < 10 Gew.-%
wobei Σ(ZrO₂ + TiO₂) < 5 Gew.-%

Sb₂O₃ 0–2 Gew.-%

F 0–10 Gew.-%, bevorzugt 2–7 Gew.-%

BaO 0–2 Gew.-%

MgO 0–1 Gew.-%

CaO 0–2 Gew.-%

SrO 0–2 Gew.-%,

wobei Σ(MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO) < 7 Gew.-%, insbesondere 1–7 Gew.-%
wobei Σ(MgO + CaO + SrO + BaO) < 2 Gew.-%

PbO 0–10 Gew.-%

P₂O₅ 0–2 Gew.-%

zur Verwendung im Gehäuse von elektronischen Geräten, insbesondere mobilen elektronischen Geräten, bevorzugt einem Smartphone, Tablet-PC, ganz bevorzugt elektronischen Geräten mit Nahfeldkommunikationseinrichtungen.
Das angegebene Glas zeigt überraschenderweise nicht nur eine ausreichende Trübung, so dass Blickdichtheit mit einer brillanten Farbe „weiß” garantiert ist, sondern auch eine ausreichende Festigkeit, die für die Verwendung in einem Gehäuse erforderlich ist. In Vergleich zu Trübgläsern aus dem Stand der Technik, die in der Regel in manuellen Heißverarbeitungsverfahren verwendet werden, sind die erfindungsgemäßen Gläser in der Lage, kontinuierlich in Schmelzwannen erschmolzen zu werden und mit modernsten Heißfertigungsverfahren großtechnisch hergestellt zu werden, die eine hohe Grundfestigkeit des gefertigten Artikels erzeugen können. Als Maß für die Farbe „Weiß” wird hierbei der L*a*b*-Farbraum gemäß EN ISO 11664-4 herangezogen. Im L*a*b*-Farbraum gilt für Weiß entsprechend zu {L*a*b*} = {100, 0, 0). Allerdings sollen in die Definition eines weißen Glases in vorliegender Anmeldung auch schon Gläser bei L* > 80 als Weiß eingeschlossen werden. Weicht der Farbton von a* = b* = 0 ab, entsteht ein Farbstich. Abweichungen von a* = b* = 0 bis a* = b* = 0,5 sollen vorliegend mit eingeschlossen werden.
Der L*a*b*-Farbraum für den vorliegend der Begriff „weißes Glas” verwandt wird, umschließt somit die Werte:
80 ≤ L* ≤ 100, bevorzugt 90 ≤ L* ≤ 100, d. h. L* liegt im Bereich von 80 bis 100
und
0,5 > a* ≥ 0, bevorzugt 0,1 > a* ≥ 0
0,5 > b* ≥ 0, bevorzugt 0,1 > b* ≥ 0
d. h. a* und b* liegen im Bereich zwischen 0 und 0,5
Bei der angegebenen Glaszusammensetzung kann als brechwerterhöhende Komponente statt PbO TiO₂ und/oder ZrO₂ eingesetzt werden. Die Verwendung von TiO₂ und/oder ZrO₂ ist vorteilhaft, da für einen solchen Fall die umweltschädliche Verwendung von Blei vermieden wird.
Von dem obigen Zusammensetzungsbereich werden als eine Klasse von trüben, d. h. opaken Gläsern phosphatgetrübte Gläser und fluorgetrübte Gläser umfasst.
Phosphatgetrübte Gläser bestehen aus einer Glasmatrix, vorzugsweise einer Borosilicatglasmatrix, bei denen durch das Einbringen von CaO und P₂O₅ Trübungen durch die Ausscheidung von phosphatreichen Phasen ausgelöst werden. Diese Gläser haben aber eine geringe chemische Beständigkeit gegenüber Wasser und Wasserdampf.
Andere Mechanismen der Trübung können durch sogenannte mikrodispersive Zweiphasengläser erreicht werden. Diese Zweiphasengläser entstehen entweder durch Zusatz eines Trübungsmittels, welches die Entmischung des Glases in zwei Phasen bewirkt oder durch einen entsprechenden separaten Temperprozess. Hierbei entstehen jedoch oft chemisch instabile Phasen.
Eine Trübung des Glases kann beispielsweise durch Beimischung von Calciumphosphat, Fluoriden oder Zinnoxid vor dem Schmelzen erreicht werden. Gläser, die durch Beimischung von Kryolith – einem Fluorid – entstehen, werden auch Kryolithglas genannt.
Besonders geeignet als Glasmaterial für weißes opakes Glas für elektronische Geräte, insbesondere mobile elektronische Geräte, sind fluorgetrübte Gläser. Fluor in oxidischen Gläsern hat besondere Eigenschaften, da das Fluorion nur einwertig ist, während das Sauerstoffion zweiwertig ist. Daher ist das Fluorion nicht wie das Sauerstoffion in der Lage, die Netzwerkbildung zu fördern, was zu einer drastischen Änderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Glases zur Folge hat. Insbesondere werden bedingt durch die viskositätsverringernden Eigenschaften Entmischungs- und Kristallwachstumsgeschwindigkeiten deutlich erhöht. Weiterhin werden die Grenzflächenspannungen, die für die Keimbildung wichtig sind, deutlich verringert.
Dies hat zur Folge, dass sich bei entsprechenden Zusätzen schon während der Produktion von fluorgetrübten Gläsern diese entsprechende Ausscheidungen von kristallinen Fluorverbindungen zeigen, die eine hohe chemische Beständigkeit haben. Dieser Umstand führt dazu, dass die chemische Beständigkeit der fluorgetrübten Gläser beim Einsetzen der Trübung nicht degradiert, wie es bei anderen Trübungsverfahren oft der Fall ist.
Fluorgetrübte Gläser sind relativ beständig gegenüber einer späteren Erwärmung, so dass spätere Heißumformungen möglich sind.
Da fluorgetrübte Gläser hohe Alkaliionenanteile besitzen, sind diese auch in der Lage, bei entsprechender chemischer Härtung hohe chemische Vorspannung zu erreichen.
Nachfolgend soll der bevorzugte Zusammensetzungsbereich für fluorgetrübte Gläser angegeben werden in Gew.-%, die für die Herstellung von opaken Gläsern für elektronische Geräte besonders geeignet sind. Der Zusammensetzungsbereich der fluorgetrübten Gläser umfasst in Gew.-%

SiO₂ 53–70 Gew.-%

Al₂O₃ 3–12 Gew.-%

Na₂O 5–16 Gew.-%

Li₂O 0–8 Gew.-%

K₂O 0–2 Gew.-%

wobei Σ(Li₂O + Na₂O + K₂O) 5–17% Gew.-%

MgO 0–1 Gew.-%

CaO 0–2 Gew.-%

SrO 0–2 Gew.-%

BaO 0–2 Gew.-%

ZnO 1–5 Gew.-%

wobei Σ(MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO) 1–7 Gew.-%
wobei Σ(MgO + CaO + SrO + BaO) < 2 Gew.-%

PbO 0–10 Gew.-%

TiO₂ 0–5 Gew.-%

ZrO₂ 0–5 Gew.-%

wobei Σ(PbO + TiO₂ + ZrO₂) < 10 Gew.-%
wobei Σ(TiO₂ + ZrO₂) < 5 Gew.-%

F 2–7 Gew.-%
Bei diesen Gläsern kann anstelle von PbO, TiO₂ und/oder ZrO₂ als brechwerterhöhende Komponente eingesetzt werden.
Die fluordotierten bzw. fluorgetrübten Gläser gemäß dem zuvor genannten Zusammensetzungsbereich sind aus einem Alumosilikatglassystem aufgebaut.
Ein Alumosilikatglassystem wird gewählt, um einerseits eine ausreichende chemische Beständigkeit zu erreichen und andererseits durch den Al₂O₃-Zusatz eine ausreichende Alkaliionenbeweglichkeit zu gewährleisten.
Da der Al₂O₃-Zusatz ebenfalls viskositätserhöhend wirkt, sollte dieser so gering wie möglich ausfallen, jedoch hoch genug sein, um die für den beabsichtigten chemischen Vorspannprozess ausreichend hohen Ionenbeweglichkeiten der Alkaliionen zu gewährleisten. Bevorzugte Bereiche liegen zwischen 3 Gew.-% und 20 Gew.-% Al₂O₃.
Der Zusatz der Alkaliionen dient der Verringerung der Viskosität und der Möglichkeit der chemischen Vorspannbarkeit. Die Alkaliionen können im erfindungsgemäßen Rahmen ausgetauscht werden, wobei bevorzugt ist, Gläser mit einem Anteil von Li₂O zu wählen, um eine chemische Vorspannung zu gewährleisten. Insgesamt sollte die Summe die Alkaliionen (Na₂O + K₂O + Li₂O) nicht größer als 20 Gew.-% gewählt werden, da sich hohe Alkalianteile negativ auf die chemische Beständigkeit auswirken. Der Anteil an Li₂O liegt dabei bevorzugt im Bereich 2–7 Gew.-%, um ausreichend Ionen für den Ionenaustausch zur Verfügung zu stellen.
Erdalkaliionen fungieren als Netzwerkwandler, wobei diese gegen andere zweiwertige Netzwerkwandler wie MgO, SrO, BaO oder ZnO ausgetauscht werden können. Die Komponenten dieser Gruppe wirken sowohl viskositätserniedrigend, also ähnlich wie Alkalioxide, verhalten sich jedoch deutlich neutraler gegenüber der Verringerung der chemischen Beständigkeit. Höhere Mengen haben jedoch den Nachteil, dass sie das Trübungsverhalten negativ beeinflussen. Daher sollte ihr Anteil zwischen 1 Gew.-% und maximal 7 Gew.-% liegen. Bevorzugt ist dabei die Verwendung von CaO und ZnO, einerseits wegen des in großem Umfang vorliegenden, andererseits wegen CaO der positiven Eigenschaften auf die Verarbeitbarkeit des Glases durch das ZnO.
Brechwerterhöhende Komponenten können zugegeben werden, um den Glanz der feuerpolierten Oberfläche zu erhöhen, da mit einem erhöhten Brechwert des Glases auch ein steigendes Reflexionsvermögen einhergeht. Als brechwerterhöhende Komponente kann PbO zugesetzt werden. PbO wirkt positiv auf die Einschmelzbarkeit des Glases, wählt man den Anteil jedoch zu hoch, ist eine weitere Erhöhung des Glanzes kaum noch wahrnehmbar. Andererseits wird die Dichte des Glases erhöht, was für die Anwendung in mobilen elektronischen Geräten als nicht angestrebt betrachtet werden kann.
Ist die Verwendung von PbO nicht erwünscht, kann dieses gegen ZrO₂ und/oder TiO₂ ersetzt werden. Jedoch sollte der Anteil ΣTiO₂ + ZrO₂ gering sein, da die Entglasungsneigung des Glases durch diese Komponenten erhöht wird, was sich negativ auf die Produzierbarkeit des Glases auswirkt. Bleifreie Gläser haben maximal einen Anteil ΣTiO₂ + ZrO₂ < 10 Gew.-%, bevorzugt < 5 Gew.-%.
Natürlich können als brechwerterhöhende Komponenten auch die Komponenten Nb₂O₅, Ta₂O₅ und La₂O₃ eingesetzt werden.
Eine Verwendung ohne brechwerterhöhende Komponenten ist auch möglich. In diesem Fall würde man den PbO-Anteil auf die Erdalkalielemente sowie das ZnO eliminieren, wobei das CaO und das ZnO bevorzugt wären.
Den zuvor beschriebenen fluorgetrübten Gläsern wird als Trübungsmittel Fluor zugesetzt. Der Zusatz sollte nicht zu hoch gewählt werden, da das Fluor viskositätserniedrigend und entglasungserhöhend wirkt und in diesem Falle die Produzierbarkeit des Glases verringert wird. Bevorzugt wird eine Obergrenze von maximal 10 Gew.-% Fluor angestrebt.
Eine Untergrenze von 1 Gew.-% Fluor hingegen sollte nicht unterschritten werden, da sonst u. U. die Trübung nicht während des Heißformungsprozesses eintreten kann und während eines nachfolgenden Temperprozesses erfolgen muss.
Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Gläser ist, gerade dass kein Temperschritt notwendig ist, um die Trübung zu erreichen und der ordnungsgemäße Verlauf der Trübung noch während des Heißformgebungsprozesses quasi On-line kontrolliert werden kann.
Zusätzlich können den Gläsern zur Unterstützung der Trübung bis zu 1 Gew.-% an Pd, Pt oder Ir enthalten.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gläser ist der Umstand, dass diese Gläser in einem kontinuierlichen Prozess mit sogenannten „feuerpolierten” Oberflächen hergestellt werden können. Feuerpolierte Oberflächen wirken optisch wie mechanisch polierte Oberflächen, entstehen aber durch die Oberflächenspannung des Glases und haben eine höhere Qualität, da sie nicht wie mechanisch polierte Oberflächen Mikrorisse aufweisen, die die Grundfestigkeit des Materials deutlich absenken.
Auf Grund ihrer chemischen Zusammensetzung sind die Gläser insbesondere für die Verwendung in elektronischen Geräten geeignet, die Nahfeldkommunikationseinrichtungen umfassen. Nahfeldkommunikationseinrichtungen dienen der Nahfeldkommunikation (NFC), der ein internationaler Übertragungsstandard zum kontaktlosen Austausch von Daten per Funktechnik über kurze Strecken von wenigen Zentimetern und einer Datenübertragungsrate von maximal 424 kBit/s zugrunde liegt. Derzeit kommt diese Technik vor allem in Lösungen für bargeldlose Zahlungen kleiner Beträge zum Einsatz.
Die Übertragung kann verbindungslos mit passiven HF-RFID-Tags erfolgen. HF-RFID-Tags sind Hochfrequent (HF)-Radio-Frequenz-Identifizierungserkennungs(RFID)-Etiketten (Tags), die eine automatische Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen ermöglichen.
Im Bereich mobiler elektronischer Geräte sind beispielsweise mobile elektronische Geräte wie Smartphones mit einer Nahfeldkommunikationsoption (NFC) ausgestattet. Problematisch bei diesen mobilen Geräten ist, dass die Gehäuse in der Regel aus Metall wie Aluminium, Mg-Legierungen waren. Metalle können das von der Antenne der Nahfeldkommunikationseinrichtung abgegebene Signal schwächen oder stören, so dass es für eine sichere Übertragung der Daten notwendig ist, beispielsweise die Antenne sehr exakt zu positionieren oder mit so hohen Strahlungsleistungen zu arbeiten, dass das elektromagnetische Feld die abschirmende Oberfläche durchdringt. Letzteres würde die Batterien im mobilen Gerät unnötig belasten bzw. das Gerät durch die Wahl einer entsprechend größeren Batterie unnötig schwerer machen. Eine weitere Möglichkeit wäre, Kunststoffe einzusetzen, was gemäß der Aufgabenstellung vermieden werden sollte
Weiterhin ist es ohne weiteres möglich, den Weißton der Gläser im Volumen zu verändern, wodurch sich je nach Produktionsweise eine Vielzahl gestalterischer Möglichkeiten ergeben. Die Färbung wird erreicht durch Zusätze, die aus dem Stand der Technik bekannt sind von CoO, NiO, Fe₂O₃, CuO, Cr₂O₃, Er₂O₃, Nd₂O₃, CeO₂ und weiteren Färbemitteln. Hierdurch kann insbesondere auch der a* und b*-Wert des weißen Glases im {L*, a*, b*)-Farbraum eingestellt werden, insbesondere ein Farbstich.
Durch das Herstellen des opaken Glases mittels Down-Draw-Verfahren wird eine feuerpolierte Oberfläche erhalten, die gegenüber geschliffenen und polierten Oberflächen deutlich erhöhte Grundfestigkeiten besitzt. Die bei den mechanischen Bearbeitungsverfahren (Schleifen, Polieren) auftretenden Mikrorisse, die im Belastungsfall den Ausgangspunkt für einen Ausfall des Artikels darstellen, treten bei sog. feuerpolierten Oberflächen nicht auf. Solcherart Oberflächen zeichnen sich nämlich gerade dadurch aus, dass diese nahezu keine Mikrorisse enthalten.
Sollte die hohe Grundfestigkeit des Glases nicht ausreichen, ist es möglich, das erfindungsgemäße Glas nach den aus der Glastechnik bekannten Verfahren chemisch oder thermisch zu härten.
Ist das opake Glas als opake Glasscheibe ausgeführt, so können auf die opake Glasscheibe unterschiedliche Beschichtungen aufgebracht werden. Möglich wäre eine Antihaft- und/oder Antifingerprint-Beschichtung, wie sie in der WO 2011/047840 A2 offenbart ist, deren Offenbarungsgehalt in vorliegende Anmeldung voll umfänglich mit eingeschlossen wird. Eine derartige Beschichtung ist insbesondere bei der Ausbildung des opaken Glases als opake Glasscheibe vorteilhaft.
Des Weiteren kann eine antibakterielle Beschichtung aufgebracht werden. Dies kann über eine entsprechende Schicht erfolgen oder durch einen Ag-Ionenaustausch.
Es ist aber auch denkbar, dass Effektschichten (irisierend, o. ä.) aufgebracht werden.
Die erfindungsgemäßen opaken Gläser, insbesondere in Form opaker Glasscheiben, finden bevorzugt Anwendung in elektrischen und/oder elektronischen Geräten wie z. B. Smartphones, Tablet-PCs. Demgemäß offenbart die Erfindung auch ein elektronisches Gerät, bei dem die Rückseite bzw. Rückwand und/oder die Seitenwände das opake Glas, insbesondere in Form einer Glasscheibe, umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform können diese opaken Gläser auch zur Abdeckung von Touchpaneldisplays eingesetzt werden, z. B. bei Küchenherden, Kühlschränken oder im Automobil.
Bevorzugtes Verfahren zur Herstellung derartiger Gläser oder Scheiben ist ein Ziehverfahren, insbesondere ein Down-Draw-Verfahren. Bei dem Down-Draw-Verfahren wird eine Glasschmelze über einen Ziehtank mit einer Ziehdüse, die einen Schlitz aufweist, als formgebendes Bauelement nach unten gezogen. Die Breite des Ziehtanks bestimmt hierbei die gezogene Glasbandbreite.
Im Down-Draw-Verfahren liegen die verwendeten Ziehgeschwindigkeiten bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 15 m/min, können aber im Einzelfall auch deutlich über- oder unterschritten werden.
Vorteilhafterweise können mit den geschilderten Verfahren flache Gläser in einer Dicke von 100 μm bis 20 mm, insbesondere von 0,1 bis 5 mm, bevorzugt 0,1 mm bis 2 mm, hergestellt werden. Zur Beeinflussung der Glasdicke bei der Herstellung von Flachglas wird beispielsweise auf die DE 101 28 636 C1 verwiesen.
Verbesserungen für das Down-Draw-Verfahren, insbesondere die Einstellung einer gewünschten Dickenkonstanz und Planarität auch bei dünnen Glasscheiben, sind zum Beispiel aus der DE 10 2004 007 560 A1 bekannt. Der Offenbarungsgehalt beider Dokumente wird hier vollumfänglich mit einbezogen werden.
Durch das Down-Draw-Verfahren wird über eine direkte Formgebung der Gläser, insbesondere der Abdeckgläser erreicht, dass die Gläser direkt in der gewünschten Dicke als Flachglas erhalten werden. Durch Wegfallen von Zwischenschritten ist das Verfahren deutlich vereinfacht, die Kosten gesenkt, der Ausschuss auf ein Minimum reduziert und damit die Wirtschaftlichkeit im hohen Maße gesteigert, was in großindustriellem Maßstab ganz erhebliche Vorteile bedeutet.
Das Verfahren trägt auch dazu bei, dass die hohen Qualitätsanforderungen an die Gläser erfüllt werden können. Die Qualität der erzeugten Gläser wird nämlich neben der eigentlichen Glaszusammensetzung insbesondere durch das Formgebungsverfahren an sich bestimmt, wobei erfindungsgemäß nicht nur Blasen und Einschlüsse vermieden werden, sondern auch direkt auf die Oberflächengüte, wie die geringe Feinwelligkeit der Oberfläche und eine geringfügige Abweichung der Oberfläche von der Ebenheit, Einfluss genommen wird.
Zudem können mit den Verfahren der Erfindung großflächige Substrate hergestellt werden, deren Abmessungen deutlich über den im Stand der Technik möglichen Dimensionen von beispielsweise 200 mm × 200 mm liegen.
Gegenüber anderen Ziehverfahren wie dem Overflow Fusion, dem Up-Draw-Verfahren, zeichnet sich das Down-Draw-Verfahren dadurch aus, dass es in der Lage ist, auch opake Gläser in ausreichender Qualität zur Verfügung zu stellen, insbesondere ohne dass es zu wesentlichen Kristallisationserscheinungen schon während des Herstellprozesses kommt. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die opaken Gläser kristallisierte Trübgläser sind.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen ohne Beschränkung hierauf beschrieben werden. In nachfolgender Tabelle 1 soll die Zusammensetzung für zwei fluordotierte Trübgläser angegeben werden, die durch ein Down-Draw-Verfahren zu einem Glasband gezogen werden können, aus dem dann opake Glasscheiben gewonnen werden können. Tabelle 1:

Ausführungsbeispiel 1 2

SiO₂ 64,93 59,18

Al₂O₃ 4,16 10,43

Na₂O 14,42 6,71

K₂O 0,74 0,00

CaO 0,86 0,00

ZnO 3,84 2,78

PbO 7,81 6,76

F 3,24 5,34

Σ 100,00 100,00
Die Trübgläser gemäß Tabelle 1 sind aus einem Alumosilikatglassystem aufgebaut, das eine ausreichende chemische Beständigkeit und durch den Al₂O₃-Zusatz auch eine ausreichende Alkaliionenbeweglichkeit aufweist.
Der Zusatz der Alkaliionen Na₂O, K₂O dient der Verringerung der Viskosität und der Möglichkeit der chemischen Vorspannbarkeit. Die Summe der Alkaliionen (Na₂O + K₂O + Li₂O) ist geringer als 20 Gew.-%, so dass eine ausreichend hohe chemische Beständigkeit zur Verfügung gestellt wird.
CaO, ZnO fungieren als Netzwerkwandler. CaO und ZnO wirken sowohl viskositätserniedrigend, also ähnlich wie Alkalioxide, verhalten sich jedoch deutlich neutraler gegenüber der Verringerung der chemischen Beständigkeit. Der Einsatz von ZnO neben CaO wirkt sich positiv auf die Verarbeitbarkeit des Glases aus.
Als brechwerterhöhende Komponente ist den Gläsern PbO zugesetzt. PbO wirkt des Weiteren positiv auf die Einschmelzbarkeit des Glases.
Als Trübungsmittel wird bei den Gläsern in Tabelle 1 Fluor zugesetzt. Der Zusatz ist mit 3–6 Gew.-% so gewählt, dass das Fluor nicht zu stark viskositätserniedrigend und entglasungserhöhend wirkt. Andererseits ist die Untergrenze mit 3 Gew.-% so gewählt, dass die Trübung während des Heißformungsprozesses eintritt.
Die Trübung während der Heißformgebung ist einer der Hauptvorteile der erfindungsgemäßen Gläser gemäß Tabelle 1, da der ordnungsgemäße Verlauf der Trübung noch während des Heißformgebungsprozesses quasi On-line kontrolliert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2540682 [0005]
WO 2012/126394 [0005]
DE 102008040097 [0005]
DE 50313062 [0005]
DE 502006004506 [0005]
WO 2011/047840 A2 [0042]
DE 10128636 C1 [0049]
DE 102004007560 A1 [0050]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Schott Guide to Glass”, Heinz G. Pfänder, Chapman and Hall 1996 auf S. 106 [0001]
EN ISO 11664-4 [0002]
EN ISO 11664-4 [0009]

Claims

Weißes opakes Glas, insbesondere weiße opake Glasscheibe mit einer Glaszusammensetzung die nachfolgenden Komponenten in Gew.-% auf Oxidbasis umfasst: SiO₂ 50–70 Gew.-% Li₂O 0–15 Gew.-% Na₂O 0–20 Gew.-% K₂O 0–5 Gew.-%,

wobei Σ(Li₂O + Na₂O + K₂O) ≤ 20 Gew.-% ZnO 0–5 Gew.-% Al₂O₃ 0–15 Gew.-% B₂O₃ 0–5 Gew.-% TiO₂ 0–5 Gew.-% ZrO₂ 0–5 Gew.-%,

wobei Σ(PbO + ZrO₂ + TiO₂) < 10 Gew.-% wobei Σ(ZrO₂ + TiO₂) < 5 Gew.-% Sb₂O₃ 0–2 Gew.-% F 0–10 Gew.-% BaO 0–2 Gew.-% MgO 0–2 Gew.-% CaO 0–2 Gew.-% SrO 0–2 Gew.-%,

wobei Σ(MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO) < 7 Gew.-% wobei Σ(MgO + CaO + SrO + BaO) < 2 Gew.-% PbO 0–10 Gew.-% P₂O₅ 0–2 Gew.-%

zur Verwendung im Gehäuse von elektronischen Geräten, insbesondere mobile elektronischen Geräten, bevorzugt einem Smartphone, Tablet-PC, ganz bevorzugt elektronischen Geräten, insbesondere einem Smartphone, Tablet-PC mit Nahfeldkommunikationseinrichtungen
Weißes opakes Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaszusammensetzung die folgenden Komponenten in Gew.-% auf Oxidbasis umfasst: SiO₂ 53–70 Gew.-% Al₂O₃ 3–12 Gew.-% Na₂O 5–16 Gew.-% Li₂O 0–8 Gew.-% K₂O 0–2 Gew.-%

wobei Σ(Li₂O + Na₂O + K₂O) 5–17% Gew.-% MgO 0–1 Gew.-% CaO 0–2 Gew.-% SrO 0–2 Gew.-% BaO 0–2 Gew.-% ZnO 1–5 Gew.-%

wobei Σ(MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO) 1–7 Gew.-% wobei Σ(MgO + CaO + SrO + BaO) < 2 Gew.-% PbO 0–10 Gew.-% TiO₂ 0–5 Gew.-% ZrO₂ 0–5 Gew.-%

wobei Σ(PbO + TiO₂ + ZrO₂) < 10 Gew.-% wobei Σ(TiO₂ + ZrO₂) < 5 Gew.-% F 2–7 Gew.-%
Weißes opakes Glas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das weiße Glas ein chemisch und/oder thermisch gehärtetes und/oder feuerpoliertes Glas ist.
Weiße opake Glasscheibe, umfassend ein weißes opakes Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weiße Glasscheibe wenigstens eine der nachfolgenden Beschichtungen umfasst: – eine Antifingerprint-Beschichtung – eine antimikrobielle, insbesondere antibakterielle Beschichtung – eine Antihaft-Beschichtung.
Elektronisches Gerät, insbesondere mobiles elektronisches Gerät, bevorzugt Smartphone, Tablet-PC, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät ein weißes opakes Glas gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 oder eine weiße opake Glasscheibe gemäß Anspruch 4 umfasst.
Verfahren zur Herstellung von weißem opakem Glas, insbesondere weißen opaken Glasscheiben, bevorzugt Abdeckscheiben, insbesondere für elektronische Geräte, bevorzugt für mobile elektronische Geräte, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das weiße opake Glas durch ein Ziehverfahren, insbesondere ein Down-Draw-Verfahren, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weiße opake Glas in Form von Abdeckscheiben eine Dicke von 100 μm bis 20 mm, insbesondere von 0,1 mm bis 5 mm, bevorzugt 0,1 bis 2 mm aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaszusammensetzung die nachfolgenden Komponenten in Gew.-% auf Oxidbasis umfasst: SiO₂ 50–70 Gew.-% Li₂O 0–15 Gew.-% Na₂O 0–20 Gew.-% K₂O 0–5 Gew.-%,

wobei Σ(Li₂O + Na₂O + K₂O) ≤ 20 Gew.-% ZnO 0–5 Gew.-% Al₂O₃ 0–15 Gew.-% B₂O₃ 0–5 Gew.-% TiO₂ 0–1 Gew.-% ZrO₂ 0–5 Gew.-%,

wobei Σ(PbO + ZrO₂ + TiO₂) < 10 Gew.-% wobei Σ(ZrO₂ + TiO₂) < 5 Gew.-% Sb₂O₃ 0–2 Gew.-% F 0–10 Gew.-% BaO 0–2 Gew.-% MgO 0–2 Gew.-% CaO 0–2 Gew.-% SrO 0–2 Gew.-%,

wobei Σ(MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO) < 7 Gew.-% wobei Σ(MgO + CaO + SrO + BaO) < 2 Gew.-% PbO 0–10 Gew.-% P₂O₅ 0–2 Gew.-%.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaszusammensetzung die nachfolgenden Komponenten in Gew.-% auf Oxidbasis umfasst: SiO₂ 53–70 Gew.-% Al₂O₃ 3–12 Gew.-% Na₂O 5–16 Gew.-% Li₂O 0–8 Gew.-% K₂O 0–2 Gew.-%

wobei Σ(Li₂O + Na₂O + K₂O) 5–17% Gew.-% MgO 0–1 Gew.-% CaO 0–2 Gew.-% SrO 0–2 Gew.-% BaO 0–2 Gew.-% ZnO 1–5 Gew.-%

wobei Σ(MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO) 1–7 Gew.-% wobei Σ(MgO + CaO + SrO + BaO) < 2 Gew.-% PbO 0–10 Gew.-% TiO₂ 0–5 Gew.-% ZrO₂ 0–5 Gew.-%

wobei Σ(PbO + TiO₂ + ZrO₂) < 10 Gew.-% wobei Σ(TiO₂ + ZrO₂) < 5 Gew.-% F 2–7 Gew.-%
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das weiße opake Glas chemisch und/oder thermisch gehärtet und/oder feuerpoliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem weißen opaken Glas eine Glasscheibe mit wenigstens einer Oberfläche hergestellt wird und auf die wenigstens eine Oberfläche wenigstens eine der nachfolgenden Beschichtungen aufgebracht wird: – eine Antifingerprint-Beschichtung – eine antimikrobielle, insbesondere antibakterielle Beschichtung – eine Antihaft-Beschichtung – irisierende Farbeffektschicht.