DE102016216442A1

DE102016216442A1 - Beschichtetes Substrat mit einem reibwertoptimierten Dekor auf Glasbasis und Verfahren zur Herstellung eines solchen

Info

Publication number: DE102016216442A1
Application number: DE102016216442.2A
Authority: DE
Inventors: Silke Knoche; Roland Dudek; Thomas Korb; Agnes Kovacs; Simone Sonneck
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2036-09-01
Also published as: DE202017104220U1; DE102016216442B4

Abstract

Es werden mit Dekoren beschichtete Substrate aus Glas oder Glaskeramik angegeben sowie Verfahren zur Herstellung solcher Beschichtungen, wobei die Dekore bezüglich ihres Reibwiderstandes, gemessen als Gleitreibungskoeffizient µG, optimiert sind, derart, dass insbesondere beim Verschieben von Kochgeschirren auf Induktionskochflächen der subjektive empfundene Reibwiderstand gegen das Verschieben möglichst minimiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein beschichtetes Substrat, vorzugsweise aus Glas oder Glaskeramik, mit einem reibwertoptimierten Dekor auf Glasbasis. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Dekorieren eines Substrates, vorzugsweise aus Glas oder Glaskeramik, mit einem reibwertoptimierten Dekor auf Glasbasis. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Dekors auf Glasbasis zur Erzeugung einer reibwertoptimierten Beschichtung auf einer Oberfläche eines Substrates, vorzugsweise aus Glas oder Glaskeramik.
Kochflächen aus Glaskeramik oder Spezialglas werden auf ihrer Oberfläche farbig gestaltet, teils aus ästhetischen Gründen, teils zur Abgrenzung verschiedener Kochgerätehersteller, teils aufgrund bestimmter gesetzlicher Vorgaben, die eine Kennzeichnung von Kochzonen fordern. Wegen der hohen Temperaturen auf der Kochfläche, insbesondere in den Kochzonen, von bis zu etwa 700 °C, je nach Beheizungssystem und Kochsituation, kommen für die farbliche Gestaltung nur Emaille-basierte Farben bzw. Dekore in Frage.
Als Nachteil von Emaille-basierten Dekoren auf der Kochflächenoberseite hat sich der beim Verschieben von Kochgeschirr, wie etwa Töpfe oder Pfannen, auftretende Reibwiderstand herausgestellt, der den Eindruck einer unerwünschten Abnutzung der Kochflächenoberseite vermittelt. Eine besondere Relevanz erfährt dieses Problem insbesondere bei der Gestaltung sogenannter variabler Kochflächen, beispielsweise auf Induktionsbasis, oder auch anderer Beheizungsarten, bei denen keine festen Kochzonenpositionen definiert sind, sondern ein willkürliches Verschieben des Kochgeschirrs auf der Kochfläche an frei wählbaren Kochpositionen möglich ist. Vorher gab es fest vorgegebene Kochzonen, die durch meist kreisförmige Kochzonenumrandungen den Stellplatz des Kochgeschirrs markierten. Hier hatte der Anwender keinen Anlass, das Kochgeschirr zu verschieben, da außerhalb dieser Kochzonen keine Heizleistung erbracht werden konnte. Bei den variablen Kochflächen hingegen wird ein Bereich, der größer ist als eine herkömmliche Kochzone, mittels Dekorfarben/ Muster markiert, und in ihm können ein oder mehrere Töpfe beliebiger Größe beliebig platziert und beheizt werden. Unterhalb der variablen Kochfläche befinden sich beispielsweise mehrere Induktionsspulen, vorzugsweise viele kleine, mindestens aber zwei Spulen, die flexibel zusammengeschaltet werden können und den gesamten variablen Bereich oder auch nur Teilbereiche beheizen können. Je nachdem, ob man mehrere kleine Töpfe oder einen kleinen und einen größeren oder einen Bräter beheizen will, werden die entsprechenden Heizelemente zusammengeschaltet. Die variablen Kochflächen können auch durch andere Beheizungsarten wie Strahlungsbeheizung und/oder auch durch die Kombinationen von verschiedenen Beheizungsarten dargestellt werden. Diese Variabilität der Stellmöglichkeiten des Kochgeschirrs führt dazu, dass der Anwender möglicherweise geneigt ist, das Kochgeschirr häufiger zu verschieben, was durch die Dekoration auf der Kochflächenoberseite zu dem genannten Reibwiderstand führt.
Im Stand der Technik verfolgte die Entwicklung von Dekoren zur Beschichtung von Substraten aus Glas oder Glaskeramik bisher als Zielgrößen:

– eine chemisch/physikalische Kompatibilität mit dem zu bedruckenden Substrat (z.B. Nullausdehnungsglaskeramik),
– die Prozessierbarkeit (Herstellung, Druckbarkeit, Einbrand, auch in Kombination mit dem Keramisierungsprozess des Substrats, usw.),
– die farblich/ästhetischen Vorstellungen seitens des Kochgeräteherstellers,
– die Erfüllung einer Reihe von Gebrauchseigenschaften, wie etwa Abriebfestigkeit, Temperaturbeständigkeit, Haftfestigkeit, mechanische Festigkeit des derart bedruckten Substrats, Resistenz gegenüber chemisch aggressiven Substanzen, Reinigbarkeit.

Speziell hinsichtlich der Optimierung der Gebrauchseigenschaften "Reinigbarkeit" und "Abriebfestigkeit" gab es bisher Entwicklungen hin zu Dekoren mit geringer Rauheit.
So stellen die JP 2007-101134 A und JP 2014-037926 A Beziehungen her zwischen einer verbesserten Reinigbarkeit des Dekors und Kennwerten zur Rauheit des Dekors. Gemäß der JP 2003-217811 A und der JP 2007-170754 A werden neben einer verbesserten Reinigbarkeit auch optische Eigenschaften des Dekors, wie Lichtstreuung und Transmission, hervorgehoben. Aus der DE 103 38 165 A1 ist ein Dekor bekannt, das aufgrund definiert eingestellter Rauheitswerte einen geringeren Abrieb des Topfbodenmaterials und dadurch eine verringerte Verschmutzungsneigung des Dekors bewirkt. Gemäß der DE 10 2004 002 766 A1 werden eine Reihe von thermischen, chemischen und abrasiven Vorteilen auf geringe Rauheitswerte des Dekors zurückgeführt.
Eine gezielte Einstellung von erhöhter Rauheit erfolgte im Rahmen von Entwicklungen zum Design haptischer Strukturen, die die Bedienbarkeit von Kochfeldern erleichtern sollen. Dies ist in der DE 10 2011 115 379 A1 beschrieben.
Aus der DE 10 2013 102 221 A1 sind ferner besonders kratzfeste amorphe und transparente Deckschichten auf Glas- oder Glaskeramik-Substraten bekannt, mit einer besonders geringen Oberflächenrauheit. Der Vorteil soll hierbei insbesondere in der Verringerung der mechanischen Kratzempfindlichkeit von Kochflächenoberflächen liegen.
Jedoch sind in keinem der genannten Dokumente irgendwelche Untersuchungen zum Reibwiderstand beim Verschieben von Kochgeschirren erwähnt. Bislang sind überhaupt keine Untersuchungen zum Zusammenhang von Rauheitswerten von Dekoren oder Schichten auf Kochflächen, Arbeitsflächen oder vergleichbar genutzten Flächen und dem Reibwiderstand beim Verschieben von Kochgeschirren, insbesondere auch unter Einbeziehung weiterer topografischer Details der Oberflächenstruktur, bekannt.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein beschichtetes Substrat, vorzugsweise aus Glas oder Glaskeramik, mit einem Dekor auf Glasbasis anzugeben, das insbesondere als Spezialglas- oder Glaskeramik-Kochfläche geeignet ist und dessen Reibwiderstand beim Verschieben von Kochgeschirren derart verringert ist, dass das störende Empfinden einer Abnutzung der Kochflächenoberseite wesentlich reduziert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein beschichtetes Substrat, vorzugsweise aus Glas oder Glaskeramik, gelöst mit einem Dekor auf Glasbasis mit einem Gleitreibungskoeffizienten µG ≤ 0,18, bevorzugt µG ≤ 0,15, besonders bevorzugt µ_G ≤ 0,13 auf dem mit dem Dekor beschichteten Substrat unter Verwendung eines Edelstahltopfes mit Edelstahl-Sandwichboden mit einer Ebenheitsabweichung von 0,5 ± 0,15 mm, einer Rauheit Ra von 2 ± 1 µm, mit einem Durchmesser des Stellbodens von 11 ± 1 cm, einem Topfgewicht von 0,25 ± 0,02 kg unter Verschieben des Topfes mit einer Relativgeschwindigkeit zwischen Topf und beschichtetem Substrat von 5 ± 1 cm/s.
Es hat sich gezeigt, dass mit einem derartig beschichteten Substrat eine derartige Kochfläche bereitgestellt werden kann, dass beim Verschieben von Kochgeschirren mit üblichen Geschwindigkeiten ein Reibwiderstand erzielbar ist, der vom Benutzer als angenehm gering empfunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die auch selbstständig ohne die zuvor beschriebenen Merkmale schutzfähig ist, weist das mit dem Dekor beschichtete Substrat an seiner Dekoroberfläche einen mit Weißlicht-Interferenzmikroskopie bestimmten Rauheitsanteil rms im Bereich von 10 mm^–1 bis 30 mm^–1 kleiner als 0,1 Mikrometer (rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,1 µm), bevorzugt rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,08 µm, besonders bevorzugt rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,05 µm, und einen Rauheitsanteil rms im Bereich von 30 mm^–1 bis 100 mm^–1 kleiner als 0,03 Mikrometer (rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,03 µm), bevorzugt rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,02 µm, besonders bevorzugt rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,01 µm, auf.
Es hat sich herausgestellt, dass mit einer derartigen Oberflächentopografie der Reibwiderstand beim Verschieben des Topfes deutlich reduziert ist.
Eine Korrelation des Reibwiderstands, gemessen als Gleitreibungskoeffizient µG, definiert z. B. in Horst Kuchling: Taschenbuch der Physik. VEB Fachbuchverlag, Leipzig 1986, mit im Stand der Technik üblicherweise bestimmten Rauheitskennwerten Rz und Ra nach DIN 4768 lässt sich nicht herstellen, wie nachfolgend noch im Einzelnen dargelegt wird. Jedoch mit den oben erwähnten Rauheitsanteilen rms lässt sich eine Korrelation mit dem Reibwiderstand herstellen.
Durch die Optimierung dieser Rauheitsanteile lässt sich das Dekor hinsichtlich des Gleitreibungskoeffizient µG positiv beeinflussen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die Beschichtung aus einer eingebrannten Glasfritte bevorzugt auf der Basis von Silikatgläsern, Borosilikatgläsern, Zinksilikatgläsern, Zinkboratgläsern, Zinkborosilikatgläsern, Bismutborosilikatgläsern, Bismut-Borat-Gläsern, Bismut-Silikat-Gläsern, Phosphatgläsern, Zink-Phosphat-Gläsern, Aluminosilikatgläsern oder Lithium-Aluminosilikatgläsern.
Grundsätzlich sind diverse Dekorgläser, wie oben beschrieben, verwendbar, um ein reibwertoptimiertes Dekor auf einem Substrat zu erzeugen bzw. die genannten Topographie-Kennwerte rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} mm und rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} zu erreichen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält die Glasfritte Zusätze aus Pigmenten und/oder Füllstoffen.
Insbesondere ein Zusatz von Pigmenten ist erwünscht, um auf Kochflächen Begrenzungen und herstellerspezifische Angaben, wie etwa Markenangaben usw., zu erzeugen. Insbesondere der Zusatz von Pigmenten führt hierbei zu deutlich erhöhten Kontrasten und Farbgebungsmöglichkeiten.
Vorzugsweise besteht das Substrat aus Glas oder einer Glaskeramik, vorzugsweise aus einer LAS-Glaskeramik. Unter einer LAS-Glaskeramik versteht man eine Lithium-Alumino-Silikat-Glaskeramik (teilweise auch Lithium-Aluminium-Silikat-Glaskeramik genannt), die bei geeigneter Zusammensetzung und Keramisierung in einem bestimmten Temperaturbereich eine sehr niedrige thermische Ausdehnung hat, die nahe null sein kann. Beispielsweise wird von der Anmelderin unter der Marke Ceran^® eine LAS-Glaskeramik zur Anwendung bei Kochfeldern hergestellt und vermarktet.
Das erfindungsgemäß beschichtete Substrat ist insbesondere für variable Kochflächen, insbesondere für variable Induktionskochflächen geeignet, die durch eine entsprechende Spulenanordnung für eine freie Verschiebung und/oder frei wählbare Stellmöglichkeiten des Kochgeschirrs ausgelegt sind. Unter variablen Kochflächen werden hier Kochflächen verstanden, die mindestens einen Bereich aufweisen, in dem ein oder mehrere Gargeschirre beliebiger Größe beliebig platziert und beheizt werden können. Dies wird insbesondere dadurch realisiert, dass sich unterhalb der variablen Kochfläche bspw. mehrere Induktionsspulen, vorzugsweise viele kleine, mindestens aber zwei Spulen, befinden, die unabhängig voneinander zusammengeschaltet werden können und den gesamten variablen Bereich oder auch nur Teilbereich(e) beheizen können. Die variablen Kochflächen können auch durch andere Beheizungsarten wie Strahlungsbeheizung und/oder auch durch die Kombinationen von verschiedenen Beheizungsarten dargestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Dekor einen Glasfluss aus einem Basisglas auf, das zumindest die folgenden Bestandteile (in Gew.-% auf Oxidbasis) aufweist (Ausführungsform A):

SiO₂	40–75
Al₂O₃	0–25
B₂O₃	0–30
Li₂O	0–12
Na₂O	0–15
K₂O	0–10
CaO	0–12
MgO	0–9
BaO	0–27
SrO	0–4
ZnO	0–20
TiO₂	0–5
ZrO₂	0–7
As₂O₃	0–1
Sb₂O₃	0–15
F	0–3
H₂O	0–3.

Das Basisglas kann hierbei vorzugsweise mindestens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 2 Gew.-% Al₂O₃ aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Basisglas mindestens 1 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 5 Gew.-% B₂O₃ auf.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält das Basisglas mindestens 1 Gew.-%, eines Alkalioxids, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Na₂O, K₂O, Li₂O und Mischungen hieraus besteht.
Ferner kann das Basisglas mindestens 1 Gew.-% eines Oxids enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus CaO, MgO, BaO, SrO, ZnO, ZrO₂, TiO₂ und Mischungen hieraus besteht.

Ferner kann das Dekor einen Glasfluss aus einem Basisglas enthalten, das zumindest die folgenden Bestandteile (in Gew.-% auf Oxidbasis) aufweist (Ausführungsform B):

SiO₂	6–65
Al₂O₃	0–20
B₂O₃	0–40
Li₂O	0–12
Na₂O	0–18
K₂O	0–17
CaO	0–17
MgO	0–12
BaO	0–38
SrO	0–16
ZnO	0–70
TiO₂	0–5
ZrO₂	0–5
Bi₂O₃	0–20
CoO	0–5
Fe₂O₃	0–5
MnO	0–10
CeO₂	0–3
F	0–6.

Die Erfindung wird ferner durch ein Verfahren zum Dekorieren eines Substrates gelöst, vorzugsweise aus Glas oder Glaskeramik, insbesondere für eine variable Kochfläche, besonders bevorzugt für eine variable Induktionskochfläche aus Glaskeramik, mit einem reibwertoptimierten Dekor auf Glasbasis, bei dem eine Glasfritte auf eine Partikelgröße von D90 von 10 Nanometer bis 50 Mikrometer, vorzugsweise von 20 Nanometer bis 20 Mikrometer, besonders bevorzugt von 0,5 Mikrometer bis 10 Mikrometer, ganz besonders bevorzugt von 2µm bis 10 µm, gemahlen wird und mit einem Dispergiermedium versetzt und im Wesentlichen agglomeratfrei homogenisiert wird, dann auf eine Oberfläche des Substrates appliziert und eingebrannt wird, derart, dass das beschichtete Substrat einen Gleitreibungskoeffizienten µG ≤ 0,18, bevorzugt µG ≤ 0,15, besonders bevorzugt µG ≤ 0,13 auf dem mit dem Dekor beschichteten Substrat unter Verwendung eines Edelstahltopfes mit Edelstahl-Sandwichboden mit einer Ebenheitsabweichung von 0,5 ± 0,15 mm, einer Rauheit Ra von 2 ± 1 µm, mit einem Durchmesser des Stellbodens von 11 ± 1 cm, einem Topfgewicht von 0,25 ± 0,02 kg unter Verschieben des Topfes mit einer Relativgeschwindigkeit zwischen Topf und beschichtetem Substrat von 5 ± 1cm/s aufweist.
Es hat sich gezeigt, dass mit einem derartigen Verfahren insbesondere eine variable Induktionskochfläche aus Glaskeramik herstellbar ist, die bezüglich des Reibwiderstandes optimiert ist.
In anderer Ausgestaltung wird das Dekor derart eingebrannt, dass die Oberfläche einen mit Weißlicht-Interferenzmikroskopie bestimmten Rauheitsanteil rms im Bereich von 10 mm^–1 bis 30 mm^–1 kleiner als 0,1 Mikrometer aufweist (rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,1 µm), bevorzugt rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,08 µm, besonders bevorzugt rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,05 µm, und einen Rauheitsanteil rms im Bereich von 30 mm^–1 bis 100 mm^–1 kleiner als 0,03 Mikrometer aufweist (rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,03 µm), bevorzugt rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,02 µm, besonders bevorzugt rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,01 µm.
Wird der Glasfluss beim Einbrennen derart eingestellt, dass sich solche Rauheitsanteile ergeben, so kann auf diese Weise der Gleitreibungskoeffizient µ_G der so hergestellten Kochfläche ausreichend niedrig gehalten werden, so dass der Reibwiderstand beim Verschieben eines Kochgeschirrs als angenehm gering empfunden wird.
Unter im Wesentlichen agglomeratfrei wird verstanden, dass im Wesentlichen keine Agglomerate > 20 Mikrometer vorhanden sind. In weiter vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Vermahlen und Homogenisieren der Glasfritte derart, dass im Wesentlichen keine Agglomerate > 10 Mikrometer, besonders bevorzugt > 5 Mikrometer, vorhanden sind.
Unter "im Wesentlichen keine Agglomerate > ..." wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass der Volumenanteil derartiger Agglomerate kleiner als 1 % ist. Vorzugsweise ist er gar kleiner als 0,1 %, besonders bevorzugt kleiner als 0,01 %.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die Vermeidung von Agglomeraten wesentlich ist, um einen niedrigen Gleitreibungskoeffizienten µG zu erzielen, um also den empfundenen Reibwiderstand beim Verschieben eines Kochgeschirrs so gering wie möglich zu halten.
Weiter bevorzugt wird zum Mahlen der Glasfritte ein Trockenmahlverfahren, insbesondere mit Kugelmühlen-, Strahlmühlen-, Gegen- oder Luftvermahlung, bevorzugt. Insbesondere wird die Vermahlung mit einer trockenen Rührwerkskugelmühle in Kombination mit einem Sichter bevorzugt, um eine enge Partikelverteilung ohne Agglomerate zu erhalten.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere durch eine Trockenvermahlung eine Agglomeration vermieden werden kann, die durch Nassvermahlung mit anschließender Trocknung auftritt. Da es insbesondere bei den hergestellten Dekoren auf eine möglichst glatte Oberfläche ankommt, in der keine Unebenheiten enthalten sind, eignen sich Trockenmahlverfahren besonders, um unerwünschte Partikel an der Oberfläche, die durch Agglomerate bedingt sind, zu vermeiden.
Der Glasfritte werden gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung Zusatzstoffe, insbesondere Pigmente, Füllstoffe beigemischt und zusammen damit homogenisiert.
Als Füllstoffe kommen hierbei insbesondere SiO_x-Partikel, Aluminiumoxid-Partikel, pyrogene Kieselsäuren, Kalk-Natronsilikatglas-Partikel, Alkali-Aluminosilikatglas-Partikel in Betracht.
Als Pigmente können insbesondere farbgebende Pigmente in Form von Metalloxiden hinzugesetzt werden, insbesondere Cobalt-Oxide/-Spinelle, Cobalt-Aluminium-Spinelle, Cobalt-Aluminium-Zink-Oxide, Cobalt-Aluminium-Silizium-Oxide, Cobalt-Titan-Spinelle, Cobalt-Chrom-Spinelle, Cobalt-Aluminium-Chrom-Oxide, Cobalt-Nickel-Mangan-Eisen-Chrom-Oxide/-Spinelle, Cobalt-Nickel-Zink-Titan-Aluminium-Oxide/-Spinelle, Chrom-Eisen-Nickel-Mangan-Oxide/-Spinelle, Cobalt-Eisen-Chrom-Oxide/-Spinelle, Cobalt-Eisen-Chrom-Mangan-Oxide/-Spinelle, Nickel-Eisen-Chrom-Oxide/-Spinelle, Eisen-Mangan-Oxide/-Spinelle, Eisen-Oxide, Eisen-Chrom-Oxide, Eisen-Chrom-Zinn-Titan-Oxide, Eisen-Chrom-Zink-Oxide, Kupfer-Chrom-Spinelle, Chrom-Antimon-Titan-Oxide, Nickel-Chrom-Antimon-Titan-Oxide, Titan-Mangan-Antimon-Oxide, Cobalttitanate, Titan-Oxide, Zirkon-Silizium-Eisen-Oxide/-Spinelle. Bevorzugt werden als Pigmente Absorptionspigmente, insbesondere auch plättchen- oder stäbchenförmige Pigmente, beschichtete Effektpigmente verwendet, die als Einzelpigmente oder auch als Pigmentmischung der Glasfritte zugesetzt werden können.
Allerdings haben die Erfinder erkannt, dass es zur Erzeugung einer reibwertoptimierten Dekoroberfläche besonders darauf ankommt, dass keine unaufgeschmolzenen Partikel in der Oberfläche des Dekors enthalten sind. Die Pigmente und Füllstoffe sind dabei vom Dekorglas umhüllt/eingebettet, insbesondere wird die Dekoroberfläche nicht durch Pigmente oder Füllstoffe durchbrochen. Die Pigmente und Füllstoffe werden mit der flüssigen Glasfritte beim Aufschmelzprozess ausreichend benetzt, so dass bspw. ein Aufschwimmen der Pigmente/Füllstoffe vermieden wird, das zu Erhebungen oder Vertiefungen in der Dekoroberfläche führen würde. Aus diesem Grunde ist es bevorzugt, der Glasfritte nach dem Zermahlen maximal 20 Gew.-%, vorzugsweise 10 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 7 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 5 Gew.-%, an Pigmenten und Füllstoffen zuzusetzen.
Da es sich insbesondere bei Pigmenten teilweise um höherschmelzende Komponenten handelt, die im normalen Aufschmelzbereich der Dekore nicht in der Glasschmelze aufgelöst werden, kann auf diese Weise durch eine entsprechende Begrenzung der Pigmente und weiterer Zusätze sichergestellt werden, dass sich an der Oberfläche der Dekore keine Vorsprünge befinden, die sich nachteilig auf den Reibwiderstand beim Verschieben von Kochgeschirren auf der Dekoroberfläche auswirken können. Vorzugsweise wird hierbei vollständig auf den Zusatz von Pigmenten, Füllstoffen und weiteren Additiven verzichtet.
Ist dagegen ein Pigmentzusatz wegen einer gewünschten Farbgebung unbedingt notwendig, ggf. auch mit einem höheren Prozentanteil, so werden gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung die Pigmente und ggf. weitere Füllstoffe zunächst zusammen mit dem Glasfluss aufgeschmolzen und zu Glasfritte vermahlen, bevor das Dekor auf die Glasoberfläche appliziert wird. Die Farbgebung wird hierbei durch das Auskristallisieren von Farbkörpern während des Einbrandprozesses des Dekors nach dem Glattfließen der Glasfritte erzeugt, wobei die Kristalle überwiegend in der Dekorschicht und nicht an der Oberfläche entstehen und somit in den Glasfluss eingebettet sind.
Auf diese Weise können insbesondere auch höhere Anteile von farbgebenden Pigmenten im Glasfluss vollständig aufgelöst und damit integriert werden, ohne dass beim späteren Aufschmelzen des Dekors auf der Substratoberfläche nicht aufgeschmolzene Partikel in der Oberfläche verbleiben und damit einen nachteiligen Einfluss auf den Reibwiderstand ausüben.
Das Dekormuster kann verschiedene geometrische Figuren, Schriftzüge etc. aufweisen. Der Dekor-Belegungsgrad (Flächenbelegung), d.h. wieviel % der Substratoberfläche mit Dekor versehen sind, beträgt vorzugsweise 0,5 % bis 100 %, bevorzugt 10 %–95 %, besonders bevorzugt > 10 %–90 %. Die erfindungsgemäßen Dekore zeigen bevorzugt keinen signifikanten Einfluss des Belegungsgrades auf den Gleitreibungskoeffizienten µG. In einem besonders bevorzugten Fall haben die Dekore einen Gleitreibungskoeffizienten µG, der kleiner oder gleich dem Gleitreibungskoeffizienten µG des unbeschichteten Substrates ist.
Zur Applizierung des Dekors auf eine Substratoberfläche kann vorzugsweise ein Flüssigbeschichtungsverfahren, insbesondere ein Siebdruck-, Inkjet-, Offset-Druck-, Tampondruck-, Sprüh-, Tauchbeschichtungs-, Rollenbeschichtungs-, Abziehbildverfahren oder Rakeln, Fluten, Spin-Coating-Verfahren, verwendet werden.
Insbesondere eine Beschichtung durch Siebdruck ist ein zur großtechnologischen Herstellung besonders geeignetes Verfahren, wobei Siebe mit einer Feinheit von 100 bis 140 Fäden pro Zentimeter bevorzugt sind. Zum im Wesentlichen agglomeratfreien Homogenisieren der Farbpaste kann vorzugsweise ein Walzwerk oder ein Dispermat verwendet werden.
Das Dekor wird nach der Applikation eingebrannt, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 600 °C bis 1200 °C, vorzugsweise über eine Zeitdauer von 1 Minute bis 4 Stunden.
Die Einbrenntemperatur wird hierbei vorzugsweise derart an das Substrat angepasst, dass sich ein gleichmäßiges, homogenes Aufschmelzen des Dekors in einer sehr glatten Oberfläche ergibt, aus der möglichst wenig Partikel hervorstehen. Einbrenntemperatur und -zeit werden hierbei vorzugsweise an die Zusammensetzung des Dekors angepasst. Das Einbrennen des Dekors erfolgt üblicherweise bei Temperaturen, die unterhalb der Erweichungstemperatur des Substrates liegen, aber ausreichend hoch sind, um ein Aufschmelzen der Glasur und ein inniges Verbinden mit der Oberfläche des Substrates zu gewährleisten.
Nach dem Applizieren des Dekors ist es bevorzugt, dieses vor dem Einbrennen bei erhöhter Temperatur, z.B. 150 °C bis 200 °C, zu trocknen.
Bei dem betreffenden Substrat kann es sich um ein Glas-Substrat oder ein Glaskeramik-Substrat, das transparent, eingefärbt transparent, transluzent oder opak sein kann, mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 20 °C–300 °C, von ≤ 7·10^–6/K, bevorzugt ≤ 6,5·10^–6/K, weiter bevorzugt von ≤ 5·10^–6/K, besonders bevorzugt im Bereich von –1·10^–6/K bis 4,5·10^–6/K, handeln. Es wird besonders bevorzugt eine LAS (Lithium-Aluminium-Silikat) Glaskeramik verwendet. Die Dicke der Substrate beträgt 0,1 bis 40 mm, bevorzugt 1 bis 10 mm, besonders bevorzugt 3 bis 6 mm.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung wird als Substrat eine Glaskeramik, insbesondere eine LAS-Glaskeramik, verwendet, auf die das Dekor im Grünglaszustand appliziert wird und auf der das Dekor eingebrannt wird, wobei gleichzeitig das Grünglas keramisiert wird. Es sei angemerkt, dass "Grünglas" ein allgemeiner Begriff für Gläser ist, aus denen durch den Keramisierungsprozess Glaskeramiken gebildet werden. Der Begriff "Grünglas" ist somit nicht auf bestimmte Glas/Glaskeramikfarbtöne eingeschränkt.
Auf diese Weise ist eine besonders rationelle Herstellung gewährleistet. Außerdem kann eine innige Verbindung des Dekors mit der Glasoberfläche gewährleistet werden und eine nachteilige Veränderung des Substrates durch den Einbrennvorgang vermieden werden.
Für das gleichzeitige Einbrennen und Keramisieren wird hierbei vorzugsweise ein Temperaturbereich von 850 °C bis 1200 °C, vorzugsweise von 900 °C bis 1150 °C gewählt, wobei die Zeitdauer in der Regel 5 Minuten bis 240 Minuten, vorzugsweise von 10 bis 60 Minuten, besonders bevorzugt 10 bis 30 Minuten beträgt.
Alternativ ist es auch möglich, als Substrat eine Glaskeramik, insbesondere eine LAS-Glaskeramik zu verwenden, auf die das Dekor im keramisierten Zustand appliziert wird und auf der das Dekor anschließend eingebrannt wird.
Erfolgt das Einbrennen des Dekors auf die bereits keramisierte Glaskeramik, so liegt die Einbrenntemperatur in der Regel niedriger, so dass bevorzugt eine Temperatur von 600 °C bis 1200 °C, vorzugsweise von 700 °C bis 900 °C gewählt wird, über eine Zeitdauer von 1 Minute bis 240 Minuten, vorzugsweise von 2 bis 120 Minuten.
Schließlich wird mit der Erfindung eine Verwendung eines Dekors auf Glasbasis zur Erzeugung einer reibwertoptimierten Beschichtung auf einer Oberfläche eines Substrates aus Glas oder Glaskeramik angegeben, die insbesondere für eine variable Kochfläche, insbesondere eine variable Induktionskochfläche geeignet ist, mit einen Gleitreibungskoeffizienten µG ≤ 0,18, besonders bevorzugt µ_G ≤ 0,15, insbesondere bevorzugt µG ≤ 0,13 auf dem mit dem Dekor beschichteten Substrat unter Verwendung eines Edelstahltopfes mit Edelstahl-Sandwichboden mit einer Ebenheitsabweichung von 0,5 ± 0,15 mm, einer Rauheit Ra von 2 ± 1 µm, mit einem Durchmesser des Stellbodens von 11 ± 1 cm, einem Topfgewicht von 0,25 ± 0,02 kg unter Verschieben des Topfes mit einer Relativgeschwindigkeit zwischen Topf und beschichtetem Substrat von 5 ± 1 cm/s.
Schließlich wird das Dekor vorzugsweise zur Erzeugung einer Beschichtung mit einem mit Weißlicht-Interferenzmikroskopie bestimmten Rauheitsanteil rms im Bereich von 10 mm^–1 bis 30 mm^–1 kleiner als 0,1 Mikrometer (rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,1 µm), bevorzugt rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,08 µm, besonders bevorzugt rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,05 µm, und einen Rauheitsanteil rms im Bereich von 30 mm^–1 bis 100 mm^–1 kleiner als 0,03 Mikrometer (rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,03 µm), bevorzugt rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,02 µm, besonders bevorzugt rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,01 µm verwendet.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf den Messaufbau nach 1.
1: Vorrichtung zur Ermittlung des Gleitreibungskoeffizienten µG
Verwendete Messmethoden
Der Reibwiderstand eines mit Dekoren beschichteten Substrats wird durch den Parameter Gleitreibungskoeffizient µG beschrieben.
Der Gleitreibungskoeffizient µG ist definiert als ein dimensionsloses Maß für die Reibungskraft im Verhältnis zur Anpresskraft zwischen zwei Körpern. Die Reibungskraft ist die vom Benutzer aufzuwendende Zugkraft beim Verschieben eines Topfes. Die Anpresskraft ist gleich der Gewichtskraft des Topfes. Die zwei aufeinander einwirkenden Körper sind der Topf mit seiner Bodenfläche und die dekorierte Oberseite der Kochfläche.
Die Ermittlung der Zugkraft erfolgt dabei im Detail nach dem folgenden, in 1 dargestellten Verfahren:
Ein Substrat mit den Außenmaßen 25 cm × 25 cm und der Dicke 4 mm, bedruckt mit dem zu bewertenden Dekor, wird auf einen gummierten Drehteller 103 aufgelegt. Der Drehteller vollführt gleichförmige Umdrehungen im Bereich 5 bis 12 Umdrehungen pro Minute.
Ein neuwertiger Edelstahltopf 101 mit Edelstahl-Sandwichboden mit einer Ebenheitsabweichung von 0,5 ± 0,15 mm, einer Rauheit Ra von 2 ± 1 µm, mit einem Durchmesser des Stellbodens von 11 ± 1 cm und einem Topfgewicht von 0,25 ± 0,02 kg wird gemäß 1 azentrisch auf die Kochfläche aufgesetzt. Dabei ist es zulässig, zur Erreichung des vorgeschriebenen Gewichts von 0,25 ± 0,02 kg den Topf 101 mit einer ebenen Schicht aus Sand aufzufüllen. Der Abstand des Mittelpunkts des Topfbodens 102 von der Drehachse 105 des Drehtellers 103 beträgt 5 (+2/–0) cm. Um den Abstand des Mittelpunkts des Topfbodens von der Drehachse des Drehtellers während der Rotation des Drehtellers konstant einzuhalten, ist eine seitliche Führung 104 des Topfes 101 installiert.
Neuwertig bedeutet, dass der Topf weniger als 100 Umdrehungen des nachfolgenden beschriebenen Prüfverfahrens absolviert hat. Der Topf wird während der Rotation des Drehtellers durch eine horizontal ausgerichtete Federwaage 106 in konstanter Position gehalten, wobei die Federwaage 106 parallel zur Führung 104 des Topfes 101 ausgerichtet ist. Aus einer Umdrehungszahl von 1 Umdrehung pro Sekunde ergibt sich eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Topfbodenmittelpunkt des durch die Federwaage gehaltenen Topfes und dem sich drehenden dekorierten Substrat von 5 cm/s.
Zu einer vergleichenden Bewertung von mit Dekor beschichteten Substraten wurden die topografischen Daten der Dekoroberflächen herangezogen, nämlich die mittels Weißlicht-Interferenzmikroskopie ermittelten Rauheitswerte Ra, Rz (vgl. DIN 4768), um ihre Auswirkungen auf den Gleitreibungskoeffizienten µG zu bestimmen.
Es stellte sich jedoch heraus, dass die topografischen Daten der Dekoroberflächen nicht mit den Werten für den Gleitreibungskoeffizienten µG korrelieren, sondern dass stattdessen eine differenziertere Beschreibung der Topografie erforderlich ist.
Mit anderen Worten reicht es also nicht aus, im Stand der Technik als besonders glatt dargestellte Dekore mit geringen Werten von Ra und Rz zu verwenden, um eine reibwertoptimierte Oberfläche eines mit einem Substrat beschichteten Dekors zu erhalten.
Zur Ermittlung dieser Rauheitsparameter, die überraschenderweise mit dem Gleitreibungskoeffizienten µG korrelieren, wurde die Weißlicht-Interferenzmikroskopie eingesetzt, um Topografiewerte auf Flächen von 3,12 mm × 3,11 mm durch Stitching (laterale Auflösung 0,8 µm) zu bestimmen.
Die Weißlicht-Interferenz-Mikroskopie-Analysen erfolgten mit einem Weißlicht-Interferenz-Mikroskop des Typs NewView 200 CHR von der Zygo Corporation. Zur Auswertung wurde die 32-bit Software MetroPro Version 8.3.5 unter Windows XP SP 3 verwendet.
Die Mess-/Auswerteparameter sind wie folgt festgelegt:

– optische Parameter: 50x-Objektiv, Zoom-Faktor 0,5x, Kamera: 320 × 200 Bildpunkte → Auflösung 0,8 µm,
– Zur Ermittlung der Topografiewerte der Oberflächen auf einer Fläche von 3,12 mm × 3,11 mm wurde sogenanntes "Stitching" verwendet (Aneinanderreihung individidueller (kleinerer) Topografie-Aufnahmen), und zwar mit den nachfolgenden Parametern: Cols 15, Rows 20, Overlap 20%. Hieraus ergeben sich Topographiedaten mit 3900 ± 20 Zeilen und Spalten (eine geringfügig veränderte Wahl der Parameter bzw. eine Mittelung über weniger Zeilen/ Spalten bzw. die Verwendung eines kleineren Messfensters [mind. aber 1 mm] sollte keinen signifikanten Einfluss auf das Ergebnis der Auswertung haben).

Aus den ermittelten Topografiedaten lassen sich die sog. Power Spectral Density-Funktionen (PSD) errechnen. Diese Größe ist z.B. in der Norm ISO 10110-8:2010(E) definiert. Wenn die Topographiedaten ein Höhenprofil beschreiben mit z = z(x, y), dann sind die (zeilen- bzw. spaltenweisen) PSD-Funktionen wie folgt definiert:
Da die Rauheitswerte der Oberfläche im wesentlichen stochastischer Natur sind, ergeben sich für die PSD_1D,x und die PSD_1D,y im wesentlich die gleichen Werte, so dass sich durch Mittelwertbildung über die 3900 ± 20 Zeilen sowie die 3900 ± 20 Spalten gemittelte Werte
und
der PSD ergeben, die sich wiederum zu einem Gesamt-Mittelwert
zusammenfassen lassen.
Aufgrund des Parsevalschen Theorems ergibt sich für die rms-Rauheit der Topographie folgender Zusammenhang mit der PSD-Funktion:
Entsprechend lassen sich „Rauheitsanteile“ für beliebige Frequenzbereiche angeben (im Ortsfrequenzraum, wobei die Ortsfrequenz dem Kehrwert einer entsprechenden Wellenlänge entspricht: f_x ~ 1/λ_x):

Die Gesamtrauheit rms lässt sich entsprechend aus den „Rauheitsanteilen“ berechnen:
rms² = rms(0...f₁)² + rms(f₁...f₂)² + rms(f₂...f₃)²... + rms(f_N...∞)². Da die unbeschichtete Substrat-Oberfläche bereits eine unregelmäßige Rauheit im längerwelligen Bereich aufweist, wurden längerwellige Rauheitskomponenten für die Analyse zunächst herausgefiltert (Frequenz < 1mm^–1). Von den resultierenden Topografien kann über einen weiten Spektralbereich die spektrale Dichte der Rauheit (power spectral density, PSD) betrachtet werden – gemittelt über x- und y-Richtung. Sollten die dekorierten Flächen kleiner sein als die in der obigen Auswertung beschriebenen Flächen (3,1 mm × 3,1 mm), so können ersatzweise auch Werte verwendet werden, die auf kleineren Flächen ermittelt wurden. Wichtig hierbei ist aber, die Mittelung der PSD-Funktion über eine statistische Gesamtheit durchzuführen, die der oben beschriebenen äquivalent ist (d.h. Mittelung über mindestens 2 × 3900 = 7800 Linienprofile).
Die Rauheitsanteile zwischen 10 mm^–1 und 30 mm^–1 und zwischen 30 und 100 mm^–1, d.h. rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} und rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} korrelieren mit den Werten für die Gleitreibungskoeffizienten µG.
Durch die Optimierung dieser Rauheitsparameter lässt sich das Dekor hinsichtlich der gewünschten niedrigen Gleitreibungskoeffizienten µG positiv beeinflussen.
Herstellung erfindungsgemäßer Dekore und Beschichtung von Substraten
Die erfindungsgemäßen Dekore basieren auf einer eingebrannten keramischen Farbe. Die keramische Farbe besteht aus einem Glasfluss, der u.a. mit Pigmenten, Füllstoffen versetzt sein kann.
Das Einbrennen des Dekors erfolgt üblicherweise bei Temperaturen, die unterhalb des Erweichungsbereiches des Substrates liegen, aber ausreichend hoch sind, um ein Aufschmelzen der Glasur und ein inniges Verbinden mit der Oberfläche des Substrates zu gewährleisten. Eine Möglichkeit der Herstellung von Glasuren besteht in dem Einschmelzen der Glasrohstoffe zu einem Glas, auch Glasfluss genannt, das nach dem Erschmelzen und Abkühlen aufgemahlen wird. Das Mahlprodukt wird als Glasfritte bezeichnet. Eine solche Glasfritte wird üblicherweise mit geeigneten Hilfsstoffen, zum Beispiel Suspendiermitteln, versetzt, die dem Auftragen des Emailpulvers dienen.
Die farbgebenden Pigmente werden bei herkömmlichen Dekoren üblicherweise der gemahlenen Glasfritte beigemischt und zusammen homogenisiert.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass zur Herstellung von reibwertoptimierten Dekoren der Verzicht auf Zusätze, wie etwa farbgebende Pigmente besonders vorteilhaft ist bzw. eine Begrenzung auf einen gewissen Anteil von z.B. max. 10 Gew.-%. Alternativ können die Pigmente zusammen mit den Basisgläsern aufgeschmolzen und zu Glasfritte vermahlen werden. Die hieraus hergestellten Dekore wiesen geringere Gleitreibungskoeffizienten µG auf als Dekore vergleichbarer Zusammensetzung, denen die Pigmente erst nach der Frittenherstellung zugemischt wurden.
Zum Mahlen der Glasfritte können verschiedene Trocken- und Nassmahltechnologien angewendet werden, bspw. Kugelmühlen, Strahlvermahlung. Es werden die Trockenmahlverfahren, wie Gegen-, Luft- oder Dampfstrahlvermahlung, bevorzugt, um die Agglomeratbildung der gemahlenen Produkte während der Trocknung weitestgehend zu verhindern. Insbesondere wird die Vermahlung mit einer trockenen Rührwerkskugelmühle in Kombination mit einem Sichter bevorzugt, um eine enge Partikelverteilung ohne Agglomerate zu erhalten.
Im Folgenden werden die bevorzugten Bestandteile der Glasur näher erläutert. In den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 sind verschiedene Glaszusammensetzungen angegeben, die zur Verwendung als Dekor, d.h. zur Beschichtung von Glas- bzw. Glaskeramiksubstraten in Frage kommen.
Als Glasfritte werden vorzugsweise folgende Glasarten verwendet, z.B. alkalifreie und alkalihaltige Gläser, Silikatgläser, Borosilikatgläser, Zinksilikatgläser, Zinkboratgläser, Zinkborosilikatgläser, Bismutborosilikatgläser, Bismutboratgläser, Bismutsilikatgläser, Phosphatgläser, Zinkphosphatgläser, Aluminosilikatgläser oder Lithiumaluminosilikatgläser. Je nach Einbrandbedingung und Trägermaterial (Substrat) wird der Fachmann ein geeignetes Glasurglas auswählen, insbesondere dahingehend, dass bei angepasster Glasur-Schichtdicke ein An- bzw. Aufschmelzen des Glasurglases gewährleistet ist. Das bedeutet beispielsweise, dass die Viskositätswerte Tg und Ew des Glases unterhalb der Einbrenntemperatur liegen. Bevorzugt liegt die Einbrenntemperatur mindestens 100 °C, bevorzugt mindestens 150 °C und weiter bevorzugt mindestens 200 °C oberhalb der Erweichungstemperatur. Die Zeitdauer des Einbrandes kann je nach verwendetem Temperaturprogramm zwischen einer Minute und mehreren Stunden liegen.
Die Schichtdicken der eingebrannten keramischen Dekore auf den Substraten können zwischen 0,5 µm und 50 µm, bevorzugt zwischen 1 und 20 µm, besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 7 µm liegen. Die Dekore können vollflächig oder auch lokal, als strukturierte Dekore wie Raster, Muster, Schriftzeichen, Symbole etc. vorliegen, als eine einzelne Schicht oder auch mehrere Dekore nebeneinander angeordnet und/oder auch übereinander beschichtet sein.
Ebenso können zusätzlich zu dem Dekor auf der Substratoberseite auch Dekor(e) auf der Unterseite angeordnet sein, insbesondere bei transparenten Substraten. Diese Dekore beispielsweise auf keramischer, Sol-Gel-, Silikon-, Polymer- Basis, und/oder Metalloxid-/Metallschichten, können einzeln als auch in Kombination(en) verwendet werden. Die Dekore auf der Unterseite können ebenfalls vollflächig oder auch lokal, als strukturierte Dekore wie Raster, Muster, Schriftzeichen, Symbole etc. vorliegen, als eine einzelne Schicht oder auch mehrere Dekore nebeneinander angeordnet oder auch übereinander beschichtet sein.
Die Applizierung der Dekore erfolgt vorzugsweise über Flüssigbeschichtungsverfahren wie Siebdruck-, Inkjet-, Off-Set-Druck-, Tampondruck-, Sprühverfahren, Tauchbeschichtung, Rollenbeschichtung, Rakeln, Fluten, Spin-Coating oder kann auch per Abziehbildverfahren erfolgen. Die notwendigen, meist organischen Hilfsmittel verflüchtigen sich beim Einbrennen der Dekore.
Als Substrate werden vorzugsweise Materialien verwendet, die Glas und/oder Glaskeramik aufweisen oder hieraus bestehen. Grundsätzlich können die Substrate auch aus Verbundmaterialien oder auch verstärkten bspw. faserverstärkten Materialien bestehen.

Die Substrate können mit weiteren Beschichtungen und/oder mit Zusatzfunktionen versehen sein. Bspw. können die Substrate chemisch oder thermisch gehärtet sein und/oder funktionelle Beschichtungen wie Anti-Kratz-, Easy-to-clean-Eigenschaften aufweisen. Ebenso sind Behandlungen, oder auch Nachbehandlungen, wie mechanische Bearbeitung, bspw. abrasive Prozesse, Polierprozesse, oder chemische Bearbeitung wie Ätzen nicht ausgeschlossen. Die Substrate können beispielsweise Bohrungen, lokale Erhöhungen oder Vertiefungen aufweisen, bevorzugt außerhalb des Dekorbereiches auf der Oberseite. In einem bevorzugten Fall wird das erfindungsgemäße Substrat zusätzlich mit einer funktionellen Beschichtung nach DE 10 2015 116 644 A und/oder DE 10 2014 104 799 A1 versehen, besonders bevorzugt mit einer vollflächigen Hartstoffschicht. Sie umfasst eine transparente, hochbrechende Hartstoffschicht auf Basis von Aluminiumnitrid (AlN), d.h. die Hartstoffschicht enthält AlN als einen wesentlichen Bestandteil. Der Anteil an AlN in der Hartstoffschicht ist größer als 50 Gew.-%. Die Hartstoffschicht kann hierbei sowohl eine amorphe als auch eine kristalline oder teilkristalline Struktur aufweisen, bevorzugt eine hexagonale Kristallstruktur der AlN-Schicht mit einem Kristallisationsgrad von zumindest 50%. Die Hartstoffschicht weist eine mittlere Rauheit Ra < 1,3 nm auf. Zudem ist die Beschichtung trotz ihrer kristallinen Struktur für Licht mit Wellenlängen im sichtbaren und infraroten Spektralbereich transparent, so dass die Beschichtung optisch unauffällig ist. Die Hartstoffschicht kann sowohl zwischen dem Substrat und dem gleitreibungsoptimierten Dekor aufgebracht sein, als auch auf dem gleitreibungsoptimierten Dekor. Die bevorzugte Variante ist, dass die oberste Schicht die Hartstoffschicht ist. Die Hartstoffschicht hat keinen negativen Einfluss auf den Gleitreibungskoeffizienten.

Gew.- %	Glas A	Glas B	Glas C	Glas D	Glas E	Glas F	Glas G	Glas H	Glas I
SiO₂	44–57	53–63	57–62	47–52	40–50	63–73	50–66	45–60	45–75
Al₂O₃	5–25	15–25	5–8	2–6	9–15	0–7	0–20	6–17	1–10
B₂O₃	0–27	15–22	18–23	17–21	10–15	12–29	0–8	0–10	10–30
Li₂O	0–10	2–7	2–6	3–5	0–4	0–6	0–12	0–7	0–5
Na₂O	0–10	0–1	0–1	1–5	1–4	0–8	7–15	0–7	0–10
K₂O	0–10	0–1	0–4	5–10	0–3	0–8	0–3	0–7	0–5
CaO	0–4	1–4	1–2	0–2	0–3	0–5	0–10	0–12	0–4
MgO	0–3	1–4	0–2	0–1	0–3	0,1–5	3–8	0–9	0–4
BaO	0–4	0–1	0–2	0–2	16–24	0–5	0–15	13–27	1–10
SrO	0–4	1–4	0,5–2	0–1	0–2	0–4	0–4	0–4	0–4
ZnO	0–15	1–4	0–2	0–3	8–15	0–15	0–5	3–17	0–20
TiO₂	0–3	0–1	0–2	0–2	0–3	0–5	0–5	0–2	0–2
ZrO₂	0–7	1–4	2–5	0–2	0–4	0–5	0–5	0–7	0–7
As₂O₃	0–1	0–1	0–1	0–1	0–1	0–1	0–1	0–1	0–1
Sb₂O₃	0–15	0–1	0–1	0–1	0–15	0–1	0–1	0–1	0–1
F	0–3	0–1	0–1	0–1	0–1	0–1	0–1	0–1	0–2

Tabelle 1: Glastypen gemäß Ausführungsform A

Gew.-%	Glas K	Glas L	Glas M	Glas N	Glas O
SiO₂	25–55	35–65	30–54	6–20	45–65
Al₂O₃	3–18	-	0–17,5	0–5	0–15
B₂O₃	5–25	-	13–28	20–38	5–30
Li₂O	0–12	0–6	3–6	-	0–10
Na₂O	3–18	0–6	4–10	-	0–10
K₂O	3–18	0–6	0–2	-	0–10
CaO	3–17	0–12	0–6	-	0–5
MgO	0–10	0–12	0–4	-	0–5
BaO	0–12	0–38	-	-	0–20
SrO	-	0–16	0–4	-	0–16
ZnO	-	17,5–38	3–13	35–70	0–35
TiO₂	0–5	-	0–2	0–5	0–5
ZrO₂	0–3	-	0–2	0–5	0–5
Bi₂O₃	-	-	-	0–20	0–20
CoO	-	-	-	0–5	-
Fe₂O₃	-	-	-	0–5	-
MnO	-	-	-	0–10	-
CeO₂	-	-	-	0–3	-
F	-	-	0–3,3	0–6	-

Tabelle 2: Glastypen gemäß Ausführungsform B

Ergebnisse
In Tabelle 3 sind die Ergebnisse von Messungen mit der Versuchsanordnung gemäß 1 zusammengestellt. Die Beispiele 1 bis 4 beschreiben beschichtete Substrate und sind Ausführungsbeispiele. Ein unbeschichtetes Substrat ist als Beispiel 7 als Vergleich mitaufgeführt. Die Beispiele 5 und 6 stellen beschichte Vergleichsbeispiele dar, die die Aufgabe der Erfindung nicht lösen.
Der Vergleich der eingebrannten Farben 1, 3–6, aufgeführt in Tabelle 3 a und 3b zeigt, dass trotz vergleichbarer Ra-Werte von 0,16 bis 0,20 µm deutlich unterschiedliche Gleitreibungskoeffizienten µG erzielt wurden.
Der Vergleich der eingebrannten Farben 1, 3–6, aufgeführt in Tabelle 3 a und 3b zeigt, dass trotz vergleichbarer Rz-Werte von 4,8 bis 8,5 µm deutlich unterschiedliche Gleitreibungskoeffizienten µG erzielt wurden.
Dagegen korrelieren die Rauheitsanteile rms_{(10...30 mm⁻¹)} (µm) und rms_{(30...100 mm⁻¹)} (µm) mit den Gleitreibungskoeffizienten µG. Es ist ersichtlich, dass die Farben 1–3 die besten Werte zeigen. Damit korrelieren auch die entsprechenden Werte von rms_{(10...30 mm⁻¹)} und rms_{(30...100 mm⁻¹)}, die mit ≤ 0,052 µm und ≤ 0,017 µm sehr niedrig sind. Auch die Farbe 4 ist als annehmbar einzustufen.

Ferner hat auch der Belegungsgrad (Flächenbelegung), d.h. wieviel % der Substratoberfläche mit Dekor versehen war, im Bereich von 0,5% bis 100% keinen starken Einfluss auf den Gleitreibungskoeffizienten µG bei den erfindungsgemäßen Dekoren. In Abhängigkeit von der Farbe kann sogar ein Dekor mit geringerem Belegungsgrad einen höheren Reibwiderstand aufweisen als z.B. ein zu 100 % mit derselben Farbe beschichtetes Dekor. Die Schichtdicken der eingebrannten Farben lagen zwischen 1,5 und 5 µm. In Tabelle 3 sind die Gleitreibungskoeffizienten µG zusammengestellt, die an Platten der Größe 25 cm × 25 cm durchgeführt wurden.

Beispiel	1	2	3	4	5	6	7 (Substrat)
LinienmusterFlächenbelegung 2%	0,10				0,14
Linienmuster Flächenbelegung 15%	0,10				0,22
Linienmuster Flächenbelegung 50%	0,10				0,20
Punktmuster Flächenbelegung 12,6% (Pkt-Größe 0,5 mm)	0,11	0,12	0,13	0,18	0,27	0,25	0,13 ohne Dekor
Bewertung	+	+	+	0	–	–	+

Tabelle 3a: Ergebnisse für den Gleitreibungskoeffizienten µG. Hier sind Mittelwerte von mehreren Messungen zusammengefasst, + bedeutet sehr gut, 0 bedeutet ausreichend, – bedeutet ungenügend/schlecht.

Beispiel	1	2	3	4	5	6	7 (Substrat ohne Dekor)
Ra [µm]	0,16	0,08	0,18	0,16	0,20	0,17	0,08
Rz [µm]	3,5	0,78	6,9	7,5	7,1	4,8	0,76
rms_{1 mm⁻¹...3 mm⁻¹}[µm]	0,116	0,048	0,101	0,100	0,105	0,105	0,069
rms_{3 mm⁻¹...10 mm⁻¹} [µm]	0,173	0,057	0,184	0,144	0,153	0,164	0,047
rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} [µm]	0,039	0,008	0,052	0,081	0,169	0,128	0,010
rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} [µm]	0,009	0,003	0,017	0,023	0,079	0,046	0,005
rms_{100 mm⁻¹...300 mm⁻¹} [µm]	0,007	0,002	0,012	0,015	0,016	0,010	0,002
Pigmentgröße D50 [µm]	< 0,5	< 0,7	< 0,7	< 0,7	< 1,3	< 1,9	-

Tabelle 3b: Ergebnisse für Pigmentgröße D50 und Rauheitwerte Ra und Rz bzw. Rauheitsanteile rms_{1 mm⁻¹...3 mm⁻¹} rms_{3 mm⁻¹...10 mm⁻¹} rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} rms_{100 mm⁻¹...300 mm⁻¹}

Ausführungsbeispiele
Beispiel 1
Es wurden 47,5 g einer aufgemahlenen Glasfritte (Glas A, Angaben in Gew.%: 52% SiO₂, 17% Al₂O₃, 19% B₂O₃, 4% R₂O, 8% RO + RO₂, Tg = 580°C, Ew = 750°C), Partikelgröße D50 = 1,5 µm D90 = 4 µm, agglomeratfrei) mit 2,5 g Pigment (Korngröße D50 < 0,5 µm, D90 < 1 µm) und mit 60 g Siebdruckanpastmedium versetzt, dispergiert und mit einem Dreiwalzwerk so homogenisiert, dass keine Agglomerate mehr vorhanden waren. Die erhaltene Paste wurde per Siebdruck (140er Gewebe) z.B. als Dekore mit Linienbreiten von 0,3 mm, 1 mm, 5 mm und Belegungsgraden von 2–50 % auf 4 mm dickes transparent eingefärbtes Lithium-Aluminium-Silikat-Grünglas aufgetragen. Die so bedruckten Grünglasplatten wurde im Ofen gleichzeitig eingebrannt und keramisiert (Tmax 935°C, Haltezeit 10 min). Der Ra-Wert dieser Dekore betrug 0,16 µm; rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹}:0,039 µm, rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹}:0,009 µm; der Gleitreibungskoeffizient µG betrug 0,10.
Beispiel 2
Es wurden 48 g einer in einer Rührwerkskugelmühle (trocken) mit Sichter aufgemahlenen Glasfritte (Glas A, Angaben in Gew.%: 52% SiO₂, 17% Al₂O₃, 19% B₂O₃, 4% R₂O, 8% RO + RO₂, Tg = 580°C, Ew = 750°C), Partikelgröße D50 = 1,5 µm D90 = 4 µm, agglomeratfrei) mit einer 2 g Pigmentmischung aus 2 Pigmenten (Titanoxid mit Cobalt-Eisen-Chrom-Mangan-Oxid versetzt, Korngröße D50 < 0,7 µm) und mit 60 g Siebdruckanpastmedium versetzt, dispergiert und mit einem Dreiwalzwerk so homogenisiert, dass keine Agglomerate mehr vorhanden waren. Die erhaltene Paste wurde per Siebdruck (140er Gewebe) z.B. als Punktmuster mit Durchmesser von 0,5 mm und einem Belegungsgrad von 12,6% auf 4 mm dickes transparentes Lithium-Aluminium-Silikat-Grünglas aufgetragen. Die bedruckten Grünglasplatten wurden im Ofen gleichzeitig eingebrannt und keramisiert (Tmax 935°C, Haltezeit 10 min). Der Ra-Wert dieser Platte betrug 0,08 µm; rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹}:0,008 µm, rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹}:0,003 µm; der Gleitreibungskoeffizient µG betrug 0,12.
Beispiel 3, 4
Bei Beispiel 3 wurden 45 g einer in einer Rührwerkskugelmühle (trocken) mit Sichter aufgemahlenen Glasfritte (Glas A, Angaben in Gew.%: 52% SiO₂, 17% Al₂O₃, 19% B₂O₃, 4% R₂O, 8% RO + RO₂, Tg = 580°C, Ew = 750°C), Partikelgröße D50 = 1,5 µm D90 = 4 µm, agglomeratfrei) mit 5 g Pigmentmischung (Titanoxid mit Chrom-Antimon-Titan-Oxid versetzt, Korngröße D50 < 0,7 µm) und mit 60 g Siebdruckanpastmedium versetzt, dispergiert und mit einem Dreiwalzwerk so homogenisiert, dass keine Agglomerate mehr vorhanden waren. Die erhaltene Paste wurde per Siebdruck (140er Gewebe) auf 4 mm dickes transparent eingefärbtes Lithium-Aluminium-Silikat-Grünglas aufgetragen. Die bedruckten Grünglasplatten wurde im Ofen gleichzeitig eingebrannt und keramisiert (Tmax 935°C, Haltezeit 10 min). Der Ra-Wert dieses Dekors betrug 0,18 µm; rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} :0,052 µm, rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹}:0,017 µm; der Gleitreibungskoeffizient µG beim Punktraster betrug 0,13.
Beispiel 4 wurde identisch zu Beispiel 3 hergestellt, die 5g Pigmentmischung enthielt Titan-Mangan-Antimon-Oxid (D50 < 0,7 µm). Der Ra-Wert dieses Dekors betrug 0,16 µm; rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹}:0,081 µm, rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹}:0,023 µm; der Gleitreibungskoeffizient µG beim Punktraster betrug 0,18.
Beispiel 5
Es wurden 42,5 g einer in einer Rührwerkskugelmühle (Nassmahlung) aufgemahlenen Glasfritte (Glas A, Angaben in Gew.%: 52% SiO₂, 17% Al₂O₃, 19% B₂O₃, 4% R₂O, 8% RO + RO₂, Tg = 580°C, Ew = 750°C), Partikelgröße D50 = 1,5 µm D90 = 4 µm) mit 7,5g Pigmentmischung (Titanoxid mit Eisen-Cobalt-Chrom-Spinell, Korngröße D50 < 1,3 µm) und mit 60 g Siebdruckanpastmedium versetzt, dispergiert und mit einem Dreiwalzwerk homogenisiert. Die erhaltene Paste wurde per Siebdruck (140er Gewebe) auf 4 mm dickes transparent eingefärbtes Lithium-Aluminium-Silikat-Grünglas aufgetragen. Die bedruckten Grünglasplatten wurde im Ofen gleichzeitig eingebrannt und keramisiert (Tmax 935°C, Haltezeit 10 min). Der Ra-Wert dieses Dekors betrug 0,20 µm; rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹}:0,169 µm, rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹}:0,079 µm; der Gleitreibungskoeffizient µG je nach Dekormuster mit > 10% Belegungsgrad betrug 0,20–0,27. Beispiel 5 ist ein Beispiel dafür, dass kleine Rz-Werte nicht mit niedrigen Reibwerten gleichzusetzen sind.
Beispiel 6
Bei Beispiel 6 wurden 45 g einer in einer Rührwerkskugelmühle (trocken) mit Sichter aufgemahlenen Glasfritte (Glas A, Angaben in Gew.%: 52% SiO₂, 17% Al₂O₃, 19% B₂O₃, 4% R₂O, 8% RO + RO₂, Tg = 580°C, Ew = 750°C), Partikelgröße D50 = 1,5 µm D90 = 4 µm) mit 5g Pigment (Zirkon-Eisen-Silikat, Korngröße D50 < 1,9 µm; D90 < 4 µm) und mit 60 g Siebdruckanpastmedium versetzt, dispergiert und mit einem Dreiwalzwerk homogenisiert. Die erhaltene Paste wurde per Siebdruck (140er Gewebe) auf 4 mm dickes transparent eingefärbtes Lithium-Aluminium-Silikat-Grünglas aufgetragen. Die bedruckten Grünglasplatten wurde im Ofen gleichzeitig eingebrannt und keramisiert (Tmax 935°C, Haltezeit 10 min). Der Ra-Wert dieses Dekors betrug 0,17 µm; rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹}:0,128 µm, rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹}:0,046 µm; der Gleitreibungskoeffizient µG beim Punktraster betrug 0,25. Beispiel 6 ist ein Beispiel dafür, dass kleine Ra- bzw. Rz-Werte nicht mit niedrigen Reibwerten gleichzusetzen sind.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass es eine Reihe von Möglichkeiten gibt, den Reibwiderstand vorteilhaft zu verringern.
So kann man mit geringen Partikelgrößen von Glasfluss und Pigment (z.B. D90 ≤ 4 µm) zwar Farben mit niedrigen Ra-Werten (< 0,3 µm) erhalten, aber einen wesentlichen Einfluss auf den Gleitreibungskoeffizienten µG haben insbesondere die Agglomerate. Die Agglomerate in der Farbe können durch gezielte Verfahrensparameter reduziert werden, beginnend bei der Präparation der Ausgangsrohstoffe als auch während der Homogenisierung und Dispergierung zur Farbpaste. Die Farbpasten dürfen im Wesentlichen keine Agglomerate > 20 µm, bevorzugt > 10 µm, besonders bevorzugt > 5 µm aufweisen.
Zur Vermeidung von Agglomeraten sind insbesondere Trockenmahlverfahren bevorzugt.
Ebenso wichtig ist die Anpassung der Einbrandparameter auf das Substrat und die jeweilige Farbe, um die gewünschten niedrigen der Gleitreibungskoeffizienten µG zu erzeugen. Die Farbe an sich kann in einem recht großen Parameterbereich eingebrannt werden, um die Eigenschaften zu erfüllen, die bspw. an ein dekoriertes Kochfeld gestellt werden. Für den Reibwiderstand jedoch muss der Bereich so ausgewählt werden, dass der Glasfluss vollständig aufgeschmolzen ist, die Pigmente gut in den Fluss eingebettet sind und weitergehende Effekte wie Veränderung der Oberfläche durch Verdampfungsprozesse, Oberflächenkristallisation des Glasflusses, Aufschwimmen der Pigmente, verhindert werden.
In diesem Zusammenhang ergibt sich aus den verschiedenen Untersuchungen, dass offensichtlich Dekore ohne Zusatz von Pigmenten besonders gut geeignet sind. Auch Farben mit geringem Pigmentanteil ergeben (in Kombination mit anderen Maßnahmen) verbesserte Gleitreibungskoeffizienten µG.
Die erfindungsgemäß niedrigen Gleitreibungskoeffizienten spiegeln den niedrigen Reibwiderstand wider, der beim Verschieben der Kochbehälter auf der Kochfläche schon an sich als geringer Widerstand angenehmer als höherer Widerstand empfunden wird und der den beim Verschieben des Topfes auftretenden Eindruck einer unerwünschten Abnutzung der Kochflächenoberseite deutlich mindert, was ebenfalls von dem auf dem Kochfeld Hantierendem als angenehmer empfunden wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-101134 A [0006]
JP 2014-037926 A [0006]
JP 2003-217811 A [0006]
JP 2007-170754 A [0006]
DE 10338165 A1 [0006]
DE 102004002766 A1 [0006]
DE 102011115379 A1 [0007]
DE 102013102221 A1 [0008]
DE 102015116644 A [0090]
DE 102014104799 A1 [0090]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 4768 [0015]
DIN 4768 [0067]
Norm ISO 10110-8:2010(E) [0073]

Claims

Beschichtetes Substrat, vorzugsweise aus Glas oder Glaskeramik, vorzugsweise Induktionskochfläche aus Glaskeramik, mit einem Dekor auf Glasbasis, mit einem Gleitreibungskoeffizienten µG ≤ 0,18, bevorzugt µG ≤ 0,15, besonders bevorzugt µG ≤ 0,13, gemessen auf dem mit dem Dekor beschichteten Substrat mit den Außenmaßen 250 × 250 mm², unter Verwendung eines Edelstahltopfes mit Edelstahl-Sandwichboden mit einer Ebenheitsabweichung von 0,5 ± 0,15 mm, einer Rauheit Ra von 2 ± 1 µm, mit einem Durchmesser des Stellbodens von 11 ± 1 cm und einem Topfgewicht von 0,25 ± 0,02 kg, unter Verschieben des Topfes mit einer Geschwindigkeit von 5 ± 1 cm/s.
Substrat nach Anspruch 1, bei dem der Gleitreibungskoeffizient µG des Dekores auf dem Substrat kleiner als der des undekorierten Substrates ist.
Beschichtetes Substrat, vorzugsweise aus Glas oder Glaskeramik, vorzugsweise Induktionskochfläche aus Glaskeramik, mit einem Dekor auf Glasbasis, bei dem das Dekor einen mit Weißlicht-Interferenzmikroskopie bestimmten Rauheitsanteil rms im Bereich von 10 mm^–1 bis 30 mm^–1 kleiner als 0,1 Mikrometer aufweist (rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,1 µm), bevorzugt rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,08 µm, besonders bevorzugt rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,05 µm, und einen Rauheitsanteil rms im Bereich von 30 mm^–1 bis 100 mm^–1 kleiner als 0,03 Mikrometer aufweist (rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,03 µm), bevorzugt rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,02 µm, besonders bevorzugt rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,01 µm.
Substrat nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Beschichtung aus einer eingebrannten Glasfritte auf der Basis von Silikatgläsern, Borosilikatgläsern, Zinksilikatgläsern, Zinkboratgläsern, Zinkborosilikatgläsern, Bismutborosilikatgläsern, Bismutboratgläsern, Bismutsilikatgläsern, Phosphatgläsern, Zinkphosphatgläsern, Aluminosilikatgläsern oder Lithium-Aluminosilikatgläsern besteht.
Substrat nach Anspruch 4, bei dem die Glasfritte Zusätze aus Pigmenten und/oder Füllstoffen aufweist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das aus einer Glaskeramik, insbesondere aus einer LAS-Glaskeramik, insbesondere zur Verwendung als variable -Kochfläche, insbesondere als variable Induktionskochfläche besteht.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das auf einem Flächenanteil von 0,5–100 % seiner Oberseite mit einem Dekor versehen ist.
Verfahren zum Dekorieren eines Substrates, vorzugsweise aus Glas oder Glaskeramik, insbesondere für eine Induktionskochfläche aus Glaskeramik, mit einem Dekor auf Glasbasis mit geringem Gleitreibungskoeffizienten µG, bei dem eine Glasfritte auf eine Partikelgröße von D90 von 10 Nanometer bis 50 Mikrometer, vorzugsweise von 20 Nanometer bis 10 Mikrometer, besonders bevorzugt von 2 Mikrometer bis 10 Mikrometer, gemahlen wird und mit einem Dispergiermedium versetzt und im Wesentlichen agglomeratfrei homogenisiert wird, dann auf eine Oberfläche des Substrates appliziert und eingebrannt wird, derart, dass das beschichtete Substrat einen Gleitreibungskoeffizienten µG < 0,18 aufweist, gemessen auf dem mit dem Dekor beschichteten Substrat mit den Außenmaßen 250 × 250 mm², unter Verwendung eines Edelstahltopfes mit einem Edelstahl-Sandwichboden mit einer Ebenheitsabweichung von 0,5 ± 0,15 mm, einer Rauheit Ra von 2 ± 1 µm mit einem Durchmesser des Stellbodens von 11 ± 1 cm und einem Topfgewicht von 0,25 ± 0,02 kg, unter Verschieben des Topfes mit einer Geschwindigkeit von 5 ± 1 cm/s.
Verfahren zum Dekorieren eines Substrates, vorzugsweise aus Glas oder Glaskeramik, insbesondere für eine Induktionskochfläche aus Glaskeramik, mit einem Dekor auf Glasbasis mit geringem Gleitreibungskoeffizienten µG, bei dem eine Glasfritte auf eine Partikelgröße von D90 von 10 Nanometer bis 50 Mikrometer, vorzugsweise von 20 Nanometer bis 10 Mikrometer, besonders bevorzugt von 2 Mikrometer bis 10 Mikrometer, gemahlen wird und mit einem Dispergiermedium versetzt und im Wesentlichen agglomeratfrei homogenisiert wird, dann auf eine Oberfläche des Substrates appliziert und derart eingebrannt wird, dass die Oberfläche einen mit Weißlicht-Interferenzmikroskopie bestimmten Rauheitsanteil rms im Bereich von 10 mm^–1 bis 30 mm^–1 kleiner als 0,1 Mikrometer aufweist (rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,1 µm), bevorzugt rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,08 µm, besonders bevorzugt rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,05 µm, und einen Rauheitsanteil rms im Bereich von 30 mm^–1 bis 100 mm^–1 kleiner als 0,03 Mikrometer aufweist (rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,03 µm), bevorzugt rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,02 µm, besonders bevorzugt rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,01 µm.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem das Vermahlen und Homogenisieren der Glasfritte derart erfolgt, dass im Wesentlichen keine Agglomerate > 10 Mikrometer, besonders bevorzugt > 5 Mikrometer vorhanden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem zum Mahlen der Glasfritte ein Trockenmahlverfahren, insbesondere mit Kugelmühlen-, Strahlmühlen-, Gegen- oder Luftvermahlung, oder auch Kombinationen aus Kugelmühle und Strahlmühle, sowie Gegenstrahlmühlen, die mit überhitztem Dampf arbeiten, verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem der Glasfritte Zusatzstoffe, insbesondere Pigmente, Füllstoffe, beigemischt werden und zusammen damit homogenisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem als Füllstoffe SiOx-Partikel, Aluminiumoxid-Partikel, pyrogene Kieselsäuren, Kalk-Natron-Silikatglas-Partikel, Alkali-Aluminosilikatglas-Partikel zugesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem als Pigmente farbgebende Pigmente in Form von Metalloxiden zugesetzt werden, insbesondere Cobalt-Oxide/-Spinelle, Cobalt-Aluminium-Spinelle, Cobalt-Aluminium-Zink-Oxide, Cobalt-Aluminium-Silizium-Oxide, Cobalt-Titan-Spinelle, Cobalt-Chrom-Spinelle, Cobalt-Aluminium-Chrom-Oxide, Cobalt-Nickel-Mangan-Eisen-Chrom-Oxide/-Spinelle, Cobalt-Nickel-Zink-Titan-Aluminium-Oxide/-Spinelle, Chrom-Eisen-Nickel-Mangan-Oxide/-Spinelle, Cobalt-Eisen-Chrom-Oxide/-Spinelle, Cobalt-Eisen-Chrom-Mangan-Oxide/-Spinelle, Nickel-Eisen-Chrom-Oxide/-Spinelle, Eisen-Mangan-Oxide/-Spinelle, Eisen-Oxide, Eisen-Chrom-Oxide, Eisen-Chrom-Zinn-Titan-Oxide, Eisen-Chrom-Zink-Oxide, Kupfer-Chrom-Spinelle, Chrom-Antimon-Titan-Oxide, Nickel-Chrom-Antimon-Titan-Oxide, Titan-Mangan-Antimon-Oxide, Cobalttitanate, Titan-Oxide, Zirkon-Silizium-Eisen-Oxide/-Spinelle als Absorptionspigmente, insbesondere auch plättchen- oder stäbchenförmige Pigmente, beschichtete Effektpigmente verwendet, die als Einzelpigmente oder auch als Pigmentmischung der Glasfritte zugesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem der Glasfritte nach dem Vermahlen maximal 20 Gew.-%, vorzugsweise 10 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 7 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 5 Gew.-%, an Pigmenten und/oder Füllstoffen zugesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, bei dem Pigmente und/oder Füllstoffe zugesetzt werden, die zusammen mit dem Glasfluss aufgeschmolzen und vermahlen werden, bevor das Dekor auf die Glasoberfläche appliziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, bei dem zur Applizierung des Dekors auf eine Substratoberfläche ein Flüssigbeschichtungsverfahren, insbesondere ein Siebdruck-, Inkjet-, Offset-Druck-, Tampondruck-, Sprüh-, Tauchbeschichtungs-, Rollenbeschichtungs-, Abziehbildverfahren oder Rakeln, Fluten, Spin-Coating, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem zum Homogenisieren ein Walzwerk verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 18, bei dem das Dekor nach der Applikation eingebrannt wird, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 600 °C bis 1200 °C, über eine Zeitdauer von 1 Minute bis 4 Stunden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 19, bei dem als Substrat ein Glas oder eine Glaskeramik verwendet wird mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizient im Bereich von 20–300 °C von ≤ 7·10^–6/K, bevorzugt ≤ 6,5·10^–6/K, weiter bevorzugt von ≤ 5·10^–6/K, besonders bevorzugt im Bereich von –1·10^–6/K bis 4,5·10^–6/K.
Verfahren nach einem der Ansprüche der Ansprüche 8 bis 20, bei dem als Substrat eine Glaskeramik, insbesondere eine LAS-Glaskeramik verwendet wird, auf die das Dekor im Grünglaszustand appliziert wird und das Dekor eingebrannt und wobei gleichzeitig das Grünglas keramisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das Einbrennen und die Keramisierung bei einer Temperatur von 850 bis 1200 °C, vorzugsweise bei 900 bis 1150 °C erfolgt, über eine Zeitdauer von 5 bis 240 Minuten, vorzugsweise von 10 bis 60 Minuten, besonders bevorzugt von 10 bis 30 Minuten.
Verfahren nach einem der Ansprüche der Ansprüche 8 bis 22, bei dem als Substrat eine Glaskeramik, insbesondere eine LAS-Glaskeramik verwendet wird, auf die das Dekor im keramisierten Zustand appliziert wird und das Dekor eingebrannt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das Einbrennen bei einer Temperatur von 600 °C bis 1200 °C, vorzugsweise bei 700 °C bis 900 °C erfolgt, über eine Zeitdauer von 1 Minute bis 240 Minuten, vorzugsweise von 2 Minuten bis 120 Minuten.
Verwendung eines Dekors auf Glasbasis zur Erzeugung einer Beschichtung auf einer Oberfläche eines Substrates aus Glas oder Glaskeramik, das insbesondere für eine variable Kochfläche, insbesondere für eine variable Induktionskochfläche verwendet wird, mit niedrigem Gleitreibungskoeffizienten µG < 0,18, gemessen auf dem mit dem Dekor beschichteten Substrat mit den Außenmaßen 250 × 250 mm, unter Verwendung eines Edelstahltopfes mit Edelstahl-Sandwichboden mit einer Ebenheitsabweichung von 0,5 ± 0,15 mm, einer Rauheit Ra von 2 ± 1 µm mit einem Durchmesser des Stellbodens von 11 ± 1 cm und einem Topfgewicht von 0,25 ± 02 kg, unter Verschieben des Topfes mit einer Geschwindigkeit von 5 ± 1 cm/s.
Verwendung eines Dekors auf Glasbasis zur Erzeugung einer Beschichtung auf einer Oberfläche eines Substrates aus Glas oder Glaskeramik, das insbesondere für eine variable Kochfläche, insbesondere für eine variable Induktionskochfläche verwendet wird, mit einem mit Weißlicht-Interferenzmikroskopie bestimmten Rauheitsanteil rms im Bereich von 10 mm^–1 bis 30 mm^–1 kleiner als 0,1 Mikrometer (rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,1 µm), bevorzugt rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,08 µm, besonders bevorzugt rms_{10 mm⁻¹...30 mm⁻¹} < 0,05 µm, und einen Rauheitsanteil rms im Bereich von 30 mm^–1 bis 100 mm^–1 kleiner als 0,03 Mikrometer (rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,03 µm), bevorzugt rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,02 µm, besonders bevorzugt rms_{30 mm⁻¹...100 mm⁻¹} < 0,01 µm.