DE102016218176A1 - Langzeitbiegbares Glasmaterial, sowie Verfahren zur Herstellung eines langzeitbiegbaren Glasmaterials - Google Patents

Langzeitbiegbares Glasmaterial, sowie Verfahren zur Herstellung eines langzeitbiegbaren Glasmaterials Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein langzeitbiegbares Glasmaterial bevorzugt in Form eines auf eine Rolle aufgewickelten Glasmaterials, insbesondere eines Glasbandes mit einer Dicke von weniger als 500 µm, bevorzugt höchstens 350 µm und einer Mindestdicke von 5 µm, insbesondere im Bereich 20 µm bis 200 µm. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das langzeitbiegbare Glasmaterial derart beschaffen ist, dass die Anzahl, der sich im Lauf der Zeit entwickelnden Brüche N des gebogenen Glases mit einem Biegeradius R im Bereich 1 mm, bis 107 mm, bevorzugt 5 mm bis 106 mm, insbesondere 10 bis 103 mm nach einer Lagerzeit von wenigstens 3 Tagen, bevorzugt wenigstens 5 Tagen, insbesondere wenigstens 7 Tagen, ganz bevorzugt wenigstens 10 Tagen, insbesondere wenigstens 50 Tage, insbesondere bevorzugt wenigstens 150 Tage, ganz besonders bevorzugt wenigstens 300 Tage, eine Restbruchwahrscheinlichkeit Φ für einen Lagerzeitraum von maximal einem halben Jahr, insbesondere einem Jahr, bevorzugt 2 Jahren, am bevorzugtesten maximal 5 Jahren, von kleiner 0,1, bevorzugt weniger 0,05, insbesondere weniger als 0,01 aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft allgemein ein langzeitbiegbares Glasmaterial, bevorzugt in Form eines auf einer Rolle aufgewickelten Glasmaterials, insbesondere ein Glasband mit Dicken unterhalb von 500 µm, die auch als Dünngläser bezeichnet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines langzeitbiegbaren Glasmaterials und die Verwendung als gebogenes Glassubstrat.
  • Gläser mit Dicken unterhalb von 500 µm, sogenannte Dünngläser werden in vielen Bereichen der Technik verwendet. Genannt seien beispielsweise Displays, Fenster für optoelektronische Komponenten, Verkapselungen und elektrische Isolationsschichten.
  • Um Dünngläser für die Weiterverarbeitung handhaben zu können sowie auch für die Lagerung und den Transport ist es günstig, ein Dünnglasband aufzurollen. Das Glas kann so bei der Weiterverarbeitung direkt von der Rolle abgewickelt und bearbeitet werden. Ein Problem dabei liegt allerdings darin, dass Glasbänder nach der Herstellung geschädigt sein können, beispielsweise Kantenschädigungen oder Risse aufweisen. Beim Aufwickeln ist das Glasband des Weiteren Belastungen ausgesetzt, beispielsweise Biegespannungen im Glas. Diese Schädigungen und Belastungen, insbesondere Biegespannungen können dazu führen, dass die aufgewickelten Glasbänder brechen. Bereits ein einzelner Bruch kann dabei ein erhebliches Problem verursachen, da an der Bruchstelle beim Abwickeln des Bandes ein Weiterverarbeitungsprozess unterbrochen werden muss. Der Bruch des aufgewickelten Glasbandes entsteht dadurch, dass es bei geschädigten Glasoberflächen, d.h. bei Verletzung der Glasoberfläche, die z.B. Risse im Kantenbereich des Glasbandes aufweisen, es zu einem Risswachstum und sogar bis zum Bruch kommen kann. Weiterhin wird solch ein Dünnglas auch als gebogenes Glassubstrat verwendet, wo es dauerhaft auf einer Seite einer Zugspannung ausgesetzt ist, z.B. als Abdeckglas eines gebogenen Displays.
  • Hierbei muss sichergestellt sein, dass ein Risswachstum, welches zu einem Riss oder Bruch führen könnte, ausgeschlossen ist.
  • Die US 2013/0196 163 A1 beschreibt ein Verfahren zum Biegen von Glas, bei dem eine Glasbahn so auf eine Verstärkungsfolie laminiert wird, dass bei der Biegung die neutrale Ebene der Biegelinie in der Verstärkungsfolie liegt und die Glasbahn komplett in der biegungsinduzierten Druckspannungszone liegt. Das erfordert Verstärkungsfolien, deren Dicke ein Mehrfaches der Glasdicke beträgt, und für das Laminat muss wenig kriechender und damit spröd-aushärtender Kleber mit hoher Festigkeit verwendet werden. Mit der hohen Festigkeit können aber Probleme auftreten, wenn der Kleber sich nur schlecht lösen oder nicht restlos entfernen lässt. Jedenfalls stellt die Entfernung des Klebstoffs einen zusätzlichen, vor dem Zuschnitt notwendigen Verfahrensschritt dar. Außerdem ist der Wicklungssinn festgelegt. Hinsichtlich der Bruchfestigkeit des gewickelten Glases ist das Kriechen in der Verklebung und eine Spannungsrelaxation in der Verstärkungsfolie zu berücksichtigen. Wandert durch Spannungsrelaxation die neutrale Ebene in die Glasbahn, gerät das Glas unter Zugspannung, die sich beim Abwickeln sogar verstärken kann.
  • Die US 824 1751 B2 beschreibt eine Glasrolle mit niedriger instantaner Bruchwahrscheinlichkeit, wenn für die Biegungen ein minimaler Biegeradius eingehalten wird. Die Schrift lässt aber den Aspekt verzögert auftretender Brüche unberücksichtigt. Insbesondere werden auch Brüche, die an den Kanten des Glasbandes entstehen, vernachlässigt. Für die in der Schrift beschriebenen Bemaßungsregeln ist nach sehr kurzer Zeit Glasbruch zu erwarten.
  • Die WO 2012/176594 A1 schlägt vor, dass bei einem Transfer von einer Rolle auf die nächste Rolle, um einen Bruch beim Transfer zu verhindern, eine relative Feuchte von 40% rF oder geringer eingehalten werden soll. Auf diese Art und Weise soll es gelingen, die Wahrscheinlichkeit von Brüchen deutlich zu verringern. Das in der WO 2012/176 594 A1 vorgeschlagene Verfahren gibt für relative Feuchten ≤ 1% rF die besten Ergebnisse an. Das Verfahren gemäß der WO 2012/176 594 A1 dient aber nur der kurzfristigen Stabilisierung des Glasbands während der Prozessierung unter signifikanter Feuchtereduktion. Eine langfristige Stabilitätsverbesserung des Dünnglases in der allgemeinen Weiterverarbeitung oder als Endprodukt wird nicht erreicht.
  • Aus der US 9,321,679 B2 ist ein Glaselement mit einer Dicke von 25 µm bis 125 µm bekannt geworden. Aus der US 9,321,679 B2 geht hervor, dass bei einem Krümmungsradius von 3 mm bis 20 mm bei 25° C für wenigstens 60 Minuten ein Brechen des Glasmaterials nicht auftritt. Auch Weilbull-Verteilungen zum Nachweis der Vorteilhaftigkeit des Ätzschrittes (etch step) sind in der US 9,321,679 B2 gezeigt. Nicht gezeigt ist in der US 9,321,679 B2 ein Proof-Test für ein langzeitbiegbares Glasmaterial, ebenso wenig wie Kriterien, die für ein langzeitbiegbares Glasmaterial angewandt werden können.
  • In der Regel werden Glasmaterialien mit einer Dicke ≤ 500 µm, sogenannte Dünngläser nicht direkt weiterverarbeitet. Vielmehr wird das Glasmaterial zu Rollen gewickelt und gewisse Zeit gelagert. Der an die Lagerung sich anschließende Transport zu einer weiterverarbeitenden Betriebsstätte verursacht zusätzliche dynamische Lasten.
  • In gewickelten Glasrollen steht das Glas in der Regel unter Spannung, beispielsweise unter Biegespannung. Zusätzlich weisen Glasbänder Kantenschädigungen oder Risse auf. Dies kann dazu führen, dass die gewickelten Glasbänder brechen und eine Weiterverarbeitung nicht mehr möglich ist. Es ist daher wünschenswert, ein Kriterium bzw. einen Proof-Test bzw. einen Prüftest zur Verfügung zu stellen, der Aussagen darüber zulässt, ob ein Glasmaterial langzeitbiegbar ist. Ein Proof-Test, d. h. ein Prüftest ist ein Instantentest und zeichnet sich dadurch aus, dass eine Soll-Größe vorgegeben ist, eine Ist-Größe bestimmt wird und die Ist-Größe mit der Soll-Größe verglichen wird. Ist beispielsweise bei einem Proof-Test für ein langzeitbiegbares Glasmaterial die Ist-Größe, die Risstiefe und diese kleiner als eine Soll-Größe, z. B. eine vorgegebene Risstiefe, so wird das aufgerollte Glasmaterial als langzeitbiegbar klassifiziert.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Probleme im Stand der Technik zu vermeiden und insbesondere ein langzeitbiegbares Glasmaterial als Dünnglas anzugeben, welches unter einer lange Zeit auf einer Seite einwirkenden Zugspannung gelagert oder verwendet wird und das bei einer Weiterverarbeitung einer gelagerten Glasrolle oder im Verlauf der Langzeitverwendung eine sehr geringe Bruchwahrscheinlichkeit hat, bzw. bei der ein Bruch vermieden wird.
  • Des Weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung eines langzeitbiegbaren Glasmaterials angegeben werden, die Verwendung eines langzeitbiegbaren Glasmaterials sowie ein Prüftest bzw. Proof-Test für langzeitbiegbares Glasmaterial. Bei einem Proof-Test für ein langzeitbiegbares Glasmaterial wird die Ist-Größe, nämlich die Risstiefe mit einer Soll-Größe, nämlich eine vorgegebene Risstiefe, verglichen. Ist die Ist-Größe kleiner als die Sollgröße, so wird ein Glasmaterial als langzeitbiegbar klassifiziert. Bei einem derartig charakterisierten Glasmaterial liegt die Bruchwahrscheinlichkeit unterhalb von 0,1. Die Risstiefe ist ein Maß für die Kantenstabilität. Dabei ist die Risstiefe ein Maß für die Bruchspannung. Die kritische Risstiefe für ein Glasmaterial, ab dem es bei Spannungsbelastungen zum Bruch kommt, wird durch die Glasparameter Bruchzähigkeit des Glasmaterials, dem Elastizitätsmodul des Glasmaterials, der Dicke des Glasmaterials und den Biegeradius des Glasmaterials bestimmt. Für die Risstiefe ac gilt, ac = ((K1c + R)/(E + d))2 wobei K1c die Bruchzähigkeit, R der Biegeradius, E das Elastizitätsmodul und d die Dicke des Glasmaterials ist. Für gängige Glasmaterialien liegt die Bruchzähigkeit im Bereich 0,1 bis 1,5 MPa·√m. Bei einem Elastizitätsmodul von 75 GPa und einer Dicke von 100 µm sowie einem Biegeradius von 75 mm ergibt sich eine kritische oder vorgegebene Risstiefe von 49 µm. Jede Glasrolle mit einer Risstiefe größer 49 µm, beispielsweise von 60 µm, wird nach einem derartigen Proof-Test als nicht langzeitbiegbar klassifiziert. Ist die Risstiefe kleiner 49 µm, beispielsweise 30 µm, wird das Glasmaterial als langzeitbiegbar eingestuft, da dann auch bei einer Lagerung für einen längeren Zeitraum von wenigstens 1 Tag, insbesondere wenigstens 5 Tagen, bevorzugt wenigstens 10 Tagen, insbesondere wenigstens 50 Tagen, ganz bevorzugt wenigstens 300 Tagen, eine Restbruchwahrscheinlichkeit für einen Lagerzeitraum von maximal einem halben Jahr, insbesondere einem Jahr, bevorzugt 2 Jahren, am bevorzugtesten maximal 5 Jahren, von kleiner 0,05, insbesondere kleiner 0,01, erreicht wird.
  • Generell wird ein Glas brechen, sobald die vorgegebene Risstiefe überschritten wird.
  • Erfindungsgemäß wird in einem ersten Aspekt der Erfindung diese Aufgabe durch ein langzeitbiegbares Glasmaterial, bevorzugt in Form eines auf eine Rolle aufgewickelten Glasmaterials, insbesondere eines Glasbandes mit einer Dicke von weniger als 500 µm, bevorzugt weniger 350 µm und einer Mindestdicke von 5 µm, insbesondere im Bereich 20 µm bis 200 µm gelöst, wobei das langzeitbiegbare Glasmaterial derart beschaffen ist, dass die Anzahl der sich im Lauf der Zeit entwickelnden Brüche N(t) eines gebogenen Glases mit einem Biegeradius R im Bereich 1 mm bis 107 mm, bevorzugt 5 mm bis 106 mm, insbesondere 10 bis 103 mm nach einer Lagerzeit von wenigstens einem Tag, insbesondere wenigstens 3 Tagen, bevorzugt wenigstens 5 Tagen, insbesondere wenigstens 7 Tagen, ganz bevorzugt wenigstens 10 Tagen, insbesondere wenigstens 50 Tagen, insbesondere bevorzugt wenigstens 150 Tagen, ganz bevorzugt wenigstens 300 Tagen, keine bzw. geringe Bruchwahrscheinlichkeit mehr zeigt. Geringe Bruchwahrscheinlichkeit bzw. Restbruchwahrscheinlichkeiten heißt in vorliegender Anmeldung eine Bruchwahrscheinlichkeit Φ kleiner 0,1, bevorzugt kleiner 0,05, insbesondere kleiner 0,01 für einen Lagerzeitraum von maximal einem halben Jahr, insbesondere einem Jahr, bevorzugt 2 Jahren, am bevorzugtesten 5 Jahren. Erreicht werden diese Bruchwahrscheinlichkeiten, wenn die Risstiefe im Glasmaterial bestimmte Werte nicht überschreiten. Die kritische Risstiefe, ab der Brüche auftreten, ist, wie zuvor beschrieben ac = ((K1c + R)/(E + d))2.
  • Diese kritische Risstiefe ist bei einem Proof-Test die vorgegebene Risstiefe (Soll-Wert). Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine Bruchwahrscheinlichkeit von erfindungsgemäß kleiner 0,1 erreicht wird, wenn die Risstiefe geringer als oben angegeben ist.
  • Gläser, die derartige Eigenschaften aufweisen, zeichnen sich durch eine sehr geringe Bruchwahrscheinlichkeit bei Langzeitbiegbarkeit, sowie Langzeitlagerung in Rollenform oder Langzeitverwendung als gebogenes Substrat aus.
  • Bevorzugt handelt es sich bei dem Glasmaterial um ein solches mit einer Dicke von weniger als 500 µm, bevorzugt weniger 350 µm und einer Mindestdicke von 3 µm. Die Glasdicke liegt insbesondere im Bereich 20 µm bis 200 µm. Bevorzugte Glasfoliendicken sind 5, 10, 15, 25, 30, 35, 50, 55, 70, 80, 100, 130, 145, 160, 190, 210 oder 280 µm.
  • Ist das Glas auf eine Rolle aufgewickelt, so beträgt der Kerndurchmesser der Rolle bevorzugt mehr als 75 mm, insbesondere mehr als 100 mm, bevorzugt mehr als 150 mm, insbesondere mehr als 300 mm insbesondere mehr als 400 mm, ganz bevorzugt mehr als 500 mm, insbesondere bevorzugt mehr als 600 mm.
  • Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäßen Gläser, insbesondere in Form von Dünnglasbänder oder auch Dünnglas-Laminatbänder, die gebogen, beispielsweise zu Rollen gewickelt sind, in der Weiterverarbeitung deutlich stabiler sind als gebogene Gläser, insbesondere in Form von Glasrollen, die die angegebenen Bruchwahrscheinlichkeiten von kleiner 0,1 nach den angegebenen Zeiten nicht erreichen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Dünnglasbänder bzw. Dünnglas-Laminatbänder mit problematischen Schädigungen, insbesondere mit kritischen Rissen- und Kantenbereich sehr leicht erkannt und ausgesondert werden können.
  • Um die Stabilität der Glasrollen zu erhöhen, kann vorgesehen sein, die gewickelten Glasrollen nach einer gewissen Lagerzeit umzuwickeln. Beispielsweise kann das Umwickeln in einem Roll-to-Roll-Prozess erfolgen.
  • Überraschenderweise wurde festgestellt, dass Glasbänder, die das angegebene Bruchverhalten zeigen und während der angegebenen Lagerzeit von wenigstens einem Tag, bevorzugt wenigstens 3 Tagen, bevorzugt 5 Tagen, insbesondere wenigstens 7 Tagen, bevorzugt 10 Tagen, ganz bevorzugt wenigstens 50 Tagen, insbesondere bevorzugt wenigstens 150 Tagen, ganz bevorzugt wenigstens 300 Tagen, eine Bruchwahrscheinlichkeit Φ von kleiner 0,1, bevorzugt weniger 0,05, insbesondere weniger als 0,01 für einen Lagerzeitraum von maximal einem halben Jahr, insbesondere einem Jahr, bevorzugt 2 Jahren, am bevorzugtesten maximal 5 Jahren aufweisen und in der anschließenden Prozessierung sowie der Weiterverarbeitung eine deutliche Stabilisierung und höhere Lebensdauer aufweisen. Insbesondere zeichneten sie sich auch durch Langzeitbiegbarkeit aus. Die Bruchwahrscheinlichkeit bezeichnet die Wahrscheinlichkeit eines Bruches. Hierbei entspricht 0,1 einer Wahrscheinlichkeit von 10 %, 0,05 einer Wahrscheinlichkeit von 5 %, 0,03 einer Wahrscheinlichkeit von 3 % und 0,01 einer Wahrscheinlichkeit von 1 %. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Glasbänder auf Glasrollen gerollt sind.
  • Die Festigkeiten einer Probengesamtheit folgen einer Weilbull-Verteilung. Grund dafür ist die statische Verteilung der Längen der Mikrorisse, d.h. der Risstiefe der Mikrorisse. Sobald die zugrundeliegende Verteilung bekannt ist, kann für jede Probe eine Bruchwahrscheinlichkeit bei einer gewissen Belastung angegeben werden. Diese Bruchwahrscheinlichkeit hängt aber auch von der Länge der Probe ab, denn je länger eine Probe ist, umso wahrscheinlicher liegt ein langer Riss auf ihr. Die Parameter einer Weibull-Verteilung, die durch (zerstörende) Prüfung an einem Probensatz (alle Proben mit gleicher Länge L0) gemessen wurden, sind:
  • σ
    = charakteristische Bruchspannung
    m
    = Weilbullmodul.
  • Kennt man nun für eine Kanten- oder Flächenbearbeitung diese beiden Parameter und die Größe der Proben, mit denen diese Parameter bestimmt wurden, dann kann man für eine Probe mit der Länge L, die mit einer Zugspannung σ belastet ist, die Bruchwahrscheinlichkeit Φ(σ) berechnen über: Φ(σ) = 1 – exp{–(L/L0)·(σ/σ0)m)
  • Bei den Gläsern, die dem Proof-Test unterzogen werden, kommt es bei Zugspannung zu unterkritischem Risswachstum. Dies bedeutet, dass alle Risse, die während des Zeitraumes des Proof-Tests die kritische Risslänge erreichen, zu einem Bruch führen. Die Lagerung ist also ein Test, mit dem alle Mikrorisse, die nicht kürzer sind als die kritische Risslänge, aussortiert werden. Risse, die nicht innerhalb des Proof-Tests zu Bruch führen, führen auch in der nachfolgenden Zeit nicht zum Bruch.
  • Überraschenderweise hat es sich bei Glasmaterial, das im Proof-Test als ausreichend stabil klassifiziert wurde, herausgestellt, dass es zu einer Festigkeitssteigerung kommt. Grund hierfür ist eine Verrundung der Rissspitzen und damit eine Festigkeitssteigerung. Wie sich überraschenderweise herausgestellt hat, kann ein Glas, das den Proof-Test bestanden hat, mit einer wesentlich höheren Spannung als im Proof-Test belastet werden, ohne dass das Glas bricht, da eine Festigkeitssteigerung des Glases eintritt. Die Spannung, unter die das Glas gesetzt wird, kann 5–20 % höher sein als die durch den Biegeradius vorgegebene Spannung des Proof-Tests.
  • Erfindungsgemäß werden die aufgerollten Glasbänder direkt nach der Herstellung auf einen Rollenkern aufgebracht und anschließend eingelagert, wobei vor dem Aufbringen auf den Rollenkern Borten des Glasbandes abgetrennt werden können, soweit sie vorhanden sind. Die Dauer der Lagerung der aufgerollten Glasbänder für den Proof-Test beträgt mindestens einen Tag und bevorzugt höchstens 60 Tage, insbesondere bevorzugt 8 Tage bis 30 Tage.
  • Bevorzugt erfolgt die erfindungsgemäße Auslagerung der Rolle bei einer relativen Luftfeuchte rF im Bereich 40% rF bis 100% rF, bevorzugt 50% rf bis 95% rF, insbesondere zwischen 60% rF und 90% rF. Besonders bevorzugt ist es, wenn die gelagerten Glasrollen in einem umschlossenen Raum bei Temperaturen in einem Bereich zwischen 10°C und 30°C, bevorzugt 15°C und 25°C, insbesondere 18°C und 23°C ausgelagert werden.
  • Wie zuvor beschrieben, umfasst das langzeitbiegbare Glasmaterial nicht nur Dünnglas, sondern auch ein Dünnglas-Laminat, insbesondere eine polymerbeschichtete Dünnglasfolie, wie sie beispielsweise in der WO 00/66507 beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt in vorliegender Anmeldung voll umfänglich mit eingeschlossen wird. Bei dem Dünnglas-Laminat gemäß der WO 00/66507 wird auf eine Dünnglasfolie aus Aluminosilikatglas, Aluminoborosilikatglas oder Borosilikatglas, bevorzugt alkalifreien Borosilikatglas, eine Polymerschicht aus einem Siliconpolymer, einem Sol-Gel-Polymer, einem Polycarbonat, einem Polyethersulfon, einem Polyacrylat, einem Polyimid, einem Cycloolefincopolymer, einem Polyarylat oder einem Siliconharz aufgebracht.
  • Besonders bevorzugte Glasmaterialien, die sich für die Herstellung für Glasbändern mit einer Dicke von weniger als 500 µm eignen, sind Gläser die folgende Zusammensetzung in Gew-% aufweisen.
    SiO2: 40–75
    Al2O3: 1–25
    B2O3: 0–16
    Erdalkalioxide: 1–30
    Alkalioxide: 0–20, insbesondere 0–2.
  • Generell sind sämtliche Glaszusammensetzungen in oben genanntem Zusammensetzungsbereich geeignet. Besonders bevorzugt sind Gläser mit einem niedrigen Gehalt an Alkalioxiden, das heißt Gläser mit einem Alkaligehalt in einem Bereich 0–2 Gew.-% wie die Gläser AF32, AF37 und AF45 der Schott AG, Mainz.
  • In einer Ausführungsform ist das Dünnglas ein Lithiumaluminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 55–69
    Al2O3 18–25
    Li2O 3–5
    Na2O + K2O 0–30
    MgO + CaO + SrO + BaO 0–5
    ZnO 0–4
    TiO2 0–5
    ZrO2 0–5
    TiO2 + ZrO2 + SnO2 2–6
    P2O5 0–8
    F 0–1
    B2O3 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Lithiumaluminosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 57–66
    Al2O3 18–23
    Li2O 3–5
    Na2O + K2O 3–25
    MgO + CaO + SrO + BaO 1–4
    ZnO 0–4
    TiO2 0–4
    ZrO2 0–5
    TiO2 + ZrO2 + SnO2 2–6
    P2O5 0–7
    F 0–1
    B2O3 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Lithiumaluminosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 57–63
    Al2O3 18–22
    Li2O 3.5–5
    Na2O + K2O 5–20
    MgO + CaO + SrO + BaO 0–5
    ZnO 0–3
    TiO2 0–3
    ZrO2 0–5
    TiO2 + ZrO2 + SnO2 2–5
    P2O5 0–5
    F 0–1
    B2O3 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • In einer Ausführungsform ist das Dünnglas ein Kalknatronglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung und umfasst (in Gew.-%):
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 40–81
    Al2O3 0–6
    B2O3 0–5
    Li2O + Na2O + K2O 5–30
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–30
    TiO2 + ZrO2 0–7
    P2O5 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Kalknatronglas der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 50–81
    Al2O3 0–5
    B2O3 0–5
    Li2O + Na2O + K2O 5–28
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–25
    TiO2 + ZrO2 0–6
    P2O5 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Kalknatronglas der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 55–76
    Al2O3 0–5
    B2O3 0–5
    Li2O + Na2O + K2O 5–25
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–20
    TiO2 + ZrO2 0–5
    P2O5 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • In einer Ausführungsform ist das Dünnglas ein Borosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 60–85
    Al2O3 0–10
    B2O3 5–20
    Li2O + Na2O + K2O 2–16
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–15
    TiO2 + ZrO2 0–5
    P2O5 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Borosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist bevorzugter die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 63–84
    Al2O3 0–8
    B2O3 5–18
    Li2O + Na2O + K2O 3–14
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–12
    TiO2 + ZrO2 0–4
    P2O5 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Borosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 63–83
    Al2O3 0–7
    B2O3 5–18
    Li2O + Na2O + K2O 4–14
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–10
    TiO2 + ZrO2 0–3
    P2O5 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • In einer Ausführungsform ist das Dünnglas ein Alkalimetallaluminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 40–75
    Al2O3 10–30
    B2O3 0–20
    Li2O + Na2O + K2O 4–30
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–15
    TiO2 + ZrO2 0–15
    P2O5 0–10
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Alkalimetallaluminosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist bevorzugter die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 50–70
    Al2O3 10–27
    B2O3 0–18
    Li2O + Na2O + K2O 5–28
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–13
    TiO2 + ZrO2 0–13
    P2O5 0–9
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Alkalialuminosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 55–68
    Al2O3 10–27
    B2O3 0–15
    Li2O + Na2O + K2O 4–27
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–12
    TiO2 + ZrO2 0–10
    P2O5 0–8
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • In einer Ausführungsform ist das Dünnglas ein Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 50–75
    Al2O3 7–25
    B2O3 0–20
    Li2O + Na2O + K2O 0–4
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–25
    TiO2 + ZrO2 0–10
    P2O5 0–5
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt der vorliegenden Erfindung weist bevorzugter die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 52–73
    Al2O3 7–23
    B2O3 0–18
    Li2O + Na2O + K2O 0–4
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–23
    TiO2 + ZrO2 0–10
    P2O5 0–5
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 53–71
    Al2O3 7–22
    B2O3 0–18
    Li2O + Na2O + K2O 0–4
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–22
    TiO2 + ZrO2 0–8
    P2O5 0–5
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Glasmaterial ist vor allem ein Dünnglasband bzw. eine Glasfolie mit einer Dicke von kleiner 500 µm, vorzugsweise von kleiner 350 µm, und einer Mindestdicke von 3 µm. Bevorzugt liegt die Dicke im Bereich 20 µm bis 200 µm. Bevorzugte Glasfoliendicken sind 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 50, 55, 70, 80, 100, 130, 145, 160, 190, 210 oder 280 µm.
  • Durch ein Umwickeln der Glasbänder mit einem Wechsel der Krümmungsrichtung nach einem Viertel bzw. der halben Gesamtlagerzeit kann die Stabilität weiter erhöht werden. Das Glas wird hierbei in einem Roll-to-Roll Prozess umgewickelt.
  • Bevorzugt wird das gebogene Glas, insbesondere das aufgerollte Glas, unter eine moderate Zugspannung σapp gesetzt, die kleiner ist als folgender Term:
    Figure DE102016218176A1_0002
    wobei σ a und σ e Mittelwerte der Zugspannung beim Bruch von Proben des Dünnglases unter Biegebeanspruchung sind, wobei Lref die Kantenlänge und Aref die Fläche der Proben bezeichnen, wobei σ a der Mittelwert der Zugspannung beim Bruch in der Fläche der Probe und σ e der Mittelwert der Zugspannung bei einem von der Kante der Probe ausgehenden Bruch sind, und wobei Δe und Δa die Standardabweichungen der Mittelwerte σ e , beziehungsweise σ a bezeichnen, und wobei Aapp die Fläche des Dünnglases und Lapp die addierte Kantenlänge gegenüberliegender Kanten des Dünnglases und Φ eine vorgegebene maximale Bruchquote innerhalb eines Zeitraums von mindestens einem halben Jahr sind.
  • Die gebogenen Gläser, insbesondere die zu Rollen aufgerollten Gläser, insbesondere Dünngläser, haben eine Dicke von weniger als 500 µm, besonders bevorzugt wenigster 350 µm. Die Mindestdicke beträgt vorzugsweise 3 µm. Ein besonders bevorzugter Dickenbereich liegt zwischen 20 µm und 200 µm. Bevorzugte Glasfoliendicken sind 5, 10, 15, 25, 30, 35, 50, 55, 70, 80, 100, 130, 145, 160, 190, 210 oder 280 µm.
  • Der Angabe der maximalen Zugspannung für die gebogenen Gläser, insbesondere die Glasrollen in einer bevorzugten Ausführungsform, liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Brüche an den Kanten und in der Fläche des Glases auf verschiedenartige Fehler im Glas zurückgehen und die Bruchwahrscheinlichkeiten statistisch unabhängig voneinander sind. Daher werden die Glasfestigkeiten bezüglich der Bruchfestigkeit an den Kanten und in der Fläche unabhängig voneinander betrachtet. Die tatsächliche Bruchfestigkeit wird gemäß dem oben angegebenen Term durch das Minimum der Zugspannungen bei Brüchen in der Fläche und an den Kanten berechnet. Auf diese Weise werden insbesondere auch die typischerweise verschiedenen Lebensdauern des Dünnglases bezüglich unter Biegung auftretenden Brüchen an den Kanten und in der Fläche berücksichtigt. Unter Vorgabe einer Lebensdauer beträgt die maximale Bruchwahrscheinlichkeit Φ bevorzugt 0,1 oder weniger (also höchstens 10%), besonders bevorzugt weniger als 0,05 (weniger als 5%), ganz besonders bevorzugt weniger als 0,03 (weniger als 3%) bei Langzeitlagerung im gerollten Zustand oder im gebogenen Zustand oder bei einer Verwendung im gebogenen Zustand.
  • Eine niedrige Bruchwahrscheinlichkeit unter den gegebenen Lagerbedingungen wird vor allem bei weitgehend alkalifreien Borosilikat-Gläsern festgestellt. Besonders bevorzugt werden Borosilikat-Gläser mit einer Zusammensetzung mit folgenden Komponenten in Gewichtsprozent % auf Oxidbasis:
    SiO2 40–75
    Al2O3 1–25
    B2O3 0–16
    Erdalkalioxide 1–30
    Alkalioxide 0–1.
  • Ganz besonders bevorzugt werden dabei Gläser mit einer Zusammensetzung mit folgenden Komponenten in Gewichtsprozent % auf Oxidbasis:
    SiO2 45–70
    Al2O3 5–25
    B2O3 1–16
    Erdalkalioxide 1–30
    Alkalioxide 0–1.
  • Neben den lange Zeit unter Biegung lager- oder verwendbaren Glasmaterialien gibt die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines langzeitbiegbaren Glasmaterials, bevorzugt in Form eines auf eine Rolle aufgewickelten Glasmaterials, insbesondere Glasbandes mit einer Dicke von weniger als 500 µm, bevorzugt weniger 350 µm und einer Mindestdicke von 3 µm, insbesondere im Bereich 20 µm bis 200 µm, an. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • – das Glasmaterial wird zunächst mit einem Biegeradius R im Bereich 1 mm bis 107 mm, 5 mm bis 106 mm, 10 bis 103 mm gebogen. Das gebogene Glasmaterial wird für eine Zeit von wenigstens 1 Tag, insbesondere wenigstens 3 Tagen, bevorzugt wenigstens 5 Tagen, insbesondere wenigstens 7 Tagen, ganz bevorzugt wenigstens 10 Tagen, bevorzugt wenigstens 50 Tagen, insbesondere bevorzugt wenigstens 150 Tagen, ganz besonders bevorzugt wenigstens 300 Tagen, gelagert;
    • – nach der Lagerung für die Zeit von mindestens 1 Tag, bevorzugt 3 Tagen bis höchstens 500 Tagen, bevorzugt von mindestens 50 Tagen bis höchstens 300 Tagen wird das gebogene Glasmaterial auf Verletzungen, insbesondere Risse, Brüche, Anrisse, Bruchstellen, Fehlstellen untersucht und
    • – das gebogene Glasmaterial oder ein Glasabschnitt des gebogenen Glasmaterials, wird als verwerfbar, insbesondere mit einer Fehlermarke, klassifiziert, falls Verletzungen, insbesondere Risse, Brüche, Anrisse, Bruchstellen, Fehlstellen festgestellt werden, oder
    • – das gebogene Glasmaterial wird als langzeitbiegbares Glasmaterial klassifiziert.
  • Um die Stabilität der Glasbänder zu erhöhen, kann vorgehen sein, die Glasrolle einfach oder mehrfach zu umwickeln. Dies kann mittels eines Roll-to-Roll-Prozesses erfolgen.
  • Unter Verwerfen wird auch verstanden, Stellen mit Verletzungen, insbesondere Risse, Brüche, Anrisse, Bruchstellen, Fehlstellen zu markieren und in einem späteren Schritt zu verwerfen bzw. auszusondern.
  • Die Markierung erfolgt auf dem Glasband mit Hilfe einer Fehlermarkierung, die z. B. an einer Fehlstelle Fi an einer Position (xi, yi) auf dem Glasband angebracht wird.
  • Das Anbringen von Fehlermarkierungen ermöglicht es, dass nicht mehr gesamte Abschnitte des Glasbandes als Ausschuss verworfen werden. Vielmehr ermöglicht das Anbringen einer Fehlermarke Fi einem Weiterverarbeiter, z. B. einer Glasrolle, den Abschnitt des Glasbandes mit der Fehlstelle zu identifizieren und nicht für die Fertigung von Produkten einzusetzen, welche aufgrund der Fehlstelle nicht spezifikationsgerecht hergestellt werden könnten. Die Fehlermarken können z. B. bei der Weiterverarbeitung der Glasrolle bzw. des Glasbandes beim Abrollen der Glasrolle ausgelesen und insbesondere beim Auftrennen des Endlosbandes berücksichtigt werden. Bei der Weiterverarbeitung kann vorteilhaft auf eine weitere Fehlerinspektion entsprechend verzichtet werden. Des Weiteren kann Ausschuss reduziert werden. Ausschuss durch Verunreinigungen des Glasbandes, welche irrtümlich als Fehlstellen eingestuft werden, wird vermieden, da die Fehlerinspektion früher stattfindet, bevorzugt direkt nach dem Ziehen des Glasbandes aus der Schmelze und noch vor dem Aufrollen bzw. Laminieren des Glasbandes. Sofern die Lagen des Glasbandes durch eine entfernbare Trennschicht getrennt sind, welche mit dem Glasband verbunden sind, kann die Fehlermarke auch auf der Trennschicht angeordnet sein. Sofern das Glasband auch eine Metallschicht oder Kunststoffschicht umfasst, welche mit der Glasschicht verbunden ist, kann die Fehlermarkierung auch auf dieser Metallschicht oder Kunststoffschicht angeordnet sein. Die wie zuvor beschriebenen klassifizierten bzw. charakterisierten Glasmaterialien zeichnen sich durch eine Langzeitbiegbarkeit aus, bei der praktisch keine Beschädigungen während der Lagerzeit oder Verwendung in gebogenem Zustand, d.h. unter Zugspannung auf einer Glasmaterialseite, mehr auftreten.
  • Lange Zeit biegbare Glasmaterialien können im gebogenen Zustand Biegeradien von 1 bis 107 mm, bevorzugt 5 bis 106 mm, insbesondere 10 bis 103 mm aufweisen.
  • Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Glasmaterial um ein solches mit einer Dicke von weniger als 500 µm, bevorzugt weniger als 350 µm und von einer Mindestdicke von 3 µm, insbesondere im Bereich 20 µm bis 200 µm. Bevorzugte Glasfoliendicken sind 5, 10, 15, 25, 30, 35, 50, 55, 70, 80, 100, 130, 145, 160, 190, 210 oder 280 µm. Wird ein langzeitbiegbares Glasmaterial auf eine Rolle aufgerollt, so beträgt der Kerndurchmesser der Rolle bevorzugt mehr als 75 mm, insbesondere mehr als 100 mm, bevorzugt mehr als 150 mm, insbesondere mehr als 300 mm, insbesondere mehr als 400mm, ganz bevorzugt mehr als 500 mm, insbesondere bevorzugt mehr als 600 mm.
  • Bevorzugt erfolgt die erfindungsgemäße Lagerung der Rolle bei einer relativen Luftfeuchte rF im Bereich 40% rF bis 100% rF, bevorzugt 50% rf bis 95% rF, insbesondere zwischen 60% rF und 90% rF. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Rolle zusätzlich noch einer Temperatur zwischen 10°C und 30°C, bevorzugt 15°C und 25°C, insbesondere 18°C und 23°C und den Standard-Atmosphärenbedingungen ausgesetzt war. Eine feuchte Lagerung gegenüber einer trockenen Lagerung hat den Vorteil, dass eine Heilung der Risse auftritt. Generell würde erwartet, dass die Gläser bei einer Lagerzeit von unendlich kaputt gehen. Dem wirkt aber eine Heilung der Risse durch Alterung des Glases entgegen. Besonders vorteilhaft für eine Rissheilung ist eine feuchte Lagerung, da eine Rissheilung durch eine schnelle Rissverrundung erzielt wird. Generell hat sich herausgestellt, dass je feuchter die Lagerung ist, desto schneller die Rissverrundung erfolgt. Die Rissverrundung führt dazu, dass keine Brüche mehr entstehen und sich Risse nicht mehr ausbreiten können. Des Weiteren erhöht sich die Festigkeit des Glases bzw. Glasbandes.
  • Der Effekt der Alterung des Glases liegt bei 0–40 %, bevorzugt 5 %, insbesondere 5–20 % der Festigkeitssteigerung über der Zeit.
  • Im Verfahren zur Herstellung eines Glases mit geringer Bruchwahrscheinlichkeit erfolgt nach dem Lagern ein Umwickeln des Glasmaterials oder eine Verarbeitung zu Sheets aus der gelagerten Rolle und/oder auch eine Inspektion der Rolle auf Brüche im Glas, wobei eine Durchleuchtung von Wickelspiegel bzw. Wickelrolle zu Wickelspiegel bzw. Wickelrolle mit Fehlererkennung erfolgt.
  • Das Glasmaterial ist vor allem ein Dünnglasband bzw. eine Glasfolie mit einer Dicke von weniger als 500 µm, vorzugsweise weniger als 350 µm. Die Mindestdicke beträgt 3 µm. Ein bevorzugter Dickenbereich reicht von 20 µm bis 200 µm. Bevorzugte Glasfoliendicken sind 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 50, 55, 70, 80, 100, 130, 145, 160, 190, 210 oder 280 µm.
  • Betreffend die unterschiedlichen Glasmaterialien wird auf die Ausführungen im einleitenden Teil verwiesen, besonders bevorzugt sind Gläser mit einem niedrigen Gehalt an Alkalioxiden, das heißt Gläser mit einem Alkaligehalt im Bereich 0–2 Gew.-%, wie die Gläser AF32, AF37 und AF der Schott AG, Mainz.
  • Weiterhin umfasst die Erfindung die Verwendung eines entsprechend der Erfindung klassifizierten langzeitbiegbaren Glasmaterials als gebogenes Glassubstrat, insbesondere mit einem Biegeradius von 1 bis 107 mm, bevorzugt 5 bis 106 mm, besonders bevorzugt von 10 bis 103 mm. Die langzeitbiegbaren Glasmaterialien werden zunächst auf eine Glasrolle aufgewickelt und lange Zeit gelagert. Sodann werden von der Glasrolle Glasabschnitte abgewickelt, die dann unter eine dauerhafte Zugspannung gesetzt werden. Hierdurch erfolgt ein Biegen des Glases zu einem gebogenen Glassubstrat mit den zuvor angegebenen Biegeradien. Das gebogene Glassubstrat kann dann beispielsweise in einem gebogenen Display als Abdeckglas oder als Glas eines Touchpanels eingesetzt werden. Auch ein Umwickeln ist möglich.
  • Die Erfindung stellt des Weiteren einen Proof-Test oder ein Prüfverfahren zur Charakterisierung eines langzeitbiegbaren Glasmaterials zur Verfügung. Der Prüftest umfasst die Lagerung eines Glasmaterials, bevorzugt in Form eines auf eine Rolle gewickelten Glasmaterials, insbesondere Glasbandes mit einer Dicke von weniger als 500 µm, bevorzugt weniger als 350 µm und einer Mindestdicke von 3 µm, insbesondere im Bereich 20 µm bis 200 µm für eine Lagerzeit von wenigstens einem Tag, insbesondere wenigstens 3 Tagen, bevorzugt 5 Tagen, insbesondere wenigsten 7 Tagen, ganz bevorzugt 10 Tagen, insbesondere wenigstens 50 Tagen, bevorzugt wenigstens 50 Tagen, ganz bevorzugt 300 Tagen. Nach der Lagerzeit wird eine Risstiefe im Glasband bestimmt und mit einer vorgegebenen Risstiefe verglichen. Das Glasmaterial wird als langzeitbiegbares Glasmaterial bestimmt, im Fall die Risstiefe geringer ist als die vorgegebene Risstiefe, so dass die Restbruchwahrscheinlichkeit Φ kleiner 0,005, insbesondere kleiner 0,01 für einen Lagerzeitraum von maximal einem halben Jahr, insbesondere einem Jahr, bevorzugt 2 Jahren, am bevorzugtesten maximal 5 Jahren ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Ausführungen näher erläutert, welche die Erfindung nicht beschränken sollen.
  • Es zeigen:
  • 1 den Verlauf der Bruchentwicklung für eine 50 μm dicke Dünnglasfolie des Glases AF32;
  • 2 Bruchverlauf für eine 100 μm dicke Dünnglasfolie des Glases AF32;
  • 3 Weilbull-Diagramm der Festigkeit (Bruchspannung) über der Ausfallwahrscheinlichkeit;
  • 4a4g Weilbull-Diagramm der Festigkeiten (Bruchspannung) über der Ausfallwahrscheinlichkeit für unterschiedlich belastete Proben.
  • In den 1 und 2 ist für eine Vielzahl von Glasrollen mit einem Durchmesser von 85 mm, umfassend eine Glasfolie mit einer Dicke von 50 µm die Bruchwahrscheinlichkeit über der Zeit angegeben. Bei den Glasrollen wurden Zwischenschichten aus einem physikalisch vernetzten, geschlossenzelligen Polyolefin-Schaumstoff, wie er unter der Bezeichnung Alveolit der Fa. SEKISUI ALVEO BS GmbH/ D-Bad Sobernheim angeboten wird, zwischen die einzelnen Glaslagen angebracht. Die Glasrollen selbst werden mit Plastikumhüllungen umgeben und bei Raumtemperatur gelagert. Die Feuchte war dabei variabel zwischen 20 % und 85 % rF. Insgesamt wurden mehrere Beobachtungen vorgenommen, der Gesamtbeobachtungszeitraum sind 300 Tage. Die Bruchentwicklung einer 50 μm dicken Dünnglasfolie aus AF32 ist in 1 dargestellt. Wie hieraus zu entnehmen ist, nimmt die Bruchwahrscheinlichkeit am Anfang stark zu, verharrt dann auf einem weitgehend konstanten Niveau, allenfalls kann eine geringe Zunahme nach einer gewissen Lagerzeit detektiert werden.
  • Als Glasmaterial werden Rollen mit Dünnglasbändern mit einer Dicke von 50 μm aus einem alkalifreien Aluminoborosilikatglas untersucht. Bei diesem Glas AF32 der Schott AG, Mainz handelt es sich um ein Glas mit nachfolgenden Komponenten in Gew-%:
    SiO2: 61,4
    Al2O3: 17,5
    B2O3: 10,5
    Erdalkalioxide: 10,3
    Alkalioxide: 0
  • Wie 1 zu entnehmen ist, nimmt die Anzahl der Brüche am Anfang auf 4 Brüche/km Länge der Folie stark und bei längeren Lagerzeiten nur noch langsam zu. Nach 4 Wochen, gleichzusetzen 30 Tagen ist ein quasi stationärer Zustand erreicht und eine signifikante Zunahme der Anzahl der Brüche wird nicht detektiert. Die Bruchwahrscheinlich liegt nach 30 Tagen Lagerzeit bei weniger als 0,03, bevorzugt weniger als 0,01. Für mehrere Monate Lagerdauer zeigt die Glasfolie überhaupt keinen signifikanten Anstieg der Anzahl der Brüche.
  • Für die Spannung σ in der Glasrolle gilt: σ = E· t / 2R hier ist
    • – E der Young-Modul, der bei AF32 74GPa beträgt,
    • – t die Glasdicke, die bei AF32 50µm beträgt
    • – der Kerndurchmesser R der Rolle, der 85 mm beträgt.
  • Hieraus folgt für die Spannung σ für die Rolle aus einer 50 μm dicken Glasfolie AF32 ein Wert von ungefähr 21 MPa für die Spannung in der Glasrolle, für eine 100 µm dicke Glasfolie eine Spannung von 45 MPa.
  • 2 zeigt für eine 100 μm dicke Glasfolie aus AF32 die Ergebnisse der Bruchprüfung. Wie 2 zu entnehmen ist, steigt auch hier die Anzahl der Brüche innerhalb von 25 Tagen rasch an. Das Plateau, ab dem die Anzahl der Brüche weitgehend konstant ist, wird im Gegensatz zur 50 μm starken Glasfolie erst nach mehr als 100 Tagen erreicht. Wie bei der 50 μm dicken Glasfolie, beträgt die Bruchwahrscheinlichkeit bei Lagerung für mehr als 150 Tage 0,01, d.h. weniger als 1 %. Für die Spannung in der Glasrolle wird ein Wert von σ = 45 MPa bestimmt.
  • Die Glasrollen mit einer Lagerzeit von wenigstens einem Tag, insbesondere wenigstens 3 Tagen, bevorzugt wenigstens 5 Tagen, ganz bevorzugt wenigstens 7 Tagen, insbesondere wenigstens 10 Tage, ganz besonders bevorzugt wenigstens 50 Tagen, insbesondere bevorzugt wenigstens 150 Tagen, besonders bevorzugt wenigstens 300 Tagen mit geringer Bruchwahrscheinlichkeit werden als langzeitstabil lagerbar oder langzeitbiegbar oder unter Biegung verwendbar charakterisiert. Die derart ausgesonderten Gläser lassen insbesondere eine Verwendung in gebogenen Anzeigevorrichtungen, als gebogene Abdeckgläser oder Displaygläser zu.
  • Überraschenderweise kommt es nach Durchführen des Proof-Tests, d.h. der Klassifizierung des Glasmaterials, als langzeitbiegbar, dazu, dass durch eine Verrundung der Rissspitzen eine Festigkeitssteigerung erreicht wird.
  • Bei Glas, das einem Proof-Test unterzogen wird, kommt es durch die Zugspannung zu unterkritischem Risswachstum, d.h. alle Risse, die in einem gegebenen Zeitraum die kritische Risslänge, d.h. die vorgegebene Risslänge, erreichen, führen zu Bruch. Eine Lagerung gemäß dem Proof-Test ist also ein Test, mit dem Gläser die Mikrorisse, die nicht viel kürzer sind als die kritische Risslänge, d.h. dem Sollwert bzw. der vorgegebenen Risslänge, aussortiert werden. Risse, die nicht innerhalb der ersten kurzen Zeit zu Bruch führen, führen auch nach langer Zeit nicht zum Bruch.
  • Hierdurch ist es möglich, die Glasrolle nach Durchführen des Proof-Tests höher zu belasten. Es hat sich herausgestellt, dass die Belastungen bis zu 20 % höher sein können als im Proof-Test. Der Bereich der möglichen Belastungssteigerung ist somit 0 bis 20 %. Werte von 5 %, 10 %, 15 % Belastungssteigerung sind möglich. Die Belastung wird, wie beim Proof-Test, durch den Wickelradius eingestellt. Für die Zugspannung gilt: σ = E· t / 2R wobei
  • t:
    die Dicke des Glasmaterials,
    R:
    der Wickelradius,
    E:
    der Young-Modul

    ist.
  • Nachfolgend soll anhand von 34g die überraschende Tatsache, dass das Glas bei Lagerung fester wird, gezeigt werden.
  • 3 zeigt das Weilbull-Diagramm als Festigkeiten einer Referenzprobe.
  • In den 4a4g sind die Weilbull-Diagramme von länger gelagerten Gläsern nach Durchführen des Proof-Tests und höherer Belastung als im Proof-Test im Vergleich zu einer Referenzprobe aus 3 gezeigt. In 4a hat die untersuchte Probe einen Radius von 30 mm, in 4b von 25 mm, in 4c von 22,5 mm, in 4d von 20 mm, in 4e von 17 mm, in 4f von 15 mm und in 4g von 14 mm. Die Gläser werden für längere Zeit unter einer festen Spannung gehalten, nachdem der Proof-Test durchgeführt wurde.
  • Was man den 4a4g überraschenderweise entnehmen kann, ist, dass die Proben mit hohen Festigkeiten deutlich schlechter werden, dafür aber Proben, deren Ursprungsfestigkeit nicht viel über der Belastungsgrenze liegen, deutlich besser. Wenn die Spannungen aber zu hoch werden, dann kann man den Effekt nicht mehr so eindeutig erkennen.
  • Mit der Erfindung haben die Erfinder erstmals erkannt, wie vorgegangen werden muss, um eine Langzeitbiegbarkeit für Glas auf einer Rolle oder in der einer gebogenen Verwendung zu ermöglichen. Des Weiteren wird ein Proof-Test zur Verfügung gestellt, mit dem es möglich ist, langzeitbiegbare Glasproben zu klassifizieren.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (18)

  1. Langzeitbiegbares Glasmaterial bevorzugt in Form eines auf eine Rolle aufgewickelten Glasmaterials, insbesondere eines Glasbandes mit einer Dicke von weniger als 500 µm, bevorzugt weniger als 350 µm und einer Mindestdicke von 3 µm, insbesondere im Bereich 20 µm bis 200 µm dadurch gekennzeichnet, dass das langzeitbiegbare Glasmaterial derart beschaffen ist, dass die Anzahl, der sich im Lauf der Zeit entwickelnden Brüche N des gebogenen Glases mit einem Biegeradius R im Bereich 1 mm, bis 107 mm, bevorzugt 5 mm bis 106 mm, insbesondere 10 bis 103 mm nach einer Lagerzeit von wenigstens einem Tag, insbesondere wenigstens 3 Tagen, bevorzugt wenigstens 5 Tagen, insbesondere wenigstens 7 Tagen, ganz bevorzugt wenigstens 10 Tagen, insbesondere wenigstens 50 Tage, insbesondere bevorzugt wenigstens 150 Tage, ganz besonders bevorzugt wenigstens 300 Tage, eine Restbruchwahrscheinlichkeit Φ für einen Lagerzeitraum von maximal einem halben Jahr, insbesondere einem Jahr, bevorzugt 2 Jahren, am bevorzugtesten maximal 5 Jahren, kleiner 0,1, bevorzugt weniger 0,05, insbesondere weniger als 0,01 aufweist.
  2. Langzeitbiegbares Glasmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial die nachfolgenden Komponenten in Gew.-% umfasst: SiO2: 40–75 Al2O3: 1–25 B2O3: 0–16 Erdalkali-Oxide: 0–30 Alkalioxide: 0–20, insbesondere 0–2
  3. Langzeitbiegbares Glasmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass Glasmaterial in Form eines auf eine Rolle aufgewickelten Glasmaterials unter Zugspannung steht, welche kleiner ist als:
    Figure DE102016218176A1_0003
    wobei σ a und σ e Mittelwerte der Zugspannung beim Bruch von Proben (10) des Glasmaterials (1) unter Biegebeanspruchung sind, wobei Lref die Kantenlänge und Aref die Fläche einer Probe bezeichnen, wobei σ a der Mittelwert der Zugspannung beim Bruch in der Fläche der Probe und σ e der Mittelwert der Zugspannung bei einem von der Kante der Probe ausgehenden Bruch sind, und wobei Δe und Δa die Standardabweichungen der Mittelwerte σ e , beziehungsweise σ a bezeichnen, und wobei Aapp die Fläche des Glasmaterials (1) und Lapp die addierte Kantenlänge gegenüberliegender Kanten (22, 23) des Glasmaterials (1) und Φ eine maximale Bruchquote von höchstens 0,1 innerhalb eines Zeitraums von mindestens einem halben Jahr sind.
  4. Verfahren zur Herstellung eines langzeitbiegbaren Glasmaterials, bevorzugt in Form eines auf eine Rolle aufgewickelten Glasmaterials, insbesondere Glasbandes mit einer Dicke von weniger als 500 µm, bevorzugt weniger als 350 µm und einer Mindestdicke von 3 µm, insbesondere im Bereich 20 µm bis 200 µm, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – das Glasmaterial wird mit einem Biegeradius R im Bereich 1 mm bis 107 mm, bevorzugt 5 mm bis 106 mm, insbesondere 10 bis 103 mm gebogen – das gebogene Glasmaterial wird für eine Zeit von wenigstens 3 Tagen, bevorzugt wenigstens 5 Tagen, insbesondere wenigstens 7 Tagen, ganz bevorzugt 10 Tagen, insbesondere wenigstens 50 Tage, insbesondere bevorzugt wenigstens 150 Tage, ganz besonders bevorzugt wenigstens 300 Tage, gelagert – nach der Lagerung für die Zeit von mindestens 1 Tag bis höchstens 500 Tagen, bevorzugt von 5 Tage bis höchstens 300 Tagen wird das gebogene Glasmaterial auf Verletzungen, insbesondere Risse, Brüche, Anrisse, Bruchstellen, Fehlstellen untersucht und – das gebogene Glasmaterial oder ein Glasabschnitt des Materials wird als verwerfbar, insbesondere mit einer Fehlermarke klassifiziert,, falls Verletzungen, insbesondere Risse, Brüche, Anrisse, Bruchstellen, Fehlstellen festgestellt werden oder – die Rolle wird als langzeitbiegbares Glasmaterial klassifiziert.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial die nachfolgenden Komponenten in Gew.-% umfasst: SiO2: 40–75 Al2O3: 1–25 B2O3: 0–16 Erdalkali-Oxide: 0–30 Alkalioxide: 0–20, insbesondere 0–2
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass‚ das Glasmaterial wenigstens eine Beschichtung umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial eine Vorbehandlung, insbesondere eine Härtung, bevorzugt eine chemische Härtung umfasst.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial als Verbundmaterial mit einer Polymerfolie ausgebildet ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial wenigstens einmal von einer ersten Glasrolle auf eine zweite Glasrolle umgewickelt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas bei einer relativen Luftfeuchte rF im Bereich 40 % rF bis 100 % rF, bevorzugt 50 % rF bis 95 % rF, insbesondere 60 % rF bis 90 % rF und/oder einer Temperatur von 10° C bis 30° C, bevorzugt 15° C bis 25° C, insbesondere 18° C bis 23° C, gelagert wird.
  11. Verwendung eines langzeitbiegbaren Glasmaterials, bevorzugt nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als gebogenes Glassubstrat, insbesondere mit einem Biegeradius von 1 bis 107 mm, bevorzugt 5 bis 106 mm, besonders bevorzugt von 10 bis 103 mm.
  12. Prüftest (Proof-Test) für ein langzeitbiegbares Glasmaterial, bevorzugt in Form eines auf eine Rolle aufgewickelten Glasmaterials, mit einem Biegeradius R, insbesondere Glasbandes mit einer Dicke von weniger als 500 µm, bevorzugt weniger als 350 µm und einer Mindestdicke von 3 µm, insbesondere im Bereich 20 µm bis 200 µm, wobei das Glasmaterial für eine Lagerzeit von wenigstens 1 Tag, insbesondere wenigstens 3 Tagen, bevorzugt wenigstens 5 Tagen, insbesondere wenigstens 7 Tagen, ganz bevorzugt 10 Tagen, insbesondere wenigstens 50 Tagen, bevorzugt wenigstens 50 Tagen, ganz bevorzugt 300 Tagen, gelagert wird und nach der Lagerzeit eine Risstiefe im Glasband bestimmt und mit einer vorgegebenen Risstiefe verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial als langzeitbiegbares Glasmaterial bestimmt wird, im Fall die Risstiefe geringer ist als die vorgegebene Risstiefe, so dass die Restbruchwahrscheinlichkeit Φ für einen Lagerzeitraum von maximal einem halben Jahr, insbesondere einem Jahr, bevorzugt 2 Jahren, am bevorzugtesten 5 Jahren, von kleiner 0,1, bevorzugt weniger 0,05, insbesondere kleiner 0,01 ist
  13. Prüftest nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Risstiefe bestimmt wird durch ac = ((K1c + R)/(E + d))2. wobei K1c die Bruchzähigkeit eines Glasmaterials, R der Biegeradius eines Glasmaterials E der Elastizitätsmodul eines Glasmaterials d die Dicke eines Glasmaterials ist.
  14. Prüftest nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass – die Bruchzähigkeit K1c des Glases im Bereich 0,1 bis 1,5 MPa + √m, bevorzugt 0,55 bis 0,9 MPa + √m und/oder – der Elastizitätsmodul des Glases im Bereich 40 bis 150 GPa, bevorzugt 50 bis 100 GPa und/oder – der Biegeradius R im Bereich 1 mm bis 107 mm, bevorzugt 5 mm bis 106 mm, insbesondere bevorzugt 10 bis 1000 mm, bevorzugt 20 bis 100 mm, liegt.
  15. Prüftest nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial die nachfolgenden Komponenten in Gew.-% umfasst: SiO2: 40–75 Al2O3: 1–25 B2O3: 0–30 Alkalioxide: 0–20, insbesondere 0–2.
  16. Prüftest gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial wenigstens eine Beschichtung umfasst.
  17. Prüftest nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial eine Vorbehandlung, insbesondere eine Härtung, bevorzugt eine chemische Härtung umfasst.
  18. Prüftest nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial als Verbundmaterial mit einer Polymerfolie ausgebildet ist.
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