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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen scheibenförmigen Glasartikel, nämlich einen chemisch vorspannbaren oder einen chemisch vorgespannten scheibenförmigen Glasartikel, welcher insbesondere als rückseitige Abdeckscheibe für mobile Geräte verwendet wird oder verwendet werden kann. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zu dessen Herstellung, verfahrensgemäß erhaltene Glasartikel sowie die Verwendung solcher Glasartikel.
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Hintergrund der Erfindung
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Als rückseitige Abdeckung für mobile Geräte werden derzeit transparente, chemisch vorgespannte Gläser mit rückseitiger Bedruckung, farbige Kunststoffe, Metalle oder Keramiken verwendet.
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Die bekannten Lösungen weisen eine Reihe von Vorteilen auf, jedoch auch jeweils spezifische Nachteile.
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Kunststoffe beispielsweise sind günstig und bieten vielfältige Möglichkeiten hinsichtlich Form und Farbe, haben jedoch Nachteile hinsichtlich der Haptik und der mechanischen Beständigkeit, insbesondere der Kratzresistenz, gegenüber den anderen Materialien.
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Metallische Rückseiten verhindern die Möglichkeit des induktiven Ladens von mobilen Geräten, erschweren Einsatzmöglichkeiten von Antennen und sind zudem meist mit deutlich höheren Kosten verbunden.
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Keramiken weisen zwar eine sehr hohe Härte auf, sind aber teuer herzustellen und neigen zu Sprödbruch. Auch sind sie nur schwer zu bearbeiten, was die Designfreiheit mindert.
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Transparentes, chemisch vorgespanntes Glas bzw. ein Glasartikel aus diesem Material weist demgegenüber eine Reihe von Vorteilen auf. Beispielsweise weist ein solcher Glasartikel gute mechanische Beständigkeit in relevanten Belastungen auf. Auch ein induktives Laden ist auf diese Weise möglich. Ebenso können Antennen integriert werden. Zusätzlich ist ein solcher Glasartikel auch relativ flexibel formbar, sodass auch gewölbte bzw. allgemein dreidimensional verformte Glasartikel einfach herstellbar sind.
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Farbige Rückseitenabdeckungen werden allerdings im Bereich solcher chemisch vorgespannter Glasartikel lediglich über Bedruckungen des Glasartikels auf der Rückseite, über farbige Beschichtungen oder über farbige Folien realisiert. Damit kann jedoch nicht der optische Gesamteindruck eines volumengefärbten Glasartikels erzielt werden. Insbesondere ist auf diese Weise kein schwarzer Farbeindruck möglich. Denn das eigentlich transparente Glasmaterial reflektiert zu viel Licht.
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Die US-amerikanische Patentanmeldung
US 2011/0071012 A1 beschreibt ein dunkel eingefärbtes, chemisch vorspannbares Glas umfassend zwischen 50 und 75 mol-% SiO
2, 1 bis 15 mol-% Al
2O
3, 6 bis 21 mol-% Na
2O sowie als optionale Komponenten bis 15 mol-% K
2O, bis 15 mol-% MgO, bis 20 mol-% CaO sowie RO (mit R Mg, Ca, Sr, Na und/oder Zn) bis 21 mol-%, bis 5 mol-% ZrO
2, zwischen 1,5 und 6 mol-% Fe
2O
3 und zwischen 0,1 und 1 mol-% Co
3O
4. Auch weitere Komponenten können umfasst sein.
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Jedoch ist mit einem solchen Glas nur sehr eingeschränkt eine mechanisch stabile Rückseitenabdeckung möglich. Eine Aussage über die IR-Transmission wird nicht getroffen.
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Es besteht daher Bedarf an einem Glasartikel, welcher die Vorteile der chemischen Vorspannung mit einer Volumenfärbung kombiniert. Dies bedeutet insbesondere, dass die Transmission im Sichtbaren deutlich abgesenkt werden muss. Allerdings ist es vorteilhaft, wenn das Glas bzw. der Glasartikel so ausgestaltet ist, dass noch eine ausreichende IR-Durchlässigkeit gegeben ist, um Glasschmelze und Heißformgebung zu ermöglichen. Die färbenden Komponenten dürfen weiterhin keinen nachteiligen Einfluss aus den chemischen Vorspannprozess haben. Insbesondere sollte, um den mechanischen Beanspruchungen eines „Backcover“, also einer rückseitigen Abdeckscheibe, Genüge zu tun, ist es besonders vorteilhaft, das Glas des Glasartikels so auszugestalten, dass ein kombiniertes Vorspannprofil aus Natrium-Vorspannung, welche besonders gut bei der Stabilität eines Glasartikels bei sogenannten „sharp impact“-Belastungen wirkt, und einer hohen Kalium-Vorspannung, d.h. einer hohen Vorspannung an der Oberfläche des Glasartikels für eine hohe Biegefestigkeit (oder Biegezugfestigkeit) auszubilden. Solche Gläser bzw. aus solchen Gläsern hergestellte Glasartikel sind jedoch derzeit noch nicht bekannt.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Glasartikel bereitzustellen, welcher die vorgenannten Schwächen des Standes der Technik zumindest teilweise mindert. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen die Bereitstellung einer Glaszusammensetzung, mit welcher sich solche Glasartikel herstellen lassen, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Glasartikel, sowie verfahrensgemäß erhaltene Glasartikel. Ein nochmals weiterer Aspekt ist auf die Verwendung solcher Glasartikel nach Ausführungsformen der Offenbarung gerichtet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Spezielle und bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der weiteren Offenbarung.
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Die Erfindung betrifft daher einen chemisch vorspannbaren oder chemisch vorgespannten scheibenförmigen Glasartikel für die Verwendung als rückseitige Abdeckscheibe für mobile Geräte. Der Glasartikel umfasst ein Glas mit einer Zusammensetzung umfassend Al2O3, SiO2, Li2O, Na2O und optional K2O und/oder B2O3, wobei, jeweils in mol-%, (Al2O3 + B2O3) - (Li2O + Na2O + K2O) kleiner als 0 ist,
mit einer Dicke von 0,3 mm bis 4 mm
und mit einer Lichttransmission τ von höchstens 60 % bei 450 nm, von höchstens 30 % bei 540 nm und von höchstens 30 % bei 630 nm, wobei die Untergrenze vorzugsweise jeweils bei mindestens 0,001 % liegt, bevorzugt bei mindestens 0,01%, besonders bevorzugt bei mindestens 0,1%,
und mit einer IR-Transmission von mindestens 10 % bei jeder Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1100 nm, wobei vorzugsweise die Transmission jeweils höchstens 99% beträgt,
wobei die Transmissionswerte jeweils bestimmt sind bei einer Dicke des scheibenförmigen Glasartikels von 1 mm.
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Bevorzugt umfasst die Zusammensetzung des Glases wenigstens 0,1 mol-% und höchstens 5 mol-% wenigstens einer farbgebenden Komponente, insbesondere vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe CoO, Fe2O3, TiO2, Cr2O3 und/oder MnO und/oder Mischungen hiervon.
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Eine solche Ausgestaltung weist eine Reihe von Vorteilen auf.
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Unter einem chemisch vorspannbaren scheibenförmigen Glasartikel für die Verwendung als rückseitige Abdeckscheibe wird vorliegend allgemein ein chemisch vorspannbarer, scheibenförmiger Glasartikel für die Herstellung eines chemisch vorgespannten Glasartikels für die Verwendung als rückseitige Abdeckscheibe verstanden. Häufig wird eine solche rückseitige Abdeckscheibe auch als „Backcover“ bezeichnet.
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Insbesondere umfasst daher die vorliegende Offenbarung auch einen chemisch vorspannbaren Glasartikel für die Herstellung eines chemisch vorgespannten Glasartikels nach Ausführungsformen.
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Unter einem scheibenförmigen Glasartikel wird allgemein verstanden, dass die räumlichen Abmessungen des Glasartikels in einer Raumrichtung eines kartesischen Koordinatensystems wenigstens eine Größenordnung geringer ist als in den beiden anderen, zur ersten Raumrichtung senkrechen Raumrichtungen. Mit anderen Worten ist die Dicke eines scheibenförmigen Glasartikels wenigstens eine Größenordnung geringer als seine Länge und Breite. Der scheibenförmige Glasartikel kann allgemein flach vorliegen, aber auch gewölbt oder verformt, beispielsweise als gewölbte oder gebogene Scheibe.
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Das von Glasartikel umfasste Glas weist eine Zusammensetzung umfassend Al2O3, SiO2, Li2O, Na2O und optional K2O und/oder B2O3, wobei, jeweils in mol-%, (Al2O3 + B2O3) - (Li2O + Na2O + K2O) kleiner als 0 ist, auf. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das Glas des Glasartikels chemisch vorspannbar ausgestaltet ist, und zwar so, dass eine kombinierte Vorspannung erzielbar ist, d.h. ein Austausch von Natrium-Ionen gegen Kalium-Ionen für einen hohen Spannungswert an der Oberfläche des vorgespannten Glasartikels, kombiniert mit einer Natrium-Vorspannung, erzielt durch einen Austausch von Lithium-Ionen gegen Natrium-Ionen, möglich ist.
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Vorteilhaft kann daher vorgesehen sein, dass das Glas und/oder der Glasartikel allgemein Li2O umfasst, beispielsweise mindestens 7 mol-% (bezogen auf eine Oxidbasis), beispielsweise 7 mol-% bis 12 mol-%, bevorzugt 7 mol-% bis 11 mol-%.
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Allgemein kann vorgesehen sein, dass das Glas und/oder der Glasartikel allgemein ein Lithium-Aluminium-Silikatglas umfasst oder aus einem solchen besteht. Darunter wird verstanden, dass das Glas und/oder der Glasartikel als Komponenten SiO2, Al2O3 und SiO2 umfassen.
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Allgemein kann gemäß einer Ausführungsform das Glas oder der Glasartikel umfassen, in Gew.-% auf Oxidbasis:
SiO2 | 60 bis 70, bevorzugt 62 bis 69, besonders bevorzugt 63 bis 69, ganz besonders bevorzugt 63 bis 68, |
Al2O3 | 10 bis 15, bevorzugt 10 bis 13, |
Li2O | 7 bis 12, bevorzugt 7 bis 11. |
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Weiterhin kann das Glas nach einer Ausführungsform noch Na2O umfassen, vorzugsweise zu mindestens 0,5 Gew.-%, und vorteilhafterweise bevorzugt nicht mehr als 11 mol-%. Besonders bevorzugt sind nach einer Ausführungsform Gehalt von Na2O zwischen 1 mol-% und 10 mol-%.
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Die vorgenannten Ausführungsformen sind besonders einfach geeignet, ein chemisch gut vorspannbares Glas bereitzustellen, bzw. allgemein zur Bereitstellung eines chemisch gut vorspannbaren Glasartikels.
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Gleichzeitig sind mit den vorgenannten Ausführungsformen des Glases bzw. des Glasartikels überraschenderweise Einstellungen unterschiedlicher Transmissionsspektren je nach gewünschter Produktperformance möglich. Mit anderen Worten können in ein entsprechendes Grundglas (dies bedeutet hier eine Glaszusammensetzung ohne die entsprechenden Zusätze zur Einstellung der Färbung) unterschiedliche Färber zugesetzt werden. Die vorgenannten Grundgläser sind also nicht nur chemisch gut vorspannbar, sondern insbesondere auch chemisch so stabil, dass unterschiedliche Färber zugesetzt werden können, ohne dass es dabei zu Entglasung kommt.
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Vorteilhaft ist weiterhin, dass auch chemische Vorspannprozesse für solche Glaszusammensetzungen nicht angepasst werden müssen.
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Die Dicke zwischen 0,3 mm bis 4 mm ist weiterhin so gewählt, dass ein guter Kompromiss zwischen einem geringen Gewicht der Rückseitenabdeckung (oder rückseitigen Abdeckscheibe) und deren mechanische Stabilität gefunden ist. Dünnere Glasartikel weisen keine ausreichende mechanische Beständigkeit auf. Dickere Scheiben sind hingegen zu schwer.
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Weiterhin ist die Zusammensetzung des Glases des Glasartikels so gewählt, dass alkalireiche Grundgläser vorliegen, in die Farboxide, beispielsweise Cobaltoxid CoO, so eingebaut werden können, dass eine hinreichende Färbung des Glases bzw. entsprechend des Glasartikels im sichtbaren Spektralbereich möglich ist, gleichzeitig aber eine auch ausreichende Transmission im nahen IR-Bereich gewährleistet ist. Die Struktur der in Anspruch 1 definierten Gläser ist also so aufgebaut, dass Farboxide in die Glasstruktur eingebaut werden können, gleichzeitig aber die gute IR-Transmission des Grundglases erhalten bleibt. Dies kann vorteilhaft dadurch erzielt werden, dass die Komponenten des Glases die vorstehenden Bedingungen, dass (Al2O3 + B2O3) - (Li2O + Na2O + K2O) kleiner als 0 ist, erfüllen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass alkalireiche Gläser notwendig sind, um eine ausreichende IR-Transmission zu gewährleisten, wobei nicht der Alkaligehalt des Glases allein ausschlaggebend ist (also die Summe an den Elementen Li2O, Na2O und K2O, sondern vielmehr das Verhältnis (Al2O3 + B2O3) - (Li2O + Na2O + K2O) (alle Angaben in mol-%) zu betrachten ist. Es hat sich nämlich gezeigt, dass hohe Gehalte an Alkalien bzw. Alkalioxiden die Ausscheidung von stark gefärbten und IR-blockenden Kristalliten, wie beispielsweise Ilmenit FeTiO3 verhindern.
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Insbesondere hat sich allgemein gezeigt, dass der Bezug zur Summe Al2O3 + B2O3 wesentlich ist, weil Al2O3 und B2O3 die durch Alkalioxide gebildeten Trennstellen in der Glasstruktur kompensieren und somit bei der Betrachtung der durch Alkalioxiden bedingten Eigenschaften mitberücksichtigt werden müssen. Durch die vorliegend definierte allgemeine Zusammensetzung, nämlich umfassend Al2O3, SiO2, Li2O, Na2O und optional K2O und/oder B2O3, wobei, jeweils in mol-%, (Al2O3 + B2O3) - (Li2O + Na2O + K2O) kleiner als 0 ist, sind also die Gläser beschrieben, mit welchen die erforderlichen Eigenschaften in der Optik, aber auch der Mechanik, erreichbar sind.
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In diesem Fall sind dann vorteilhaft die optischen Eigenschaften so eingestellt, dass eine Lichttransmission τ von höchstens 60 % bei 450 nm, von höchstens 30 % bei 540 nm und von höchstens 30 % bei 630 nm vorliegt, wobei eine Untergrenze vorzugsweise jeweils bei mindestens 0,001 % liegen kann, bevorzugt bei mindestens 0,01%, besonders bevorzugt bei mindestens 0,1 %. Jedoch kann es auch sein, dass im sichtbaren Wellenlängenbereich, gerade bei Wellenlängen im Bereich zwischen 390 nm und 630 nm, beispielsweise zwischen 390 nm und 460 nm und/oder zwischen 450 nm und 630 nm, der spektrale Transmissionsgrad bei einzelnen Wellenlängen und/oder über einen bestimmten Wellenlängenbereich im Rahmen der Messgenauigkeit 0 beträgt, insbesondere bei den hier betrachteten beispielhaften Probendicken von 1 mm. Dies ist beispielsweise bei den Beispielgläsern 1 und 3 aus 2 der Fall. Gleichzeitig beträgt die IR-Transmission mindestens 10 % bei jeder Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1100 nm, wobei vorzugsweise die Transmission jeweils höchstens 99% beträgt. Diese Werte sind hier als Referenzwerte zu verstehen, also bestimmt jeweils bei einer Dicke des scheibenförmigen Glasartikels von 1 mm.
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Unter der Lichttransmission bzw. der Transmission bei einer bestimmten Wellenlänge wird vorliegend allgemein der spektrale Transmissionsgrad, also der Messwert der Transmission bei einer bestimmten Wellenlänge verstanden.
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Dickere scheibenförmige Glasartikel können zur Überprüfung, ob die optischen Eigenschaften erfüllt sind, ausgedünnt werden, dünnere Glasartikel können auf die entsprechende Dicke gestapelt und vermessen werden.
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Auf besonders einfache Weise lassen sich die Transmissionswerte gemäß einer Ausführungsform dadurch erzielen, dass die Zusammensetzung des Glases und/oder des Glasartikels wenigstens 0,1 mol-% und höchstens 5 mol-% wenigstens einer farbgebenden Komponente, insbesondere vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe CoO, Fe2O3, TiO2, Cr2O3 und/oder MnO und/oder Mischungen hiervon, umfasst.
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Hierbei sind Grundglas und die wenigstens eine farbgebende Komponente so aufeinander abgestimmt, dass die niedrigen Lichttransmissionswerte im sichtbaren Spektralbereich mit einer ausreichend hohen IR-Transmission kombiniert sind.
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Dies war bisher so nicht bekannt. Gerade die Kombination bestimmter Alkaligehalte in Kombination mit den Gehalten der Oxide Al2O3 und B2O3 sowie einem Farboxid ermöglicht daher gemäß einer Ausführungsform überraschenderweise, die vorteilhaften optischen Eigenschaften eines volumengefärbten Glasartikels, der chemisch vorgespannt vorliegt bzw. chemisch vorspannbar ist, zu erzielen. Dabei ist das Glas so zusammengesetzt, dass auch sehr vorteilhafte Vorspannungsprofile, insbesondere „kombinierte“ Vorspannungsprofile, also umfassend einen „Kalium“- und einen „Natrium“-Anteil, erzielt werden können bzw. erzielbar sind.
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Besonders vorteilhaft ist bei den gefärbten Glasartikeln bzw. Gläsern nach Ausführungsformen die hohe IR-Transmission des glasigen Materials. Dies bietet gerade im Produktionsprozess, insbesondere im Schmelzprozess, den Vorteil, dass die zur Schmelze benötigte Wärmeenergie in das Glas eingebracht werden kann, aber auch wieder abgegeben werden kann. Dies ist bei bekannten dunklen Gläsern bzw. glasigen Materialien schwierig.
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Die Gehalte der Farboxide, beispielsweise der Komponenten Cobaltoxid, Eisenoxid, Chromoxid, Manganoxid, werden in der vorliegenden Offenbarung stets als Oxid mit einer bestimmten Oxidationsstufe angegeben. Beispielsweise werden die Komponenten Cobaltoxid, Eisenoxid, Chromoxid und Manganoxid stets als CoO, Fe2O3, Cr2O3 und MnO angegeben. Ihre Kationen können aber auch in anderen Oxidationszahlen vorliegen. Sofern daher hier als farbgebende Komponente beispielsweise von CoO gesprochen wird, wird allgemein darunter verstanden, dass das Cobalt-Ion auch in einer anderen als der zweiwertig positiven Oxidationsstufe vorliegen kann, beispielsweise als dreiwertig positives Ion Co3+. Diese Ausführungen gelten für die weiteren farbgebenden Komponenten in entsprechender Weise. Unter farbgebenden Oxiden bzw. allgemein farbgebenden Komponenten werden auch solche verstanden, welche nicht allein, sondern im Zusammenwirken mit einer weiteren Komponente färbend wirken.
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So sind mögliche Oxidationsstufen für Cobalt +2 und +3, für Eisen +2 und +3, für Chrom +3 und für Mangan +2, +3 und +4. Je höher die Maximal-Temperatur im Herstellungsprozess, desto eher dominieren niedrigere Oxidationsstufen. Zusätzlich kann der Anteil an reduzierten Spezies durch den Zusatz von Reduktionsmitteln wie z.B. Kohlenstoff oder Zucker in die Glasschmelze verschoben werden. Generell nimmt die Transmission im Sichtbaren bei den beschriebenen Gläsern durch einen höheren Anteil reduzierter Spezies ab. Die in der vorliegenden Offenbarung angegebenen Werte für den spektralen Transmissionsgrad in Kombination mit den jeweiligen Zusammensetzungen beziehen sich auf Gläser, die ohne Reduktionsmittel und mit der zur Läuterung nötigen Maximal-Temperatur (ca. die T2-Temperatur des Glases; 1500-1650°C) geschmolzen wurden.
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Sofern im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auf ein Glas und/oder einen Glasartikel Bezug genommen wird, welcher CoO als farbgebende Komponente/färbenden Bestandteil umfasst, kann dies auch so verstanden werden, dass das Glas bzw. der Glasartikel als mit CoO bzw. mit Cobalt dotiert vorliegt. Diese Ausführungen gelten für die weiteren farbgebenden Komponenten in entsprechender Weise.
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Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung kann die farbgebende Komponente auch synonym als Färber oder Farbgeber bezeichnet werden.
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TiO2 selbst ist an sich keine farbgebende Komponente, unterstützt aber in Verbindung mit Fe2O3 die Färbung durch Fe2O3 durch die Bildung von gefärbten FeTiO3-Komplexen im Glas.
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Nach einer Ausführungsform des Glasartikels ist dieser dadurch gekennzeichnet, dass das Glas und/oder der Glasartikel 0,1 mol-% bis 2 mol-%, bevorzugt 0,3 mol-% bis 1,5 mol-% CoO enthält und eine Lichttransmission τ von wenigstens 20 % bis höchstens 60 % bei 450 nm, von höchstens 20 % bei 540 nm und von höchstens 20 % bei 630 nm und eine IR-Transmission von mindestens 20 % in einem Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1100 nm aufweist, wobei die Transmissionswerte jeweils bestimmt sind bei einer Dicke des scheibenförmigen Glasartikels von 1 mm.
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Eine Ausgestaltung des Glasartikels in der Form, dass dieser bzw. das von diesem Glasartikel umfasste Glas CoO als farbgebende Komponente umfasst, führt zu einem Farbeindruck eines transluzenten, kräftigen Blaus. Insbesondere als Backcover für blaue LED ist ein solcher Glasartikel daher besonders geeignet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Glasartikel dadurch gekennzeichnet, dass das Glas und/oder der Glasartikel 0,5 mol-% bis 5 mol-% Fe2O3, bevorzugt 1,5 mol-% bis 4 mol-% Fe2O3 und 0,5 mol-% bis 3 mol-% TiO2, bevorzugt 1 mol-% bis 2,5 mol-% TiO2 umfasst und eine Lichttransmission τ von höchstens 20 % bei 450 nm, von höchstens 30 % bei 540 nm und von höchstens 30 % bei 630 nm und eine IR-Transmission von mindestens 10 in einem Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1100 nm aufweist, wobei vorzugsweise die Transmission jeweils höchstens 99% beträgt, wobei die Transmissionswerte jeweils bestimmt sind bei einer Dicke des scheibenförmigen Glasartikels von 1 mm.
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Hierbei kann ein transluzentes, kräftiges Schwarz bzw. ein sehr dunkles Braun erhalten werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es hierbei möglich, den Farbeindruck durch einen gewissen Gehalt an CoO so einzustellen, dass zusätzlich ein Blaustich erzielt werden kann.
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Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform ist der scheibenförmige Glasartikel dadurch gekennzeichnet, dass das Glas und/oder der Glasartikel 0,1 mol-% bis 1 mol-% Cr2O3, bevorzugt 0,2 mol-% bis 0,6 mol-% Cr2O3 und 0,5 mol-% bis 4 mol-% MnO, bevorzugt 1 mol-% bis 3 mol-% MnO umfasst und eine Lichttransmission τ von höchstens 10 % bei 450 nm, von höchstens 20 % bei 540 nm und von höchstens 30 % bei 630 nm und eine IR-Transmission von mindestens 10 % in einem Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1100 nm aufweist, wobei die Transmissionswerte jeweils bestimmt sind bei einer Dicke des scheibenförmigen Glasartikels von 1 mm.
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Auf diese Weise ist ein sehr dunkles Braun bis ein nahezu blickdichtes, tiefes Schwarz möglich, in Abhängigkeit davon, wie hoch der Gehalt der farbgebenden Komponente ist. Je höher der Gehalt an farbgebender Komponente ist, desto schwärzer bzw. dunkler erscheint der Glasartikel.
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Die geschilderten Farbeindrücke beziehen sich allgemein jeweils auf scheibenförmige Glasartikel mit üblichen Dicken im Millimeterbereich.
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Die mechanischen Anforderungen, beispielsweise bezüglich Härte und Stoßfestigkeit, an einen Glasartikel, welcher als sogenannte Rückseitenabdeckung oder als „Backcover“ verwendet werden soll, gestellt werden, sind allgemein vergleichbar mit denen eines Glasartikels, der als Frontseitenabdeckung verwendet werden soll. Die Belastungen sind zwar tendenziell leicht unterschiedlich. Beispielsweise führen Bruch oder Kratzer auf einer Frontseitenabdeckung schneller zu Funktionseinschränkungen in der üblichen Nutzung, dafür sind Backcover häufig in einer etwas geringeren Dicke ausgeführt, wodurch ein Glas für gleiche Performance mehr leisten müsste (Rückseitenabdeckung meist ungefähr 0,5-0,6 mm, Vorderseitenabdeckung meist ungefähr 0,6-0,8 mm). Des Weiteren können die transluzenten Varianten des Glasartikels nach Ausführungsformen ebenfalls die Möglichkeit bieten, kleinere rückseitige Displays durchscheinen zu lassen. Der Glasartikel nach Ausführungsformen sollte daher allgemein eine vergleichbare mechanische Performance aufweisen wie Glasartikel für den Einsatz als Fronabdeckung. Vorteilhaft wird der Glasartikel daher chemisch vorgespannt.
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Vorzugsweise weist der Glasartikel nach einer Ausführungsform in vorgespanntem Zustand bzw. als chemisch vorgespannter Glasartikel eine Druckspannung CS an der Oberfläche von mindestens 200 MPa bis höchstens 1100 MPa, eine Druckspannung in 30 µm Tiefe CS30 von mindestens 50 MPa bis 300 MPa und eine DoCL zwischen 0,05*t und 0,3*t, wobei t die Dicke des scheibenförmigen Glasartikels in µm ist, auf.
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Bevorzugt beträgt allgemein die Dicke des Glasartikels mindestens 0,3 mm, bevorzugt mindestens 0,5 mm, und/oder höchstens 2,5 mm und bevorzugt höchstens 2 mm.
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Typische Dicken für Glasartikel für den Einsatz als Rückseitenabdeckung liegen zwischen 0,5 mm und 0,6 mm, wobei spezielle Designs mit großflächigem mechanischen Abtrag, z.B. zur Erzielung eines homogenen Übergangs zwischen erhöhtem Kamerabereich und restlichem Backcover, durchaus Dicken zwischen 1 mm und 2 mm erfordern können. Zudem sind weitere Anwendungen vorstellbar, beispielsweise im Bereich Wearables, für die auch Dicken von mehr als 2 mm in Betracht kommen, wie beispielsweise Anwendungen im Bereich Kochen auf Glas. Aus Design-Aspekten kann allgemein, ohne Beschränkung auf eine bestimmte Ausführungsform, gerade eine Dickenvariation innerhalb eines Glasartikels für besonders gewünschte Effekte sorgen, da die dickenabhängige Transmission so für variierende Farbintensitäten sorgt. Denkbar ist ebenso die Integration eines dahinterliegenden Displays im gesamten Rückseitenbereich oder auf einer Teilfläche, welche auf Dicken von weniger als 0,5 mm präpariert sein kann, um die Sichtbarkeit zu verbessern, aber dennoch die Farbanmutung im ausgeschalteten Zustand zu erhalten. Dies ist insbesondere bei faltbaren Smartphones vorstellbar, bei denen Rückseitenabdeckung gleichzeitig als vorderseitige Abdeckung im zusammengefalteten Zustand fungiert.
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Gemäß einer Ausführungsform des Glasartikels ist dieser so ausgestaltet, dass der Glasartikel und/oder das vom Glasartikel umfasste Glas die folgenden Komponenten in mol-% auf Oxidbasis umfasst:
SiO2 | 60 bis 70, bevorzugt 62 bis 69, besonders bevorzugt 63 bis 69, ganz besonders bevorzugt 63 bis 68, |
B2O3 | 0 bis 7, bevorzugt 0 bis 5, besonders bevorzugt 0 bis 4, besonders bevorzugt 0 bis 1, wobei vorzugsweise B2O3 bis auf Verunreinigungen nicht enthalten ist, |
Al2O3 | 10 bis 15, bevorzugt 10 bis 13, |
Li2O | 7 bis 12, bevorzugt 7 bis 11, |
Na2O | 0,5 bis 11, bevorzugt 1 bis 10, |
K2O | 0 bis 1, |
MgO | 0 bis 5, |
P2O5 | 0 bis 3, bevorzugt 0 bis 2, besonders bevorzugt wenigstens 0,2, |
ZrO2 | 0 bis 5. |
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Je nach genauer Ausgestaltung des Glasartikels ist es dabei möglich, dass das Glas und/oder der Glasartikel weitere Komponenten umfassen.
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Bevorzugt umfasst die Zusammensetzung des Glases und/oder des Glasartikels allgemein wenigstens 0,1 mol-% und höchstens 5 mol-% wenigstens einer farbgebenden Komponente, insbesondere vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe CoO, Fe2O3, TiO2, Cr2O3 und/oder MnO und/oder Mischungen hiervon.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft gemäß einem weiteren Aspekt auch ein Glas. Das Glas umfasst die folgenden Komponenten in mol-% auf Oxidbasis:
SiO2 | 60 bis 70, bevorzugt 62 bis 69, besonders bevorzugt 63 bis 69, ganz besonders bevorzugt 63 bis 68, |
B2O3 | 0 bis 7, bevorzugt 0 bis 5, besonders bevorzugt 0 bis 4, besonders bevorzugt 0 bis 1, wobei vorzugsweise B2O3 bis auf Verunreinigungen nicht enthalten ist, |
Al2O3 | 10 bis 15, bevorzugt 10 bis 13, |
Li2O | 7 bis 12, bevorzugt 7 bis 11, |
Na2O | 0,5 bis 11, bevorzugt 1 bis 10, |
K2O | 0 bis 1, |
MgO | 0 bis 5, |
P2O5 | 0 bis 3, bevorzugt 0 bis 2, besonders bevorzugt wenigstens 0,2, |
ZrO2 | 0 bis 5. |
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Bevorzugt umfasst die Zusammensetzung des Glases allgemein wenigstens 0,1 mol-% und höchstens 5 mol-% wenigstens einer farbgebenden Komponente, insbesondere vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe CoO, Fe2O3, TiO2, Cr2O3 und/oder MnO und/oder Mischungen hiervon.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft auch die Verwendung eines Glasartikels nach Ausführungsformen als rückseitige Abdeckscheibe, insbesondere als Abdeckscheibe für Geräte der Unterhaltungselektronik, insbesondere für Anzeigeeinrichtungen, Bildschirme von Recheneinrichtungen, Messgeräten, TV-Geräten, insbesondere als Abdeckscheibe für mobile Geräte, insbesondere für zumindest ein Gerät aus der Gruppe, welche umfasst: mobile Endgeräte, mobile Datenverarbeitungsgeräte, insbesondere Mobiltelefone, mobile Rechner, Palmtops, Laptops, Tablet-Computer, Wearables, tragbare Uhren und Zeitmesseinrichtungen.
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Weiterhin ist auch eine Verwendung des Glasartikels als Abdeckscheibe im Bereich Kochen auf Glas möglich.
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Allgemein sind dabei, abhängig von der genauen Verwendung, viele unterschiedliche Ausführungen des Glasartikels möglich.
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Denkbar ist gemäß einer Ausführungsform der Einsatz eines Glasartikels, wobei der Glasartikel und/oder das von Glasartikel umfasste Glas mit Eisen, Titan und/oder Cobalt dotiert vorliegt, als Rückseitenabdeckung in einem Smartphone in Kombination mit dahinterliegenden Designelementen wie Folien oder Drucken mit Farbverläufen und/oder schimmernden Effekten, die durch den Glasartikel hindurch scheinen. Die Eigenfärbung des Glases bzw. des Glasartikels in Verbindung mit den dahinterliegenden Design-Elementen und dem auf den Glasartikel fallendem Licht lässt hierbei besondere Design-Effekte entstehen.
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Weiterhin denkbar ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Einsatz eines mit Eisen, Titan und/oder Cobalt dotierten transluzenten Glasartikels als Rückseitenabdeckung in einem faltbaren Smartphone, der es ermöglicht, hinter dem Glas liegende digitale Anzeigen hindurchscheinen zu lassen, während diese im ausgeschalteten Zustand verschwinden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Glasartikel als Rückseitenabdeckung eingesetzt, welcher mit Chrom und Mangan dotiert vorliegt und welcher mit einem Färberanteil im mittleren bis oberen bevorzugten Bereich an Cr2O3 und MnO umfasst, also zwischen 0,2 mol-% bis 0,6 mol-% Cr2O3 und zwischen1 mol-% bis 3 mol-% MnO. Dieser ist vorteilhaft, da er einen nur geringe spektrale Transmissionsgrade im sichtbaren Bereich aufweist. So kann auf eine abdeckende rückseitige Beschichtung verzichtet werden. Gleichzeitig ist dennoch durch die Eigenfärbung des Glases bzw. des Glasartikels eine tiefdunkle Anmutung realisierbar. Die Sichtbarkeit von Gerätebauteilen hinter dem Glasartikel wird dabei allein durch die starke Volumenfärbung des Glases bzw. Glasartikels verhindert.
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Vorteilhaft kann es aber auch sein, einen Glasartikel als Rückseitenabdeckung zu verwenden, welcher ein Glas dotiert mit Eisen, Titan und Cobalt umfasst. Dabei wird dem Fe-Ti-gefärbten Glas zwischen 0,1 und 1 mol-% CoO zugesetzt. Auf diese Weise wird es ermöglicht, den Farbeindruck des Glasartikels je nach Farbton des Hintergrundes zwischen schwarz und einem dunklen Blau zu variieren.
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Beispielhaft führt die nachfolgende Tabelle solche Zusammensetzungsbereiche (angegeben in Mol-% auf Oxidbasis) auf, in welchen Gehalte entsprechender Färber für eine solche vorbeschriebene Variation des Farbeindrucks einer Glaszusammensetzung nach Ausführungsformen zugegeben werden können:
Bereich | a) | b) | c) | d) |
Fe2O3 | 0,5-2, bevorzugt 0,5-1,4 | 1,4-5, bevorzugt 2-5 | 0,5-2, bevorzugt 0,5-1,4 | 1,4-5, bevorzugt 2-5 |
TiO2 | 0,5-1,2 | 1,2-2,5 | 0,5-1,2 | 1,2-2,5 |
CoO | 0,1-0,3, bevorzugt 0,1-0,25 | 0,1-0,3, bevorzugt 0,1-0,25 | 0,25-1, bevorzugt 0,3-1 | 0,25-1, bevorzugt 0,3-1 |
Farbeindruck | schwarz-blau transluzent | schwarz | dunkles Blau | schwarz mit Blaustich |
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Dies bedeutet, dass mit derselben Glaszusammensetzung unterschiedliche Design-Möglichkeiten erhalten werden. Je mehr CoO dem Glas zugesetzt werden, desto intensiver der Blaueindruck. So kann das Glas bzw. der Glasartikel in typischer Dicke für die Anwendung als Rückseitenabdeckung, wie vorstehend beschrieben, vor einem weißen oder hellen Hintergrund bläulich erscheinen, während derselbe Artikel vor dunklem Hintergrund tiefschwarz wirkt.
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Weitere Variationen sind möglich, sodass unterschiedlichste Detaillösungen in Abhängigkeit von der genauen Anwendung einstellbar sind.
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Vorteilhaft ist dabei, dass allen diesen Detaillösungen die Kombination der genannten Design-Aspekte mit den guten mechanischen Eigenschaften hochwertiger LAS-Covergläser gemein ist.
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Ein nochmals weiterer Aspekt Verfahren zur Herstellung eines vorgespannten Glasartikels nach einer Ausführungsform nach der Offenbarung, umfassend die Schritte
- - Durchführen eines Ionenaustauschs im Glasartikel in einem Tauschbad umfassend zwischen mindestens 10 Gew.-%, und bis zu 100 Gew.-% eines Natriumsalzes, vorzugsweise Natriumnitrat NaNO3, für eine Dauer von mindestens 2 Stunden, bevorzugt mindestens 4 Stunden, und höchstens 24 Stunden bei einer Temperatur zwischen mindestens 380°C und höchstens 440°C, wobei optional ein Kaliumsalz, insbesondere Kaliumnitrat KNO3, dem Tauschbad zugesetzt werden kann, insbesondere in der Form, dass die Summe des Gehalts von Natriumsalz und Kaliumsalz sich zu 100 Gew.-% addieren,
- - sowie Durchführen eines zweiten Ionenaustauschs im Glasartikel in einem Tauschbad umfassend zwischen 0 Gew.-% und 10 Gew.-% eines Natriumsalzes, vorzugsweise Natriumnitrat NaNO3, bezogen auf die Gesamtmenge des Salzes, für eine Dauer von mindestens einer Stunde und höchstens 6 Stunden bei einer Temperatur des Tauschbades von mindestens 380°C und höchstens 440°C, wobei dem Tauschbad ein Kaliumsalz, insbesondere bevorzugt Kaliumnitrat KNO3 zugesetzt wird, insbesondere in der Form, dass die Summe des Gehalts von Natriumsalz und Kaliumsalz sich zu 100 Gew.-% addieren,
- - sowie optional einen oder mehrere weitere Ionenaustauschschritte.
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Diese weiteren Ionenaustauschschritte können auch vor dem zweiten Ionenaustauschschritt erfolgen.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft weiterhin auch einen Glasartikel, hergestellt oder herstellbar in einem Verfahren nach einer Ausführungsform und/oder umfassend ein Glas nach einer Ausführungsform.
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Beispiele
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Die Erfindung wird anhand von Beispielen weiter erläutert.
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Hierbei wurde zunächst eine Grundzusammensetzung eines Glases vorgegeben. Diese Grundzusammensetzung - noch ohne Färber - umfasst allgemein die folgenden Komponenten in mol-% auf Oxidbasis:
SiO2 | 65 |
Al2O3 | 11,5 |
B2O3 | weniger als 1 |
Li2O | 10 |
Na2O | 9,3 |
K2O | weniger als 1 |
MgO | weniger als 1 |
CaO | --- |
ZnO | weniger als 1 |
P2O5 | 0,5 |
Fe2O3 | weniger als 0,1 |
ZrO2 | 1,8 |
CeO2 | weniger als 0,1 |
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Die jeweils zu dieser Grundzusammensetzung hinzukommenden Farboxide lagen bei den nachstehend behandelten Beispielen in folgenden Anteilen vor:
- Bsp. 1 (Co): 1 mol-% CoO
- Bsp. 2 (Fe-Ti+Co): 1,5 mol-% Fe2O3, 1 mol-% TiO2, 0,2 mol-% CoO
- Bsp. 3 (Mn-Cr): 1,5 mol-% MnO, 0,4 mol-% Cr2O
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Dabei wurden die farbgebenden Komponenten in einer Form zugesetzt, dass die relevanten Produkteigenschaften (z.B. mechanischen Eigenschaften und Vorspannbarkeit) des gefärbten Glases im Vergleich zum ungefärbten Grundglas nach Einschätzung des Entwicklers geringstmöglich verändert werden. Daher setzen sich die Gläser nicht exakt aus X % Grundglas + (100-X) Färbende Oxide zusammen. Die Zusammensetzungen der Beispielgläsern sind in der nachfolgenden Tabelle aufgelistet. Alle Angaben beziehen sich auf mol-%.
| Bsp. 1 | Bsp. 2 | Bsp. 3 |
SiO2 | 65,1 | 64,9 | 66,2 |
Al2O3 | 11,5 | 11,1 | 11,4 |
B2O3 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
Li2O | 10,6 | 10,6 | 10,5 |
Na2O | 9,3 | 9,3 | 9,2 |
K2O | 0,3 | 0,3 | 0,4 |
MgO | 0,0 | 0,7 | 0,0 |
CaO | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
ZnO | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
P2O5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
Fe2O3 | 0,0 | 1,5 | 0,0 |
| Bsp. 1 | Bsp. 2 | Bsp. 3 |
ZrO2 | 1,8 | 0,0 | 0,0 |
CeO2 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
TiO2 | 0,0 | 1,0 | 0,0 |
CoO | 1,0 | 0,2 | 0,0 |
Cr2O3 | 0,0 | 0,0 | 0,4 |
MnO | 0,0 | 0,0 | 1,5 |
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren weiter erläutert. Es zeigen
- 1. eine schematische und nicht maßstabsgetreue Abbildung eines Glasartikels nach einer Ausführungsform, sowie
- 2. Transmissionskurven der drei Beispielgläser.
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1 zeigt schematisch und nicht maßstabsgetreu einen scheibenförmigen Glasartikel 10 nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Der scheibenförmige Glasartikel 10 ist hier vorliegend eben ausgeführt, kann aber allgemein, ohne Beschränkung auf eine bestimmte Ausführungsform, gewölbt oder gebogen vorliegen. Der Glasartikel 10 ist scheibenförmig in der Form, dass er eine Dicke t aufweist, die kleiner ist als die Breite und die Länge des Glasartikels. Die Länge und Breite des Glasartikels definieren dessen Seiten (auch Hauptseiten genannt), nämlich die hier Oberseite und die Unterseite bzw. je nach Orientierung des Glasartikels auch Vorder- und Rückseite.
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2 zeigt Transmissionskurven für die drei in der vorstehenden Tabelle genannten Beispielgläser. Transmissionskurve 1 wurde für Beispielglas 1 erhalten, Transmissionskurve 2 für Beispielglas 2 und Transmissionskurve 3 für Beispielglas 3.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Glasartikel
- 1, 2, 3
- Transmissionskurven
- t
- Dicke von 10
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2011/0071012 A1 [0009]