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Die Erfindung betrifft eine Wand-, Boden- oder Deckenfliese oder -kachel.
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Wand-, Boden- oder Deckenfliesen oder -kacheln werden für dekorative Zwecke oder Schutzzwecke eingesetzt. Sie können zur Verkleidung sowohl von Innen- als auch von Außenflächen dienen, beispielsweise in Räumen oder von Fassaden. Sie können auch zur Verkleidung von Gegenständen dienen, beispielsweise von Ofen, Kaminen oder Tischen. Sie können auch als Bodenbelag dienen, beispielsweise in Küche oder Bad.
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Kacheln oder Fliesen sind meist keramische Platten oder Glasplatten. Sie bestehen gewöhnlich aus Steingut, Steinzeug oder Terrakotta oder Klinker oder Glas.
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Kacheln oder Fliesen haben meist dekorativen Charakter. Beispielsweise durch Glasieren und/oder Bedrucken und/oder durch malerische Handarbeit kann eine Vielzahl von Dekoren erzeugt werden. So können ein- oder mehrfarbige oder gemusterte Oberflächen erzeugt werden oder Oberflächen, die den Anschein anderer Materialien wie beispielsweise Holz oder Kork erwecken. Jedoch lässt sich der Eindruck von Metall bisher kaum erzielen.
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Je nach Material der Kachel oder Fliese können durch Polieren Oberflächen erzeugt werden, die ein gewisses Maß an Glanz oder Struktur aufweisen. Mehrere Kacheln oder Fliesen können in fortlaufender Abfolge als Ensemble ein Fries, insbesondere ein Wandfries, bilden, beispielsweise an Außenflächen oder im Eingangsbereich von Gebäuden, aber insbesondere auch in Bädern.
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Kacheln oder Fliesen dienen auch dem Schutz der durch sie verkleideten Fläche. Je nach Anwendung und Einsatzort der Kachel oder Fliese sind unterschiedliche Eigenschaften wie Bruchfestigkeit, geringer Verschleiß, Frostfestigkeit oder Rutschfestigkeit oder Schmutzabweisung von Bedeutung. Eine weitere wünschenswerte Eigenschaft, die Kratzfestigkeit, ist oftmals nicht in ausreichendem Maße vorhanden.
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Kacheln oder Fliesen sind meist prismenförmig, insbesondere weisen sie die Form eines Quaders oder anderer Parallelepipede, z. B. eines Rhomboeders, auf. Sie können auch beliebige andere Formen, die sich eine geschlossene Fläche bildend bündig anordnen lassen, haben.
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Kacheln oder Fliesen weisen üblicherweise – auch in Abhängigkeit vom Anwendungszweck – Dicken zwischen 2 mm und 20 mm auf.
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Kacheln oder Fliesen lassen sich an den Flächen, die sie verkleiden, anbringen, indem sie beispielsweise geklebt werden. Besondere Halterungen oder sonstige Vorrichtungen zum Befestigen sind im Allgemeinen nicht nötig.
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Insbesondere wenn Kontakt von Gegenständen, beispielsweise Möbelstücken, zu den Kacheln oder Fliesen besteht oder es leicht zu einem solchen Kontakt kommt, ist eine ausreichende Kratzfestigkeit eine wesentliche Anforderung.
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Insbesondere wenn der dekorative Charakter der Wand- oder sonstigen Verkleidung im Vordergrund steht, werden stets neue Ausführungen von Wandschmuck oder -verkleidungen gefordert, die dem Wunsch der Kunden nach gestalterischen Neuerungen und optischen Veränderungen Rechnung tragen.
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Metallische oder metallisch anmutende Materialien vermitteln einen Eindruck von Reinheit, Klarheit und Präzision. Granit, Marmor oder andere Gesteine oder zumindest den Eindruck von Gestein oder Steinen vermittelnde Materialien wirken fest, stabil, robust und stehen für Kraft, Stärke, Unverwüstbarkeit und Langlebigkeit. Beide Materialgruppen sind daher in der Innen- und Außengestaltung sehr beliebt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Komponenten für eine Wand- oder sonstige Verkleidung, die diesen Anforderungen gerecht wird, zur Verfügung zu stellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Wand-, Boden- oder Deckenfliese oder -kachel mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Wand-, Boden- oder Deckenfliese oder -kachel besteht überwiegend aus kristallinem Silizium oder einem anderen metallisch glänzendem Kristall, z. B. aus nichtoxidischen Siliziumverbindungen, beispielsweise SiC oder Si3N4, und weist eine multikristalline Kristallstruktur auf. Überwiegend heißt dabei, dass die (Silizium-)Matrix des Gefüges nur bis zu einem solchen Anteil mit Fremdphasen durchsetzt sein darf, dass der (für das Silizium) typische visuelle Grundeindruck nicht verloren geht. Das größte im Gefüge sichtbare Korn hat eine Größe von 0,001% bis 50% der gesamten sichtbaren Fläche. Bevorzugt hat das größte im Gefüge sichtbare Korn eine Größe von 0,005% bis 15% der gesamten sichtbaren Fläche. Besonders bevorzugt hat das größte im Gefüge sichtbare Korn eine Größe von 0,02% bis 5% der gesamten sichtbaren Fläche.
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Der Begriff multikristallin wird hier synonym zu polykristallin verwendet. Unter diesen Begriffen versteht man einen Aufbau des Kristalls aus Körnern unterschiedlicher Orientierung.
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Die erfindungsgemäße Wand-, Boden- oder Deckenfliese oder -kachel ist meist prismenförmig, vorzugsweise weist sie die Form eines Quaders oder anderer Parallelepipede, z. B. eines Rhomboeders, auf. Sie kann auch beliebige andere Formen, die sich eine geschlossene Fläche bildend bündig anordnen lassen, annehmen. Die Quaderform ist besonders bevorzugt.
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In manchen bevorzugten Ausführungsformen ist die Grundfläche der Fliese oder Kachel, also die sichtbare Fläche, kein Rechteck.
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Vorzugsweise beträgt die geringste Ausdehnung (Dicke) dieses flächigen Körpers ein Vierhundertstel bis ein Zweihundertstel der größten Ausdehnung, mindestens jedoch 2 mm.
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Gängige Maße betragen bei einer rechteckigen Grundfläche eine Fläche von 10 mm bis 840 mm mal 10 mm bis 840 mm. Bevorzugte Maße bei rechteckiger Grundfläche sind 100 mm × 150 mm bis 300 mm × 600 mm.
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Gängige Maße betragen bei einen quadratischen Grundfläche eine Fläche von 10 mm × 10 mm bis 840 mm × 840 mm. Bevorzugte Maße bei quadratischer Grundfläche sind 10 mm × 10 mm bis 400 mm × 400 mm.
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Diese Maße können aber je nach Anwendungszweck variieren.
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Bevorzugt ist, dass die Dicke der erfindungsgemäßen Kachel oder Fliese zwischen 2 mm und 20 mm beträgt.
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Die erfindungsgemäße Kachel oder Fliese kann nicht mit den für traditionelle Kacheln oder Fliesen aus keramischen Materialien oder Glas üblichen Herstellungsverfahren hergestellt werden.
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Besteht die erfindungsgemäße Kachel oder Fliese aus Silizium, so wird sie vorzugsweise aus Solar grade Silizium, auch Solarsilizium genannt, metallurgischem Silizium oder UMG-Silizium (Upgraded metallurgical gradesilicon) mit den aus der Photovoltaik bekannten Verfahren der gerichteten Erstarrung hergestellt. Zu den Verfahren der gerichteten Erstarrung zählen das Bridgeman-Verfahren, das Vertical Gradient Freeze(VGF)-Verfahren, das Heat Exchanger Method(HEM)-Verfahren oder das Blockguss-Verfahren. Bei diesen genannten Verfahren entsteht jeweils ein Ingot, aus dem eine Vielzahl der Fliesen oder Kacheln herausgearbeitet werden können.
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Der Reinheitsgrad des eingesetzten Siliziums ist für die Herstellung der Siliziumplatte und ihre Verwendung als Kachel oder Fliese nicht wesentlich, solange er 97% nicht unterschreitet.
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Die Herstellung von Silizium-Ingots ist beispielsweise in der
DE 10 2006 017 622 A1 und in
2 der Veröffentlichung „
Andreas Schönecker et al., 2003, Solid State Phenomena, 95–96, S. 149ff.” ausführlich beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Kachel oder Fliese aus Silizium wird beispielsweise hergestellt mittels eines Herstellungsverfahrens, welches die folgenden Herstellungsschritte umfasst:
- • einen ersten Schritt, in dem ein Ingot gezüchtet wird,
- • einen zweiten Schritt, in dem der Ingot in Säulen zerlegt wird,
- • einen dritten Schritt, in dem die Säulen zu Platten zerlegt werden,
- • einen optionalen weiteren Schritt, in dem aus den Platten beliebige Konturen, beispielsweise mit Drahttrennläpp- oder Drahttrennschleifverfahren oder bevorzugt mit Strahltrennverfahren (Laser, Sand- oder Wasserstrahltrennen), ausgearbeitet werden,
- • einen weiteren Schritt, in dem die Platten mechanisch oder chemisch behandelt werden,
- • einen weiteren optionalen Schritt, in dem eine oder mehrere Kanten gefast oder verrundet werden.
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Der Schritt 2 und der Schritt 3 werden mit den in der Solarindustrie üblichen Trennmaschinen (Squarer, Bricketer, Bandsäge, ID-Säge, Multi-Wire-Säge) ausgeführt. Dabei werden in Schritt 3 die Blöcke mit in der PV-Industrie üblichen Trennmaschinen, beispielsweise einer Multi-Wire-Säge oder ID-Säge, zu Platten vereinzelt, die aber anders als dünne Solarwafer mit üblicherweise einer Dicke von weniger als 200 μm vorzugsweise die oben genannten Dicken von 2 bis 20 mm aufweisen.
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Der Fachmann weiß die Korngrößenverteilung im Rahmen des Herstellungsprozesses zu variieren.
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Anders als bei der Solarwaferproduktion können aus für diesen Zweck gezüchteten Ingots für die Anwendung Kachel oder Fliese auch die Boden- oder Deckelseiten der Blöcke oder Säulen, Bereiche mit Einschlüssen oder Bereiche falschen Widerstandes, die allesamt den Anforderungen der PV-Industrie nicht genügen, verwendet werden. Es können auch komplett für die Solarwaferproduktion nicht geeignete Ingots für die Herstellung der erfindungsgemäßen Kacheln oder Fliesen verwendet werden.
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Je nach Höhe des polykristallinen Anteils im Material variiert das äußere Erscheinungsbild der erfindungsgemäßen Kachel oder Fliese.
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Die erfindungsgemäße Kachel oder Fliese kann chemisch, beispielsweise mit Ätzverfahren, wie mit einer alkalischen Ätzlösung, wie sie z. B. auch für die alkalische Isotextur von Solarwafern verwendet wird, einer sauren Ätzlösung, wie sie z. B. für die saure Isotextur von Solarwafern verwendet wird, oder einer Ätzlösung, wie sie für das Glanzätzen von Si-Oberflächen verwendet wird, behandelt werden. Sie kann aber auch mechanisch, beispielsweise durch Strahlverfahren, behandelt werden. Dabei wird zumindest die in der Anwendung sichtbare Oberfläche ganz oder teilweise behandelt. Vorzugsweise wird nur diese Oberfläche behandelt. Vorzugsweise wird diese Oberfläche ganzflächig behandelt.
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Eine solche Behandlung dient der Hervorhebung der multikristallinen Struktur der Kachel oder Fliese. Durch eine solche Behandlung wird die behandelte Oberfläche optisch derart modifiziert, dass die einzelnen in ihrer Orientierung unterschiedlichen Silizium-Körner visuell deutlich wahrnehmbar sind. Durch die Anisotropie des Siliziumkristalles kommt es beim basischen Ätzen in den drei Kristallachsen 111, 101 und 100 zu unterschiedlichen Abtragsgeschwindigkeiten (typischerweise ein Verhältnis von 1:600 von der chemisch stabilsten zur instabilsten Richtung). Es ist typischerweise je nach Kristallorientierung, also kristallrichtungsabhängig, ein Materialabtrag von 0,1 μm bis 500 μm, vorzugsweise 0,1 μm bis 50 μm zum Erzeugen eines anisotropen Glanzes oder 1 μm bis 500 μm zum zusätzlichen Erzeugen eines Reliefs erforderlich. Durch Aufbringung oder Erzeugung einer optisch transparenten Oberflächenschicht kann die Oberfläche in der Farbe variiert werden. So bewirkt beispielsweise eine Oxidierung oder Nitridierung ein schichtdickenabhängiges Farbspiel. Verfahren und Technologien zur Oxidation und zur Nitridierung von Silizium und den anderen weiter oben aufgeführten Materialien sind dem Fachmann bekannt und in zahlreichen Veröffentlichungen hinreichend beschrieben.
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Falls zur Gestaltung der Oberfläche gewünscht, kann die erfindungsgemäße Kachel oder Fliese auch, wie für herkömmliche Kacheln oder Fliesen gängig, glasiert, bedruckt oder bemalt werden. Dies ist aber im Allgemeinen nicht nötig, insbesondere weil durch eine solche Behandlung das spezielle dekorative Erscheinungsbild des polykristallinen Siliziums beeinträchtigt würde.
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Eine besonders geeignete und in einigen Ausführungsformen bevorzugte Art der Dekoration entsteht, wenn Teile der Oberfläche durch Abdecken einer chemischen oder mechanischen Oberflächenbehandlung entzogen werden.
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Für manche Anwendungszwecke werden vorzugsweise auch die umlaufenden schmalen Flächen behandelt, insbesondere indem die beiden oben genannten Herstellungsschritte der chemischen oder mechanischen Behandlung und des Fasen der Kanten in ihrer Reihenfolge vertauscht werden.
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Die erfindungsgemäßen Kacheln oder Fliesen lassen sich an den Flächen, die sie verkleiden, auf übliche Weise anbringen, indem sie beispielsweise geklebt werden.
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Zum besseren Verständnis und zur Verdeutlichung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel geschildert und wird in den Abbildungen die Oberfläche der gemäß Ausführungsbeispiel hergestellten Fliese aus Solarsilizium mit einem polykristallinen Anteil von 100% und Korngrößen bis zu ca. 50 mm in der größten Ausdehnung mit den Abmessungen 156 mm × 156 mm (× 5 mm) gezeigt.
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Die abgebildete Fliese wurde aus einem im Tiegelzuchtverfahren (VGF-Verfahren) hergestellten Ingot mittels Drahtläppen in einem Squarer und anschließendem Trennen in einer ID-Trennschleifmaschine herausgearbeitet. In einer speziellen Fasenschleifmaschine sind die zur Funktions- bzw. Sichtfläche liegenden Körperkanten mit einer Fase 1 × 45° versehen worden. Der abschließende Ätzschritt zur Hervorhebung der multikristallinen Struktur basiert auf einem basischen Ätzverfahren mit KOH-Lauge an einer automatisierten Durchlaufanlage zur Aufbereitung von Solarsilizium.
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In der Tabelle sind wesentliche Eigenschaften der Fliese aufgeführt: Tabelle:
| Materialparameter | Wert | Einheit |
| Dichte | 2,33 | g/cm3 |
| Knoop Härte | 850 | kg/mm2 |
| Längenausdehnungskoeffizient (100°C) | 2,33 × 10–6 | K–1 |
| Thermische Leitfähigkeit | 1,57 | Wcm–1K–1 |
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In ist ein Ausschnitt von vier versetzt angeordneten Fliesen der Abmessung 156 × 156 × 5 mm3 dargestellt. Der optische Eindruck der sichtbaren Trennkannten zwischen den vier Fliesen wird durch Fasen 1 × 45° verstärkt. Der für die Struktur typische richtungsabhängige Glanz ist in der Abbildung nicht darstellbar.
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In ist eine Fliese 156 × 156 × 5 mm3 in derselben Lage mit unterschiedlich einfallender Beleuchtung dargestellt. Die sichtbaren Unterschiede im Erscheinungsbild beruhen auf den unterschiedlichen Orientierungen der Kristalle und den damit verbundenen unterschiedlichen Reflexionswinkeln.
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Die erfindungsgemäße Wand-, Boden- oder Deckenfliese oder -kachel weist hervorragende Gebrauchseigenschaften auf. Insbesondere ist sie sehr kratzunempfindlich und daher besonders geeignet für die Verwendung im Außen und Bodenbereich. Weiter hat sie eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, wodurch sie besonders geeignet ist für die Verwendung als Verkleidung über einer Wand- oder Bodenheizung. Auch ihre sonstigen für Kacheln und Fliesen relevanten Eigenschaften wie Bruchfestigkeit sind für die für Wand-, Boden- oder Deckenfliesen oder -kacheln üblichen Anwendungsfelder völlig ausreichend.
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Vor allem aber besticht die erfindungsgemäße Wand-, Boden- oder Deckenfliese oder -kachel durch ihren optischen Eindruck. Sie vermittelt in perfekter Kombination einen Eindruck von sowohl Klarheit und Eleganz als auch Robustheit und Stabilität. Ihre Farbe, Struktur und Musterung macht die Kachel oder Fliese zu einem Schmuckstück sämtlicher Fassaden, Wände, Decken, Böden oder Gegenstände, die sie verkleidet.
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Mit einer entsprechenden Zahl der Kacheln oder Fliesen können die genannten Flächen ganzflächig verkleidet werden; es können aber auch die Kacheln oder Fliesen so angeordnet sein, dass sie in fortlaufender Abfolge als Ensemble ein Fries, insbesondere ein Wandfries, bilden, was insbesondere an Außenflächen oder im Eingangsbereich von Gebäuden, aber vor allem auch in Bädern zu sehr attraktiven Ergebnissen führt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006017622 A1 [0027]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Andreas Schönecker et al., 2003, Solid State Phenomena, 95–96, S. 149ff. [0027]
