DE202013012145U1

DE202013012145U1 - Glaskeramik

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Publication number: DE202013012145U1
Application number: DE202013012145.9U
Authority: DE
Original assignee: Eurokera SNC
Current assignee: Eurokera SNC
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-05-15
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: CN104870389A; EP2935137B1; JP2016507451A; ES2622715T3; EP2935137A2; FR2999563A1; US20150329414A1; WO2014096695A2; WO2014096695A3; US9637410B2; FR2999563B1

Abstract

Glaskeramikfolie, die auf mindestens einem Teil von mindestens einer ihrer Seiten mit einem Überzug aus dünnen Schichten versehen ist, die mindestens eine dünne Funktionsschicht umfassen, die von einem Metall auf Basis von metallischem Niob Nb oder von einem Oxid auf Basis eines Nioboxids NbOx gebildet wird, wobei x höchstens 0,5 beträgt, wobei die oder jede dünne Funktionsschicht von mindestens zwei dünnen Schichten aus dielektrischen Materialien umgeben ist, wobei die physikalische Dicke der dünnen Funktionsschicht oder gegebenenfalls die kumulierte physikalische Dicke alter dünnen Funktionsschichten in einem Bereich von 8 bis 15 nm liegt.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Glaskeramiken, die als Platten für Türen oder Sichtfenster von Backöfen, Öfen oder Kaminen verwendet werden.
Die oben genannten Anwendungen erfordern Platten, die eine hohe thermomechanische Festigkeit aufweisen, für welche die Glaskeramiken besonders geschätzt werden, und insbesondere die Glaskeramiken des Typs Lithiumaluminiumsilikat (LAS), die Kristalle mit vorherrschender Hochquarzstruktur eingebettet in einer Restglasphase enthalten. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser Glaskeramiken sind nämlich fast null, weshalb sie eine ausgezeichnete Thermoschock- und Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen.
Überdies ist es aus Sicherheitsgründen vorteilhaft, die Temperatur der Plattenseite, die der Wärmequelle gegenüberliegt, maximal verringern zu können, um eine zu hohe Erhitzung der Platte selbst aber auch der umliegenden Bereiche zu vermeiden, und so Verbrennungen für die Benutzer des Backofens, des Ofens oder des Kamins zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, Platten für Backofentüren oder Kamineinsätze bereitzustellen, die gleichzeitig eine hohe thermomechanische Festigkeit, Eigenschaften zur Begrenzung der Temperatur auf jener Seite, die der Wärmequelle zugewandten Seite gegenüberliegt, sowie annehmbare optische Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Reflexion und Lichtdurchlässigkeit, aufweisen. In den oben angeführten Anwendungen muss die Platte auch korrosiven Atmosphären standhalten, so dass eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit erforderlich ist.
Dazu umfasst die Aufgabe der Erfindung eine Glaskeramikfolie, die auf mindestens einem Teil von mindestens einer ihrer Seiten mit einem Überzug aus dünnen Schichten versehen ist, die mindestens eine dünne Funktionsschicht umfassen, die von einem Metall auf Basis von metallischem Niob Nb oder von einem Oxid auf Basis eines Nioboxids NbO_x gebildet wird, wobei x höchstens 0,5 beträgt, wobei die oder jede dünne Funktionsschicht von mindestens zwei dünnen Schichten aus dielektrischen Materialien umgeben ist, wobei die physikalische Dicke der dünnen Funktionsschicht oder gegebenenfalls die kumulierte physikalische Dicke aller dünnen Funktionsschichten in einem Bereich von 8 bis 15 nm liegt.
Die Aufgabe der Erfindung umfasst ebenfalls eine Tür oder ein Sichtfenster eines Backofens, Ofens oder Kamins, die mindestens eine erfindungsgemäße Glaskeramikfolie umfassen. Schließlich umfasst die Aufgabe der Erfindung einen Backofen, Ofen oder Kamin, der mindestens eine erfindungsgemäße Tür oder ein erfindungsgemäßes Sichtfenster umfasst.
Die oder jede dünne Funktionsschicht wird entweder von einem Metall auf Basis von metallischem Niob Nb oder von einem Oxid auf Basis eines Nioboxids NbO_x gebildet, wobei x höchstens 0,5 beträgt. Unter dem Ausdruck „auf Basis von” ist zu verstehen, dass das Metall oder das Oxid, welches die oder jede dünne Funktionsschicht bildet, vorzugsweise mindestens 80 Gew.-%, insbesondere 90 Gew.-%, metallisches Niob oder NbO_x, je nach Fall, umfasst. Die dünne Funktionsschicht kann eventuell andere Metalle als Nb in Minderzahl umfassen, insbesondere mindestens ein Metall, das gewählt wird aus Zr, Ti, Ta und Mo.
Dennoch wird die oder jede dünne Funktionsschicht von metallischem Niob Nb oder von einem Nioboxid NbO_x gebildet, wobei x höchstens 0,5 beträgt.
Die oder jede dünne Funktionsschicht kann von metallischem Niob gebildet werden. Diese Art von Funktionsschichten erwies sich in Verbindung mit den dielektrischen Schichten als besonders wirksam, sowohl in thermischer Hinsicht als auch hinsichtlich thermomechanischer Festigkeit und chemischer Beständigkeit.
Alternativ dazu kann die oder jede dünne Funktionsschicht von Nioboxid NbO_x gebildet werden, wo x höchstens 0,5 beträgt, insbesondere 0,4, vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 0,05 bis 0,35, insbesondere von 0,25 bis 0,30. Der Wert von x kann mithilfe der Tiefenprofile der Stapel durch die XPS-Methode (Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie oder röntgeninduzierte Photoelektronen-Spektroskopie oder auch X-Ray photoelectron spectrometry auf Englisch) durch Integration der jeweiligen Peaks von Nb und O ermittelt werden, gemäß bekannter Techniken, die dieser Analysemethode eigen sind. Die Messung erfolgt bei maximaler Intensität des Signals von Niob, entsprechend der Mitte der Funktionsschicht. Üblicherweise können die Versuchsbedingungen der durchgeführten Messung Folgende sein. Die XPS-Tiefenprofile werden mithilfe eines NOVA^®-Spektrometers, das von der Firma Kratos vertrieben wird, erhalten. Die XPS-Spektren werden mittels K_alpha-Anregung des Aluminiums (hv = 1486,6 eV) bei 225 W erfasst. Die Skala der Bindungsenergien wird von Aufladungseffekten (charging effects) bereinigt, indem die Bindungsenergie der Elektronen C1s (CH – aliphatische Kohlenstoffe) auf 285 eV festgelegt wird. Die Abtragquelle ist eine Ar⁺-Ionenkanone mit 2 keV und einer Intensität von 1,15 μA, die einen Raster von 3 × 3 mm² überstreift (wobei diese Betriebsbedingungen zu einer entsprechenden Abtraggeschwindigkeit von 3,4 nm/mm im Siliziumdioxid führen). Die Analysezone (Sammlung von Photoelektronen) ist ein Rechteck mit den Abmessungen 300 × 700 μm². Der Take-off-Winkel beträgt 90° in Bezug auf die Probenoberfläche.
Eine alternative Art, den Sauerstoffanteil in der NbO_x-Schicht zu bestimmen, liegt in der Verwendung der so genannten SIMS-Technik (Sekundärionen-Massenspektrometrie). Bei dieser Methode wird die Oberfläche des zu analysierenden Stapels mit einem Ionenstrahl beschossen. Die Probe wird pulverisiert und ein Teil des pulverisierten Stoffes wird ionisiert. Die so genannten Sekundärionen werden zu einem Massenspektrometer hin beschleunigt, mit dem die elementare, isotope oder molekulare Zusammensetzung der Probenoberfläche gemessen werden kann. Noch genauer können die Versuchsbedingungen der durchgeführten Messung nachstehend definiert werden. Die Tiefenprofile der Stapel erhält man mithilfe einer TOF SIMS 5-Ausrüstung der Firma IONTF. Das Profil der Sekundärionen erhält man durch Verwenden von Bi₃ ²⁺-Ionen als Primärionenquelle mit 60 keV und einem Pulsstrom von 0,3 pA (mit einem Puls von 7 ns und einer Zykluszeit von 100 Mikrosekunden) und von Cs⁺-Ionen als abtragende Art mit 1 keV und einem Pulsstrom von 50 nA. Die pulverisierte Oberfläche ist ein Quadrat mit 200 Mikrometer Seitenlänge. Der analysierte Bereich ist ein Quadrat mit 50 Mikrometer Seitenlänge, der auf den Grund des Kraters zentriert ist. Eine Elektronenkanone wird verwendet, um die Oberfläche zu neutralisieren, so dass Aufladungseffekte (charging effects) verringert werden. Der Sauerstoffanteil in der NbO Schicht kann in Bezug auf NbO/Nb-Signale bestimmt werden, wobei die Messung dem Verhältnis der integrierten Flächen der NbO- und Nb-Signale auf dem Abschnitt der SIMS-Profile entspricht, für das die Intensität des Nb-Signals bezeichnend (nicht null) ist. Vorzugsweise ist die Funktionsschicht, die von einem Oxid auf Basis von Nioboxid NbO_x gebildet wird, gekennzeichnet durch ein NbO/Nb-Verhältnis, das in einem Bereich von 1,0 bis 3,5 liegt, insbesondere von 1,8 bis 2,8 und sogar von 2,1 bis 2,5. Diese Art der Bestimmung des Sauerstoffanteils ist eine Alternative zu jener, bei der die Messung von x mittels XPS-Technik verwendet wird.
Die physikalische Dicke der dünnen Funktionsschicht oder gegebenenfalls die kumulierte physikalische Dicke aller dünnen Funktionsschichten liegt in einem Bereich von 8 bis 15 nm, vorzugsweise von 9 bis 14 nm und sogar von 10 bis 13 nm. Zu geringe Dicken lassen es nämlich nicht zu, die gewünschten thermischen Leistungen zu erzielen. Umgekehrt verringern zu große Dicken auf nicht annehmbare Weise die Lichtdurchlässigkeit der Folie.
Vorzugsweise umfasst der Überzug nur eine dünne Funktionsschicht, die insbesondere von metallischem Niob gebildet wird. Der Überzug umfasst vorteilhafterweise nur zwei dünne Schichten aus dielektrischem Material, welche die einzelne dünne Funktionsschicht umgeben. Diese einfache Stapelart erwies sich als zufriedenstellend und viel leichter industriell produzierbar als ein Stapel, der mehrere Funktionsschichten und folglich mindestens drei Schichten aus dielektrischem Material umfasst.
Die identischen oder unterschiedlichen dielektrischen Materialien werden vorzugsweise gewählt aus Oxiden, Nitriden oder Oxinitriden von Silizium, Aluminium, Titan, Zirconium, Zinn, Zink oder einem ihrer Gemische oder einer ihrer festen Lösungen.
Die identischen oder unterschiedlichen dielektrischen Materialien werden vorzugsweise auf Basis von oder hauptsächlich gebildet (sogar gebildet) von Siliziumnitrid, Titanoxid, Titan-Zirconium-Oxid, Zinn-Zink-Oxid, Titan-Silizium-Nitrid, Silizium-Zirconium-Nitrid, Siliziumoxid. Unter dem Ausdruck „auf Basis von” ist zu verstehen, dass das Material vorzugsweise mindestens 80 Gew.-%, sogar 90 Gew.-% der jeweiligen Verbindung umfasst.
Darunter wird Siliziumnitrid besonders für seine Fähigkeit geschätzt, die Funktionsschicht wirksam zu schützen und rasch durch Magnetron-Kathodenzerstäubung aufgebracht zu werden. Siliziumnitrid ist nicht unbedingt stöchiometrisch bei Stickstoff (auch wenn man es einfachheitshalber im weiteren Text als Si₃N₄ bezeichnen kann). Siliziumnitrid kann dotiert werden, zum Beispiel durch Aluminium, um seine Aufbringung durch Magnetron-Kathodenzerstäubung DC zu erleichtern. Die Dotierung des Siliziumtargets, im Allgemeinen durch 2 bis 10 Atom-% Aluminium, ermöglicht nämlich eine Verbesserung der Leiteigenschaften des Targets. Titanoxid erwies sich ebenfalls als gutes dielektrisches Material, insbesondere dank seiner hohen Brechzahl.
Die physikalische Dicke jeder dielektrischen Materialschicht liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 100 nm, insbesondere von 20 bis 80 nm. Sie wird vorteilhafterweise angepasst, um die optischen Eigenschaften des Stapels zu optimieren, insbesondere seine Lichtdurchlässigkeit und seine Lichtreflexion.
Vorzugsweise befindet sich über und in Kontakt mit und/oder unter und in Kontakt mit der oder jeder dünnen Funktionsschicht eine dünne Blockerschicht. Wie es auf dem Gebiet dünner Schichten üblich ist, versteht man unter „über” eine entferntere Position vom Substrat. Die Blockerschichten sind dazu bestimmt, eine Beeinträchtigung der Funktionsschicht bei deren Verwendung bei hoher Temperatur zu verhindern.
Wenn mindestens eine der dielektrischen Materialschichten auf Basis eines Nitrids oder Oxinitrids, zum Beispiel Siliziumnitrid, hergestellt ist, wurde beobachtet, dass sich die Funktionsschicht während einer Wärmebehandlung, zum Beispiel während der Verwendung der Platte in einem Backofen, Ofen oder Kamin, nitrieren konnte und dass dieses Nitrieren eine Beeinträchtigung der thermischen Leistungen der Platte zur Folge hatte. Das Einfügen einer Blockerschicht zwischen die Funktionsschicht und jede dielektrische Materialschicht, insbesondere aus Nitrid oder Oxinitrid (wie Siliziumnitrid), erwies sich demnach als vorteilhaft. Insbesondere wenn die Schichten aus dielektrischem Material beide aus Nitrid oder Oxinitrid, und insbesondere aus Siliziumnitrid, sind, ist es folglich vorzuziehen, mindestens zwei Blockerschichten jeweils unter und über der Funktionsschicht und in Kontakt mit dieser anzuordnen.
Ebenso, wenn mindestens eine der dielektrischen Materialschichten auf Basis eines Oxids oder Oxinitrids hergestellt ist, kann die Funktionsschicht zu stark oxidieren und eine Beeinträchtigung ihrer Eigenschaften erfahren. Auch in diesem Fall ist es vorzuziehen, eine Blockerschicht zwischen der Funktionsschicht und jeder dielektrischen Materialschicht anzuordnen.
Die oder jede dünne Blockerschicht ist vorzugsweise aus Titan. Andere Metalle oder Legierungen, sogar Oxide oder Nitride, sind möglich, insbesondere NiCr, Mo, B, Al, TiNi, TiN oder TiO, aber Titan erwies sich als am wirksamsten, insbesondere um das Nitrieren des Niobs durch dielektrische Schichten aus Nitrid oder Oxinitrid zu vermeiden.
Die physikalische Dicke der oder jeder dünnen Blockerschicht (insbesondere aus Titan) beträgt vorzugsweise höchstens 3 nm, insbesondere 2 nm. Sie beträgt im Allgemeinen mindestens 0,5 nm oder 1 nm. Sehr geringe Dicken sind nämlich ausreichend, um die Blockadewirkung der Stickstoffionen zu erhalten, während größere Dicken zu einer starken Verringerung der Lichtdurchlässigkeit der Platte beitragen.
Folgende Stapel werden bevorzugt:

i. V/D/Nb/D
ii. V/DB/Nb/D
iii. V/D/Nb/B/D
iv. V/DB/NbB/D

V bezeichnet die Glaskeramikfolie, D das dielektrische Material (zum Beispiel aus Siliziumnitrid oder auf Basis dieses Materials), Nb die dünne Funktionsschicht (insbesondere aus metallischem Nb oder NbO_x), B die Blockerschicht (vorzugsweise aus Titan). Die dielektrischen D und die Blocker B können identisch oder unterschiedlich sein, und sind vorzugsweise identisch, um die industrielle Produktion des Stapels zu vereinfachen. Die zuvor beschriebenen, verschiedenen bevorzugten Arten, ob im Hinblick auf die Wahl der Materialien oder die Wahl der Dicken, sind selbstverständlich auf diese bevorzugten Stapel anwendbar, wobei nicht alle Kombinationen aus Gründen der Länge hier ausdrücklich angegeben sind.
Der Stapel i) enthält keinen Blocker B. Er ist besonders angepasst für den Fall, in dem die Materialien der Schichten D keine Nitride oder Oxinitride sind.
Die Stapel ii) und iii) enthalten nur einen einzigen Blocker B, jeweils unter und über der Funktionsschicht. Diese Stapel sind besonders angepasst für den Fall, in dem eine einzelne der dielektrischen Schichten D aus Nitrid oder Oxinitrid ist, hierbei jene, die der Blocker B von der Funktionsschicht trennt.
Der Stapel iv) enthält zwei Blocker, insbesondere aus Titan. In diesem Fall sind die dielektrischen Schichten D vorzugsweise beide aus Siliziumnitrid oder auf Basis dieses Materials hergestellt. Ein besonders bevorzugter Stapel ist demnach der Stapel V/Si₃N₄/Ti/Nb/Ti/Si₃N₄, wobei die Bezeichnung „Si₃N₄” keinen Hinweis auf die tatsächliche Stöchiometrie der Schicht oder eine eventuelle Dotierung, insbesondere mittels Aluminium, gibt, wie vorhergehend erklärt.
Die Glaskeramikfolie weist vorzugsweise einen Lichtreflexionsfaktor von höchstens 15%, insbesondere 13% und/oder einen Lichtreflexionsgrad von mindestens 40, insbesondere 50% auf, gemäß der Norm EN 410:1998.
Die Reflexion für eine Wellenlänge von 3 Mikrometer beträgt vorteilhafterweise mindestens 50%, um Wärmeübertragungen durch die Platte zu begrenzen.
Die Glaskeramik besitzt vorzugsweise eine Zusammensetzung des Typs Lithiumaluminiumsilikat (LAS) und enthält Kristalle mit Hochquarzstruktur.

Noch genauer umfasst die chemische Zusammensetzung der Glaskeramik vorzugsweise folgende Bestandteile innerhalb der nachstehend definierten Grenzen, ausgedrückt in Gewichtsprozent:

SiO₂	52–75%, insbesondere 65–70%
Al₂O₃	18–27%, insbesondere 18–19,8%
Li₂O	2,5–5,5%, insbesondere 2,5–3,8%
K₂O	0–3%, insbesondere 0–< 1%
Na₂O	0–3%, insbesondere 0–< 1%
ZnO	0–3,5%, insbesondere 1,2–2,8%
MgO	0–3%, insbesondere 0,55–1,5%
CaO	0–2,5%, insbesondere 0–0,5%
BaO	0–3,5%, insbesondere 0–1,4%
SrO	0–2%, insbesondere 0–1,4%
TiO₂	1,2–5,5%, insbesondere 1,8–3,2%
ZrO₂	0–3%, insbesondere 1,0–2,5%
P₂O₅	0–8%, insbesondere 0–0,5%.

Die Glaskeramik ist vorzugsweise transparent und farblos, so dass sie normalerweise keine Farbstoffe umfasst, mit Ausnahme von Verunreinigungen durch Eisenoxid, das in mehreren Rohstoffen natürlich vorkommt. Vorzugsweise enthält sie demnach kein Vanadium-, Kobalt-, Chrom-, Nickel-, Kupfer-, Selenoxid oder Sulfide. Gemäß bestimmten Ausführungsformen und um mit ihrer Färbung zu spielen, kann die Glaskeramik jedoch mindestens einen Farbstoff enthalten, insbesondere Kobaltoxid.
Die Zusammensetzung umfasst im Allgemeinen Oxide, die zur Veredelung des Glases bei seiner Herstellung dienten, zum Beispiel SnO₂, As₂O₅, Sb₂O₅ oder auch Sulfide wie ZnS.
Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient (zwischen 30 und 200°C) der Glaskeramikfolie liegt vorzugsweise bei höchstens 15.10^–7/°C, sogar 5.10^–7/°C.
Die Glaskeramik kann mittels bekannter Verfahren hergestellt werden, durch Schmelzen von Glas (so genanntes Mutter- oder Vorläuferglas), Formen einer Mutterglasfolie mittels Flotation oder Laminierung, und Keramisierung dieser Mutterglasfolie, um darin die Bildung gewünschter Kristalle zu bewirken, insbesondere mit Hochquarzstruktur, und um so die Glaskeramik zu erhalten. Bei der Keramisierung kommt im Allgemeinen eine Wärmebehandlung in mehreren Schritten zur Anwendung, gemäß einem Zyklus, der dazu bestimmt ist, Keime im Glas zu bilden (Keimbildung bei rund 670 bis 800°C) und dann die Kristallbildung rund um diese Keime zu bewirken (bei rund 900 bis 1000°C).
Die Dicke der Glaskeramikfolie liegt im Allgemeinen in einem Bereich von 2 bis 8 mm, insbesondere von 3 bis 6 mm.
Der Überzug kann dann durch verschiedene Techniken aufgebracht werden, zum Beispiel chemische Gasphasenabscheidung (CVD), eventuell unterstützt durch Plasma (PECVD), und insbesondere bei Atmosphärendruck (APPECVD), Flammenbeschichtung (CCVD) oder auch Sol-Gel-Verfahren.
Die bevorzugte Aufbringungstechnik ist die Magnetron-Kathodenzerstäubung, insbesondere durch Polarisation des Targets mit Gleichstrom (DC). Diese unter Vakuum stattfindende Technik ermöglicht das Aufbringen komplexer Stapel mit hohen Aufbringgeschwindigkeiten. Bei diesem Verfahren läuft das Substrat in Vakuumkammern gegenüber metallischen oder keramischen Targets, die mittels Plasma zerstäubt werden, durch, wobei sich die vom Target abgetragenen Atome auf dem Substrat absetzen. Die Aufbringung kann reaktiv sein (zum Beispiel durch Aufbringen von Siliziumnitrid ausgehend von einem Target aus Silizium – im Allgemeinen aluminiumdotiert wie oben beschrieben – in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre). Wenn die Funktionsschicht von metallischem Niob gebildet wird, verwendet man üblicherweise ein Niobtarget und Argonplasma. Wenn die Funktionsschicht von NbO_x gebildet wird, verwendet man vorzugsweise ein Niobtarget und Argonplasma, das eine kleine Menge Sauerstoff enthält, zum Beispiel zwischen 1 und 6 Vol.-%, insbesondere zwischen 2 und 5 Vol.-%. Die Aufbringung des Überzugs erfolgt auf der Glaskeramik und nicht auf dem Mutterglas, da die sehr hohen Temperaturen, die bei der Keramisierungsbehandlung auftreten, sowie die mechanischen Spannungen, die aufgrund der Verdichtung des Mutterglases auftreten, den Stapel aus dünnen Schichten möglicherweise beeinträchtigen.
Die so überzogene Glaskeramik kann dann zugeschnitten, geformt, eventuell emailliert werden, um in einer Tür oder einem Sichtfenster eines Backofens, Ofens oder Kamins eingebaut zu werden.
Die Backofentür (im Allgemeinen ein Haushaltsbackofen, üblicherweise ein Backofen mit Pyrolyse) umfasst vorzugsweise 2 bis 4 transparente Platten, wobei die erfindungsgemäße Glaskeramikfolie vorzugsweise die dem Innenraum des Backofens nächstgelegene Folie ist.
In einer derartigen Ausgestaltung, aber auch im Fall eines Ofens oder Kamins, kann die Funktionsschicht dem Innenbereich des Raums (bei Reflexion der Wärme in den Raum) oder dem Außenbereich des Raums (um die Wärmeabgabe über die Außenoberfläche zu verringern) zugewandt sein. Die Verringerung der Energieverluste bringt eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Backöfen, Öfen und Kamine mit sich, wobei gleichzeitig die Temperatur der Tür oder des Sichtfensters und jene ihrer näheren Umgebung verringert werden. Die Anordnung der Funktionsschicht zum Außenbereich des Raums hin erleichtert überdies die Pyrolyse von Ruß und Verschmutzungen, die sich im Innenbereich des Raums ablagern.
Folgende Beispiele veranschaulichen die Erfindung, ohne sie zu einzuschränken.
Gemäß einem ersten Beispiel (Beispiel 1) wurde auf eine helle Glaskeramik, die von der Anmelderin unter der Marke Keralite vertrieben wird, ein Stapel aufgebracht, der von folgenden Schichten gebildet wird: eine dielektrische Schicht aus Siliziumnitrid (60 nm), dann ein Blocker aus Titan (1 nm), dann eine Funktionsschicht aus Niob (10 nm), dann ein Blocker aus Titan (1 nm) und schließlich eine dielektrische Schicht aus Siliziumnitrid (60 nm). Die Dicken sind physikalische Dicken. Die verwendete Glaskeramik ist eine Glaskeramik des Typs LAS, die Kristalle mit Hochquarzstruktur und eine Glasphase in Minderzahl enthält.
Alle Schichten wurden auf bekannte Weise mittels Magnetron-Kathodenzerstäubung DC aufgebracht, wobei die Schichten aus Titan und Niob jeweils ausgehend von Titan- und Niobtargets unter Argonplasma und die Schichten aus Nitrid und Silizium ausgehend von Siliziumtargets (dotiert durch 8 Atom-% Aluminium) unter Argon- und Stickstoffatmosphäre aufgebracht werden.
Der erhaltene Lichtreflexionsgrad beträgt 51,0%, der Lichtreflexionsfaktor lediglich 3,4%. Die Reflexion für eine Wellenlänge von 3 Mikrometer liegt bei über 50%.
Beispiel 2 unterscheidet sich vom ersten dadurch, dass die physikalische Dicke der Niobschicht 13 nm beträgt. In diesem Fall beträgt der Lichtreflexionsgrad 44,0%, der Lichtreflexionsfaktor liegt bei 4,2%. Die Reflexion für eine Wellenlänge von 3 Mikrometer liegt ebenfalls deutlich bei über 50%.
Im Fall von Beispiel 1 und 2 bleibt die Reflexion bei 3 Mikrometer nach einer Wärmebehandlung von 60 h bei 550°C unverändert und es ist kein sichtbarer Mangel mit bloßem Auge festzustellen.
Beispiel 3 unterscheidet sich von Beispiel 1 dadurch, dass die Blocker aus Titan durch Blocker aus Nickel-Chrom-Legierung ersetzt werden, die ebenfalls mittels Magnetron-Kathodenzerstäubung aufgebracht werden.
Beispiel 4 unterscheidet sich vom Vorhergehenden dadurch, dass der Blocker, der sich über der Niobschicht befindet, weggelassen wird.
Beispiel 5 unterscheidet sich von Beispiel 1 dadurch, dass der Blocker, der sich über der Niobschicht befindet, weggelassen wird.
Im Fall von Beispiel 3 bis 5 ist die Reflexion bei 3 Mikrometer nach Aufbringung des Überzugs höher als 50%, sie fällt jedoch auf etwa 30% nach einer Wärmebehandlung bei 550°C. Diese Beispiele sind demnach weniger bevorzugt und verdeutlichen gleichzeitig das Interesse, einen Blocker auf jeder Seite der Niobschicht anzuordnen, und die Überlegenheit von Titan.
Die Beispiele 6 bis 11 geben Beispiel 1 wieder, außer dass die dielektrischen Materialien und ihre Dicken unterschiedlich sind. Die Dicke der Niobschicht beträgt überdies 13 nm. Schließlich umfassen diese Stapel keine Blocker. Die getesteten Materialien sind Silizium-Zirconium-Nitrid, Siliziumoxid, Titanoxid, Titan-Zirconium-Oxid, Zinn-Zink-Oxid, Siliziumnitrid.

Die nachstehende Tabelle 1 fasst die unterschiedlichen, durchgeführten Versuche zusammen und gibt die Art und physikalische Dicke der dielektrischen Schicht, die sich unter der Funktionsschicht (genannt „dielektrisch 1”) befindet, die Art und physikalische Dicke der dielektrischen Schicht, die sich über der Funktionsschicht (genannt „dielektrisch 2”) befindet, den Lichtreflexionsgrad (genannt TL), den Lichtreflexionsfaktor (genannt RL) und die Reflexion für eine Wellenlänge von 3 μm an. Wie im gesamten Text gibt die Bezeichnung der Schichten keinen Hinweis auf deren genaue Stöchiometrie und/oder das Vorhandensein von Minderheitselementen wie etwa Dotierstoffen.

	Dielektrisch 1	Dielektrisch 2	TL (%)	RL (%)	R3 μm (%)
6	SiZrN_x (60 nm)	SiZrN_x (60 nm)	50	4	> 50
7	SiO₂ (85 nm)	SiO₂ (85 nm)	35	7	> 50
8	TiO₂ (50 nm)	TiO₂ (50 nm)	45	7	> 50
9	TiZrO_x (50 nm)	TiZrO_x (50 nm)	48	10	> 50
10	SnZnO_x (60 nm)	SnZnO_x (60 nm)	48	4	> 50
11	Si₃N₄ (60 nm)	SnZnO_x (60 nm)	48	4	> 50

Tabelle 1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm EN 410:1998 [0028]

Claims

Glaskeramikfolie, die auf mindestens einem Teil von mindestens einer ihrer Seiten mit einem Überzug aus dünnen Schichten versehen ist, die mindestens eine dünne Funktionsschicht umfassen, die von einem Metall auf Basis von metallischem Niob Nb oder von einem Oxid auf Basis eines Nioboxids NbO_x gebildet wird, wobei x höchstens 0,5 beträgt, wobei die oder jede dünne Funktionsschicht von mindestens zwei dünnen Schichten aus dielektrischen Materialien umgeben ist, wobei die physikalische Dicke der dünnen Funktionsschicht oder gegebenenfalls die kumulierte physikalische Dicke alter dünnen Funktionsschichten in einem Bereich von 8 bis 15 nm liegt.
Glaskeramikfolie nach Anspruch 1, wobei die oder jede dünne Funktionsschicht von metallischem Niob gebildet wird.
Glaskeramikfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Überzug nur eine dünne Funktionsschicht umfasst.
Glaskeramikfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die identischen oder unterschiedlichen dielektrischen Materialien gewählt werden aus Oxiden, Nitriden oder Oxinitriden von Silizium, Aluminium, Titan, Zirconium, Zinn, Zink oder einem ihrer Gemische oder einer ihrer festen Lösungen.
Glaskeramikfolie nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die identischen oder unterschiedlichen dielektrischen Materialien auf Basis von Siliziumnitrid, Titanoxid, Titan-Zirconium-Oxid, Zinn-Zink-Oxid, Titan-Silizium-Nitrid, Silizium-Zirconium-Nitrid, Siliziumoxid gebildet werden.
Glaskeramikfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die physikalische Dicke jeder dielektrischen Materialschicht in einem Bereich von 10 bis 100 nm, insbesondere von 20 bis 80 nm liegt.
Glaskeramikfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich eine dünne Blockerschicht über und in Kontakt mit und/oder unter und in Kontakt mit der oder jeder dünnen Funktionsschicht befindet.
Glaskeramikfolie nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die oder jede dünne Blockerschicht aus Titan ist.
Glaskeramikfolie nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die physikalische Dicke der oder jeder dünnen Blockerschicht höchstens 3 nm, insbesondere 2 nm beträgt.
Glaskeramikfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen Lichtreflexionsfaktor von höchstens 15%, insbesondere 13% und einen Lichtreflexionsgrad von mindestens 40%, insbesondere 50% aufweist, gemäß der Norm EN 410:1998.
Glaskeramikfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Reflexion von mindestens 50% für eine Wellenlänge von 3 Mikrometer aufweist.
Glaskeramikfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Glaskeramik eine Zusammensetzung des Typs Lithiumaluminiumsilikat besitzt und Kristalle mit Hochquarzstruktur enthält.
Glaskeramikfolie nach dem vorhergehenden Anspruch, deren chemische Zusammensetzung folgende Bestandteile innerhalb der nachstehend definierten Grenzen umfasst, ausgedrückt in Gewichtsprozent: SiO₂ 52–75%, insbesondere 65–70% Al₂O₃ 18–27%, insbesondere 18–19,8% Li₂O 2,5–5,5%, insbesondere 2,5–3,8% K₂O 0–3%, insbesondere 0–< 1% Na₂O 0–3%, insbesondere 0–< 1% ZnO 0–3,5%, insbesondere 1,2–2,8% MgO 0–3%, insbesondere 0,55–1,5% CaO 0–2,5%, insbesondere 0–0,5% BaO 0–3,5%, insbesondere 0–1,4% SrO 0–2%, insbesondere 0–1,4% TiO₂ 1,2–5,5%, insbesondere 1,8–3,2% ZrO₂ 0–3%, insbesondere 1,0–2,5% P₂O₅ 0–8%, insbesondere 0–0,5%
Tür oder Sichtfenster eines Backofens, Ofens oder Kamins, umfassend mindestens eine Glaskeramikfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Backofen, Ofen oder Kamin, umfassend mindestens eine Tür oder ein Sichtfenster nach dem vorhergehenden Anspruch.