DE202020005795U1

DE202020005795U1 - Glaskeramikartikel

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Publication number: DE202020005795U1
Application number: DE202020005795.9U
Authority: DE
Original assignee: Eurokera SNC
Current assignee: Eurokera SNC
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2022-07-25
Anticipated expiration: 2030-11-20
Also published as: KR20220125256A; FR3105210B1; FR3105210A1; US20230041565A1; WO2021121846A1; CN115066405A; EP4077231A1; JP2023507014A

Abstract

Glaskeramikartikel, erhalten durch ein Verfahren, welches umfasst:
- eine Wärmebehandlung zur Keramisierung eines Glases, das zum Bilden einer Glaskeramik geeignet ist, und
- eine chemische Behandlung einer Oberfläche des Glases vor und/oder nach der Wärmebehandlung zur Keramisierung, wobei die chemische Oberflächenbehandlung so durchgeführt wird, dass nach der Wärmebehandlung der arithmetische Mittenrauwert der Oberfläche zwischen 2 µm und 7 µm, vorzugsweise über 2 µm und unter 6 µm, oder sogar zwischen 3 µm und 6 µm, insbesondere zwischen 3 µm und 5 µm, liegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Glaskeramikartikel, der eine Oberfläche mit kratzfesten, fettabweisenden, schmutzabweisenden und Lichtstreuung hemmenden Eigenschaften aufweist. Der Glaskeramikartikel ist besonders zur Verwendung als Koch- und/oder Zubereitungsfläche für Lebensmittel geeignet.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Eine Glaskeramik ist ein Verbundmaterial mit einer amorphen Phase, in der kristalline Phasen oder Kristalle dispergiert sind. Sie wird im Allgemeinen durch Wärmebehandlung eines als „Mutterglas“ bezeichneten Glases erhalten, das zum Bilden einer Glaskeramik geeignet ist, um kontrolliert Kristalle in seinem Volumen zu kristallisieren. Diese Behandlung, durch die ein Glas teilweise kristallisiert, wird als „Keramisierungsbehandlung“ oder einfach „Keramisierung“ bezeichnet. Die endgültigen physikalisch-chemischen Eigenschaften der Glaskeramik hängen von der Zusammensetzung des Mutterglases und der Keramisierungsbehandlung ab.
Glaskeramiken werden in vielen Bereichen wegen ihrer ästhetischen Qualitäten und ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften geschätzt, insbesondere wegen ihres geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ihrer Temperaturwechselbeständigkeit. Sie werden vor allem in Kücheneinrichtungen verwendet, insbesondere in Form von Platten, zum Beispiel als Kochfläche in Kochvorrichtungen, als Glaswand in Backöfen und als Arbeitsfläche in Arbeitsplatten, Arbeitstischen oder Arbeitsmöbeln zur Zubereitung von Lebensmitteln. Bei diesen Anwendungen basieren Glaskeramiken in der Regel auf Lithium-Aluminosilicat.
Je nach Verwendungszweck können Glaskeramikartikel mit einer Reihe von Zubehörteilen wie Bedienelementen, Sensoren und Anzeigen ausgestattet sein, die eine Interaktion zwischen dem Benutzer und den Vorrichtungen ermöglichen, in die diese Artikel eingebaut sind.
Zum Beispiel können sie mit Bedienelementen wie berührungsempflindlichen oder optischen Tasten zur Betätigung und Kontrolle verschiedener elektrischer und/oder elektronischer Vorrichtungen wie Heiz- und/oder Beleuchtungsmittel ausgestattet sein. Sie können auch Anzeigen, insbesondere Leuchtanzeigen, zur Projektion, insbesondere mittels Transmission, kognitiver Lichtmuster (zum Beispiel Symbole oder Ziffern) umfassen, die für Werte bestimmter Betriebsparameter dieser Vorrichtungen (zum Beispiel Heizleistung einer Heizvorrichtung) repräsentativ sind oder sich auf den physikalisch-chemischen Zustand des Artikels beziehen (zum Beispiel Signalisierung einer heißen Zone).
Sie können auch mit optischen und/oder thermischen Sensoren ausgestattet sein, die es zum Beispiel ermöglichen, Elemente auf ihrer Oberfläche wie verschüttete Flüssigkeit zu erkennen oder auch die Oberflächentemperatur des Artikels zu messen und den Benutzer durch eine akustische oder visuelle Signalisierung über eine Anzeigezone zu warnen.
Interaktionen, insbesondere taktile, zwischen der Oberfläche des Glaskeramikartikels und dem Benutzer sowie der Umgang mit flüssigen oder festen Nahrungsmitteln und mechanischen Zubereitungsinstrumenten (zum Beispiel Messerklingen) verursachen verschiedene wenig ästhetische Spuren an den Kontaktstellen mit der Oberfläche, insbesondere Fingerabdrücke. Sie können auch Verschmutzungen wie eingetrocknete oder angebrannte Lebensmittelreste auf der Oberfläche des Artikels oder Kratzer verursachen.
Diese Spuren und Verschmutzungen können zur Folge haben, dass der Benutzer die Oberfläche wiederholt mit Scheuermitteln reinigt, die wiederum weitere Kratzer verursachen können. Diese verschiedenen Probleme sind insbesondere bei Glaskeramikartikeln mit dunklen matten oder glänzenden Arbeitsflächen von Bedeutung.
Um Fingerabdrücke und Verschmutzungen zu vermeiden und das Auftreten oder die Sichtbarkeit von Kratzern zu begrenzen, ist es bekannt, verschiedene organische oder anorganische, texturierte oder nicht texturierte Beschichtungen mit hydrophoben oder oleophoben Eigenschaften zu verwenden.
Die Anmeldungen WO2019158881 A1 und WO2019158882 A1 beschreiben eine Emaille mit geringer Rauheit, die die Sichtbarkeit von Fingerabdrücken begrenzt.
Anmeldung WO2013190230 A1 beschreibt einen Glaskeramikartikel mit einer Oberfläche, die mit einer texturierten Schicht, insbesondere Sol-Gel, versehen ist. Die Textur wird durch regelmäßige, insbesondere geometrische Muster gebildet, deren Höhe zwischen 2 und 100 µm liegt.
Anmeldung US6299940 A1 beschreibt eine texturierte Keramikfarbe, die es ermöglicht, die Sichtbarkeit von Fingerabdrücken und Kratzern zu begrenzen.
Anmeldung JP2007170754 beschreibt einen Glaskeramikartikel mit einer Arbeitsfläche, die eine Rauheit zwischen 0,1 µm und 20 µm aufweist, um ihr lichtstreuende Eigenschaften und ein milchig-weißes Aussehen zu verleihen. Dieser Artikel wird mit Hilfe einer Kombination aus mechanischen und chemischen Oberflächenbehandlungen erhalten.
Anmeldung WO2014070869A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Glaskeramikartikels durch Ätzen, wodurch eine Arbeitsfläche mit einer Rauheit (RMS) zwischen 0,01 µm und 1 µm zum Verringern des Glanzes erhalten werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Technische Lösungen, die auf der Verwendung von Beschichtungen basieren, die eventuell texturiert sind, haben mehrere Nachteile. Die Beschichtungen können wenig haltbar sein, insbesondere können sie unter Einwirkung wiederholter thermischer und mechanischer Belastungen bei Verwendung des Glaskeramikartikels abgebaut werden. Auch ist es oft unmöglich, insbesondere bei Beschichtungen auf Emaillebasis, die gesamte Arbeitsfläche des Glaskeramikartikels zu behandeln.
Es wurde auch festgestellt, dass die Rauheit texturierter Oberflächen, ob mit oder ohne Beschichtung, wie nach Stand der Technik beschrieben, die verringerte Sichtbarkeit von Fingerabdrücken und Kratzern nur auf Kosten einer leichten Reinigungsfähigkeit der Arbeitsfläche, der Sichtbarkeit der von Leuchtanzeigen transmittierten Lichtmuster und/oder der Möglichkeit eines nachfolgenden Aufbringens von Emaille durch Siebdruck mit dekorativen oder funktionalen Mustern, die ästhetisch sauber sind, ermöglicht.
Bei Glaskeramikartikeln mit matter Arbeitsfläche kann die Rauheit dieser texturierten Oberflächen auch unbeabsichtigte und unpassende Schwankungen des Glanzes verursachen, die ihrem ästhetischen Erscheinungsbild abträglich sind.
Technische Lösung
Vorliegende Erfindung löst diese Probleme. Sie betrifft einen Glaskeramikartikel, wie in Anspruch 1 beschrieben, wobei die abhängigen Ansprüche vorteilhafte Ausführungsformen sind.
Überraschend wurde festgestellt, dass eine bestimmte Rauheit der Oberfläche eines Glaskeramikartikels gleichzeitig kratzfeste, fettabweisende, schmutzabweisende und Lichtstreuung hemmende Eigenschaften verleihen kann, ohne das ästhetische Erscheinungsbild matter Oberflächen durch unbeabsichtigte Schwankungen des Glanzes zu verändern.
Es sei besonders darauf hingewiesen, dass die Oberflächenrauheit des Glaskeramikartikels ohne Hinzufügen einer Oberflächenbeschichtung erhalten wird; anders formuliert, die raue Oberfläche des Glaskeramikartikels ist intrinsisch.
Wichtig ist auch, dass die Rauheit mit Hilfe einer chemischen Oberflächenbehandlung erhalten wird. Tatsächlich wurde ziemlich überraschend festgestellt, dass bei äquivalenten Rauheitswerten eine Rauheit, die durch andere, insbesondere mechanische Oberflächenbehandlungsverfahren wie zum Beispiel Sandstrahlen erhalten wird, es nicht ermöglicht, die oben beschriebenen Effekte und Vorteile zu erhalten. Eine mögliche Erklärung, die jedoch nur eine Hypothese bleibt, ist, dass das Relief, das durch eine durch chemische Oberflächenbehandlung erhaltene Rauheit ausgebildet wird, weniger erhaben sein kann als das Relief, das durch eine durch mechanische Oberflächenbehandlung erhaltene Rauheit ausgebildet wird. Im Allgemeinen ist die durch chemische Oberflächenbehandlung erhaltene Rauheit unregelmäßig, d. h. sie wird nicht durch regelmäßige und/oder geometrische Muster gebildet.
Technische Vorteile
Vorliegende Erfindung bietet somit mehrere Vorteile gegenüber Lösungen nach Stand der Technik, die auf der Verwendung einer organischen oder anorganischen, texturierten oder nicht texturierten Beschichtung beruhen.
Das Risiko eines Abbaus/Ablösens, insbesondere in heißen Zonen, entfällt, da keine Beschichtung verwendet wird. Auch die Implementierung wird erleichtert, da es im Gegensatz zum Emaille-Siebdruck möglich ist, dem Glaskeramikartikel auf seiner gesamten Arbeitsfläche eine Rauheit zu verleihen.
Andererseits verändert im Vergleich zu Lösungen nach Stand der Technik, die auf Verwendung einer oder keiner Beschichtung beruhen, diese bestimmte intrinsische oder inhärente Rauheit der Oberfläche des Glaskeramikartikels nicht die thermischen und mechanischen Eigenschaften der Oberfläche.
Sie ermöglicht auch ein leichtes Reinigen eventueller Verschmutzungen. Sie ermöglicht ein nachfolgendes sauberes und präzises Aufbringen einer dekorativen oder funktionalen Beschichtung wie Emaille oder Lüsterglasur auf die raue Oberfläche durch Siebdruck. Sie bewahrt das ästhetische Erscheinungsbild matter Oberflächen durch minimierte Schwankungen des Glanzes.
Und schließlich bleiben die Lichtmuster, die von den Leuchtanzeigen auf die raue Oberfläche transmittiert werden, scharf, um dem Benutzer einen besseren Sichtkomfort zu bieten.
Figurenliste

1 zeigt die Entwicklung des Mittelwerts des Sichtbarkeitsgrads von Kratzern auf der rauen Oberfläche eines Glaskeramikartikels in Abhängigkeit vom arithmetischen Mittenrauwert der Oberfläche.
2 zeigt die Entwicklung des Mittels der Sichtbarkeitsgrade von mindestens fünf Fingerabdrücken auf der rauen Oberfläche eines Glaskeramikartikels in Abhängigkeit vom arithmetischen Mittenrauwert der Oberfläche.
3 zeigt die Entwicklung der Auflösung einer emaillierten Dekorlinie auf der rauen Oberfläche eines Glaskeramikartikels in Abhängigkeit vom arithmetischen Mittenrauwert der Oberfläche.
4 zeigt die Entwicklung des unter einem Winkel von 60° gemessenen Glanzes der rauen Oberfläche eines Glaskeramikartikels in Abhängigkeit vom arithmetischen Mittenrauwert der Oberfläche

BESCHREIBUNG BESTIMMTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Rahmen der Darstellung der Erfindung wird auf folgende Definitionen und Konventionen verwiesen.
Unter arithmetischem Mittenrauwert mit der Bezeichnung R_a versteht man das arithmetische Mittel der Abweichung eines Oberflächenprofils, wie in der ISO-Norm 4287 definiert.
Unter Rautiefe mit der Bezeichnung Rt versteht man die Differenz zwischen der maximalen Höhe und der maximalen Tiefe eines Oberflächenprofils, wie in der Norm ISO 4287 definiert.
Unter intrinsischer oder inhärenter Rauheit einer Oberfläche eines Glaskeramikartikels versteht man die Rauheit des Glaskeramikmaterials des Artikels selbst, ohne jede Oberflächenbeschichtung.
Unter Glaskeramikartikel versteht man ein Verbundmaterial, vorzugsweise auf Basis von Aluminosilicat, insbesondere auf Basis von Lithium-Silicat, mit einer amorphen Phase, in der kristalline Phasen oder Kristalle dispergiert sind. Er wird durch Wärmebehandlung eines als „Mutterglas“ bezeichneten Glases erhalten, das zum Bilden einer Glaskeramik geeignet ist, um kontrolliert Kristalle in seinem Volumen zu kristallisieren.
Unter Glanz versteht man den unter einem Winkel von 60° gemessenen Glanz, wie in der ISO-Norm 2813 definiert. Er wird im Allgemeinen in Glanzeinheiten mit der Bezeichnung „Gloss Unit“ oder GU angegeben.
Das Herstellungsverfahren, mit dem der erfindungsgemäße Glaskeramikartikel erhalten werden kann, umfasst folgende Schritte:

- eine Wärmebehandlung zur Keramisierung eines Glases, das zum Bilden einer Glaskeramik geeignet ist, und
- eine chemische Behandlung einer Oberfläche des Glases vor und/oder nach der Wärmebehandlung zur Keramisierung,

Die chemische Oberflächenbehandlung kann vor und/oder nach der Wärmebehandlung zur Keramisierung durchgeführt werden.
Bei einer ersten Ausführungsform umfasst das Verfahren:

- eine Wärmebehandlung zur Keramisierung eines Glases, das zum Bilden einer Glaskeramik geeignet ist, und
- eine chemische Behandlung einer Oberfläche des Glases vor der Wärmebehandlung zur Keramisierung,

Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren:

- eine Wärmebehandlung zur Keramisierung eines Glases, das zum Bilden einer Glaskeramik geeignet ist, und
- eine chemische Behandlung einer Oberfläche des Glases nach der Wärmebehandlung zur Keramisierung,

Bei einer dritten Ausführungsform umfasst das Verfahren:

- eine Wärmebehandlung zur Keramisierung eines Glases, das zum Bilden einer Glaskeramik geeignet ist, und
- eine chemische Behandlung einer Oberfläche des Glases vor und nach der Wärmebehandlung zur Keramisierung,

Bei jeder dieser drei Ausführungsformen wird die chemische Oberflächenbehandlung so durchgeführt, dass nach der Wärmebehandlung der arithmetische Mittenrauwert der Oberfläche zwischen 2 µm und 7 µm, vorzugsweise über 2 µm und unter 6 µm, oder sogar zwischen 3 µm und 6 µm, insbesondere zwischen 3 µm und 5 µm, liegt. Anders formuliert, der arithmetische Mittenrauwert entspricht dem Mittenrauwert der Glaskeramikoberfläche und nicht der des Glases, unabhängig davon, ob die chemische Behandlung vor, nach oder vor und nach der Wärmebehandlung erfolgt ist.
Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird die chemische Oberflächenbehandlung des Glases vor der Wärmebehandlung zur Keramisierung durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass die kratzfesten, fettabweisenden, schmutzabweisenden und Lichtstreuung hemmenden Eigenschaften dadurch weiter verbessert wurden.
Bei dieser Ausführungsform wird die Rauheit also mit Hilfe einer chemischen Oberflächenbehandlung des Mutterglases des Glaskeramikartikels erhalten, d. h. vor der Wärmebehandlung zur Keramisierung des Mutterglases, durch die der Glaskeramikartikel gebildet werden kann. Die Rauheitswerte sind die der rauen Oberfläche des Glaskeramikartikels nach der Keramisierungsbehandlung.
Bei einer Ausführungsform wird die chemische Behandlung so durchgeführt, dass nach der Wärmebehandlung zur Keramisierung die Rautiefe der Oberfläche zwischen 10 µm und 60 µm, vorzugsweise 10 µm und 50 µm, oder sogar zwischen 20 µm und 50 µm, insbesondere zwischen 20 µm und 40 µm, liegt. Die Reinigungsfähigkeit der rauen Oberfläche wird dadurch weiter verbessert und ein nachfolgendes Aufbringen von Emaille durch Siebdruck mit dekorativen oder funktionalen Mustern, die ästhetisch scharf sind, weiter erleichtert.
Das Glas, das zum Bilden einer Glaskeramik geeignet ist, basiert vorzugsweise auf Aluminosilicat, insbesondere Lithium-Aluminosilicat. Es wurde festgestellt, dass ein solches Glas besonders geeignet ist, einen Glaskeramikartikel mit einer Oberfläche zu bilden, deren arithmetischer Mittenrauwert der Oberfläche über 2 µm und unter 7 µm liegt, vorzugsweise zwischen 3 µm und 6 µm, insbesondere zwischen 3 µm und 5 µm, und wobei der Mittenrauwert mit Hilfe einer chemischen Oberflächenbehandlung des Mutterglases erhalten wird.
Die Art der chemischen Lösung, die zur Behandlung verwendet wird, die Temperatur der Behandlung und deren Dauer hängen von der Art des Materials ab, das das Mutterglas des Glaskeramikartikels bildet.
Wie bereits erwähnt, besteht ein Vorteil der Erfindung in der leichteren Implementierung, da es im Gegensatz zum Emaille-Siebdruck möglich ist, dem Glaskeramikartikel über seine gesamte Arbeitsfläche eine Rauheit zu verleihen. Es ist auch möglich, nur einem Teil der Arbeitsfläche des Glaskeramikartikels eine Rauheit zu verleihen. Diese Eigenschaft kann zum Beispiel erreicht werden, indem bei der chemischen Oberflächenbehandlung Schutzmasken auf die Oberfläche des Mutterglases aufgelegt werden, um bestimmte Zonen der Oberfläche auszusparen.
Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der chemischen Oberflächenbehandlung um Ätzen mit Hilfe einer Säurelösung, vorzugsweise auf Basis von Flusssäure. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft bei Glaskeramikartikeln auf Basis von Aluminosilicat, insbesondere Lithium-Aluminosilicat.
Der Flusssäure-Massengehalt der Säurelösung kann vorteilhafterweise zwischen 1 bis 20 Massen-% liegen. Wenn der Massengehalt unter 1 % liegt, ist die Dauer der chemischen Oberflächenbehandlung im Allgemeinen recht lang und bei industriellen Anwendungen wenig vorteilhaft. Wenn der Massengehalt über 20 % liegt, kann die chemische Oberflächenbehandlung zu schnell und schwer kontrollierbar sein. Die Temperatur der Lösung liegt vorzugsweise unter 40 °C oder sogar unter 30 °C, um ebenfalls zu vermeiden, dass die chemische Oberflächenbehandlung zu schnell und schwer kontrollierbar ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie das nachfolgende saubere und präzise Aufbringen einer dekorativen oder funktionalen Beschichtung wie Emaille oder Lüsterglasur auf die raue Oberfläche des Glaskeramikartikels durch Siebdruck ermöglicht. In diesem Sinne kann das Verfahren vor und/oder nach dem Schritt der Wärmebehandlung zur Keramisierung ferner einen Schritt des Siebdruckens auf mindestens eine Zone der Oberfläche des Mutterglases umfassen, auf der die chemische Oberflächenbehandlung durchgeführt wurde. Diese Siebdruckzone kann zum Beispiel eine mineralische Emaille, eine organische und/oder anorganische Farbe oder eine Lüsterglasur umfassen.
Unter Siebdruck versteht man jede funktionale und/oder dekorative, organische und/oder mineralische Beschichtung, die durch ein Siebdruckverfahren aufgebracht wird, wobei vor allem ein geeignetes Sieb, insbesondere ein Textilsieb, zum Aufbringen der Beschichtung auf die Arbeitsfläche verwendet wird. Es ist auch möglich, die Beschichtung mithilfe eines berührungslosen digitalen Druckverfahrens wie Tintenstrahldruck mit mineralischer Tinte aufzubringen, der besonders zum Emaillieren komplexer Dekore auf Glaskeramikträgern geeignet ist.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das ästhetische Erscheinungsbild matter Oberflächen erhalten bleibt. Insbesondere liegt der unter einem Winkel von 60° gemessene Glanz der Oberfläche eines Glaskeramikartikels, der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wurde, zwischen 1,5 GU und 10 GU, insbesondere zwischen 2 GU und 10 GU. Es wurde festgestellt, dass ein Glanzwert außerhalb dieses Intervalls das ästhetische Erscheinungsbild matter Oberflächen verschlechtert. Über 10 GU wird die Oberfläche zu glänzend und darunter zu matt für den visuellen Komfort der Benutzer.
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Glaskeramikartikel, der mit Hilfe eines Verfahrens zur Herstellung eines Glaskeramikartikels, wie oben beschrieben, erhalten werden kann.
Die Wirkungen und Vorteile der Erfindung sind besonders ausgeprägt, wenn der Glaskeramikartikel eine geringe Transmission, eine geringe Streuung und eine dunkle Farbe (definiert durch die Helligkeit L*), insbesondere eine schwarze oder dunkelbraune Farbe, aufweist. Bei dem Glaskeramikartikel kann dennoch mittels Transmission eine Anzeige von Leuchtzonen mit kognitiven Lichtmustern erfolgen, die für bestimmte Betriebsparameterwerte zugehöriger elektrischer und/oder elektronischer Vorrichtungen repräsentativ sind oder sich auf einen physikalisch-chemischen Zustand des Artikels beziehen, wobei gleichzeitig die darunter liegenden Elemente abgedeckt werden.
In diesem Sinne weist der Glaskeramikartikel bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung eine Helligkeit L* von weniger als 30, vorzugsweise weniger als 25, oder sogar 20 auf.
Ein dunkler Glaskeramikartikel weist vorzugsweise einen Opazitätsfaktor von weniger als 100 und vorteilhafterweise mehr als 93 auf, um insbesondere die Anzeige mittels Transmission durch darunter liegende Quellen bei einer Ausführungsform der Erfindung oder eine Anzeige durch Projektion zu ermöglichen. Der Opazitätsfaktor wird nach der Formel f = 100 - ΔE* bestimmt und durch Messen (Reflexionskolorimetrie mit einem Byk-Gardner Color Guide 45/0) der Farbänderung ΔE* ausgewertet, die dem Unterschied zwischen der bei Reflexion an der Oberseite des Substrats gemessenen Farbe für das auf undurchsichtigem schwarzem Hintergrund liegende Substrat und der Farbe für das auf undurchsichtigem weißem Hintergrund liegende Substrat entspricht. (ΔE* = ((L_N*-L_B*)² + (a_N *-a_B*)' + (b_N*-b_B*)²)^½, wobei L_B*,a_B*,b_B* die kolimetrischen Koordinaten der ersten Messung auf weißem Hintergrund und L_N*, a_N*, b_N die der zweiten Messung auf schwarzem Hintergrund in dem kolorimetrischen System sind, das 1976 von der CIE festgelegt wurde).
Ein schwarzer Glaskeramikartikel hat im Allgemeinen eine Helligkeit L* von weniger als 10, eine Unschärfe von weniger als 30 % und eine Lichttransmission T_L (D65) von weniger als 10 %. Die T_L (D65) wird anhand des optischen Transmissionsspektrums nach der Norm ISO 9050:2003 und Lichtart D65 berechnet.
Vorzugsweise hat der dunkel gefärbte Glaskeramikartikel einen Parameterwert a* zwischen 0 und 0,4 und einen Parameterwert b* zwischen -1 und 0,5.
Die Erfindung ermöglicht auch vorteilhafterweise, dass Lichtmuster, die von Leuchtanzeigen auf die raue Oberfläche transmittiert werden, scharf bleiben, um dem Benutzer einen besseren Sichtkomfort zu bieten. Daher kann der erfindungsgemäße Glaskeramikartikel ferner mindestens eine Lichtquelle zur Leuchtanzeige durch Projektion oder Transmission auf die Oberfläche umfassen, die dadurch einen Bildschirm bildet. Die Anzeige kann zum Beispiel eine LED-Leuchtanzeige sein, insbesondere eine Anzeige mit sieben Segmenten zur Anzeige alphanumerischer Zeichen.
Die Arbeitsfläche des erfindungsgemäßen Glaskeramikartikels hat kratzfeste, fettabweisende, schmutzabweisende und Lichtstreuung hemmende Eigenschaften. Die Erfindung ist besonders für Glaskeramikartikel in Form von Glaskeramikplatten geeignet. Die Erfindung betrifft auch eine Kochvorrichtung mit einer Glaskeramikplatte, die aus einem Glaskeramikartikel nach einer der beschriebenen Ausführungsformen gebildet ist. Als Heizelemente kann die Vorrichtung zum Beispiel Strahlungs- oder Halogenherde oder Induktionsheizelemente umfassen.
Der erfindungsgemäße Glaskeramikartikel nach einer der beschriebenen Ausführungsformen kann verwendet werden als Gesamtheit oder Teil einer Arbeitsplatte zur Zubereitung von Lebensmitteln. Die Arbeitsplatte kann zum Beispiel Teil eines Küchenmöbelstücks oder als Oberflächenelement Teil einer Kochvorrichtung sein, wobei das Oberflächenelement dazu dient, die Zubereitung von Lebensmitteln zu ermöglichen.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch nachfolgend beschriebene Beispiele weiter veranschaulicht.
Mehrere Beispiele für Glaskeramikartikel wurden erfindungsgemäß hergestellt, während andere nicht erfindungsgemäß hergestellt wurden, um als Gegenbeispiele zum Veranschaulichen der Wirkungen und Vorteile der Erfindung zu dienen.
Bei diesen Beispielen und Gegenbeispielen sind die Artikel Mutterglasplatten von Glaskeramikplatten, wie in der Patentanmeldung WO2012156444 beschrieben und unter dem Markennamen KeraBlack® vertrieben. Die Dicke der Platten beträgt 6 mm.
Die Rauheiten wurden mit Hilfe einer chemischen Behandlung der Mutterglasoberfläche der Platten vor der Wärmebehandlung zur Keramisierung erhalten, in diesem Fall mit Hilfe einer Lösung auf Basis von Flusssäure.
Um unterschiedliche Rauheitswerte zu erhalten, wurden die Arbeitsflächen der Platten (d. h. die Flächen zur Verwendung als Kochfläche in den Kochvorrichtungen) Flusssäure- und Ammoniumfluoridlösungen mit unterschiedlichen pH-Werten bei unterschiedlichen Temperaturen und über unterschiedliche Zeiten ausgesetzt. Der Flusssäure-Massengehalt der verwendeten Säurelösungen liegt zwischen 1 bis 20 Massen-%. Ihre Temperatur liegt unter 40 °C.
Die Rauheitswerte wurden mit einem mechanischen Taster Mitutoyo SJ401 nach der Norm ISO 4287 über eine Auswertungslänge von 4 mm gemessen.
Jedes Beispiel und Gegenbeispiel wurde verschiedenen Tests zur Auswertung der kratzfesten, fettabweisenden, schmutzabweisenden und Lichtstreuung hemmenden Eigenschaften unterzogen.
Die Kratzfestigkeitseigenschaft wurde mithilfe des folgenden Protokolls ausgewertet. Die raue Oberfläche des Artikels wird unter einer P240-Schleifscheibe aus Siliciumcarbid mit einem Druck von etwa 5 N/cm2 platziert. In diesem Zustand wird die Scheibe dann einmal über eine Strecke von etwa 4 bis 5 cm bewegt. Die raue Oberfläche des Glaskeramikartikels wird dann unter weißer Beleuchtung mit einer Stärke von 300 bis 400 Lux platziert und unter einem Betrachtungswinkel von etwa 60° betrachtet. Die Sichtbarkeit der Kratzer wird anhand folgender Gradskala ausgewertet:

1: sehr sichtbare Kratzer;
2: sichtbare Kratzer;
3: kaum sichtbare Kratzer;
4: nicht sichtbare Kratzer.

Die für die Beispiele und Gegenbeispiele erhaltenen Ergebnisse sind in der Grafik von 1 dargestellt. Diese Grafik zeigt die Entwicklung des Mittelwerts des Grads d der Sichtbarkeit von Kratzern in Abhängigkeit vom arithmetischen Mittenrauwert der rauen Oberfläche des Artikels.
1 zeigt deutlich, dass, wenn der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche kleiner oder gleich 1 ist, die Mehrheit der Glaskeramikartikel einen Mittelwert von weit unter 3 aufweist, d. h. die Kratzer sind sichtbar oder sehr sichtbar. Wenn der arithmetische Mittenrauwert Ra hingegen größer als 2 µm ist, weisen alle Glaskeramikartikel einen mittleren Sichtbarkeitsgrad von 3 bis 4 auf, d. h. die Kratzer sind kaum oder nicht sichtbar.
Die fettabweisende Eigenschaft wurde mithilfe des folgenden Protokolls ausgewertet. Die raue Oberfläche des Glaskeramikartikels wird mit bloßen Fingern abgetastet, um Fingerabdrücke zu erzeugen. Die Oberfläche wird dann unter weißer Beleuchtung mit einer Stärke von 300 bis 400 Lux platziert und unter einem Betrachtungswinkel von etwa 60° betrachtet. Die Sichtbarkeit von Fettspuren, insbesondere von Fingerabdrücken, wird anhand folgender Gradskala ausgewertet:

0 Fingerabdruck nicht sichtbar;
1 Fingerabdruck bei genauer Betrachtung sichtbar;
2 Fingerabdruck sichtbar, doch erst nach einige Sekunden Betrachtung;
3 Fingerabdruck sofort sichtbar;
4 Fingerabdruck so sichtbar wie eine Referenzspur;
5 Fingerabdruck sichtbarer als eine Referenzspur.

Die Sichtbarkeit von mindestens fünf Fingerabdrücken wird ausgewertet, dann wird ein Mittelwert berechnet. Es wird davon ausgegangen, dass eine Arbeitsfläche eines Glaskeramikartikels eine ästhetisch zufriedenstellende fettabweisende Eigenschaft aufweist, wenn dieses Mittel unter 1 liegt.
Die für die Beispiele und Gegenbeispiele erhaltenen Ergebnisse sind in der Grafik von 2 dargestellt. Diese Grafik zeigt die Entwicklung des mittleren Sichtbarkeitsgrads d von mindestens fünf Fingerabdrücken in Abhängigkeit vom arithmetischen Mittenrauwert der Arbeitsfläche des Artikels.
2 zeigt deutlich, dass, wenn der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche kleiner oder gleich 2 ist, ihr mittlerer Sichtbarkeitsgrad sehr variabel ist und die Mehrheit der Glaskeramikartikel ein Mittel von weit über 1,5 aufweisen. Wenn der arithmetische Mittenrauwert Ra hingegen größer als 2 ist, weisen alle Glaskeramikartikel einen mittleren Sichtbarkeitsgrad von weniger als 2,5 oder sogar 1,5 oder 1 auf.
Die schmutzabweisende Eigenschaft wurde mithilfe des folgenden Protokolls ausgewertet. Der Glaskeramikartikel wird zunächst in einer Kochvorrichtung eingesetzt, in der seine Arbeitsfläche als Kochfläche dient. Ein Topf mit Getreide oder Fleisch wird auf die Arbeitsfläche des Artikels gestellt, dann auf höchster Stufe erhitzt und 3 bis 4 Minuten lang in diesem Zustand gehalten. Dieser Vorgang wird etwa 5 bis 10 Mal wiederholt, wobei nacheinander ein Topf mit Getreide oder Fleisch verwendet wird. Der Verschmutzungsgrad wird anhand der Eignung der Oberfläche zur manuellen Reinigung mit einem Schaber und einem Reinigungsmittel ausgewertet, das speziell zur Reinigung von Kochplatten entwickelt und im Handel erhältlichen ist, zum Beispiel dem unter der Marke VitroClen® vertriebenen Reinigungsmittel. Es wurde festgestellt, dass Glaskeramikartikel mit rauer Oberfläche, deren arithmetischer Mittenrauwert über 6 µm lag, nicht gereinigt werden konnten. Dagegen waren diejenigen, deren Arbeitsfläche ein arithmetischer Mittenrauwert zwischen 2 µm und 6 µm, insbesondere zwischen 3 µm und 5 µm, aufwies, leicht zu reinigen.
Die Lichtstreuung hemmende Eigenschaft wurde mithilfe des folgenden Protokolls ausgewertet. LED-Leuchtanzeigen mit 7 Segmenten und einer Lichtleistung von 1.600 Cd/m2 wurden so unter dem Glaskeramikartikel platziert, dass ihr Licht durch den Artikel transmittiert wird und die Anzeige auf der Arbeitsfläche erscheint. Der Unschärfeeffekt wird visuell ausgewertet.
Bei dieser Auswertung wurde festgestellt, dass alle Glaskeramikartikel, deren Arbeitsfläche einen arithmetischen Mittenrauwert von mehr als 6 µm aufwies, ein inakzeptables Maß an Unschärfe zur Anzeige von Lichtmustern durch Transmission durch platzierte Leuchtanzeigen aufwiesen.
Die Möglichkeit eines nachfolgenden Aufbringens von Emaille durch Siebdruck mit ästhetisch scharfen dekorativen oder funktionalen Motiven auf der rauen Oberfläche der Glaskeramikartikel wurde durch Messen der Auflösung einer emaillierten Dekorlinie ausgewertet. Zu diesem Zweck wird zunächst eine 6 µm dicke Emaillelinie im Siebdruckverfahren aufgebracht, dann nach dem Trocknen und Brennen der Emaille (die Dicke der Linie nach dem Brennen beträgt 3 µm) die Länge der Grenze zwischen der emaillierten Zone und nicht emaillierten Zone mit Hilfe eines Lichtmikroskops gemessen. Anschließend wird das Verhältnis zwischen dieser gemessenen Länge und der theoretischen Länge derselben Grenze, wenn sie vollkommen geradlinig wäre, berechnet. Dieses Verhältnis mit der Bezeichnung r entspricht der Auflösung der emaillierten Dekorlinie. Eine Auflösung gilt als ästhetisch akzeptabel, wenn dieser Wert unter 1,6, vorzugsweise unter 1,5, liegt.
Die für die Beispiele und Gegenbeispiele erhaltenen Ergebnisse sind in der Grafik von 3 dargestellt. Diese Grafik zeigt die Entwicklung der Auflösung r einer emaillierten Dekorlinie auf der Arbeitsfläche in Abhängigkeit vom arithmetischen Mittenrauwert der Oberfläche.
Die Grafik in 3 zeigt deutlich, dass eine ästhetisch sehr zufriedenstellende Auflösung erhalten wird, wenn der arithmetische Mittenrauwert Ra kleiner oder gleich 7 µm oder sogar kleiner als 6 µm ist.
Der Glanz wurde unter einem Winkel von 60° nach der Norm ISO 2813 mit einem Spectro-Guide-Spektrometer der Firma Byk Gardner gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse für die Arbeitsflächen der Beispiele und Gegenbeispiele sind in 4 dargestellt. Die Grafik zeigt die Entwicklung des in GU angegebenen Glanzes der Arbeitsfläche in Abhängigkeit vom arithmetischen Mittenrauwert der Oberfläche.
Die Grafik in 4 zeigt deutlich, dass der Glanz zwischen 1,5 GU und 10 GU, überwiegend zwischen 2 GU und 10 GU liegt, wenn die Rauigkeit zwischen 2 µm und 7 µm liegt.

In folgender Tabelle 1 sind die Ergebnisse einer Reihe von Beispielen und Gegenbeispielen zusammengefasst. In dieser Tabelle sind auch die Werte der Rauheitsparameter Rz, Rq, Rt, Rp und Rv, wie in der Norm definiert, angegeben.

Tabelle 1	Ra (µm)	Rz (µm)	Rq (µm)	Rt (µm)	Rp (µm)	Rv (µm)	B (GU)	d (Fettspuren)	d (Kratzer)
Beispiele
Bsp. 1	3,89	23,63	4,94	30,92	9,20	14,40	4,65	2,20	3,00
Bsp. 2	3,59	22,70	4,65	28,20	9,17	13,60	6,40	2,30	2,00
Bsp. 3	3,77	23,31	4,80	29,95	9,48	13,82	5,52	2,20	2,00
Bsp. 4	3,89	24,76	5,02	32,10	9,68	15,09	5,60	1,80	2,00
Bsp. 5	3,45	20,97	4,42	29,17	8,47	12,52	7,10	2,10	2,00
Bsp. 6	3,44	20,47	4,36	28,53	8,33	12,10	7,60	2,20	2,00
Bsp. 7	3,70	23,28	4,70	29,12	9,48	13,81	3,93	0,30	3,00
Bsp. 8	5,05	29,13	6,43	40,25	12,17	16,95	6,00	1,66	3,00
Bsp. 9	5,70	35,09	7,29	44,53	14,25	20,85	3,00	1,10	3,00
Bsp. 10	6,22	37,51	7,90	50,57	15,72	21,80	3,10	0,61	3,00
Gegenbeispiele
Gbsp. 1	7,93	-	-	48,70	-	-	1,10	0,00	4,00
Gbsp. 2	8,51	-	-	53,80	-	-	1,70	0,00	4,00
Gbsp. 3	0,27	-	-	2,50	-	-	57,70	4,28	1,00
Gbsp. 4	0,88	-	-	7,30	-	-	37,20	3,15	-

Ein weiteres Beispiel für einen Glaskeramikartikel wurde erfindungsgemäß hergestellt. Für dieses Beispiel wurde eine chemische Oberflächenbehandlung mit Hilfe einer Säurelösung auf Basis von Flusssäure durchgeführt, die direkt auf die Oberfläche einer Glaskeramikplatte aufgetragen wurde, d. h. einer bereits einer Wärmebehandlung zur Keramisierung unterzogenen Platte wie einer in WO2012156444 beschriebenen und unter der Marke KeraBlack+® vertriebenen Platte. Die Dicke der Platte beträgt 6 mm.
Die Rauheit der Platte wurde mit Hilfe eines mechanischen Tasters Mitutoyo SJ401 nach der Norm ISO 4287 über eine Auswertungslänge von 4 mm charakterisiert. Ihr arithmetischer Mittenrauwert Ra beträgt 2,02 µm, und ihre Rautiefe Rt beträgt 16 µm.
Diese Platte wurde dann den gleichen Tests zur Auswertung der kratzfesten, fettabweisenden, schmutzabweisenden und Lichtstreuung hemmenden Eigenschaften unterzogen wie oben beschrieben.
Der Mittelwert des Grads d der Sichtbarkeit von Kratzern ist größer als 3. Der Mittelwert des Grads d der Sichtbarkeit von mindestens fünf Fingerabdrücken ist kleiner als 1. Die Auflösung der emaillierten Dekorlinie ist kleiner als 1,5. Die Platte ist auch leicht zu reinigen und weist wenig Unschärfe auf, wenn sie mit einer darunter platzierten LED-Leuchtanzeige mit 7 Segmenten und einer Lichtleistung von 1.600 Cd/m² verwendet wird.
Diese Beispiele und Gegenbeispiele zeigen deutlich, dass ein erfindungsgemäßer Glaskeramikartikel eine raue Oberfläche aufweist, die kratzfeste, fettabweisende, schmutzabweisende und Lichtstreuung hemmende Eigenschaften hat und dabei gleichzeitig das ästhetische Erscheinungsbild matter Oberflächen bewahren kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2019158881 A1 [0010]
WO 2019158882 A1 [0010]
WO 2013190230 A1 [0011]
US 6299940 A1 [0012]
JP 2007170754 [0013]
WO 2014070869 A1 [0014]
WO 2012156444 [0061, 0082]

Claims

Glaskeramikartikel, erhalten durch ein Verfahren, welches umfasst: - eine Wärmebehandlung zur Keramisierung eines Glases, das zum Bilden einer Glaskeramik geeignet ist, und - eine chemische Behandlung einer Oberfläche des Glases vor und/oder nach der Wärmebehandlung zur Keramisierung, wobei die chemische Oberflächenbehandlung so durchgeführt wird, dass nach der Wärmebehandlung der arithmetische Mittenrauwert der Oberfläche zwischen 2 µm und 7 µm, vorzugsweise über 2 µm und unter 6 µm, oder sogar zwischen 3 µm und 6 µm, insbesondere zwischen 3 µm und 5 µm, liegt.
Glaskeramikartikel nach Anspruch 1, wobei ferner die chemische Behandlung so durchgeführt wird, dass nach der Wärmebehandlung zur Keramisierung die Rautiefe der Oberfläche zwischen 10 µm und 60 µm, vorzugsweise zwischen 20 µm und 50 µm, liegt.
Glaskeramikartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Glas auf Aluminosilicat, vorzugsweise Lithium-Aluminosilicat, basiert.
Glaskeramikartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei der chemische Oberflächenbehandlung um Ätzen mit Hilfe einer Säurelösung, vorzugsweise auf Basis von Flusssäure, handelt.
Glaskeramikartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren ferner vor und/oder nach dem Schritt der Wärmebehandlung zur Keramisierung einen Schritt des Siebdruckens auf mindestens eine Zone der Oberfläche umfasst.
Glaskeramikartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der eine Helligkeit L* von weniger als 30, vorzugsweise weniger als 25, oder sogar 20 aufweist.
Glaskeramikartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der einen Parameterwert a* zwischen 0 und 0,4 und einen Parameterwert b* zwischen -1 und 0,5 aufweist.
Glaskeramikartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der unter einem Winkel von 60° einen Glanz zwischen 1,5 GU und 10 GU, vorzugsweise zwischen 2 GU und 10 GU, aufweist.
Glaskeramikartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der ferner mindestens eine Lichtquelle zur Leuchtanzeige durch Projektion oder Transmission auf der Arbeitsfläche, die den Bildschirm bildet, umfasst.
Glaskeramikartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der eine Glaskeramikplatte ist.
Kochvorrichtung, umfassend eine Glaskeramikplatte, die durch einen Glaskeramikartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gebildet ist.