DE3200034C2

DE3200034C2 - Verfahren zur Herstellung einer glasierten Keramikplatte

Info

Publication number: DE3200034C2
Application number: DE3200034A
Authority: DE
Inventors: Takashi Hiroishi; Tsutomu Ikeda; Yoshio Mohri; Ryoji Matsusaka Nakashima; Kinzi Sano; Yasuhiro Yamamoto; Yuji Yamamoto
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 1981-01-06
Filing date: 1982-01-04
Publication date: 1986-10-09
Also published as: FR2497508B1; DE3200034A1; JPS57118077A; JPS61185B2; GB2090588B; GB2090588A; US4399089A; FR2497508A1

Abstract

Zur Herstellung von glasierten Keramiksubstraten, wie sie für Thermodruckköpfe bei Thermodruckgeräten, aber auch für hybride integrierte Schaltkreise Verwendung finden, wird eine Glasschicht auf eine Hauptfläche eines keramischen Substrats aufgebracht, das Substrat zur Ausbildung einer Glasschmelzschicht an dieser Fläche aufgeheizt und das aufgeheizte Substrat abgekühlt. Um das glasierte Keramiksubstrat auch dann mit hoher Ebenheit zu erhalten, wenn unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten des Glases und des Keramiksubstrats eine Verwerfung des glasierten Substrats beim Abkühlen zu erzeugen trachten, wird eine hitzebeständige Unterlage benutzt, die das Substrat während des Aufheizens und Abkühlens abstützt und so geformt ist, daß sich eine Verformung während des Aufheizens ergibt, die gerade umgekehrt zur erwarteten Verwerfung beim Abkühlen verläuft, so daß die Abkühlverwerfung durch die vorhergehende Verformung gerade aufgehoben wird. Beispielsweise wird die obere Fläche (31) der Unterlage (30) als kontinuierliche konkave Oberfläche ausgebildet. Es ist auch eine Abwandlung insofern möglich, als entsprechend geformte rippen- oder säulenartige Abstandsstücke an der Oberfläche einer ebenen Grundplatte mit Abstand voneinander angeordnet werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer glasierten Keramikplatte, bei dem auf die Oberfläche der Keramikplatte ein Glasurmaterial mit einem von der Keramikplatte unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten aufgebracht, die beschichtete Keramikplatte bis zu einer über die Schmelztemperatur des Glasurmaterials liegenden Temperatur erhitzt und abschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wird, wobei die Keramikplatte während des Erhitzens und Abkühlens auf einer hitzebeständigen Unterlage abgestützt wird.

Es zeichnet sich eine zunehmende Verwendung von glasierten Keramikplatten, daß heißt mit einer Glasur an der Oberseite versehenen Platten aus Keramik, beispielsweise Aluminiumoxid, als Substrat bei elektrischen oder elektronischen Geräten ab. Eine Keramikplatte mit einer Glasur wird normalerweise als glasierte Keramikplatte bezeichnet; sie zeigt eine hohe Glätte an der glasierten Oberseite neben den sonstigen günstigen Eigenschaften der Keramikplatte, wie hohe Stabilität bei erhöhten Temperaturen und gute Bearbeitbarkeit.

Zur Zeit werden glasierte Keramikplatten weithin bei der Herstellung von hybriden integrierten Schaltungen eingesetzt. Die dafür verwendeten glasierten Keramikplatten sind von relativ geringer Größe und die Glasur der glasierten Keramikplatte muß nicht notwendigerweise sehr wärmebeständig sein. Es ist aus diesem Grunde nicht schwierig, ein als Beschichtungsmaterial brauchbares Glasurmaterial auszuwählen, das ohne Schwierigkeit bei relativ geringer Erhitzungstemperatur auf eine Keramikplatte aufgeschmolzen werden kann und einen geringen Anteil von Alkalimetallen besitzt, die sich als ungünstig für die elektrischen Eigcnschäften der Beschichtung erwiesen haben, und das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der dem Ausdehnungskoeffizienten der Keramikplatte vergleichbar ist. Die Ähnlichkeit der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Glasur und der Keramik ist von Bedeutung, wenn man eine glasierte Keramikplatte erzielen will, die sich durch gute Ebenheit auszeichnet, das heißt, die keine Verwerfung der Platte zeigt infolge der Abkühlung der Platte von hoher Temperatur während des Glasiervorgangs.

Es hat sich daneben aber ein wachsender Trend ergeben, glasierte Keramikplatten bei der Herstellung von Thermoköpfen von Thermodruckgeräten einzusetzen. Für diesen Zweck brauchbare glasierte Keramikplatten müssen aber eine sehr hohe Stabilität aufweisen sowie eine gute Haltbarkeit der Beschichtung aus Glasurmaterial bei beträchtlich hohen Temperaturen, und es wird dementsprechend verlangt, ein Glasurmaterial als Beschichtungsmaterial zu benutzen, das einen hohen Um-

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wandlungspunkt besitzt Damit wird es aber schwierig, ein Glasurmaterial zu finden, dessen thermischer Aus-

* dehnungskoeffizient in der Nähe des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der damit zu beschichtenden . Keramikplatte liegt, und infolgedessen wi.-d das Verwerfen der dem Glasierungsvorgang unterzogenen Platten bei der industriellen Herstellung von glasierten Keramikplatten mit ausreichenden Hochtemperatureigenschaften ein schwieriges Problem. Dazu kommt noch, daß relativ große Platten für derartige Thermodruckköpfefctnötigt werden.

Es besieht die Möglichkeit, das Verwerfen glasierter Keramikplatten dadurch zu unterdrücken, daß die Stärke der zu glasierenden Keramikplatte erhöht wird, jedoch ist diese Möglichkeit dadurch stark eingeschränkt, da die Auslegung der Thermodruckköpfe durch die große Stärke sehr beengt wird. Aus einem ähnlichen Grund

; ist es auch schwierig, ein besonderes Keramikmaterial einzusetzen, dessen thermische Ausdehnungskoeffizienten dem eines Glasurmaterials mit den erwünschten Hochtemperatureigenschaften ähnlich ist

') Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein

Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine glasierte Platte mit ausgezeichneter Ebenheit ohne bemerkbare Verwerfungen auch dann erreicht wird, wenn ein beträchtlicher Unterschied der thermi-

: sehen Ausdehnungskoeffizienten des Materials der Keramikplatte und des Glasurmaterials vorhanden ist.

' Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren

wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine hitzebeständige Unterlage mit einer Stützfläche verwendet wird, die im wesentlichen spiegelbildlich zu der Form geformt ist, welche die Unterseite einer auf einer ebenen Unterlage auf gleiche Weise behandelten Keramikplatte im Zustand maximaler Verformung während des Abkühlvorganges einnimmt

Vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Es wird also vorasgesetzt, daß das Verwerfen der glasierten Keramikplatte während des Abkühlens unvermeidbar ist, und anstatt eines Versuchs, das Verwerfen beim Abkühlen zu unterdrücken, läßt man eine umgekehrte Verformung der Platte während des Aufheizens zu durch Verwendung einer hitzebeständigen Unterlage mit entsprechend geformter Stützfläche für die Platte, und zwar in der Weise, daß die durch Verwerfen erfolgende Deformation beim Abkühlen gerade die vorhergehende Verfermung der Platte aufhebt. Auf diese Weise liefert das Verfahren eine glasierte Keramikplatte mit außerordentlich guter Ebenheit auch dann, wenn ein Glasurmaterial eingesetzt wird, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient nicht in der Nähe des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Keramikplatte liegt.

Grundsätzlich besitzt die bei dem Verfahren eingesetzte hitzebesländige Unterlage eine kontinuierlich gekrümmte Stützfläche, deren Krümmungsradius so ausgewählt wird, daß fest der gesamte Bereich der auf die Unterlage aufgesetzten Keramikplatte einen Abstand von der. gekrümmten Stützfläche einnimmt, solange die Platte eben bleibt, ><?doch in Berührun«» rnit d?r <?<?- krümmten Stützfläche kommt, sobald die Platte sich beim Aufheizen verformt In den meisten Fällen ist die Stützfläche der so eingesetzten Unterlage eine konkave Fläche, da normalerweise der thermische Ausdehnungskoeffizient der Keramikplatte größer als der der darauf befindlichen Glasur ist, und de.-.halb die Verformung der Platte während des Abkühlens eine konvexe Unterseite der Platte ergibt Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient der Keramikplatte geringer als der der aufgebrachten Glasur ist, und in diesem Fall wird die Stützfläche der Unterlage konvex ausgebildet.

Als eine sehr kostengünstige Abwandlung kann die hitzebeständige Unterlage bei dem Verfahren auch eine ebene Grundplatte sein, auf der eine Vielzahl von stützenförmigen Abstandsstücken aufgebracht wird, die auf ίο der Oberseite der ebenen Grundplatte mit Abstand voneinander aufgesetzt sind, und die jeweils eine entsprechend gekrümmte Oberseite besitzen.

Bis auf die Verwendung der vorstehend zusammengefaßt dargestellten hitzebeständigen Unterlage wird jeder Schritt des Verfahrens in bekannter Weise ausgeführt. Beispielsweise kann das Auftragen eines Glasurmaterials auf die Oberseite der Keramikplatte so ausgeführt werden, daß eine ein Glasurpulver enthaltende Paste auf die Oberseite der Keramikplatte mit einem Siebdruckverfahren aufgebracht wird, oder es kann eine »Grün«-Schicht, die ein Glasurpulver enthält, auf die Oberseite der Keramikplatte aufgelegt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in dieser zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer mit einer gekrümmten Stützfläche versehenen Unterlage zur Verwendung beim Verfahren,

F i g. 2(A) bis (C) Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensschritte mit der Unterlage nach Fig. 1, wobei aufeinanderfolgend eine unfertige Keramikplatte vor dem Aufheizen, während dem Aufheizen und eine fertige Keramikplatte nach dem Abkühlen gezeigt sind, F i g. 3 und 4 mit Abmessungen versehene Ausführungsbeispiele für die gekrümmten Stützflächen von Unterlagen der in F i g. 1 gezeigten Art zur Herstellung beschichteter Keramikplatten,

F i g. 5 eine perspektivische Darstellung einer Reihe von rippenartigen Abstandsstücken, die Teile einer Unterlage bilden als vereinfachte Abwandlung der Unterlage nach Fig. 1,

F i g. 6(A) und 6(B) Schnittdarstellungen von Herstellvorgängen bei Verwendung von rippenartigen Abstandsstücken nach F i g. 5,

Fig. 7 eine schematische Draufsicht einer noch weiter vereinfachten Unterlage, und

Fig. 8(A) und 8(B) Schnittdarstellungen ähnlich Fig.6 von Verfahrensstufen unter Verwendung der Unterlage nach F i g. 7.

Ein typisches und industriell befriedigendes Verfahren zur Ausbildung einer Glasur auf der Oberseite eines plattenförmigen Keramikkörpers ist ein Aufdruck-Ausheizverfahren, bei dem eine ein Glasurpulver enthaltende Paste auf der Oberseite der Keramikplatte üblicherweise mit Siebdruck aufgebracht wird, um so eine Pastenschicht gleichförmiger Stärke auszubilden, die aufgedruckte Pastenschicht getrocknet wird, um den flüssigen Bestandteil der Paste abzutrocknen, die mit der Paste versehene Keramikplatte so aufgeheizt wird, daß das in der aufgedruckten Pastenschicht enthaltene GIasurmaterial aufschmilzt und danach die aufgeheizte Platte ahgeldihlt wird, so daß die Schicht aus geschmolzenem Glasurmaterial sich in eine feste Beschichtung verwandelt Die Temperatur, auf die aufgeheizt wird, und d^;e Verweilzeit bei dieser Temperatur werden so festgesetzt, daß sich eine Beschichtung mit guter Oberflächenglätte ergibt.

Die Paste ist eine gleichförmige Aufschlämmung eines feinpulverisierten Glasurmaterials in einem flüssi-

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gen Träger, für den normalerweise eine organische Flüssigkeit, bevorzugterweise Terpineol, eingesetzt wird. Wahlweise kann die Paste zusätzlich eine organische polymere Substanz enthalten, die zum Einstellen der Viskosität dient, beispielsweise Ethylcellulose.

Um eine Glasur mit gleichförmiger Stärke auszubilden, wird der plattenförmige Keramikkörper oder die unfertige glasierte Leramikplatte während des Aufheiz- und Abkühlvorgangs bei dem beschriebenen Verfahren horizontal gehalten. Beim Aufheizen wird beim üblichen Aufdruck-Ausheiz-Verfahren ein plattenförmiger Keramikkörper oder eine Keramikplatte auf eine Unterlage aus hitzebeständigem Material mit einer ebenen Stützfläche gelegt. Die Unterseite der Keramikplatte ist dabei in dichter Berührung mit der ebenen Stützfläche der Unterlage und die Oberseite der Keramikplatte ist bei beendigtem Aufheizvorgang mit einer Schicht aus geschmolzenem Glasurmaterial bedeckt. Bei dem nachfolgenden Abkühlen schrumpfen sowohl die Keramikplatte als auch die Glasur, die sich inzwischen verfestigt hat. Falls der thermische Ausdehnungskoeffizient des Glasurmaterials nicht genügend nahe bei dem des Keramikmaterials liegt, führt der Schrumpfvorgang zu einer Verwerfung der Platte. Ist der thermische Ausdehnungskoeffizient der Keramikplatte größer als der des aufgetragenen Glasurmaterials, so schrumpft die Keramikplatte mehr als die Glasur und verwirft sich so, daß die Unterseite der Platte, d. h. die Unterseite der nach dem Abkühlvorgang erhaltenen glasierten Keramikplatte konkav wird, während die verfestigte Glasur konvex wird. Das Ausmaß der Verwerfung kann durch den Vertikalabstand der konkaven Unterseite der glasierten Keramikplatte von der ebenen Stützfläche der Unterlage bestimmt werden. Dieser Vertikalabstand erreicht seine maximale Größe im mittleren Bereich der konkaven Unterseite.

In F i g. 1 ist ein hitzebständige Unterlage 30 gezeigt, wie sie bei dem Verfahren statt der ebenen Unterlage eingesetzt wird, um ein Verwerfen der glasierten Keramikplatte in der beschriebenen Weise zu vermeiden. Die Stützfläche dieser Unterlage 30 wird als eine konkave Stützfläche 31 geformt, wobei die Krümmung der Stützfläche 31 symmetrisch oder nahezu symmetrisch zur konkaven Unterseite einer glasierten Keramikplatte ist, die auf einer ebenen Unterunterlage unter sonst gleichen Bedingungen hergestellt worden ist Mit anderen Worten wird die Stützfläche 31 dieser Unterlage 30 so ausgebildet daß sie ein Spiegelbild der konkaven Unterseite der nach dem oben beschriebenen vorbekannten Verfahren hergestellten Keramikplatte ist wenn auch nicht optisch exakt

Die Verwendung einer solchen Unterlage 30 bei dem Verfahren ist nun in aufeinanderfolgenden Schritten in den F i g. 2(A) bis 2(C) dargestellt wobei hier die Keramikplatte 12 und das zum Glasieren benutzte Glasurmaterial identisch wie beim oben beschriebenen vorbekannten Verfahren sind. Beim Beginn des Aufheizvorgangs wird die mit einer noch nicht ausgeheizten Schicht des Glasurmaterials 14 (B) versehene Keramikplatte 12 horizontal auf die hitzebeständige Unterlage 30 nach F i g. 1 aufgelegt. Da die Stützfläche 31 der Unterlage 30 in der beschriebenen Weise konkav ausgebildet ist. berührt die Keramikplatte 12 die konkave Stützfläche 31 der Unterlage 30 nur an den vier Ecken der Unterseite 13. In diesem Zustand wird die Platte 12 zusammen mit der Schicht aus Glasurmaterial 14 B auf eine Temperatur über der Schmelztemperatur des Glasurmaterials aufgeheizt und genügend lange bei dieser Temperatur belassen.

Wie in F i g. 2(B) dargestellt, wird durch die Erhitzung die Keramikplatte 12 etwas erweicht und verformt sich entsprechend, während die Schicht aus Glasurmaterial 14i> aus F i g. 2(A) sich in eine geschmolzene Schicht aus Glasurmaterial 14Λ verwandelt. Dabei neigt die Platte 12 dazu, sich in eine konvexe Form an der Unterseite und entsprechend eine konkave Form an ihrer Oberseite zu verformen, da die Unterseite 13 der Platte 12 anfangs einen Abstand von der Stützfläche 31 der Unterlage 30 besaß. Am Ende des Aufheizvorgangs kommt die konvexe Unterseite 13 der Keramikplatte 12 in enge Berührung mit der konkaven Stützfläche 31 der Unterlage 30. Damit wird die Verformung der Keramikplatte 12 am Ende des Aufheizvorgangs umgekehrt zu der Form, die sich durch die Verwerfung der gleichen Platte 12 am Ende des Abkühlvorgangs beim üblichen weiter oben beschriebenen Herstellverfahren ergeben hat.

Beim Abkühlen zur Verfestigung der Schicht aus geschmolzenem Glasurmaterial 14/4 neigt die Keramikplatte 12 nun wiederum zur Verwerfung, und, da diese Verwerfung nun von einer in Fig.2(B) gezeigten konvexen Ausgangslage her erfolgt, ergibt sich, wie Fig.2(C) zeigt, eine Rückkehr von dem in Fig.2(B) gezeigten konvexen Zustand zu einem so gut wie vollständig ebenen Zustand. Das bedeutet die Verwerfung der Keramikplatte 12 beziehungsweise der nun fertigen glasierten Keramikplatte ?0 während des Abkühlvorgangs gleicht die umgekehrte Verformung der Platte 12 während des Aufheizens vollständig aus. Damit ergibt sich eine glasierte Keramikplatte 20 mit einer ausgezeichneten Ebenheit Wenn als Keramikplatte eine rechtwinklige Aluminiumoxidplatte mit einer Breite von 100 mm und einer Länge von 300 mm verwendet wird, weist die unter Verwendung einer ebenen Unterlage hergestellte glasierte Keramikplatte eine Verwerfung in Längsrichtung mit einem Ausmaß von 2 mm (ausgedrückt durch den Maximalwert des weiter oben beschriebenen Vertikalabstandes) und eine solche in Querrichtung mit einem Ausmaß von 0,5 mm auf. Wenn die gleiche Keramikplatte 12 bei Benutzung der Unterlage 30 mit konkaver Stützfläche 31 gemäß F i g. 2(A) bis 2(C) hergestellt wird, beträgt die Endverformung der glasierten Keramikplatte weniger als 0,2 mm sowohl in Längs- wie in Querrichtung.

Wie F i g. 2(A) zeigt wird das Ausmaß der Konkavität der Stützfläche 31 der Unterlage 30 durch die Tiefe du der konkaven Stützfläche 31, gemessen von der ebenen Unterseite 13 der aufgesetzten Keramikplatte 12 aus, ausgedrückt Tatsächliche Werte für die Tiefe de werden von der Ausbildung der Unterlage 30 experimentell bestimmt anhand der für die Herstellung einer glasierten Keramikplatte jeweils eingesetzten Verbindung von Keramikplatte und Glasurmaterial. Als Grundversuch wird die nur an zwei gegenüberliegenden Seitenkanten abgestützte Keramikplatte auf Temperaturen aufgeheizt die für den Glasierungsvorgang geeignet sind und in bestimmten Zeitlängen, um Veränderungen des Deformierunggrades der Platte mit der Aufheizzeit zu prüfen. Beispielsweise wird eine Keramikplatte unter Benutzung einer ebenen Unterlage glasiert um tatsächlich auftretende Werte des oben beschriebenen Verlikalabstandes in verschiedenen Bereichen der glasierten Platte zu bestimmen. Dann wird die Stützfläche 31 der Un-

ö5 terlage 30 so geformt daß bei jedem Bereich einer auf diese Stützfläche 31 aufgesetzten Keramikplatte die Tiefe d_B gemäß F i g. 2(A) in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Vertikalabstand gebracht wird.

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Bei genauer Betrachtung muß auch die thermische Verformung der Unterlage 30 selbst in Betracht gezogen werden bei der Bestimmung der Form der Stützfläche 31. Bei der praktischen Ausführung ist es jedoch möglich, eine derartige genaue Auslegung außer acht zu lassen, wenn ein hitzebeständiges Material mit genügend kleinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Material der Unterlage 30 verwendet wird. Es hat sich gezeigt, daß Siliziumkarbid ein besonders geeigne- ■ tes Material für diesen Zweck ist. Die thermische Ver- >io formung einer aus Siliziumkarbid bestehenden Unterlage 30 ist vernachlässigbar klein gegenüber der verbleibenden Verformung von 0,1 bis 0,2 mm der glasierten Keramikplatte.

Die bei dem Verfahren eingesetzte Keramikplatte kann aus den üblichen Werkstoffen ausgewählt werden, die als Keramikplatten für elektrische oder elektronische Geräte Verwendung finden. Beispielsweise sind geeignete Werkstoffe Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Magnesiumoxid, Sleatit, Forsterit und Zirkonoxid.

Auch für das als Beschichtungsmaterial verwendete Glasurmalerial eribt sich bei dem Verfahren keine besondere Begrenzung. Bei üblichen Verfahren zur Herstellung von glasierten Keramikplatten wird ein Bleiglasurmaterial eingesetzt, das SiO₂ und PbO als Hauptbestandteile enthält, und das gleiche Glasurmaterial kann auch bei dem vorgenannten Verfahren Verwendung finden. Bevorzugt wird jedoch ein Glasurmaterial eingesetzt, das in Gewichtsprozenten, 50 bis 60% SiO₂, 10 bis 30% AI₂O₃,15 bis 30% eines Gemisches aus CaO und MgO und 2 bis 6% ZrO₂ als Hauptbestandteile enthält unter wahlweiser Hinzufügung von geringen Anteilen oder einem geringen Anteil von mindestens einem der Oxide TiO₂, BaO, ZnO, PbO, P₂O₅, B₂O₃, Na₂O und K₂O. Einzelheiten dieses Glasurmaterials sind in der DE-OS 31 51 206 aufgeführt. Ein solches Glasurmaterial besitzt einen hohen Erweichungspunkt und damit eine ausgezeichnete Hochtemperatur-Stabilität und ist außerdem sehr beständig gegen chemische Einwirkungen.

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A usf ührungsbeispiel

Ein körniges Glasurmaterial aus 56 Gewichtsteilen SiO₂, 14 Gewichtsteilen Al₂O₃, 4 Gewichtsteilen ZrO₂, 22 Gewichtsteilen CaO, 2 Gewichtsteilen MgO und 2 Gewichtsteilen B₂O₃ wurde mit einer Kugelmühle fein pulverisiert. Dann wurde eine Paste hergestellt durch Einmischen von 100 Gewichtsteilen des Glasurmaterialpulvcrs in eine Lösung aus 1,5 Gewichtsteilen Ethylcellulose und 50 Gewichtsteilen Terpineol. Diese Paste wurde auf die Oberseite einer rechtwinkligen Platte aus Aluminiumoxid mit 96% Reinheit aufgetragen, die eine Breite von 100 mm, eine Länge von 300 mm und eine Stärke von 2 mm besaß, und zwar durch ein Siebdruckverfahren, um eine Pastenschicht mit gleichförmiger Stärke zu enthalten. Die Pastenschicht wurde bei 100⁰C eine Stunde lang ausgeheizt, um das in der Paste enthaltene Terpineol zu verdampfen. Der lineare Ausdehnungskoeffizient der Aluminiumoxdplatte beträgt im Bereich von 0 bis 800⁰C 70 χ 70~⁷/K und der des GIasurmaterials im Bereich von 0 bis 770⁰C 55 χ 10~⁷/Κ.

Die so vorbereitete Aluminiumoxidplatte wurde auf eine Unterlage gesetzt die in der in F i g. 1 gezeigten Form ausgebildet war, und zwar mit den in F i g. 3 und 4 gezeigten Maßen. In Breitenführung war die Unterlage 30 gemäß F i g. 3 an ihrer Stützfläche 31 annähernd parabolisch und symmetrisch zu einer Horizontallinie parallel zur Längsmittelachse der Unterlage 30 ausgeformt In Längsrichtung der Unterlage 30 war gemäß F i g. 4 die Stützfläche 31 mit einer Krümmung annähernd parabolischer Art und symmetrisch zu einer Horizontallinie zur Quermittelachse der Unterlage 30 versehen, d. h., die konkave Stützfläche 31 dieser Unterlage 30 zeigte in den beiden zueinander senkrecht stehenden Schnitten jeweils eine parabolische Krümmung mit etwas unterschiedlichen Krümmungsradien.

Die Unterlage mit aufgelegter Aluminiumplatte wurde in Luft auf eine Temperatur von 1400°C aufgeheizt und 60 min bei dieser Temperatur gehalten, so daß die Oberseite der Aluminiumoxidplatte gleichförmig mit einer Schicht aus geschmolzenem Glasurmaterial bedeckt war und die Unterseite der Platte in enge Berührung mit der konkaven Stützfläche der Unterlage kam. Danach wurde die Unterlage mit der daraufliegenden Platte bis auf Raumtemperatur abgekühlt, um die Schicht aus geschmolzenem Glasurmaterial auf der Aluminiumoxidplatte in eine feste Glasur zu verwandeln.

Die nach der Abkühlung erhaltene glasierte Keramikplatte erwies sich als außerordentlich eben. Die Abweichung von idealer Ebenheit betrug in allen Bereichen der Platte weniger als 0,1 mm. Bei dem Siebdruckvorgang wurde die Stärke der Pastenschicht so beeinflußt, daß die verfestigte Glasur eine Stärke von 100 μπι besaß. Die Oberflächenrauhigkeit der Beschichtung wurde als <0,5 μπι bestimmt, was bedeutet, daß die Oberflächenglätte dieser Schicht bemerkenswert gut war. Der Umwandlungspunkt des bei diesem Ausführungsbeispiel benutzten Glasurmaterials betrug 770° C, Wie sich aus diesem hohen Umwandlungspunkt ablesen läßt, besaß die so hergestellte glasierte Keramikplatte eine ausgezeichnete Hochtemperaturstabilität. Dementsprechend konnte mit dieser glasierten Keramikplatte ein vollständig zufriedenstellender Thermodruckkopf mit guten Eigenschaften erzeugt werden.

Die mit gekrümmter Stützfläche versehene Unterlage 30 nach Fig. 1 kann in der in Fig.5, 6(A) und 6(B) gezeigten Weise abgewandelt werden, mit nur geringen Unterschieden in der Verwendbarkeit. Die abgewandelte Unterlage besteht aus einer ebenen Grundplatte 34 und einer Vielzahl von rippenförmigen Abstandsstükken 32Λ, 32ß, 32C, 32D, die auf die Oberseite der Grundplatte 34 mit Abstand voneinander in paralleler Anordnung aufgesetzt und normalerweise mit dieser Oberseite verbunden werden. Wie in F i g. 5 dargestellt können die rippenförmigen Abstandsstücke 32Λ, 32ß, 32C und 32D so angesehen werden, als ob sie durch vertikales Auftrennen der Unterlage nach F i g. 1 enthalten werden. Dementsprechend ist die Oberseite jedes Abstandsstückes 32/4,325, 32Cund32Deine konkave Fläche 33Λ, 33S, 33C bzw. 33D, die einen Teil der konkaven Stützfläche 31 der Unterlage 30 nach F i g. 1 bildet

Auf der Grundplatte 34 werden die rippenförmigen Abstandsstücke 32A 325,32Cund 32D mit nahezu gleichen Abständen so angeordnet, daß eine imaginäre Fläche, die durch Verbinden der konkaven Flächen 33/4, 33B, 33C und 33D der Abstandsstücke, wie in F i g. 5 gezeigt, entstehen, eine der konkaven Stützfläche 31 der Unterlage 30 nach F i g. 1 entsprechende Fläche wird. Wenn die Keramikplatte 12 auf die Unterlage entsprechend F i g. 6(A) aufgesetzt wird, stehen nur die zwei an den seitlichen Enden der Grundplatte 34 befindlichen Abstandsstücke 32Λ und 32D in Berührung mit der Unterseite 13 der Platte 12. In diesem Zustand wird das Erhitzen der Keramikplatte 12 zum Aufheizen der Schicht des Glasurmaterials 145 begonnen, und wäh-

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rend des Aufheizvorgangs verformt sich die Platte 12 entsprechend der in Fig.6(B) gezeigten Weise. Damit kommt die Unterseite 13 der Platte 12 in innige Berührung mit den konkaven Flächen 334,33ß, 33Cund 33£> aller Abstandsstücke 32Λ, 32ß, 32C und 32D. Bei dem darauf folgenden Abkühlen tritt wiederum eine umgekehrt zur Verformung beim Aufheizen erfolgende Verwerfung der Platte ein und diese kehrt demzufolge aus dem in F i g. 6(B) gezeigten verformten Zustand in ihren ebenen Anfangszustand nach F i g. 6(A) zurück. ι ο

Die Gesamtzahl der rippenförmigen Abstandsstücke auf der Grundplatte kann sehr klein gehalten werden, und auch die Breite jedes Abstandsstückes kann sehr gering sein. Beispielsweise werden bei einer Unterlage für eine Platte von 100 mm Breite und 300 mm Länge vier rippenartige Abstandsstücke mit einer jeweiligen Breite von 3 bis 10 mm für ausreichend gehalten. Vom Standpunkt des Herstellers aus bietet die abgewandelte Unterlage nach F i g. 5, 6(A) und 6(B) viele Vorteile, da die Gesamtfläche der gekrümmten Flächen 33Λ, 33ß, 33Cund 33D dieser Unterlage weit kleiner als die Fläche der gekrümmten Stützfläche 31 der Unterlage 30 nach F i g. 1 ist, und es deshalb möglich ist, die Vorbereitungskosten zum Ausformen der gekrümmten Flächen in hohem Maße zu verringern.

In Abhängigkeit von der Größe der zu glasierenden Keramikplatte und auch von dem Verformungsausmaß der Platte während des Glasierungsvorgangs besteht noch eine Möglichkeit, die Unterlage nach F i g. 5 beziehungsweise 6 weiter zu vereinfachen, indem die zwischengesetzten Abstandsstücke 32ßund 32Cauch weggelassen werden. In diesem Fall wird die Höhe der verbleibenden beiden Abstandsstücke 32/4 und 32£> so eingerichtet, daß die Unterseite der während des Aufheizvorgangs deformierten Platte gerade mit der Oberseite der ebenen Grundplatte 34 im Mittelbereich in Berührung kommt.

Bei einigen Anwendungsfällen ist eine weitere Vereinfachung gemäß den F1 g. 7,8(A) und 8(B) möglich. In diesem Fall besteht die Unterlage aus einer ebenen Grundplatte 34 und vier niedrigen, säulenartigen Abstandsstücken 36A 36ß, 36Cund36D, die auf die Oberseite der Grundplatte 34 in den vier Eckbereichen aufgesetzt und dort normalerweise mit dieser Oberseite verbunden sind. Die Oberseite jedes dieser Abstandsstücke 36Λ, 36ß, 36C und 36£> ist eine gekrümmte Fläche 37Λ, 37ß, 37Cbeziehungsweise 37D, die als Teil der konkaven Stützfläche 31 der Unterlage 30 nach F i g. 1 angesehen werden kann. Vor dem Erhitzen der Keramikplatte 12 zum Aufschmelzen der Schicht aus Glasurmaterial 14ß wird die Platte 12 auf diese Abstandsstükke 36Λ, 36ß, 36C und 36£> in der in F i g. 8(A) gezeigten Weise aufgesetzt. Während des Erhitzens verformt sich die Platte 12 in der in F i g. 8(B) gezeigten Weise so, daß in einem Mittelbereich die Unterseite 13 der Platte 12 in Berührung mit der Oberseite der ebenen Grundplatte 34 kommt, jedoch hebt sich beim darauffolgenden Abkühlvorgang die Platte aus dem verformten Zustand wieder ab und ergibt eine glasierte Keramikplatte mit guter Ebenheit. Die Unterlage nach F i g. 7 kann noch mit weit geringerem Kostenaufwand als die nach F i g. 5 hergestellt werden. Außerdem ist es möglich, die Oberseite der säulenartigen Abstandsstücke 36Λ, 36ß, 36C und 36D als geneigte ebene Oberseiten statt der erwähnten gekrümmten Flächen 37-4,37ß, 37Coder 37D auszubilden. Wenn die Platte 12 und damit die Grundplatte 34 in F i g. 7 und 8(A) eine weitgehend längliche Form aufweisen, kann es vorteilhaft sein, wenn ein zusätzliches (nicht dargestelltes) säulenartiges Abstandsstück jeweils in die Mitte zwischen den Abstandsstükken 36/4 und 36ß und in die Mitte zwischen den Abstandsstücken 36Cund 36Z?eingesetzt wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

32 OO 034 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer glasierten Keramikplatte, bei dem auf die Oberfläche der Keramikplatte ein Glasurmaterial mit einem von der Keramikplatte unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten aufgebracht, die beschichtete Keramikplatte bis zu einer über die Schmelztemperatur des Glasurmaterials liegenden Temperatur erhitzt und abschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wird, wobei die Keramikplatte während des Erhitzens und Abkühlens auf einer hitzebeständigen Unterlage abgestützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine hitzebeständige Unterlage mit einer Stützfläche verwendet wird, die im wesentlichen spiegelbildlich zu der Form geformt ist, welche die Unterseite einer auf einer ebenen Unterlage auf gleiche Weise behandelten Keramikplatte im Zustand maximaler Verformung während des Abkühlvorganges einnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine hitzebeständige Unterlage mit einer gekrümmten Stützfläche verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine hitzebeständige Unterlage mit einer konkaven Stützfläche verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine hitzebeständige Unterlage mit einer konvexen Stützfläche verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine hitzebeständige Unterlage verwendet wird, die eine Grundplatte mit einer ebenen Oberseite und eine Vielzahl von auf der Oberseite mit Abstand voneinander aufgelegten Abstandsstükken aufweist, wobei jedes Abstandsstück eine gekrümmte Oberseite besitzt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandsstücke verwendet werden, die sich über die Breite der Oberseite der Grundplatte erstrecken.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandsstücke mit einer konkaven Oberseite verwendet werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Eckbereichen der Grundplatte angeordnete säulenförmige Abstandsstücke als Stützen verwendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandsstücke mit einer gekrümmten Oberseite verwendet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandsstücke mit einer geneigten ebenen Oberseite verwendet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine hitzebeständige Unterlage aus Siliziumkarbid verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gla«urmaterial in Form einer dieses als Pulver enthaltenden Paste auf die Oberseite der Keramikplatte gedruckt wird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Glasurmaterial ein Bleiglas mit den Hauptbestandteilen SiO₂ und PbO verwendet wird.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus 50 bis 60 Gew.-% SiO₂, 10 bis 30Gew.-% AI₂O₂, 15 bis 3OGew.-°/o ei-

nes Gemischs aus CaO und MgO sowie 2 bis 6Gew.-% ZrO₂ bestehendes Glasurmaterial verwendet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlich mindestens eines der Oxide TiO₂, BaO, ZnO, PbO, P₂O₅, B₂O₃, Na₂O und K₂O enthaltendes Glasurmaterial verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die Keramikplatte mindestens eine Verbindung aus der Gruppe Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Magnesiumoxid, Steatit, Forsterit und Zirkonoxid verwendet wird.