DE3620233C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kennzeichnung von Werkstücken aus Glas, Keramik oder Porzellan, wie Bildröhren oder optische Gläser, bei Temperaturen oberhalb 300°C.

Zur Überwachung oder Steuerung des Fertigungsprozesses von aus Glas, Porzellan oder Keramik bestehenden Werkstücken ist es erwünscht diese Werkstücke möglichst frühzeitig, das heißt in noch sehr heißem Zustand zu kennzeichnen. Diese Kennzeichnung wird beispielsweise bei Bildröhren durch Aufstempeln eines schmelzenden Pulvers vorgenommen. Durch die Berührung des Glases mit einem Stempel treten sowohl mechanische als auch thermische Belastungen auf, die zu Spannungen und Fehlern im Glas führen können, insbesondere dann, wenn das Werkstück noch sehr heiß ist. Bei Temperaturen über 300°C sind derartige Kennzeichnungsverfahren sehr problematisch und meist nicht anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kennzeichnungsverfahren zu schaffen, mit welchem es möglich ist, Werkstücke im noch sehr heißen Zustand zuverlässig zu kennzeichnen ohne dabei auf das Werkstück partiell eine thermische oder mechanische Belastung aufzubringen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf das heiße Werkstück eine 50 bis 1000 nm dicke, als Kennzeichnungsfeld dienende Trägerschicht aus Titan, Vanadium oder Graphit enthaltendem, auf dem heißen Werkstück kondensierendem und sich verfestigendem Material unter Schutzgasatmosphäre aufgedampft wird, und die Kennzeichnung durch partielles Entfernen der Trägerschicht mittels Laserstrahlen erzeugt wird. Der Dampf von Titan, Vanadium oder Graphit hat die Wirkung, daß er bei Temperaturen oberhalb 300°C kondensiert und in die Oberfläche des heißen Werkstücks diffundiert, so daß eine zuverlässige Haftung der aufgedampften Trägerschicht ereicht wird.

Damit auch eine Trägerschicht aus Chrom oder Nickel, einem Material mit geringer Diffusionsneigung ausreichend abriebfest auf dem Werkstück haftet, genügt es, 10 bis 30% Titan- oder Vanadiumdampf beizumischen. Zum Aufdampfen der Trägerschicht eignen sich als Zusatz zu Titan, Vanadium oder Graphit insbesondere Metalle, wie Aluminium, Chrom, Nickel, Silber und Gold.

Aus der DE-OS 30 42 650 ist ein Verfahren zum Herstellen von optischen Maßstäben bekannt, bei dem auf einen Glaskörper eine Beschichtung aufgetragen wird und dann mittels eines Laser- oder Elektronenstrahls eine Markierung durch lokales Verdampfen oder Umwandeln der Beschichtung erzeugt wird. Durch eine nachfolgende Ätzung kann die Markierung dauerhaft gemacht werden. Je nach Art der Beschichtung kann die durch Verdampfen erzielte Markierung auch endgültig sein. Eine derartige Beschichtung kann eine aufgedampfte Wismut-Selenschicht sein mit einem Mischungsverhältnis zwischen 2,5 zu 1 und 3,5 zu 1. Diese aufgedampfte Wismut-Selenschicht bildet eine lichtundurchlässige Beschichtung, die an den Stichmarkierungen lichtdurchlässig ist. Dieses eine andere Aufgabe lösende Verfahren ist zur Kennzeichnung von Werkstücken bei Temperaturen oberhalb 300°C ungeeignet, weil der Wismut-Selendampf nicht auf dem heißen Werkstück kondensieren würde. Auch findet dort kein Eindiffundieren des Metalldampfes in die Oberfläche des Werkstücks statt.

Aus der US-PS 21 97 274 ist das Aufdampfen von Aluminium auf heißes Glas zur Bildung einer Reflexionsschicht bekannt.

Ferner ist aus der DE-PS 6 48 584 ein Verfahren zum Aufschleudern oder Aufspritzen von Metallen oder Metall-Legierungen auf die Oberfläche glasartiger Körper bekannt, bei dem das Aufschleudern oder Aufspritzen im Verlauf eines Härtevorganges erfolgt, wenn die Temperatur der Körper bei der plötzlichen Abkühlung unter die untere Entspannungsgrenze (zwischen 400 und 200°C) hinabgegangen ist. Dieses Verfahren soll Spannungen im Glaskörper vermeiden.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung erfolgt das Verdampfen des Materials vorzugsweise mittels eines elektrischen Lichtbogens. Zur Bildung des Kennzeichnungsfeldes kann der Dampf mittels eines heißen Schutzgasstromes auf das Werkstück aufgeblasen werden. Es ist auch möglich, elektrische oder magnetische Felder vorzusehen, die das verdampfende Material auf das Werkstück bringen.

Nach Aufbringen der Trägerschicht werden die Kennzeichnungs­ symbole durch partielles Abdampfen der Trägerschicht mittels eines Lasers angebracht. Zum Abdampfen ist je nach Dicke der Trägerschicht ein Festkörperlaser, zum Beispiel ein Neodym-YAG-Laser, mit einer Wellenlänge von λ = 1 µm geeignet oder aber auch ein kontinuierlich strahlender oder ein pulsen­ der gasdynamischer Laser, insbesondere ein CO₂-Laser mit einer Wellenlänge von λ = 10,6 µm.

Weil die Kennzeichnung des Werkstückes sozusagen be­ rührungslos erfolgt, wird das Werkstück nicht mechanisch belastet. Auch eine thermische Belastung ist nicht zu be­ fürchten, da die Masse der aufgebrachten Trägerschicht sehr gering ist und auch das partielle Abdampfen der Trägerschicht wegen der geringen Eindringtiefe des Laserlichtes in die aufgedampfte Schicht die Oberfläche des Werkstückes nur geringfügig beeinflußt.

Die Produktionsparameter auch sehr empfindlicher Werkstücke aus Glas, Porzellan oder Keramik werden bei dem erfindungs­ gemäßen Kennzeichnungsverfahren nicht merklich beeinflußt. Die nach diesem Verfahren hergestellte Kennzeichnung ist sehr präzise und kann von allen bekannten Lesevorrichtungen, zum Beispiel Laserscanner, berührungslos gelesen werden.

Die Kennzeichnung beziehungsweise das Beschichten der Träger­ schicht mittels eines Leistungslaser kann mit Hilfe einer Maske, eines Dias, eines Barcode-Schreibsteuergerätes oder eines Schriftsteuergerätes erfolgen.

Die Wahl des aufzudampfenden Materials wird unter Berück­ sichtigung der erforderlichen oder erwünschten Haftfähigkeit, der optischen Daten, wie Absorptions- und Reflexionsvermögen, der Dampftemperatur und wohl auch des Preises getroffen. Titan und Vanadium, auch in Verbindung mit anderen Metallen, sind zur Bildung der Trägerschicht besonders geeignet, weil diese Metalle auf einer heißen Glasoberfläche eine Silicid­ schicht bilden, die sehr dicht ist und die verhindert, daß ein Metalldampf mit gegenüber Glas großer Diffusionsneigung, zum Beispiel Gold, in das Werkstück zu stark hinein diffun­ diert. Es können also auch nacheinander unterschiedliche Metalle aufgedampft werden, wobei die erste Dampfschicht für eine gute Haftung sorgt und die zweite Dampfschicht der Trägerschicht in optischer Hinsicht optimale Eigenschaf­ ten gibt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Kennzeichnung von Werkstücken aus Glas, Keramik oder Porzellan, wie Bildröhren oder optische Gläser, bei Temperaturen oberhalb 300°C, dadurch gekennzeichnet, daß auf das heiße Werkstück eine 50 bis 1000 nm dicke, als Kennzeichnungsfeld dienende Trägerschicht aus Titan, Vanadium oder Graphit enthaltendem, auf dem heißen Werkstück kondensierendem und sich verfestigendem Material unter Schutzgasatmosphäre aufgedampft wid, und die Kennzeichnung durch partielles Entfernen der Trägerschicht mittels Laserstrahlen erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Materialdampf verwendet wird, der 10 bis 30% Titan- oder Vanadiumdampf und ansonsten Chrom- oder Nickeldampf enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung des aufzudampfenden Materials mittels eines elektrischen Lichtbogens erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialdampf zur Bildung des Kennzeichnungsfeldes mittels eines heißen Schutzgasstromes auf das Werkstück geblasen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialdampf mittels elektrischer oder magnetischer Felder auf das Kennzeichnungsfeld des Werkstückes gebracht wird.