EP3755671A1 - Transparenter artikel aus glaskeramik mit hoher oberflächenqualität sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Transparenter artikel aus glaskeramik mit hoher oberflächenqualität sowie verfahren zu dessen herstellung

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Publication number
EP3755671A1
EP3755671A1 EP19707729.0A EP19707729A EP3755671A1 EP 3755671 A1 EP3755671 A1 EP 3755671A1 EP 19707729 A EP19707729 A EP 19707729A EP 3755671 A1 EP3755671 A1 EP 3755671A1
Authority
EP
European Patent Office
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glass
article
flat
glass ceramic
substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19707729.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helga Götz
Kyuchul CHUNG
Marcus DATZ
Rolf Hansen
Friedrich-Georg SCHRÖDER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schott AG filed Critical Schott AG
Publication of EP3755671A1 publication Critical patent/EP3755671A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0018—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents
    • C03C10/0027—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents containing SiO2, Al2O3, Li2O as main constituents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/20—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
    • B24B7/22—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
    • B24B7/24—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain for grinding or polishing glass
    • B24B7/242—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain for grinding or polishing glass for plate glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B13/00—Rolling molten glass, i.e. where the molten glass is shaped by rolling
    • C03B13/04—Rolling non-patterned sheets continuously
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B32/00—Thermal after-treatment of glass products not provided for in groups C03B19/00, C03B25/00 - C03B31/00 or C03B37/00, e.g. crystallisation, eliminating gas inclusions or other impurities; Hot-pressing vitrified, non-porous, shaped glass products
    • C03B32/02—Thermal crystallisation, e.g. for crystallising glass bodies into glass-ceramic articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/004—Refining agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C19/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by mechanical means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2204/00—Glasses, glazes or enamels with special properties

Definitions

  • the present invention relates to a transparent article of glass ceramic with high surface quality and a method for its preparation.
  • Typical transparent glass ceramics are based on the LAS system with the main components lithium oxide, aluminum oxide and silicon dioxide.
  • the production of such a LAS glass ceramic usually involves providing a green glass made of a melt, wherein the green glass can be formed into an article or to a glass ceramic disk. The green glass is then heated to a nucleation temperature, so that a multiplicity of nuclei are produced in the green glass with the aid of nucleators. Thereafter, the temperature is raised to an optimum crystallization temperature
  • an article of glass ceramic can be created, which in its properties, for example, allows use as an attachment disk for fireplaces.
  • a chimney panel is described, which is suitable for both outdoor and indoor use.
  • DE 20 2014 004 209 U1 also describes a fireplace viewing pane with a glass or glass ceramic pane.
  • an attachment of a metallic material is proposed.
  • the document DE 103 44 439 B3 describes a method for the production of
  • the document DE 10 2010 023 407 A1 describes a glass-ceramic article with a high chemical resistance to a corrosive atmosphere.
  • the document GB 1 322 796 describes a surface treatment of glass articles by means of a polishing process.
  • JP 2013/1 12554 A describes a polishing process for glass substrates.
  • the publication JP 2015/176753 A describes a cooking plate with a back-polished surface, which allows to apply a coating.
  • the document DE 10 2010 043 326 A1 describes a method for strength-enhancing ceramization of a floated, crystallizable glass. Due to the process caused by the flooding cracks in the surface of the floated, crystallizable glass, wherein the
  • Formiergasatmospreheat is assumed above the float bath as a trigger for the cracks. These cracks are very deep and reduce the strength of the later product, so that the cracks on the surface of the float glass can not be economically eliminated either before or after the ceramization by polishing.
  • the document DE 33 45 316 A1 describes a glass ceramic for use as window glass in wood or coal stoves. To cracks and cracks in the surface of the glass ceramic, which occur when the glass-ceramic is exposed to a sulfuric acid-containing atmosphere to reduce or prevent, the glass-ceramic is leached with an additional processing step at the surface. This additional process step is very complex and also involves risks, as hazardous substances are used.
  • carrier plates as well as the Keramleitersformen generally have a very smooth, specially adapted, flat surface.
  • air cushions can form between the very smooth, flat support plates and the fine waves of the substrates, on which the substrate can slide.
  • fully automatic transport systems as they are typically encountered today, such as roller conveyors or chain belts, it may then come to relative movements between the substrate and the carrier plate or Keramleitersform. This in turn can become a local one
  • Glass melt promoted green glass remain on the surface of the green glass or, for example due to electrostatic charge, can adhere to the surface. This adhesion is further enhanced by the high reactivity of the surface of the green glass when it comes directly from the melt. These often very small particles are initially barely perceptible, but cause great problems during subsequent ceramization or subsequent finishing, as they can lead to scratches on the surface.
  • a further disadvantage is the fact that a reduction of the surface layer, which may be lithium-depleted, in particular in the case of an article made of glass ceramic due to production, too a significant reduction in resistance to chemical products from combustion can result.
  • a process for producing a flat, transparent glass ceramic article for use for example, as a bullet-resistant visor, ie in a laminate, as a cooking surface, as a stove or chimney pane, as a pane for oven doors, as a carrier plate for precious metal coatings, as a display cover, or as an unprinted or printed cooking or work surface or table, in particular large format with at least 0.7 nf, preferably at least 1, nf nf surface, which on the one hand makes it possible to at least reduce complex post-processing such as a fine machining of the surface, which it but also allows others to produce such substrates with high strength and durability.
  • a glass-ceramic article produced in this way should, in addition to the reduction in fine waviness, also have a flawless, undamaged surface as far as possible. This means that the surface generated should also be as free of scratches or other, with the human eye perceptible damage.
  • the mechanical properties, in particular the strength, of the article made of glass ceramic should remain as unchanged as possible. Preferably, it should be equal to or even higher than the strength of an unpolished glass ceramic article, even if an additional polishing step is performed. In addition, should also be given a good shock resistance.
  • Combustion residues remain as unchanged as possible and are at least at the level of a non-polished lens.
  • Combustion products especially against sulfur-containing exhaust gases are made possible, which may contain compounds of sulfurous acid or even sulfuric acid.
  • the glass-ceramic articles produced in this way should be able to be used, in particular, in areas which are characterized by high temperature fluctuations and / or by mechanical stress, for example as cooking utensils, as a glass-ceramic cooking surface or in the field of fire protection.
  • This object is surprisingly simple by a method for producing a flat, transparent article made of glass ceramic for use as a viewing window, for example as a bullet-proof visor, also in the layer composite, as a cooking surface, as a stove or fireplace visor, as a disc for oven doors, as a support plate for precious metal Coatings, as a display cover, or as an unprinted or printed cooking or work surface or table, in particular large format with at least 0.7 nf, preferably at least 1, 0 nf surface, and a flat, transparent article of glass-ceramic according to one of the independent claims.
  • a method for producing a flat, transparent article made of glass ceramic for use as a viewing window for example as a bullet-proof visor, also in the layer composite, as a cooking surface, as a stove or fireplace visor, as a disc for oven doors, as a support plate for precious metal Coatings, as a display cover, or as an unprinted or printed cooking or work surface or table, in particular large format with at least 0.7
  • the invention accordingly provides a method for producing a flat, transparent article of glass ceramic for use as a viewing window, comprising the following steps:
  • the method may optionally downstream of the processing of a further surface of the article of glass-ceramic, in particular that surface which is opposite to the surface finished before the ceramizing surface, and which stood during the ceramization in contact with a substrate.
  • a mixture with a composition suitable for later ceramification is typically fed to a glass melting plant and melted.
  • Glass bodies can be produced therefrom by means of various methods, the glass coming directly from the glass melt also being referred to as so-called green glass. Under green glass is therefore understood a glass, which directly or
  • the green glass comes directly from the molten glass. If the green glass is referred to as "ceramizable”, this means in the context of the invention that this green glass is suitable for being ceramized in a ceramization process and converted into a glass ceramic, but also that this ceramization process has just not yet occurred or not yet completed.
  • the crystal formation also referred to as crystallization or ceramification
  • the ceramizable green glass contains nucleating agents for crystal formation in order to be ceramizable, the crystalline fraction is still very small.
  • the crystalline fraction of the ceramizable green glass is less than 20% by volume, preferably less than 10% by volume and more preferably less than 5% by volume.
  • a ceramizable green glass is mentioned below, this is initially understood to mean a rolled ceramizable green glass obtained continuously from a glass melt. If this ceramizable green glass is separated, for example By means of scratches and breakages, these isolated sections are also referred to as a substrate or substrate of ceramizable green glass.
  • the smoothing finish of the at least one surface of the ceramizable green glass can basically not only take place on a substrate of ceramizable green glass, but also directly on a rolled, continuously produced glass ribbon, ie even before separation as a substrate. Due to the better handling, however, the smoothing fine machining on corresponding isolated substrates offers.
  • the ceramizable green glass can be based on the lithium aluminosilicate system (LAS glass ceramic) and have nucleating agents, which may preferably comprise TiO 2 and / or ZrO 2 , or else SnO 2 .
  • the ceramizable green glass can have the following composition range (in% by weight):
  • the ceramizable green glass hereinafter also referred to as crystallizable starting glass, is melted and refined from a mixture of cullet and powdery vegetable raw materials according to the above-mentioned composition.
  • the glass melt reaches temperatures of 1 .550 ° C to a maximum of 1 .750 ° C, usually up to 1 .700 ° C. Occasionally, a high-temperature refining above 1 .700 ° C, usually used at temperatures around 1 .900 ° C.
  • the glass After melting and refining, the glass usually undergoes hot forming by rolling, casting, pressing or floating to form a flat substrate of ceramizable green glass.
  • This flat substrate may comprise two approximately planar, oppositely disposed side surfaces, hereinafter also referred to as the surface, and thus be plate-shaped or disc-shaped.
  • roll forming for hot forming is advantageous for making flat substrates such as plates or slices from the molten glass.
  • Common rolling processes comprise at least one pair of rollers rotating in opposite directions, which can also be used here.
  • a plurality of rollers connected in series can be used, in which gradually the desired thickness is achieved.
  • the method according to the invention for the production of a flat, transparent article of glass-ceramic accordingly comprises for the
  • Hot forming a rolling process i. the ceramizable green glass passes through at least one pair of rollers rotating in opposite directions. These rolls are also referred to below as forming rolls.
  • transport rollers also referred to as transport rollers, are used, on which the ceramizable green glass can rest and which can be driven to transport overhead ceramizable green glass.
  • the coldest range critical in roll forming is the contact of the molten glass with the noble metal die before the glass is shaped and cooled by the rolls into the flat substrates. This contact of the hot glass melt with the much cooler forming rollers and / or the transport rollers can very often lead to a fine waviness on the rolled substrate.
  • the waviness or fine waviness thus denotes an unevenness of the at least one surface of the ceramizable green glass, which can occur periodically at longer intervals than the roughness and which thus represents a deviation from an ideal, planar surface.
  • the ripple may occur periodically, repetitively, with longer intervals as seen in relation to the depth.
  • a fine waviness with a wavelength in the range of about 5 mm to about 500 mm can occur, which is the distance between two adjacent troughs or wave peaks.
  • the concrete wavelength is dependent on various process parameters, such as the diameter of the forming rollers and / or transport rollers or the temperature difference between the surface of the forming rollers and / or transport rollers and the
  • This fine waviness on the rolled flat substrate can lead to damage on the surface of the glass ceramic article during the subsequent ceramification, which can significantly limit the usability of the article, for example as a viewing window, and / or reduce the yield. This will be briefly outlined below.
  • the substrates can be stored on a smooth base serving as a firing aid, also referred to as a support plate.
  • the carrier plates may generally be made of a high temperature stable material comprising a ceramic or glass ceramic material. The latter are usually so-called base plates made of glass ceramics, which contain predominantly keatite mixed crystals (KMK).
  • a carrier plate of keatite is z. B. in US 7,056,848 B2 and DE 102 26 815 B4 described by the same applicant.
  • microstructures In addition to the fine waves, other unfavorable surface properties may be present, such as microstructures, which will be discussed below.
  • the laying of the flat substrate with the microstructures on the carrier plate can lead to the fact that between the microstructures or the fine waves on the surface of the
  • Substrates and the very smooth, even surface of the support plate form air cushions on which the substrate can slide.
  • Damage to the surface of the substrate lead, for example in the form of fine scratches in the region of the wave crests due to the relative movements to each other, and thus to a strong decrease in strength. Glass-ceramic surfaces that have been damaged by scratches break much faster when they come under tension.
  • the above-mentioned microstructuring of the surface of the ceramic green ceramic is attributed to the temperature difference between the surface of the forming rollers and / or transport rollers on the one hand and the ceramizable green glass on the other hand.
  • texturing of the surface of the ceramizable green glass superimposed on the fine waves can thus occur, which can lead to a "porosity" which looks similar to the surface of an orange and is accordingly also referred to as "orange peel".
  • the wavelength of this microstructure is less than 1 mm, often in a range between 0.002 mm to 0.005 mm.
  • This microstructuring can influence the viewing through the later article made of glass ceramic more or less strongly and in the worst case even make it impossible to use the article made of glass ceramic as a viewing window.
  • the porosity of the surface causes, when viewed through the finished article of glass-ceramic, for example on an object lying on the other side of the article, this is perceived as blurred.
  • Ceramization a fine machining of the surface, in particular a polishing of the surface made.
  • This layer which can set off during the ceramization from the surface of the substrate, is reduced or even completely removed. This layer can be produced by a suitable adjustment of the furnace parameters during the ceramization.
  • this layer has a high resistance to acid or acidic gases, such as
  • Combustion products may arise, for example, in the combustion chambers of chimneys. Therefore, a particularly high resistance to such sulfur-containing exhaust gases, the
  • Compounds of sulfurous acid or even sulfuric acid may contain, of high importance for an article of glass ceramic, which is to be used as a chimney panel.
  • Fine machining such as a polishing or lapping, can lead to further damage to the surface, in particular to scratches, so-called “comet scratches”. Accordingly, these particles which were previously invisible to the human eye can lead to clearly visible, undesired surface phenomena of the finished article.
  • the microscopic particles may be manufacturing relics or other extraneous materials formed during hot forming, such as particles from the transport rollers. If such small particles detach from the transport roller, for example, they may adhere to the surface upon contact with the ceramizable green glass, for instance as a result of electrostatic charging. Although these very small particles are hardly or not at all visually discernible to the human eye, they can cause great problems during subsequent finishing, that is, after ceramization, since they are moved on the surface as a result of polishing, and thus scratch can cause the surface. To make matters worse, that these overlying or adherent particles during the Ceramization penetrate deeper into the material and thus can cause even deeper scratches.
  • a smoothing finish, in particular a polishing or lapping at least one surface of the ceramizable green glass causes the fine ripple can be reduced so much that the substrates of ceramizable green glass no longer slide on the smooth surface and the surfaces no longer due to the resulting
  • a smoothing fine machining of the surface of the ceramizable green glass is extremely advantageous in that particles which adhere or rest on this surface can be removed.
  • microtexturing of the surface ie the "orange peel”
  • range peel can furthermore be very advantageously removed.
  • At least one surface of a ceramizable green glass is subjected to a fine machining, in particular a polishing or a lapping process, wherein the ceramizable green glass was produced in the rolling process and wherein in the course of
  • This surface has been in contact with at least one shaping roller and / or with transport rollers, and wherein the crystalline fraction of the ceramizable green glass is less than 20% by volume, preferably less than 10% by volume and particularly preferably less than 5% by volume. % is. According to the invention, it is therefore provided to carry out a smoothing fine machining on at least one surface of the substrate of ceramizable green glass.
  • Process stage is therefore no article of glass ceramic present, since the ceramization has not yet occurred. This is surprising inasmuch as it has hitherto been assumed that such machining methods can only be used with already ceramized articles, since the fine machining can lead to a further surface modification of the machined surfaces.
  • the smoothing finish is therefore preferably carried out such that only the fine ripple is reduced to a predetermined extent.
  • the surface of the substrate can be maintained in the machined area to a certain degree in its original quality, as far as the fine processing refers only to the reduction of the wave crests but does not completely smooth them.
  • the original roughness of the surface of the substrate can therefore be preserved unchanged in this first embodiment, in particular in the troughs.
  • the removal of material can be carried out to a depth, measured from the surface, preferably a wave crest, which represents about half the amplitude of the waves, which can represent a good compromise between the extent of fine machining on the one hand and reducing the ripple on the other.
  • This method can be used very economically and is preferably used for articles made of glass ceramic or product groups in which a very good transparency and the absence of a microstructure is not required. These can be, for example, colored or volume-colored glass ceramics. A slight fine waviness of the treated surface is therefore also retained and thus allows rapid economic processing. The fine machining is therefore not, as is generally the case with a grinding or smoothing of the surface by means of polishing, the goal of a complete removal of the wave crests, but tolerate a residual fine waviness of the surface.
  • this also means that the mechanical strength remains at a high level and a lithium-depleted surface can be retained on the surface.
  • the end product, so the substrate after ceramification, compared to the chemical products from the combustion residues is still resistant.
  • the fine ripple can be reduced to an extent that the substrates of green glass barely or ideally no longer slide on the smooth support plates when they are placed on the support plate with this reworked surface. In this way, it can be achieved that the surfaces are scratched significantly less, or in the ideal case no longer by being placed on the carrier plate and the transport, in particular during the ceramization.
  • the removal of material may be of varying strength, preferably more in the region of the wave crests and weaker in the region of the wave troughs in order to reduce the fine waviness.
  • Microstructuring especially a possible orange peel removed.
  • the removal therefore preferably takes place to a depth at which microstructures are removed as completely as possible.
  • erosion with a depth in a range from about 0.1 to about 5 ⁇ m, preferably from 0.1 to 1 ⁇ m, measured from the surface, is sufficient to ensure the presence of pores and particles remove.
  • the fine machining can be realized in a time-saving and therefore cost-effective manner.
  • a full surface material removal leads to particularly favorable that on the surface of the ceramizable green glass existing particles can be removed, which are present in the troughs.
  • only one surface of the ceramizable green glass is finished prior to the ceramization, so for example polished or lapped.
  • this refers to that surface which had the most contact with forming rolls and / or transport rolls during hot forming since there is the greatest risk of build up.
  • this relates to the underside of the ceramizable green glass, which rests on the transport rollers and which thus has the most frequent contact with other surfaces.
  • a smoothing fine machining can take place, for example, with a removal tool having at least one removal surface, wherein material can be removed from the surface of the substrate to be machined from ceramizable green glass.
  • the removal tool can have at least one Abtrags simulation which is perpendicular to an axis about the axis
  • Abtrags predictions rotates and the Abtragswerkmaschinemaschine along predetermined paths, for example, with constant feed but different process parameters such as pressure and rotational speed, is guided over the surface to be machined, and wherein the webs overlap each other.
  • a bound or loose abrasive can be added as an abrasive or polishing agent and / or a coolant.
  • This document presents a method for smoothing a surface of a flat glass or glass ceramic substrate in which
  • Rotation speed are passed over the surface to be reworked, wherein the webs overlap each other, and wherein
  • At least a first removal tool grinds the nachzubeyde surface with a bonded abrasive abrasive as a first grain and
  • At least one second removal tool polishes the surface sanded by the at least one first removal tool with a second, loose abrasive as polishing agent with a finer grain compared to the first abrasive, wherein the second abrasive comprises a slurry, and wherein
  • reworked surface is introduced during grinding.
  • Such Abtragsreae with several Abtragswerkmaschineen, which are engaged in time, are particularly economical to operate.
  • the removal tool comprises a flexible Abtragskopf instead of a rigid Abtragskopfes. Conceivable here are about flexible polishing heads, which compensate for a ripple and can cause a constant contact pressure over the surface.
  • Fine grinding tools started in the workpiece and started after processing the first tracks of the second material-removing process by retracting the polishing benches in the pre-treated by the fine grinding tool workpiece. Finally, the first material-removing process is also the first to be completed by the Fierausfahren the fine grinding, before the polishing benches after driving off the last tracks out of the tool. Thus, although the tools partially process the workpiece at the same time, they do not simultaneously process the same surface area.
  • An exemplary apparatus for smoothing post-processing of flat substrates of ceramizable green glass is based on
  • the at least one removal tool has Abtrags vom and a rotary drive, with which the Abtrags vom are rotated in each case about an axis perpendicular to the Abtrags simulation, wherein
  • the movement mechanism is formed so that the at least one removal tool along predetermined paths, in particular with the same feed, but possibly also different process parameters such as pressure and Rotation speed are passed over the surface to be machined, wherein in several Abtragstechnikmaschineen the webs overlap each other, and wherein
  • At least one removal tool having a polishing head as Abtrags simulation, wherein a feed device is provided, which the polishing head, a loose
  • This slurry is fed by means of a feeder and the Abtrags Phantom the surface to be machined during polishing.
  • At least one second removal tool is provided, wherein the first removal tool has a removal surface with an abrasive of a first bonded grain, and wherein the second removal tool has a polishing head as Abtrags II, wherein the feed means the polishing head with a second, loose Abrasiv with respect to the first An abrasive of finer grain size in the form of a slurry feeds.
  • This method is well suited for the post-processing of flat glass ceramic substrates, but can also surprisingly be used for the smoothing finishing of flat substrates of ceramizable green glass as explained above.
  • the substrates can have thicknesses in the range of 1 to 10 mm and thickness variations up to 200 micrometers.
  • the disks preferably have an area greater than 1 m 2 , since the high efficiency of the process according to the invention has an effect especially on large-area substrates.
  • the webs are furthermore preferably rectilinear.
  • the duration of action of the ablation tools on the surface areas can be determined precisely.
  • this goal may be shared with another
  • Abtragswerkmaschine be moved during the removal with the edge of the Abtrags vom beyond the edge of the substrate, while the axis of rotation remains on the substrate.
  • the at least one removal tool is moved beyond the edge at least up to one third of the diameter of the removal surfaces.
  • Removal tools are guided over the surface of the substrate to be reprocessed so that the surface areas are passed first by at least one first, then temporally thereafter by at least one second removal tool on a machine without handling effort between the two processing steps.
  • the slurry used as abrasive for the polish can also act as abrasive and / or coolant for the grinding head or the first removal tool for both process steps. It is equally advantageous that it is possible to circulate the slurry without sacrificing quality without running the risk of receiving scratches from the removal surface of the first tool in the polishing step due to the release of abrasive particles. It is noteworthy that even a single grain of the coarser, first grained abrasive on the polishing head can negate the overall polishing result.
  • the slurry is operated in circulation, wherein the remaining after the grinding or polishing steps slurry again collected and fed back to the Abtragswerkmaschineen.
  • a circulation feeder for the slurry is provided, wherein the circulation feeder means for collecting the remaining after grinding and polishing slurry and means for refeeding the
  • a slurry is generally a suspension or dispersion of an abrasive in a liquid.
  • the slurry used is preferably a suspension of cerium oxide in water. But are also other abrasives and liquids, such as oils and additives to prevent sedimentation and agglomeration of
  • Abrasive grains in the water Suitable are various phosphates, such as. Monosodium phosphate hydrate (NaFi 2 PO 4 ), disodium phosphate (Na 2 HPO 4 ), sodium pyrophosphate (Na 4 P 2 O 7), as well as organic salts such as sodium citrate (CeFisNasOz or C ⁇ F NaOS).
  • phosphates such as. Monosodium phosphate hydrate (NaFi 2 PO 4 ), disodium phosphate (Na 2 HPO 4 ), sodium pyrophosphate (Na 4 P 2 O 7), as well as organic salts such as sodium citrate (CeFisNasOz or C ⁇ F NaOS).
  • the abrasive of a first grain preferably has a grain size of at least 8
  • Microns more preferably a grain size of at most 40 microns.
  • an abrasive is used whose grain size is preferably less than 2 microns in normal distribution. The above sizes are in each case based on the average diameter of the grains.
  • diamond foils or diamond-tipped metal discs have proven. However, it is also possible to use other abrasives, for example corundum, silicon carbide, etc.
  • other abrasives for example corundum, silicon carbide, etc.
  • the polishing tool has felt or an elastomer, preferably polyurethane, proven best.
  • a separating device which is connected upstream of the device for re-feeding the slurry, and with which coarse and fine fractions of the solids are separated in the slurry.
  • the slurry from the recirculations of the slurry discharged from the overall process generally has
  • a centrifuge or a cyclone is particularly suitable.
  • the coarse fraction of solids especially but no share of the abrasive first grain has more guaranteed.
  • a sedimentation basin as a separating device is conceivable, which, however, acts more slowly than a centrifuge or a cyclone, so that a total of a larger amount of slurry is to be provided here. Regardless of the type of separator is then advantageous only the proportion of the slurry with finer solids supplied to the Abtragswerkmaschinemaschineen again.
  • the removal surface of the at least one first removal tool has a larger diameter than the removal surface of the at least one second removal tool.
  • a diameter of the first ablation surface of greater than 500 millimeters is favorable for glass / glass ceramic plates, in particular with the mentioned area greater than 1 m 2 .
  • Diameter of the removal surface of the at least one second removal tool is then chosen correspondingly smaller than 500 millimeters. In terms of uniform removal, it is still favorable if the of the
  • Overlaid cutters overlap at least 20%, preferably by at least one third of their width, or their diameter. This preferably applies in each case separately for the webs traveled by the one or more ablation tools as well as for the webs traveled by the second ablation tool (s). If the webs overlap too little, visible stripes of different heights along the webs can be produced.
  • the removal tools can be moved back and forth during the removal in the direction along the tracks, wherein the disc to be machined is moved intermittently relative to the Abtragswerkmaschineen transverse to the tracks.
  • the finishing method it is possible to provide a substrate of ceramizable green glass which has at least one very flat, smooth surface with low fine waviness and low roughness.
  • the smoothing finish can be done directly after rolling, ie after hot forming.
  • the fine waviness of the flat substrate of ceramizable green glass is therefore lower after the smoothing finish than before, ie directly after the hot forming.
  • a waviness clearly visible to the eye for the end product made of glass ceramic is composed of two parameters. On the one hand, the amplitude is decisive.
  • a ripple visible to the eye is given, for example, at amplitudes greater than 50 m ⁇ ti in conjunction with wavelengths of less than 135 mm.
  • ceramizable green glass is at most 500 miti, preferably at most 50 miti, and most preferably at most 10 miti measured as a height difference between a trough and an adjacent wave crest.
  • a minimal waviness of about 0.1 mm to 0.2 mm seems to be uncritical for the ceramization, but on the other hand to favor a firmer and more stable support of the substrate on the support plate. Therefore, the waviness of the substrate after the fine machining is preferably at least 0.1 mm or at least 0.2 mm.
  • the achievable waviness of the wavelengths is between 50 and 500 mm, preferably between 60 and 200 mm.
  • the roughness of the smoothing finishing process-treated surface of the substrate according to the first embodiment, in which wave crests are mainly removed, does not substantially change.
  • the maximum roughness Ra is at most 0.5 miti in the worst case, usually in the range of 0.2 miti - 0.5 mhi.
  • the roughness of the surface of the substrate treated with the smoothing finishing method according to the second embodiment in which the material removal is full-surface is less than the original roughness and is Ra ⁇ 0.02 miti, preferably Ra ⁇ 0.010 mhi.
  • the ceramization process is carried out in order to obtain the flat, transparent article of glass ceramic.
  • This can in the following short outlined type and Way, as it is also described in the publication WO 2012/019833 by the same applicant and which is hereby incorporated in its entirety.
  • a highly transparent and at the same time high-strength glass-ceramic article can be produced, which distinguishes its short residence times in the nucleation and crystallization phase.
  • the flat substrate comprising the ceramizable starting glass in which the nucleating agents are contained is provided, and the substrate is subjected to a temperature treatment, wherein the starting glass is first heated to a nucleating temperature in the range of 700 to 810 ° C and the residence time in this temperature range between 3 and 120 minutes, then the starting glass with the germs formed by the
  • Nucleation temperature is heated to 810 to 880 ° C, wherein the heating rate of 0.1 to 5.0 K / min and then the at least partially already ceramized starting glass is heated to temperatures in the range between 880 and 970 ° C, which at least partially crystallized starting glass after heating for several minutes in this
  • a particular advantage of the above-mentioned method for ceramization is the homogeneous crystallization, which is understood to mean a uniform distribution of the crystals or crystallites in the residual glass phase and very similar grain sizes.
  • the crystals have grain sizes whose standard deviation is less than +/- 5%, preferably less than +/- 3% and particularly preferably less than +/- 2%.
  • Suitable LAS glasses are glass ceramics having a composition range as stated above.
  • the ceramization may take place in the aforementioned furnace types, i. a heating in 750 ° C to 980 ° C can be realized in 1 to 5 h, so that a flat plate with high-quartz mixed crystals (HQMK) as the main crystal phase and a degree of crystallinity of 50% to 90% and a crystallite size between 20 nm to 100 nm is created.
  • HQMK high-quartz mixed crystals
  • the flat substrate of ceramizable green glass is placed on the base or support plate in such a way that the smoothing aftertreated surface rests on the support plate. Accordingly, the surface of the flat substrate treated with the smoothing finishing method is in contact with the support plate during ceramization.
  • this support plate side of the substrate is in later use generally the back. This is due to the fact that despite the fine processing of the substrate by the contact of the surface with the base small grooves, adhering particles or imprints can be left behind.
  • This side is therefore preferably used in the end product as the back, which faces away from the user.
  • This back or bottom of the substrate is the side on which e.g. when used as a transparent cooking surface, the coloring, underside coating is made and which represents the viewer facing away from the viewer when installed as a hob, while the (usually additionally decorated during the ceramizing process) top of the glass ceramic pane facing the viewer.
  • the backs of the relevant LAS glass ceramic panes can be subjected to a lamination process.
  • the page in question for example, ion exchange Be subjected to processes or come into contact with other glasses in an electric field.
  • the flat substrate of ceramizable green glass can be placed on the substrate such that the smoothing surface does not rest on the substrate. Accordingly, it is also sufficient to process only one surface of the ceramizable green glass with the smoothing finishing process, which makes the process particularly favorable.
  • the smoothing after machined surface of the ceramizable substrate is therefore not in contact with the substrate during the ceramization, but is facing away from the pad and thus exposed directly to the furnace atmosphere.
  • the surface of the glassy surface described below can be formed during the ceramization, this surface being free of undesirable particles formed on the underside during the hard-working process due to the preceding finishing, and / or furthermore free of pores or microstructures, which is useful for a good look.
  • This side of the article of glass-ceramic therefore has the desired particularly high chemical resistance to the attack of combustion products and can, for example when used as
  • a 200 nm to 2,000 nm thick, lithium-depleted, mostly predominantly amorphous, glassy surface zone can usually form on the upper side of the LAS glass-ceramic pane in question, if the above-mentioned as the main crystal phase in the resulting glass-ceramic microstructure High-quartz mixed crystals are present.
  • the method described above it is possible to provide a flat, highly transparent article made of glass ceramic for use as a viewing window, in particular when using LAS starting glasses, with salient surface properties. Due to its properties, this can basically also be used as a viewing window, for example for vehicles.
  • the surface quality of the flat article of glass-ceramic produced according to the invention can be characterized on the basis of various parameters and product properties.
  • the invention accordingly also provides a flat, transparent article of glass-ceramic, preferably produced or producible by the abovementioned method.
  • the glass ceramic article according to the invention is characterized by two very smooth surfaces running parallel, wherein the at least one surface can have a very high degree of gloss, which can be reproduced as DOI value, determined according to the ASTM D 5767 standard.
  • the articles of glass-ceramic produced by the process according to the invention have a very high transparency, so that, for example, they can also be used in the layer composite
  • the glass ceramic article according to the invention can have a transmission in the visible wavelength range based on a wall thickness of 4 mm greater than 0.75 at 400 nm, greater than 0.845 at 450 nm, greater than 0.893 at 550 nm, greater than 0.90 at 600 nm and greater than 0.90 at 700 nm wavelength.
  • this article has very high levels of chemical resistance to the attack of combustion products, especially sulfur-containing off-gases containing sulfuric acid or sulfuric acid compounds, and which are e.g. arise in the wood and coal combustion. Therefore, a good resistance to
  • the waviness of the article of glass-ceramic is at most 500 miti, preferably at most 50 miti, and particularly preferably at most 10 miti measured as a height difference between a trough and an adjacent wave crest.
  • the achievable waviness of the wavelengths is between 50 and 500 mm, preferably between 60 and 200 mm.
  • they can also be high-strength and thus as a glass ceramic for
  • the article of glass ceramic according to the invention can assume all known geometric sizes and shapes (flat, round, angularly deformed, 3-D deformed) and have further elements such as decorative colors, coatings and design edge cuts (for example flat facets).
  • the present invention accordingly describes a method for producing a flat, transparent glass ceramic article and a flat, transparent article
  • Glass ceramic which is suitable for use as a bullet-proof pane, cooking surface, stove and chimney pane, as a glass ceramic object for high or extreme low-temperature applications, as a furnace window for incinerators, as white goods, as a pane for oven doors, as a support plate for precious metal coatings and thus as a cooking surface for induction or gas heating, as a support plate for
  • Vacuum coating processes in particular for solar functional layers, as transparent oven pane, fire protection pane, microwave shelf, as a support plate in the display and in the solar industry, or as unprinted or printed cooking or countertop or table, in particular large format with at least 0.7 nf, preferably at least 1, 0 nf surface, and can be used in other applications with particular changing temperature load.
  • FIG. 1 is a schematic view of a curved chimney pane in an oblique view
  • 3a, 3b by way of example each show a plan view of a substrate before the ceramization
  • Fig. 5 schematically shows a transverse view of a Fl ouform suitssbacterbacters
  • 8a, 8b and 8c are transverse views of a section of a substrate of ceramizable
  • 9a, 9b are schematic representations of different polishing heads
  • a flat, transparent article of glass-ceramic in particular for use as a viewing window, can be produced.
  • FIG. 1 shows, purely by way of example, schematically a curved fireplace visor 40 of glass-ceramic in an oblique view.
  • Fig. 2 is also purely exemplary schematically a straight Kam Centerpipe 50 shown in an oblique view.
  • the fireplace viewing panels 40, 50 are formed with holding means 41, 51, which allow the chimney panel 40, 50 particularly easy to install in a fireplace.
  • the illustrated chimney panes 40, 50 represent purely by way of example selected glass ceramic articles according to the invention and are produced by the method according to the invention.
  • the production comprises the production of a molten glass, wherein a mixture with a composition suitable for the later ceramicizing and producing a glass ceramic is fed to a glass melting plant and melted.
  • Hot molding is made of a glass body made of ceramic green glass
  • the ceramizable green glass is based on the lithium aluminosilicate system and includes nucleating agents, preferably TiO 2 and / or ZrO 2 , or SnO 2 .
  • the composition range (in% by weight) shown below is particularly suitable:
  • the ceramizable green glass produced by the rolling process is suitable for use in one
  • the crystal formation has not yet taken place, or at least not appreciably.
  • the ceramizable green glass produced in this way accordingly contains nucleating agents for crystal formation, the crystalline fraction is still very small.
  • the crystalline fraction of the ceramizable green glass is less than 20% by volume, preferably less than 10% by volume and particularly preferably less than 5% by volume.
  • the ceramizable green glass is fed continuously from the molten glass to at least a pair of forming rollers to obtain the desired thickness. This can be done in a single rolling step, but also in several steps with several,
  • the ceramizable green glass is on transport rollers, which are used for transport. After reaching the intended thickness, the rolled ceramizable green glass is singulated by scribing it and breaking it along these scribe edges to obtain ceramizable green glass substrates.
  • a smoothing finish in particular a polishing or a lapping process, the crystalline fraction of the ceramizable green glass being less than 20% by volume, preferably less than 10% by volume. and more preferably less than 5% by volume.
  • the wave crests are removed on the surface of the ceramizable green glass in the course of the smoothing finishing, whereas according to a second embodiment of the invention over the entire surface of the ceramizable green glass material is removed over the entire surface.
  • the material has been removed from the surface of ceramizable green glass prior to ceramization by the smoothing finishing with at least one removal tool having at least one removal surface.
  • the smoothing with at least one removal tool having at least one removal surface.
  • Fine machining was carried out on that side of the ceramizable green glass, which later during operation represents the side with the required high chemical resistance.
  • the surfaces 53 and 43 were additionally smoothed after the ceramization. Since the structure of the underside of the substrate or the rear side 42, 52 facing the combustion space is relevant for the impact resistance, the impact resistance was not adversely affected by this additional processing.
  • the flat substrate of ceramizable green glass is this polished immediately after scribing and breaking or cutting into appropriate large formats on the melting tank on the surface with cerium oxide or other known polishing agents for glass.
  • the smoothing finish is performed such that only the fine ripple is reduced to a predetermined extent.
  • the material removal takes place here to a depth measured from the surface, which represents about half the amplitude of the waves.
  • the smoothing finishing is carried out in such a way that, albeit less, material removal takes place over the entire surface.
  • material is removed not only in the area of the wave crests, but also in the area of the wave troughs, so that ultimately a new surface is created by the smoothing finishing.
  • only that surface is finely worked before the ceramization, which in contact with at least one during the hot forming
  • Forming roll and / or with transport rollers and consequently is the side which can be most likely contaminated with particles.
  • the first embodiment is characterized in that the fine waviness of the surface of the substrate of ceramizable green glass is reduced by the smoothing fine machining.
  • This embodiment offers the great advantage that not only the fine ripple is reduced, but also that the disturbing air cushions do not or hardly form during the ceramization and therefore no further damage occurs during ceramization as a result of relative movements between the substrate and the substrate.
  • This embodiment is particularly suitable for colored ceramizable green glass for producing colored articles made of glass ceramic, in which no high demands are made on the review.
  • ceramizable green glass is at most 500 miti, preferably at most 50 miti, and most preferably at most 10 miti measured as a height difference between a trough and an adjacent wave crest. Furthermore, a slight ripple can be maintained and, after the fine machining, preferably at least 0.1 mm or at least 0.2 mm.
  • the waviness of the wavelengths is between 50 and 500 mm, preferably between 60 and 200 mm and particularly preferably smaller than 135 mm.
  • the roughness of the smoothing finishing process-treated surface of the substrate according to the first embodiment, in which wave crests are mainly removed, does not substantially change.
  • the maximum roughness Ra is at most 0.5 miti, preferably between 0.2 miti - 0.5 miti, preferably at most 0.4 miti, particularly preferably at most 0.3 mip
  • the roughness of the surface treated with the smoothing finishing method of the substrate according to the second embodiment, in which the material removal occurs over the entire surface is less than the original roughness and Ra ⁇ 0.02 miti, preferably Ra ⁇ 0.010 pm.
  • Tables 1 and 2 show by way of example measured roughness values of a surface of a ceramizable green glass before the smoothing finish and thereafter.
  • Table 1 Measured roughness values of a surface of a ceramizable green glass prior to the smoothing finish
  • Table 2 Measured roughness values of a surface of a glass-ceramic article according to the invention after the smoothing finish
  • the values of the average roughness Ra and the average roughness Rz which are listed in Table 2, show the achievable qualities of glass ceramic articles produced according to the invention on the basis of two examples.
  • the articles were finished with different polishing agents 1 and 2 smoothing.
  • the surface referred to as the top surface according to the second embodiment of the invention was processed over the entire surface before the ceramization, whereas the surface referred to as the bottom was machined after the ceramization.
  • the polishes 1 and 2 used are based on a slurry with a suspension of cerium oxide (CeO 2) in water.
  • the two polishes 1 and 2 differ in the middle
  • D50 laser Particle size D50
  • D50 laser Particle size D50
  • the smoothing finish is done with a removal tool.
  • the removal tool has at least one removal surface which is perpendicular to an axis about an axis
  • Abtrags predictions rotates.
  • the removal tool is guided along predetermined paths, for example with constant feed but different process parameters such as pressure and rotational speed, over the surface to be reprocessed, wherein the webs overlap each other.
  • bound and / or loose abrasive is used as
  • Fig. 3a shows purely by way of example a device 1 a of a possible embodiment for smoothing fine machining of the substrate 3 of ceramizable green glass. The method, or the corresponding established for carrying out this method
  • nachzubesden surface 31 of a glass or glass-ceramic disc 3 is removed, wherein the removal tools 6, 10 have Abtrags vom 7, 1 1, which rotate about an axis perpendicular to the Abtrags simulation 7, 1 1, wherein
  • nachzubesde surface 31 are guided, wherein the tracks 8, 12 overlap each other, and wherein
  • the nachzubeyde surface 31 grinds with an abrasive of a first grain
  • Fig. 3a only one of the tools 6, 10 traversed by lanes 8, 12 is shown as a hatched area in each case. In total, for processing the entire surface 31 the removal tools 6, 10 guided along parallel paths over the surface.
  • a meander-shaped movement is carried out by the tools 6, 10 relative to the surface 31.
  • the removal tools 6, 10 are moved back and forth along the tracks 8, 12, respectively, and after each forward or backward movement the substrate is advanced a little along the direction of advance 15.
  • both the tracks 8, as well as the tracks 12 overlap each other, the feed is smaller than the diameter of the
  • the overlap of the webs 8, as well as the webs 12 is preferably at least 20%, more preferably at least one third of the diameter of the Abtrags simulation, or corresponding thereto the respective web width.
  • FIG. 3b shows a device 1b of a possible further embodiment for smoothing fine machining of the substrate 3 of ceramizable green glass, the device 1b being based on a single removal tool 6.
  • Fig. 4 shows a comparison of the impact resistance of unpolished and polished material, which was prepared according to the method.
  • Clearly recognizable is an increase in strength, which in the example is at least 20%, for the inventively polished material, which was polished on the side relevant to the shock resistance before ceramization.
  • ceramization is carried out to produce the flat, transparent article made of glass ceramic.
  • the substrate of ceramizable green glass is placed after the smoothing finishing with this surface on the pad or support plate.
  • the relative movement of the applied substrate during passage through the roller furnace is greatly reduced or ideally no longer takes place by reducing the fine ripple.
  • the substrate of ceramizable green glass after the smoothing finishing with this surface up on the
  • the curved design of the chimney pane 40 according to FIG. 1 is based on a ceramicization downstream of the article of glass-ceramic.
  • a gravity-lowering of the article made of glass-ceramic therefore follows in a corresponding form.
  • the exemplary embodiments of the glass ceramic article produced according to the invention shown in FIGS. 1 and 2 comprise a front side 43, 53 and an oppositely disposed rear side 42, 52 which, in the exemplary embodiments, face the combustion chamber.
  • this represents the side which has been finished and which is during the
  • Fig. 5 shows first schematically in a transverse view an example of a section of a Fl supplyform justifyshabilitmaschinen by means of two counter-acting forming rollers 90, which are in operation in a marked "R" rotational movement and roll ceramizable green glass. Between these shaping rollers 90, ceramizable green glass 80 (not shown) moves out of the glass melt in the form of a flat, continuous glass ribbon. Of course, more than one set of forming rollers 90 can be used to roll the ceramizable green glass to the predetermined thickness. The ceramizable green glass 80 is guided over transport rollers 92, which are also drawn only as examples. In the illustration, four transport rollers 92 are shown.
  • the rolled ceramizable green glass 80 is shown with characteristic waves or fine waves, reference numeral 81 designating a wave crest and reference numeral 82 a wave trough.
  • the rolled surfaces of the ceramizable green glass 80 also have a
  • the rolled surfaces of the ceramizable green glass 80 have particles 84 which may be manufacturing relics or other contaminants. These can be on the Surface rest or adhere, but preferably occur on the bottom, since this side is in contact with the glass.
  • the illustrated waves, microstructures and particles are shown purely by way of example and therefore may be present in different shapes, sizes and shapes.
  • the particles 84 may only be present on one surface, in particular the underside, and not on both.
  • FIGS. 6a and 6b show, purely by way of example, the problem of viewing through two different articles of glass ceramic.
  • Fig. 6a an article of glass-ceramic 97 is shown, in which the above-described surface impairments considerably impair the viewing and lead to a "blurred" impression on the human eye when viewed, with blurred, not clearly outlined contours one on top of the other Page of the item lying object.
  • the article of glass-ceramic 87 in FIG. 6b which was produced by the method according to the invention, is different.
  • a clear view is possible, without the contours are blurred and not clearly outlined.
  • FIG. 7 schematically illustrates important method steps using the example of the second
  • Embodiment of the invention starting from the hard shaping until the article of glass-ceramic is obtained.
  • this side 86 of the ceramizable green glass 80 is extremely advantageous
  • the ceramizable green glass 80 is separated and separated into sections, and the ceramizable green glass 100 substrates thus produced are finish-finished with the lower surface 86 facing upward smoothing.
  • the substrate 100 with the underside 86 which was in contact with the transport rollers 92 during the hot forming, is turned upwards and then finished with a smooth finish. After the finishing, a substrate 101 with a
  • This smoothing finely machined surface 86a accordingly has a slightly reduced waviness with respect to the original surface 86 of the ceramizable green glass.
  • the microstructures, in particular the open pores 83, and / or the particles 84 on this surface 86a are completely removed.
  • this substrate of ceramizable green glass 101 for preparing the ceramization on a pad in the example, a support plate 95, placed.
  • the present surface 85 with which the substrate 101 rests on the carrier plate 95, has been the former surface 85 of the ceramizable green glass 80 during the hot forming and now represents the underside. Consequently, this surface 85 can still, at least partially,
  • Microstructures and / or particles include.
  • the glassy, lithium-depleted zone can be formed very advantageously on the upper side of the substrate 101, ie on the surface 86a, which has the particularly high chemical resistance later in use of the article.
  • This surface 86a is characterized by the fact that it is free of pores and particles as a result of the smoothing finishing and requires no further post-processing.
  • Fine machining after the ceramization makes it possible to remove particles which have formed during the ceramization and adhere to the surface 85.
  • the embodiment of the glass ceramic article 87 shown in FIG. 7 shows such processing, wherein the one surface 86a before the ceramization and the opposite surface 85a after the ceramization have been finished smoothing.
  • FIGS. 8 a, 8 b and 8 c show the difference of the smoothing finish according to the two embodiments according to the invention using the example of a section of a ceramizable green glass 100.
  • FIG. 8a a section of a substrate of ceramizable green glass 100 is shown by way of example in FIG. 8a.
  • a surface 85, 86 is shown for simplicity, which in principle may have been both the top and the bottom of the ceramizable green glass in the hard-work configuration.
  • waves are shown for reasons of clarity; the presentation of microstructures and particles was omitted.
  • Fig. 8b shows the same section of a substrate of ceramizable green glass 101 a, in which a surface 85, 86 according to the first embodiment has been finished smoothing.
  • material 88 of the wave crests was removed, whereas the wave troughs 82 were preserved.
  • the surface in the region of the troughs 82 still has the former nature, whereas the waviness has decreased by ablation of the material of the wave crests and formation of corresponding flattened regions.
  • FIG. 8c shows the section of a substrate of ceramizable green glass 101b shown in FIG. 8a. Shown in the illustration with the hatched area 89 is that material which is removed according to the second embodiment of the invention. In the case of the smoothing finely processed substrate 101b, material is thus removed over the entire surface of a surface. Accordingly, here in the area of wave crests 81 as well as in the area of Wellentäler 82 material removed, and a new surface 1 10 is created, which replaces the former surface 85, 86. This new surface further comprises wave troughs 82a and wave crests 81a.
  • Figures 9a and 9b show in a schematic representation two polishing heads 60, 70 in a transverse view, which can be used as removal tools 6, 10 for the smoothing finishing. While the polishing head 60 has a rigid Abtrags spectrum 62, the polishing head 70 is formed as a flexible Abtragskopf and this has a flexible
  • the flexible intermediate layer 71 may comprise a resilient material, such as a flexible polyurethane.
  • a resilient material such as a flexible polyurethane.
  • the flexible polishing head 70 is particularly well suited because it can evenly spread material distributed over the surface.
  • the use of the rigid polishing head 60 results in material being first being removed in the region of the wave crests, and is therefore suitable for smoothing fine machining according to the first embodiment.
  • FIGS. 10 and 11 show exemplary embodiments of the removal surfaces of flexible polishing heads 70.
  • polishing pads 120 are shown, which are formed as quarter circles. Between these four segments each of polishing pads 120 small trenches 121 are formed, which support the material transport during the removal.
  • the polishing pads 120 may comprise a felt or an elastomer, preferably polyurethane.
  • Figures 12 and 13 show a plan view of a transverse section of two articles
  • FIG. 12 shows a cross-section of a section of an article of glass-ceramic in which material has been removed from the surface to a depth of approximately 6 mm. There is no glassy surface zone left; the glass ceramic 132 extends to the surface 133.
  • the transverse section shown in FIG. 13 is a section of a glass-ceramic article which has been produced according to the invention.
  • a glassy surface zone 131 can be seen, which has a thickness of approximately 100 nm, and which then merges into the actual glass ceramic 132.
  • the transition region of the glassy surface zone 131 to the glass ceramic 132 is represented by the dashed line 134, wherein the transition is fluid.
  • This glassy surface zone 131 leads to the high chemical resistance of the glass ceramic article produced according to the invention.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen transparenten Artikel aus Glaskeramik mit hoher Oberflächenqualität sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Artikel aus Glaskeramik ist zur Verwendung als Sichtscheibe geeignet. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Artikels aus Glaskeramik umfasst die folgenden Schritte: - Erzeugen einer Schmelze mit einer für eine Keramisierung geeigneten Rohstoff- Zusammensetzung, - Erzeugen eines flachen Substrates aus keramisierbarem Grünglas mit zwei gegenüberliegend angeordneten, im wesentlichen ebenen Oberflächen aus der Schmelze mittels Heißformgebung, - Bearbeiten von zumindest einer der Oberflächen des Substrates mit einem glättenden Feinbearbeitungsverfahren, - Keramisieren des Substrates zur Erzeugung des Artikels aus Glaskeramik. Optional kann auch eine weitere Oberfläche, welche während der Keramisierung Kontakt zu einer Unterlage hatte, nach der Keramisierung bearbeitet werden.

Description

Transparenter Artikel aus Glaskeramik mit hoher Oberflächenqualität sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen transparenten Artikel aus Glaskeramik mit hoher Oberflächenqualität sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Glaskeramiken, insbesondere transparente Glaskeramiken, erfahren eine zunehmende
Bedeutung aufgrund ihrer breiten Verwendbarkeit auch in Bereichen mit hoher Temperatur. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass Glaskeramiken eine geringe Wärmedehnung aufweisen, so dass sie auch in Bereichen mit starken Temperaturschwankungen verwendet werden können.
Typische transparente Glaskeramiken beruhen auf dem LAS-System mit den Hauptbestandteilen Lithiumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid. Die Herstellung einer derartigen LAS-Glaskeramik umfasst üblicherweise das Bereitstellen eines Grünglases, hergestellt aus einer Schmelze, wobei das Grünglas zu einem Artikel oder zu einer Glaskeramikscheibe geformt werden kann. Sodann wird das Grünglas auf eine Keimbildungstemperatur erhitzt, so dass mit Hilfe von Keimbildnern eine Vielzahl von Kristallisationskeimen in dem Grünglas erzeugt werden. Danach wird die Temperatur auf eine optimale Kristallisationstemperatur erhöht
Durch derartige Herstellverfahren kann ein Artikel aus Glaskeramik geschaffen werden, welcher in seinen Eigenschaften auch beispielsweise einen Einsatz als Vorsatzscheibe für Feuerstätten ermöglicht.
Eine Verwendung einer transparenten Glaskeramik als Sichtscheibe, etwa für Feuerstätten wie Kamine, ist zum Beispiel aus der DE 10 2016 216 305 A1 bekannt. In dieser Druckschrift wird eine Kaminsichtscheibe beschrieben, welche sowohl für den Außenbereich als auch für den Innenbereich verwendbar ist. Auch die DE 20 2014 004 209 U1 beschreibt eine Kaminsichtscheibe mit einer Glas- oder Glaskeramikscheibe. Zur Befestigung der Kaminsichtscheibe im Kaminofen oder zur Verbindung mit anderen Bauteilen wird eine Befestigung aus einem metallischen Material vorgeschlagen.
Das Dokument DE 103 44 439 B3 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von
Glaskeramikplatten mit einem breiten Facettenschliff.
Das Dokument DE 10 2010 023 407 A1 beschreibt einen Glaskeramik-Gegenstand mit einer hohen chemischen Beständigkeit gegenüber einer korrosiven Atmosphäre.
Die Druckschrift GB 1 322 796 beschreibt eine Oberflächenbearbeitung von Glasartikeln mittels eines Polierverfahrens.
Die Druckschrift JP 2013/1 12554 A beschreibt ein Polierverfahren für Glas-Substrate.
Die Druckschrift JP 2015/176753 A beschreibt eine Kochplatte mit einer rückseitig polierten Oberfläche, welche es erlaubt, eine Beschichtung aufzubringen.
Das Dokument US 2016/0075597 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines flachen Artikels aus Glaskeramik, wobei ein Polieren der Oberfläche erfolgt, um die Rauigkeit zu reduzieren und die Durchsicht zu verbessern.
Die Druckschrift DE 10 2010 043 326 A1 beschreibt ein Verfahren zur festigkeitssteigernden Keramisierung eines gefloateten, kristallisierbaren Glases. Prozessbedingt entstehen durch das Floaten Risse in der Oberfläche des gefloateten, kristallisierbaren Glases, wobei die
Formiergasatmosphäre über dem Floatbad als Auslöser für die Risse angenommen wird. Diese Risse sind sehr tief und reduzieren die Festigkeit des späteren Erzeugnisses, so dass die Risse auf der Oberfläche des gefloateten Glases wirtschaftlich weder vor noch nach der Keramisierung durch Politur beseitigt werden können.
Die Druckschrift DE 33 45 316 A1 beschreibt eine Glaskeramik zur Verwendung als Fensterglas in Holz- oder Kohleöfen. Um Risse und Sprünge in der Oberfläche der Glaskeramik, welche auftreten, wenn die Glaskeramik einer Schwefelsäure-haltigen Atmosphäre ausgesetzt wird, zu verringern bzw. zu verhindern, wird die Glaskeramik mit einem zusätzlichen Verarbeitungsschritt an der Oberfläche ausgelaugt. Dieser zusätzliche Prozessschritt ist sehr aufwendig und birgt zudem Risiken, da gefährliche Substanzen zum Einsatz gelangen.
Um flache Substrate aus Glaskeramik herzustellen, was für eine Verwendung als Sichtscheibe erforderlich ist, wird häufig eine Heißformgebung mittels Walzen eingesetzt.
Bedingt durch die Herstellung in einem Walzprozess kann es aber zu feinen Kratzern und/oder Mikrostrukturen auf der Oberfläche des Artikels aus Glaskeramik kommen, was zu einem erhöhten Ausschuss führen kann oder aber eine Nachbearbeitung erforderlich macht, welche wiederum zu weiteren Nachteilen führen kann.
Vermutet wird, dass zum einen die Oberflächen der Substrate aus keramisierbarem Grünglas bedingt durch Fertigungstoleranzen der Formgebungswalzen immer eine leichte, aber messbare Feinwelligkeit aufweisen. Diese Feinwelligkeit erweist sich als nachteilig für die nachfolgende Keramisierung dieser Substrate. Hier kommen häufig Unterlags- bzw. Trägerplatten zum Einsatz, auf welchen die Substrate zur Keramisierung durch einen Durchlauf- oder Rollenofen laufen.
Diese Trägerplatten wie auch die Keramisierungsformen verfügen im Allgemeinen über eine sehr glatte, speziell angepasste, ebene Oberfläche. Wenn die Substrate nun auf die sehr ebenen Trägerplatten aufgelegt werden, können sich zwischen den sehr glatten, ebenen Trägerplatten und den feinen Wellen der Substrate Luftpolster bilden, auf denen das Substrat gleiten kann. Bei vollautomatischen Transportsystemen, wie sie typischerweise heutzutage anzutreffen sind, etwa Rollenbahnen oder Kettenbänder, kann es dann zu Relativbewegungen zwischen Substrat und Trägerplatte oder Keramisierungsform kommen. Dies wiederum kann zu einer lokalen
Beschädigung der Oberfläche und damit einhergehend zu einer Beeinflussung der Festigkeit bis hin zu einem starken Abfall der Festigkeit führen. Trotz vielfältiger Verbesserungsmaßnahmen konnten bis heute keine Oberflächen im Walzverfahren erzeugt werden, welche frei von diesen Feinwellen sind. Zu lokalen Beschädigungen der Oberfläche der Substrate aus keramisierbarem Grünglas können weiterhin auch Fertigungsrelikte beitragen, welche prozessbedingt in den verschiedenen Phasen der Herstellung eines Glaskeramikgegenstands nach Verlassen der Schmelze, insbesondere in der Heißformgebung, auftreten können. Zu diesen Prozessen gehören insbesondere das Walzen zur Formgebung, aber auch der Transport auf entsprechenden Transportrollen sowie eine Keramisierung. Fertigungsrelikte können dabei beispielsweise kleine Partikel sein, welche sich etwa von den Transportrollen ablösen können und im Kontaktbereich mit dem aus der
Glasschmelze geförderten Grünglas auf der Oberfläche des Grünglases verbleiben oder, etwa infolge elektrostatischer Aufladung, auf der Oberfläche anhaften können. Dieses Anhaften wird noch verstärkt durch die hohe Reaktivität der Oberfläche des Grünglases, wenn es direkt aus der Schmelze kommt. Diese häufig sehr kleinen Partikel sind zunächst kaum wahrnehmbar, verursachen aber während der nachfolgenden Keramisierung oder bei einer nachfolgenden Feinbearbeitung große Probleme, da sie zu Kratzern auf der Oberfläche führen können.
Ein weiterer Nachteil der Formgebung mittels Walzen ist, dass die Oberfläche durch den Kontakt mit den Walzen bei der Prozessführung eine leichte Mikrostrukturierung erhalten werden kann, die bei Anwendungen, die eine Durchsicht erfordern, störend ist.
Für alle diese, durch den Walzprozess bedingten Oberflächenstörungen, verbleibt hier lediglich die Möglichkeit, einen zusätzlichen, nachfolgenden Fertigungsschritt zur Feinbearbeitung der Oberfläche an dem Artikel aus Glaskeramik vorzusehen, um diese Feinwelligkeit zumindest etwas zu reduzieren, eventuell vorhandene Partikel zu entfernen oder die Mikrostrukturierung zu glätten. In der Regel sind diese Oberflächenbehandlungen aber mit einem mechanischen Läpp- und Polierprozess verbunden, welcher zu einer Reduzierung der mechanischen Festigkeit führen kann.
Verschiedene Versuche zeigen, dass das ursprüngliche Festigkeitsniveau nur sehr schwer wieder erreicht werden kann und ein aufwendiges Einstellen der verschiedenen Läpp- und Polierparameter erfordert.
Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass eine Reduzierung der Oberflächenschicht, welche insbesondere bei einem Artikel aus Glaskeramik fertigungsbedingt lithium-verarmt sein kann, zu einer deutlichen Reduzierung der Beständigkeit gegenüber chemischen Produkten aus der Verbrennung führen kann.
Wünschenswert wäre daher ein Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik zur Verwendung beispielsweise als beschusshemmende Sichtscheibe, also in einem Schichtverbund, als Kochfläche, als Ofen- oder Kaminsichtscheibe, als Scheibe für Backofentüren, als Trägerplatte für Edelmetall-Beschichtungen, als Displayabdeckung, oder als unbedruckte oder bedruckte Koch- oder Arbeitsplatte oder -tisch, insbesondere großformatig mit wenigstens 0,7 nf, bevorzugt wenigstens 1 ,0 nf Fläche, welches es zum einen ermöglicht, aufwendige Nachverarbeitungsprozesse wie eine Feinbearbeitung der Oberfläche zumindest zu reduzieren, welches es zum anderen aber auch erlaubt, derartige Substrate mit hoher Festigkeit und Beständigkeit herzustellen.
Ein auf diese Weise erzeugter Artikel aus Glaskeramik soll eine neben der Reduzierung der Feinwelligkeit auch eine einwandfreie, möglichst unbeschädigte Oberfläche aufweisen. Dies bedeutet, dass die erzeugte Oberfläche auch möglichst frei von Kratzern oder sonstigen, mit dem menschlichen Auge wahrnehmbaren Beschädigungen sein sollte.
Die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Festigkeit, des Artikels aus Glaskeramik sollen dabei möglichst unverändert erhalten bleiben. Vorzugsweise soll sie der Festigkeit eines unpolierten Artikels aus Glaskeramik entsprechen oder sogar höher sein, selbst wenn ein zusätzlicher Polierschritt durchgeführt wird. Zudem soll auch eine gute Stoßfestigkeit gegeben sein.
Schließlich soll auch die Beständigkeit gegenüber chemischen Produkten von
Verbrennungsrückständen möglichst unverändert erhalten bleiben und mindestens auf dem Niveau einer nicht polierter Sichtscheibe liegen.
Insbesondere soll eine Verwendung als Sichtschutzscheibe für Kaminöfen, Pelletöfen oder Verbrennungsöfen möglich sein, wobei eine besonders hohe Resistenz gegenüber
Verbrennungsprodukten, insbesondere gegenüber schwefelhaltigen Abgasen ermöglicht werden, die Verbindungen aus schwefeliger Säure oder sogar Schwefelsäure enthalten können. Dies bedeutet, dass zumindest eine Oberfläche des erzeugten Artikels aus Glaskeramik, vorzugsweise die zu dem Verbrennungsbereich weisende Oberfläche, eine entsprechend hohe Resistenz aufweisen sollte.
Die auf diese Weise erzeugten Glaskeramikartikel sollen insbesondere in Bereichen, die durch starke Temperaturschwankungen und/oder durch mechanische Beanspruchung charakterisiert sind, wie beispielsweise als Kochgeschirr, als Glaskeramik-Kochfläche oder im Bereich des Feuerschutzes zum Einsatz kommen können.
Dieser Aufgabe haben sich die Erfinder angenommen.
Überraschend einfach wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik zur Verwendung als Sichtscheibe, beispielsweise als beschusshemmende Sichtscheibe, auch im Schichtverbund, als Kochfläche, als Ofen- oder Kaminsichtscheibe, als Scheibe für Backofentüren, als Trägerplatte für Edelmetall- Beschichtungen, als Displayabdeckung, oder als unbedruckte oder bedruckte Koch- oder Arbeitsplatte oder -tisch, insbesondere großformatig mit wenigstens 0,7 nf, bevorzugt wenigstens 1 ,0 nf Fläche, sowie einen flachen, transparenten Artikel aus Glaskeramik nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik zur Verwendung als Sichtscheibe, umfassend die folgenden Schritte:
- Erzeugen einer Schmelze mit einer für eine Keramisierung geeigneten Rohstoff- Zusammensetzung,
- Erzeugen eines flachen Substrates aus keramisierbarem Grünglas mit zwei gegenüberliegend angeordneten, im wesentlichen ebenen Oberflächen aus der Schmelze mittels Heißformgebung, - Bearbeiten von zumindest einer der Oberflächen des Substrates mit einem glättenden Feinbearbeitungsverfahren,
- Keramisieren des Substrates zur Erzeugung des Artikels aus Glaskeramik.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise im Bereich der großtechnischen
Herstellung flacher, transparenter Artikel aus Glaskeramik angesiedelt werden. Das Verfahren kann nachgeschaltet optional die Bearbeitung einer weiteren Oberfläche des Artikels aus Glaskeramik umfassen, insbesondere derjenigen Oberfläche, welche der vor der Keramisierung feinbearbeiteten Oberfläche gegenüberliegt, und welche während der Keramisierung in Kontakt mit einer Unterlage stand.
Zum Erzeugen einer Glasschmelze wird typischerweise ein Gemenge mit einer zum späteren Keramisieren geeigneten Zusammensetzung einer Glasschmelzanlage zugeführt und geschmolzen. Mittels verschiedener Verfahren können hieraus Glaskörper hergestellt werden, wobei das Glas direkt aus der Glasschmelze kommend auch als sogenanntes Grünglas bezeichnet wird. Unter Grünglas wird demnach ein Glas verstanden, welches direkt bzw.
unmittelbar aus der Glasschmelze stammt. Sofern das Grünglas als„keramisierbar“ bezeichnet wird, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass dieses Grünglas dazu geeignet ist, in einem Keramisierungsprozess keramisiert und zu einer Glaskeramik umgewandelt werden zu können, ebenso aber auch, dass dieser Keramisierungsprozess gerade noch nicht erfolgt ist bzw. noch nicht abgeschlossen ist.
Demnach hat bei einem keramisierbaren Grünglas die Kristallbildung, auch als Kristallisierung oder Keramisierung bezeichnet, noch nicht stattgefunden oder zumindest noch nicht nennenswert stattgefunden. Das keramisierbare Grünglas enthält demnach zwar Keimbildner zur Kristallbildung, um keramisierbar zu sein, der kristalline Anteil ist aber noch sehr gering.
Insbesondere beträgt der kristalline Anteil des keramisierbaren Grünglases weniger als 20 Vol.-% , bevorzugt weniger als 10 Vol.-% und besonders bevorzugt weniger als 5 Vol.-%.
Sofern nachfolgend von einem keramisierbaren Grünglas gesprochen wird, so wird hierunter zunächst ein kontinuierlich aus einer Glasschmelze gewonnenes, gewalztes keramisierbaren Grünglas verstanden. Sofern dieses keramisierbare Grünglas vereinzelt wird, beispielsweise mittels Ritzen und Brechen, so werden diese vereinzelten Abschnitte auch als Substrat bzw. als Substrat aus keramisierbaren Grünglas bezeichnet.
Die glättende Feinbearbeitung der zumindest einen Oberfläche des keramisierbaren Grünglases kann dabei grundsätzlich nicht nur an einem Substrat aus keramisierbaren Grünglas, sondern auch direkt an einem gewalzten, kontinuierlich gefertigten Glasband erfolgen, also bereits vor einer Vereinzelung als Substrat. Aufgrund des besseren Handlings bietet sich aber die glättende Feinbearbeitung an entsprechend vereinzelten Substraten an.
Erfindungsgemäß kann das keramisierbare Grünglas auf dem Lithium-Aluminosilikat-System basieren (LAS-Glaskeramik) und Keimbildner aufweisen, welche bevorzugt Ti02 und/oder Zr02, oder auch Sn02 umfassen können. Das keramisierbare Grünglas kann den nachfolgend dargestellten Zusammensetzungsbereich (in Gew.-%) aufweisen:
50 - 75 Si02, bevorzugt 58 - 74 Si02, besonders bevorzugt 60 - 73 Si02,
15 - 28 Al203, bevorzugt 15 - 25 Al203,
0 - 3,0 B203, bevorzugt 0 - 2,0 B203,
0 - 1 ,0 F,
2,0 - 6,0 Li20, bevorzugt 2,0 - 5,5 Li20, besonders bevorzugt 2,5 - 5,0 Li20,
0 - 6,5 CaO + SrO + BaO, bevorzugt 0 - 6 CaO + SrO + BaO, besonders bevorzugt 0 - 5 CaO + SrO + BaO,
0 - 7,0 Ti02, bevorzugt 0 - 6,0 Ti02, besonders bevorzugt 0 - 5,0 Ti02,
0 - 5,0 Zr02,
0 - 5,0 ZnO,
0 - 3,0 Sb203,
0 - 3,0 MgO,
0 - 3,0 Sn02,
2,0 - 7,0 Ti02 + Zr02 + Sn02,
0 - 9,0 R2Od,
0 - 2,0 AS203, bevorzugt 0 - 1 ,5 As203,
0 - 4,0 Na20 + K20, wobei die jeweiligen
Anteile innerhalb der nachfolgend angegebenen Bereiche liegen: 0 - 4,0 Na20,
0 - 4,0 K20,
bevorzugt 0 - 3 Na20 + K20, wobei die jeweiligen
Anteile innerhalb der nachfolgend angegebenen Bereiche liegen:
0 - 2,0 Na20,
0 - 2,0 K20;
besonders bevorzugt 0 - 1 ,2 Na20 + K20, wobei die
jeweiligen Anteile innerhalb der nachfolgend angegebenen Bereiche liegen:
0 - 1 ,0 Na20,
0 - 0,5 K20;
sowie übliche Läutermittel wie Sb203, As203, Sn02, Ce203, Fluor, Brom und Sulfat, bei einem Wassergehalt von 0,01 - 0,08 Gew.-%.
Die Herstellung erfolgt in mehreren Stufen und soll nachfolgend kurz Umrissen werden. Zunächst wird das keramisierbare Grünglas, nachfolgend auch als kristallisierbares Ausgangsglas bezeichnet, aus einem Gemisch aus Scherben und pulverförmigen Gemengerohstoffen gemäß vorstehend genannter Zusammensetzung geschmolzen und geläutert. Die Glasschmelze erreicht dabei Temperaturen von 1 .550 °C bis maximal 1 .750 °C, meist bis zu 1 .700 °C. Fallweise wird auch eine Hochtemperaturläuterung oberhalb 1 .700°C, üblicherweise bei Temperaturen um 1 .900°C eingesetzt. Nach dem Einschmelzen und Läutern erfährt das Glas üblicherweise eine Heißformgebung durch Walzen, Gießen, Pressen oder Floaten, wodurch ein flaches Substrat aus keramisierbarem Grünglas entsteht. Dieses flache Substrat kann dabei zwei annähernd plane, gegenüberliegend angeordnete Seitenflächen umfassen, nachfolgend auch als Oberfläche bezeichnet, und damit platten- oder scheibenförmig ausgebildet sein.
In vielen Fällen ist zur Herstellung von flachen Substraten wie Platten oder Scheiben aus der Glasschmelze das Walzen für die Heißformgebung vorteilhaft. Gängige Walzverfahren umfassen zumindest ein gegenläufig zueinander rotierendes Walzenpaar, was auch vorliegend zum Einsatz kommen kann. Selbstverständlich können auch mehrere hintereinander geschaltete Walzen zum Einsatz kommen, bei denen schrittweise die gewünschte Dicke erreicht wird. io
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik demnach für die
Heißformgebung ein Walzverfahren, d.h. das keramisierbare Grünglas durchläuft zumindest ein gegenläufig zueinander rotierendes Walzenpaar. Diese Walzen werden nachfolgend auch als Formgebungswalzen bezeichnet. Zum Transport von dem zumindest einen Walzenpaar kommen vorzugsweise Transportrollen, auch als Transportwalzen bezeichnet, zum Einsatz, auf denen das keramisierbare Grünglas aufliegen kann und welche angetrieben sein können, um aufliegendes keramisierbares Grünglas zu transportieren.
Für die wirtschaftliche Herstellung dieser auf dem LAS-System beruhenden Glaskeramiken sind zum einen eine niedrige Schmelztemperatur und eine niedrige Verarbeitungstemperatur VA bei der Heißformgebung gewünscht. Zum anderen darf das Glas bei der Formgebung keine
Entglasung zeigen, das heißt, es dürfen sich keine störenden Kristalle bilden, da diese in den Glaskeramik-Artikeln die Festigkeit erniedrigen könnten oder visuell störend sind.
Der bei der Formgebung über Walzen kritische kälteste Bereich ist der Kontakt der Glasschmelze mit der Ziehdüse aus Edelmetall, bevor das Glas durch die Walzen in die flachen Substrate geformt und abgekühlt wird. Dieser Kontakt der heißen Glasschmelze mit den deutlich kühleren Formgebungswalzen und/oder den Transportrollen kann sehr oft zu einer Feinwelligkeit auf dem gewalzten Substrat führen.
Durch den Walz- und/oder den Transportprozess kann demnach eine Welligkeit im Bereich der Oberfläche des keramisierbaren Grünglases entstehen. Diese Welligkeit wird im Rahmen der Erfindung als Feinwelligkeit bezeichnet. Die Welligkeit bzw. die Feinwelligkeit bezeichnet damit eine Unebenheit der zumindest einen Oberfläche des keramisierbaren Grünglases, die periodisch in längeren Abständen als die Rauheit auftreten kann und welche damit eine Abweichung von einer idealen, planen Oberfläche darstellt. Die Welligkeit kann periodisch, also wiederholend, mit in Relation zur Tiefe gesehen längeren Intervallen auftreten. Vorliegend kann es zu einer Feinwelligkeit mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 5 mm bis etwa 500 mm kommen, womit demnach der Abstand zweier benachbarter Wellentäler oder Wellenspitzen gemeint ist. Die konkrete Wellenlänge ist von verschiedenen Prozessparametern abhängig, so etwa von dem Durchmesser der Formgebungswalzen und/oder Transportrollen oder der Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche der Formgebungswalzen und/oder Transportrollen und dem
keramisierbaren Grünglas im Kontaktbereich.
Diese Feinwelligkeit auf dem gewalzten flachen Substrat kann während der nachfolgenden Keramisierung zu Beschädigungen an der Oberfläche des Artikels aus Glaskeramik führen, welche eine Verwendbarkeit des Artikels, beispielsweise als Sichtscheibe, deutlich einschränken und/oder die Ausbeute verringern kann. Dies soll nachfolgend kurz Umrissen werden.
Die Substrate können während der Keramisierung auf einer als Brennhilfsmittel dienenden, glatten Unterlage, auch als Trägerplatte bezeichnet, gelagert werden. Die Trägerplatten können allgemein aus einem hochtemperaturstabilen Material hergestellt sein, umfassend ein keramisches oder auch glaskeramisches Material. Bei Letzteren handelt es sich üblicherweise um sogenannte Unterlagsplatten aus Glaskeramiken, die vorwiegend Keatit-Mischkristalle (KMK) enthalten. Eine Trägerplatte aus Keatit wird z. B. in der US 7,056,848 B2 sowie der DE 102 26 815 B4 des gleichen Anmelders beschrieben.
Selbstverständlich ist es auch möglich, verschiedene zu keramisierende Substrate getrennt durch Zwischenschichten wie Trägerplatten oder Trennmittel gestapelt auf einer Trägerplatte liegend zu keramisieren. Auch die Keramisierung in sogenannten Keramisierungsformen, wie sie beispielsweise für Schwerkraftsenkprozesse dem Fachmann bekannt und beschrieben sind, ist auf eine möglichst geringe Feinwelligkeit des Grünglases angewiesen.
Zusätzlich zu den Feinwellen können weitere ungünstige Oberflächeneigenschaften vorhanden sein, beispielsweise Mikrostrukturen, auf die weiter unten eingegangen werden soll. Das Auflegen des flachen Substrates mit den Mikrostrukturen auf die Trägerplatte kann dazu führen, dass sich zwischen den Mikrostrukturen oder den feinen Wellen auf der Oberfläche des
Substrates und der sehr glatten, ebenen Oberfläche der Trägerplatte Luftpolster ausbilden, auf denen das Substrat gleiten kann. Bei vollautomatischen Transportsystemen, wie sie
typischerweise heutzutage anzutreffen sind, etwa Rollenbahnen oder Kettenbänder, kann es dann zu Relativbewegungen zwischen Substrat und Trägerplatte kommen. Als problematisch erweisen sich allerdings die vorstehend genannten Mikrostrukturen und/oder die feinen Wellen auf der gewalzten Oberfläche des Substrates. Dies wiederum kann zu einer lokalen
Beschädigung der Oberfläche des Substrates führen, etwa in Form von feinen Kratzern im Bereich der Wellenberge infolge der Relativbewegungen zueinander, und damit einhergehend zu einem starken Abfall der Festigkeit. Glaskeramische Oberflächen, die durch Kratzer verletzt wurden, brechen deutlich schneller, wenn sie unter Zugspannung geraten. Durch die
Zugspannung können sich die Risse ausweiten und unter Stoßbelastung kann es dann eher zu Bruch kommen.
Die vorstehend genannte Mikrostrukturierung der Oberfläche des keramsierbaren Grünglases wird auf die Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche der Formgebungswalzen und/oder Transportrollen einerseits und dem keramisierbaren Grünglas andererseits zurückgeführt. Im Kontaktbereich kann es somit zu einer die Feinwellen überlagernden Texturierung der Oberfläche des keramisierbaren Grünglases kommen, was zu einer„Porigkeit“ führen kann, welche ähnlich der Oberfläche einer Orange aussieht und demzufolge auch als„Orangenhaut“ bezeichnet wird. Die Wellenlänge dieser Mikrostrukturierung liegt bei weniger als 1 mm, häufig in einem Bereich zwischen 0,002 mm bis 0,005 mm.
Diese Mikrostrukturierung kann die Durchsicht durch den späteren Artikel aus Glaskeramik mehr oder weniger stark beeinflussen und im ungünstigsten Fall eine Verwendung des Artikels aus Glaskeramik als Sichtscheibe sogar unmöglich machen. Die Porigkeit der Oberfläche führt dazu, dass bei Durchsicht durch den fertigen Artikel aus Glaskeramik, etwa auf ein auf der anderen Seite des Artikels liegendes Objekt, dieses als verschwommen wahrgenommen wird.
Aus diesem Grund wird üblicherweise als letzter Bearbeitungsschritt, also nach der
Keramisierung, eine Feinbearbeitung der Oberfläche, insbesondere ein Polieren der Oberfläche, vorgenommen.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass diese nachgeschaltete Feinbearbeitung der Oberfläche eines im Walzverfahren erzeugten transparenten Artikels aus Glaskeramik aus verschiedenen Gründen ungünstig ist. Zum einen ist eine materialabtragende, glättende Feinbearbeitung, beispielsweise eine Politur oder ein Läppen, nach der Keramisierung, also an dem Artikel aus Glaskeramik, ungünstig, da die sogenannte„glasige Zone“, also eine Lithium-verarmte oberflächennahe Schicht bzw.
Oberflächenschicht, welche sich während der Keramisierung von der Oberfläche des Substrates ausgehend einstellen kann, reduziert oder sogar gänzlich entfernt wird. Diese Schicht kann durch eine geeignete Einstellung der Ofenparameter während der Keramisierung erzeugt werden.
Eine Reduzierung oder Entfernung dieser Schicht ist aber insofern ungünstig, da diese Schicht eine hohe Resistenz gegen Säure oder säurehaltige Gase aufweist, wie sie als
Verbrennungsprodukte etwa in den Verbrennungsräumen von Kaminen entstehen können. Daher ist eine besonders hohe Resistenz gegenüber derartigen schwefelhaltigen Abgasen, die
Verbindungen aus schwefeliger Säure oder sogar Schwefelsäure enthalten können, von hoher Bedeutung für einen Artikel aus Glaskeramik, welcher etwa als Kaminsichtscheibe eingesetzt werden soll.
Zum anderen hat sich gezeigt, dass kleinste auf der Oberfläche des keramisierbaren Grünglases anhaftende Partikel während der Keramisierung festkleben und bei der späteren
Feinbearbeitung, etwa einem Polieren oder Läppen, zu weiteren Beschädigungen der Oberfläche führen können, insbesondere zu Kratzern, sogenannten„Kometenkratzern“. Diese vorher mit dem menschlichen Auge nicht sichtbaren Partikel können demnach zu deutlich sichtbaren, unerwünschten Oberflächenerscheinungen des fertigen Artikels führen.
Die mikroskopisch kleinen Partikel können Fertigungsrelikte oder sonstige Fremdmaterialien sein, die während der Heißformgebung entstehen, etwa Partikel von den Transportrollen. Wenn sich derartige kleine Partikel etwa von der Transportrolle ablösen, so können sie bei Kontakt mit dem keramisierbaren Grünglas auf der Oberfläche, etwa infolge elektrostatischer Aufladung, anhaften. Auch wenn diese sehr kleinen Partikel optisch mit dem menschlichen Auge kaum oder überhaupt nicht wahrnehmbar sind, so können sie aber während der nachfolgenden Feinbearbeitung, also nach erfolgter Keramisierung, große Probleme verursachen, da sie infolge des Polierens auf der Oberfläche bewegt werden und somit Kratzer auf der Oberfläche bewirken können. Erschwerend kommt hier noch hinzu, dass diese aufliegenden oder anhaftenden Partikel während der Keramisierung tiefer in das Material eindringen und damit noch tiefere Kratzer verursachen können.
In Verbindung mit der Feinwelligkeit der Oberfläche kann es auch bei den oben erläuterten Relativbewegungen zwischen Substrat aus keramisierbaren Grünglas und einer Trägerplatte während der Keramisierung bereits zu derartigen sichtbaren Kratzern kommen.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass das Bearbeiten von zumindest einer Oberfläche des Substrates aus keramisierbarem Grünglas, welches insbesondere auf dem LAS-System basiert, mit einem glättenden Feinbearbeitungsverfahren vor der Keramisierung verschiedene Vorteile bietet.
Eine glättende Feinbearbeitung, insbesondere ein Polieren oder Läppen zumindest einer Oberfläche des keramisierbaren Grünglases führt dazu, dass die Feinwelligkeit soweit reduziert werden kann, dass die Substrate aus keramisierbarem Grünglas nicht mehr auf der glatten Unterlage gleiten und die Oberflächen nicht mehr infolge der hieraus resultierenden
Relativbewegungen verkratzt werden.
Höchst vorteilhaft führt eine glättende Feinbearbeitung der Oberfläche des keramisierbaren Grünglases dazu, dass Partikel, welche auf dieser Oberfläche anhaften oder aufliegen, abgetragen werden können.
Weiterhin höchst vorteilhaft kann dabei auch die Mikrotexturierung der Oberfläche, also die „Orangenhaut“, entfernt werden.
Demnach wird erfindungsgemäß zumindest eine Oberfläche eines keramisierbaren Grünglases einer Feinbearbeitung unterzogen, insbesondere einem Polier- oder einem Läppprozess, wobei das keramisierbare Grünglas im Walzverfahren erzeugt wurde und wobei im Zuge der
Herstellung diese Oberfläche in Kontakt mit zumindest einer Formgebungswalze und/oder mit Transportrollen gestanden hat, und wobei der kristalline Anteil des keramisierbaren Grünglases weniger als 20 Vol.-% , bevorzugt weniger als 10 Vol.-% und besonders bevorzugt weniger als 5 Vol.-% beträgt. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, eine glättende Feinbearbeitung auf zumindest einer Oberfläche des Substrates aus keramisierbarem Grünglas vorzunehmen. In diesem
Verfahrensstadium ist also noch kein Artikel aus Glaskeramik vorhanden, da die Keramisierung noch nicht erfolgte. Dies ist insofern überraschend, als bisher davon ausgegangen worden ist, dass derartige Bearbeitungsverfahren nur bei bereits keramisierten Artikeln zum Einsatz kommen können, da die Feinbearbeitung zu einer weiteren Oberflächenveränderung der bearbeiteten Oberflächen führen kann. Die glättende Feinbearbeitung wird daher vorzugsweise dergestalt ausgeführt, dass lediglich die Feinwelligkeit in einem vorbestimmten Umfang reduziert wird.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass bei dem anschließenden Keramisieren des Substrates aus keramisierbarem Grünglas eine reduzierte, geringere Feinwelligkeit der
Oberfläche dazu führt, dass sich die Luftpolster auf den sehr glatten Trägerplatten stark verkleinern und teilweise oder überwiegend nicht mehr vorhanden sind. Dadurch wird die Relativbewegung der Platte während der Durchfahrt durch den Ofen stark reduziert bzw. findet im Idealfall nicht mehr statt.
Demnach kann bereits eine geringfügige Reduzierung der Feinwelligkeit, welche sich im
Wesentlichen auf das Abtragen der Wellenberge beschränkt, zu einer deutlichen Reduzierung der Kratzer auf der Oberfläche infolge der Keramisierung führen. Die Oberfläche des Substrates kann demnach in dem bearbeiteten Bereich zu einem bestimmten Grad in ihrer ursprünglichen Qualität erhalten bleiben, sofern sich die Feinbearbeitung lediglich auf das Verringern der Wellenberge bezieht, diese aber nicht vollständig glättet. Die ursprüngliche Rauigkeit der Oberfläche des Substrates kann daher bei dieser ersten Ausführungsform, insbesondere in den Wellentälern, unverändert erhalten bleiben. Der Materialabtrag kann dabei bis zu einer Tiefe, von der Oberfläche, vorzugsweise einem Wellenberg aus gemessen, erfolgen, welche etwa die Hälfte der Amplitude der Wellen darstellt, was einen guten Kompromiss zwischen Umfang der Feinbearbeitung einerseits und Reduzierung der Welligkeit andererseits darstellen kann. Dieses Verfahren kann sehr wirtschaftlich eingesetzt werden und kommt vorzugsweise bei Artikeln aus Glaskeramik bzw. Produktgruppen zum Tragen, bei denen eine sehr gute Durchsicht und das Fehlen einer Mikrostruktur nicht erforderlich ist. Dies können beispielsweise eingefärbte oder volumengefärbte Glaskeramiken sein. Eine geringe Feinwelligkeit der behandelten Oberfläche bleibt demnach ebenso erhalten und ermöglicht damit eine schnelle wirtschaftliche Bearbeitung. Die Feinbearbeitung wird also nicht, wie es allgemein bei einem Schleifen oder Glätten der Oberfläche mittels Polieren der Fall ist, ein vollständiges Abtragen der Wellenberge zum Ziel haben, sondern eine Rest-Feinwelligkeit der Oberfläche tolerieren.
In vorteilhafter Weise hat dies weiterhin zur Folge, dass die mechanische Festigkeit auf einem hohen Niveau verbleibt und ein lithium-verarmter Bereich an der Oberfläche erhalten bleiben kann. Damit ist das Endprodukt, also das Substrat nach der Keramisierung, gegenüber den chemischen Produkten aus den Verbrennungsrückständen weiterhin resistent.
Durch die Feinbearbeitung der Oberfläche vor der Keramisierung kann insbesondere die Feinwelligkeit in einem Umfang reduziert werden, dass die Substrate aus Grünglas kaum noch oder im Idealfall gar nicht mehr auf den glatten Trägerplatten gleiten, wenn sie mit dieser nachbearbeiteten Oberfläche auf die Trägerplatte aufgelegt werden. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Oberflächen deutlich weniger oder im Idealfall gar nicht mehr durch das Auflegen auf die Trägerplatte und den Transport, insbesondere während der Keramisierung, verkratzt werden.
Der Umfang der Feinbearbeitung des keramisierbaren Grünglases wie vorstehend erläutert entfernt nicht vollständig die weiter oben beschriebenen Mikrostrukturen und/oder Partikel, oder entfernt diese im Wesentlichen nur auf den„Wellenbergen“; für Artikel aus Glaskeramik oder Produktgruppen, bei denen eine makellose Durchsicht erforderlich ist, kann dies nachteilig sein. Von der zu bearbeitenden Oberfläche des keramisierbaren Grünglases kann demzufolge ein Gesamtanteil der Oberfläche von wenigstens 10 %, bevorzugt wenigstens 20 % und besonders bevorzugt von wenigstens 30 %, wenigstens 40% oder sogar 50 % oder sogar darüber unbearbeitet erhalten bleiben und somit weiterhin die Oberfläche in ihrer ursprünglichen Beschaffenheit darstellen. Dieser vergleichsweise geringe Umfang der glättenden
Feinbearbeitung kann besonders rasch durchgeführt werden. Somit ist es prinzipiell möglich, dieses Verfahren auch direkt am Glasband anzuwenden. In einer besonders vorteilhaften zweiten Ausführungsform der Erfindung wird daher
vorgeschlagen, nur einen geringen Materialabtrag, dafür aber über die gesamte Oberfläche, vorzusehen. Dabei kann ausgenutzt werden, dass eine gewisse Feinwelligkeit erhalten bleiben darf. In anderen Worten, durch die Feinbearbeitung, also beispielsweise das Polieren oder Läppen, wird nicht nur Material im Bereich der Wellenberge, sondern auch im Bereich der Wellentäler abgetragen. Die entsprechende Oberfläche des Substrates wird demzufolge vollständig bearbeitet, d.h., es findet ein vollflächiger Materialabtrag statt. Der Materialabtrag kann dabei aber unterschiedlich stark sein, vorzugsweise stärker im Bereich der Wellenberge und schwächer im Bereich der Wellentäler, um die Feinwelligkeit zu verringern.
Auf diese Weise wird nicht nur die Feinwelligkeit reduziert, sondern auch eine mögliche
Mikrostrukturierung, insbesondere eine mögliche Orangenhaut, entfernt. Der Abtrag findet daher vorzugsweise bis zu einer Tiefe statt, bei der Mikrostrukturierungen möglichst vollständig entfernt werden. Im Allgemeinen reicht bei einem vollflächigen Materialabtrag eine Abtragung mit einer Tiefe in einem Bereich von etwa 0,1 miti bis 5 miti, bevorzugt von 0,1 miti bis 1 miti, von der Oberfläche aus gemessen, aus, um vorhandene Poren und Partikel sicher zu entfernen.
Hierdurch kann die Feinbearbeitung der zeitsparend und damit kostengünstig realisiert werden. Ein vollflächiger Materialabtrag führt besonders günstig dazu, dass auch auf der Oberfläche des keramisierbaren Grünglases vorhandene Partikel entfernt werden können, welche im Bereich der Wellentäler vorhanden sind.
In einer ganz besonders günstigen Ausführungsform wird daher nur eine Oberfläche des keramisierbaren Grünglases vor der Keramisierung feinbearbeitet, also beispielsweise poliert oder geläppt. Vorzugsweise betrifft dies diejenige Oberfläche, die während der Heißformgebung den meisten Kontakt mit Formgebungswalzen und/oder Transportrollen hatte, da hier das größte Risiko von Anhaftungen besteht. Im Allgemeinen betrifft dies die Unterseite des keramisierbaren Grünglases, welche auf den Transportrollen aufliegt und welche damit den häufigsten Kontakt mit anderen Oberflächen hat.
Eine glättende Feinbearbeitung kann beispielsweise mit einem Abtragswerkzeug mit zumindest einer Abtragsfläche erfolgen, wobei Material von der nachzubearbeitenden Oberfläche des Substrates aus keramisierbarem Grünglas abgetragen werden kann. Das Abtragswerkzeug kann dabei zumindest eine Abtragsfläche aufweisen, welche um eine Achse senkrecht zur
Abtragsfläche rotiert und wobei das Abtragswerkzeug entlang vorbestimmter Bahnen, beispielsweise mit konstantem Vorschub aber unterschiedlichen Prozessparametern wie Druck und Umdrehungsgeschwindigkeit, über die nachzubearbeitende Oberfläche geführt wird, und wobei die Bahnen einander überlappen. Dabei können ein gebundenes oder loses Abrasiv als Schleifmittel oder Poliermittel und/oder ein Kühlmittel zugegeben werden.
Ein beispielhaftes glättendes Fertigungsverfahren ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2010 033 041 A1 des gleichen Anmelders angegeben, welche hiermit vollumfänglich inkorporiert wird.
Dieses Dokument stellt ein Verfahren zur glättenden Feinbearbeitung einer Oberfläche eines flachen Substrates aus Glas- oder Glaskeramik vor, bei welchem
- mit mehreren Abtragswerkzeugen Material von der nachzubearbeitenden Oberfläche des Substrates abgetragen wird, wobei die Abtragswerkzeuge Abtragsflächen aufweisen, welche jeweils um eine Achse senkrecht zur Abtragsfläche rotieren, wobei
- die Abtragswerkzeuge entlang vorbestimmter Bahnen, insbesondere mit gleichem Vorschub aber vorzugsweise unterschiedlichen Prozessparametern wie Druck und
Umdrehungsgeschwindigkeit über die nachzubearbeitende Oberfläche geführt werden, wobei die Bahnen einander überlappen, und wobei
- zumindest ein erstes Abtragswerkzeug die nachzubearbeitende Oberfläche mit einem gebundenen Abrasiv als Schleifmittel einer ersten Körnung schleift und
- zumindest ein zweites Abtragswerkzeug die vom zumindest einen ersten Abtragswerkzeug geschliffene Oberfläche mit einem zweiten, losen Abrasiv als Poliermittel mit gegenüber dem ersten Schleifmittel feinerer Körnung poliert, wobei das zweite Abrasiv ein Slurry umfasst, und wobei
- dieses Slurry auch zwischen der Abtragsfläche des zumindest einen ersten Abtragswerkzeugs als zusätzliches feinkörniges Abrasiv und Kühlmittel und der
nachzubearbeitenden Oberfläche während des Schleifens eingebracht wird.
Derartige Abtragsprozesse mit mehreren Abtragswerkzeugen, welche zeitglich im Eingriff sind, sind besonders wirtschaftlich zu betreiben. Insbesondere für einen vollflächigen Materialabtrag gemäß der zweiten Ausführungsform bietet es sich an, wenn das Abtragswerkzeug anstelle eines starren Abtragskopfes einen flexiblen Abtragskopf umfasst. Denkbar sind hier etwa flexible Polierköpfe, welche eine Welligkeit ausgleichen und einen über die Fläche konstanten Anpressdruck bewirken können.
Die Abtragsprozesse finden zwar insofern zeitgleich statt, als das erste und das zweite
Abtragswerkzeug zumindest zeitweise gleichzeitig die Oberfläche bearbeiten, sind aber dennoch zeitlich gestaffelt, da das zweite Werkzeug die bereits vom ersten Werkzeug bearbeiteten Flächen poliert.
Zunächst wird also der erste materialabtragende Prozess durch das Einfahren der
Feinschleifwerkzeuge in das Werkstück gestartet und nach Bearbeiten der ersten Bahnen der zweite materialabtragende Prozess durch das Einfahren der Polierbänke in das durch die Feinschleifwerkzeuge schon vorbehandelte Werkstück gestartet. Zuletzt wird der erste materialabtragende Prozess auch als erster durch das Fierausfahren der Feinschleifwerkzeuge beendet, bevor auch die Polierbänke nach Abfahren der letzten Bahnen aus dem Werkzeug herausfahren. Die Werkzeuge bearbeiten also mithin zwar teilweise zeitgleich das Werkstück, jedoch nicht gleichzeitig den gleichen Oberflächenbereich.
Eine beispielhafte Vorrichtung zur glättenden Nachbearbeitung von flachen Substraten aus keramisierbarem Grünglas basiert auf
- zumindest einem Abtragswerkzeug und
- einem Bewegungsmechanismus, mit welchem das zumindest eine Abtragswerkzeug über eine nachzubearbeitende Oberfläche des Substrates geführt werden und Material mit dem zumindest einen Abtragswerkzeug abgetragen wird,
wobei das zumindest eine Abtragswerkzeug Abtragsflächen und einen Rotationsantrieb aufweist, mit welchem die Abtragsflächen jeweils um eine Achse senkrecht zur Abtragsfläche rotiert werden, wobei
- der Bewegungsmechanismus so ausgebildet ist, dass das zumindest eine Abtragswerkzeug entlang vorbestimmter Bahnen, insbesondere mit gleichem Vorschub, aber gegebenenfalls auch unterschiedlichen Prozessparametern wie Druck und Umdrehungsgeschwindigkeit über die nachzubearbeitende Oberfläche geführt werden, wobei bei mehreren Abtragswerkzeugen die Bahnen einander überlappen, und wobei
- zumindest ein Abtragswerkzeug einen Polierkopf als Abtragsfläche aufweist, wobei eine Zuführeinrichtung vorgesehen ist, welche dem Polierkopf ein, loses
Abrasiv in Form eines Slurry zuführt, und wobei
- dieses Slurry mittels einer Zuführeinrichtung auch der Abtragsfläche der nachzubearbeitenden Oberfläche während des Polierens zugeführt wird.
In einer Weiterbildung ist zumindest ein zweites Abtragswerkzeug vorgesehen, wobei das erste Abtragswerkzeug eine Abtragsfläche mit einem Schleifmittel einer ersten gebundenen Körnung aufweist, und wobei das zweite Abtragswerkzeug einen Polierkopf als Abtragsfläche aufweist, wobei die Zuführeinrichtung dem Polierkopf ein zweites, loses Abrasiv mit gegenüber dem ersten Schleifmittel feinerer Körnung in Form eines Slurry zuführt.
Dieses Verfahren ist gut geeignet zur Nachbearbeitung von flachen Substraten aus Glaskeramik, kann allerdings auch überraschend gut für die glättende Feinbearbeitung von flachen Substraten aus keramisierbarem Grünglas wie oben erläutert eingesetzt werden.
Die Substrate können Dicken im Bereich von 1 bis 10 mm und dabei Dickenschwankungen bis 200 Mikrometer aufweisen. Die Scheiben weisen vorzugsweise eine Fläche größer 1 m2 auf, da sich die hohe Effektivität des erfindungsgemäßen Prozesses besonders bei großflächigen Substraten auswirkt.
Hinsichtlich der Bewegung der Abtragswerkzeuge über das nachzubearbeitende Substrat hat es sich in Bezug auf einen gleichmäßigen Abtrag als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Abtragswerkzeuge mittels eines entsprechenden geeigneten Bewegungsmechanismus entlang zueinander paralleler Bahnen bewegt werden. Die Bahnen sind weiterhin bevorzugt geradlinig. Durch geradlinige, parallele Bahnen lässt sich die Einwirkungsdauer der Abtragswerkzeuge auf die Oberflächenbereiche genau festlegen. Zudem wird auf diese Weise eine gleichmäßige Einwirkungsdauer über die gesamte nach bearbeitete Oberfläche hinweg erzielt. Es wird jedoch nicht ausgeschlossen, dass dieses Ziel möglicherweise auch mit einem anderen
Bewegungsmuster erzielt wird. Jedoch kommt angesichts der mit der Erfindung erzielbaren Verkürzung der Prozesszeit einer über die Oberfläche hinweg gleichmäßigen Bearbeitungszeit eine besondere Bedeutung zu. Im Gegensatz dazu könnte mit einer vollständig stochastischen oder quasizufälligen Bewegung eine derartige Verkürzung der Bearbeitungsdauer nicht erzielt werden, da in diesem Fall lange geschliffen und/poliert werden müsste, um im Mittel wieder einen über die Oberfläche hinweg gleichmäßigen Abtrag zu erzielen. Den Bahnen kann aber dennoch gegebenenfalls eine weitere, auch stochastische Bewegung überlagert werden, etwa, um stufenartige Höhendifferenzen an den Rändern der Bahnen zu vermeiden.
Mit dem Verfahren wird überdies ein gleichmäßiger Abtrag bis hin zum Rand des flachen Substrates aus keramsierbarem Grünglas ermöglicht, wenn das zumindest eine
Abtragswerkzeug während des Abtrags mit dem Rand der Abtragsflächen über den Rand des Substrates hinaus bewegt werden, wobei dabei die Rotationsachse auf dem Substrat verbleibt. Für die Gleichmäßigkeit des Abtrags am Rand ist es dabei günstig, wenn das zumindest eine Abtragswerkzeug zumindest bis zu einem Drittel des Durchmessers der Abtragsflächen über den Rand hinaus bewegt wird.
Selbstverständlich werden dabei im Fall von mehr als einem Abtragswerkzeug die
Abtragswerkzeuge so über die Oberfläche des nachzubearbeitenden Substrats geführt, dass die Oberflächenbereiche jeweils zuerst vom zumindest einen ersten, dann zeitlich danach vom zumindest einem zweiten Abtragswerkzeug auf einer Maschine ohne Handlingsaufwand zwischen den beiden Bearbeitungsschritten überfahren werden.
Von großem Vorteil ist, dass für beide Prozessschritte das als Abrasiv für die Politur eingesetzte Slurry auch als Abrasiv und/oder Kühlmittel für den Schleifkopf, beziehungsweise das erste Abtragswerkzeug fungieren kann. Ebenso vorteilhaft ist es, dass es ohne Qualitätseinbußen möglich ist, das Slurry im Umlauf zu betreiben, ohne Gefahr zu laufen, im Polierschritt Kratzer durch freigesetzte Schleifpartikel von der Abtragsfläche des ersten Werkzeugs zu erhalten. Hier ist beachtenswert, dass bereits ein einziges Korn des gröberen Schleifmittels mit erster Körnung auf dem Polierkopf das gesamte Polierergebnis zunichtemachen kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird also das Slurry im Umlauf betrieben, wobei das nach den Schleif-, beziehungsweise Polierschritten zurückbleibende Slurry wieder aufgesammelt und den Abtragswerkzeugen erneut zugeführt wird. Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung ist also eine Umlauf-Zuführeinrichtung für das Slurry vorgesehen, wobei die Umlauf-Zuführeinrichtung eine Einrichtung zum Aufsammeln des nach dem Schleifen und Polieren zurückbleibenden Slurry und eine Einrichtung zum erneuten Zuführen des
aufgesammelten Slurry zu den ersten und zweiten Abtragswerkzeugen umfasst.
Ein Slurry ist im allgemeinen eine Suspension oder Dispersion eines Abrasivmittels in einer Flüssigkeit. Bevorzugt wird als Slurry eine Suspension von Ceroxid in Wasser eingesetzt. Möglich sind aber auch andere Abrasive und auch Flüssigkeiten, beispielsweise Öle und Additive zur Verhinderung der Sedimentation und Agglomeration der
Abrasivkörner im Wasser. Geeignet sind verschiedene Phosphate, wie z. B. Mono- Natriumphosphat-Hydrat (NaFi2P04), Dinatrium-Phosphat (Na2HP04), Natriumpyrophosphat (Na4P207), sowie organische Salze, wie Natrium-Citrat (CeFisNasOz oder C^F NaOS).
Mit diesem Verfahren wird es ferner möglich, die unterschiedlichen Prozesse des Schleifens und Polierens auf einer Maschine ohne getrennte Führung der flüssigen Prozesszuläufe und Abläufe, beziehungsweise mit einer gemeinsamen Zuführung und Abführung von Abrasiv- und Kühlmittel für beide Prozessschritte zu realisieren. Damit konnten nahezu 40% der ansonsten üblichen Prozesszeit mit getrennten Schleif- und Poliervorgängen eingespart
werden.
Das Schleifmittel einer ersten Körnung weist bevorzugt eine Körnung von zumindest 8
Mikrometern, besonders bevorzugt eine Körnung bis höchstens 40 Mikrometern auf. Für das Slurry kommt ein Abrasiv zum Einsatz, dessen Körnung vorzugsweise bei kleiner 2 Mikrometern bei Normalverteilung liegt. Die vorstehenden Größenangaben beziehen sich jeweils auf den mittleren Durchmesser der Körner. Für das zumindest eine Abtragswerkzeug haben sich Diamantfolien oder diamantbesetzte Metallscheiben bewährt. Es können aber auch andere Abrasivstoffe, beispielsweise Korund, Siliziumcarbid, etc. eingesetzt werden. Für die
Abtragsfläche des Polierwerkzeugs hat sich Filz oder ein Elastomer, vorzugsweise Polyurethan, am besten bewährt. Beim Umlaufbetrieb des Slurry ist es dann günstig, eine Trenneinrichtung vorzusehen, welcher der Einrichtung zum erneuten Zuführen des Slurry vorgeschaltet ist, und mit welcher Grob- und Feinanteile der Feststoffe im Slurry getrennt werden. Der Slurry aus den Rückläufen des aus dem Gesamtprozess abgeführten Slurry weist im Allgemeinen
a) Anteile von Grobabrieb durch das Feinschleifen, beziehungsweise dem Abtrag der ersten Abtragswerkzeuge,
b) entsprechenden Feinabrieb aus dem Polierprozess mit dem zumindest einen zweiten Abtragswerkzeug,
c) Fremdpartikel aus der Umgebung, und
d) eine sich ändernde Verteilung an Korngrößen des Abrasivs des Slurry auf.
Um den Feststoffanteil zu sieben und geeignet in Grob- und Feinanteil zu trennen, eignet sich besonders eine Zentrifuge oder ein Zyklon. Damit kann dann durch die Trennung der erneute Zufluss zu den beiden Prozessschritten des Feinschleifens und des Polierens mit dem Unterlauf mit den Grobanteilen des Slurry für das Feinschleifen und die Versorgung des Polierprozesses aus dem Oberlauf mit den Feinanteilen des Slurry, der Grobanteil von Feststoffen, vor allem aber keinen Anteil des Schleifmittels erster Körnung mehr aufweist, gewährleistet werden. Unter anderem ist auch ein Sedimentationsbecken als Trenneinrichtung denkbar, welches allerdings langsamer wirkt als eine Zentrifuge oder ein Zyklon, so dass hier insgesamt eine größere Menge an Slurry bereitzustellen ist. Unabhängig von der Art der Trenneinrichtung wird dann vorteilhaft nur der Anteil des Slurry mit feineren Feststoffen den Abtragswerkzeugen wieder zugeführt.
Es hat sich für einen schnellen und gleichmäßigen Abtrag weiterhin als günstig erwiesen, wenn die Durchmesser der Abtragsflächen für den Schleifvorgang und das nachfolgende Polieren unterschiedlich sind. Insbesondere ist es dabei günstig, wenn die Abtragsfläche des zumindest einen ersten Abtragswerkzeugs einen größeren Durchmesser als die Abtragsfläche des zumindest einen zweiten Abtragswerkzeugs aufweist. Um die typischen beim Walzen hervorgerufenen Dickenunterschiede des Glases bis zu 200 Mikrometern wirkungsvoll einebnen zu können, ist für Glas-/Glaskeramikplatten, insbesondere mit der genannten Fläche größer 1 m2 ein Durchmesser der ersten Abtragsfläche von größer als 500 Millimetern günstig. Der
Durchmesser der Abtragsfläche des zumindest einen zweiten Abtragswerkzeugs wird dann entsprechend kleiner als 500 Millimeter gewählt. In Bezug auf einen gleichmäßigen Abtrag ist es weiterhin günstig, wenn die von den
Abtragswerkzeugen überfahrenen Bahnen um zumindest 20%, vorzugsweise um mindestens ein Drittel ihrer Breite, beziehungsweise ihres Durchmessers überlappen. Dies gilt vorzugsweise jeweils separat für die von dem oder den ersten Abtragswerkzeugen, als auch für die von dem oder den zweiten Abtragswerkzeugen überfahrenen Bahnen. Überlappen die Bahnen zu wenig, können sichtbare Streifen unterschiedlicher Höhe entlang der Bahnen hervorgerufen werden.
Um die Bearbeitungszeit kurz zu halten, ist es außerdem vorteilhaft, die Abtragswerkzeuge in mäanderförmigem Pfad über die nachzubearbeitende Oberfläche zu führen. Dazu können die Abtragswerkzeuge beim Abtrag in Richtung entlang der Bahnen vor und zurückbewegt werden, wobei intermittierend die zu bearbeitende Scheibe relativ zu den Abtragswerkzeugen quer zu den Bahnen bewegt wird.
Um Prozesszeit einzusparen, ist es möglich, den Prozess in Bezug auf die Körnung der Abrasive als lediglich zweistufig durchzuführen. Mit anderen Worten ist es ausreichend, nur zwei verschiedene Körnungen einzusetzen, nämlich die gröbere und gebundene Körnung des Abrasivs des ersten Abtragswerkzeugs und die feinere Körnung des Abrasivs im Slurry.
Allerdings können gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung selbstverständlich jeweils mehrere erste und/oder zweite Abtragswerkzeuge verwendet werden.
Durch das Feinbearbeitungsverfahren, wobei das vorstehend genannte lediglich beispielhaft genannt ist, ist es möglich, ein Substrat aus keramisierbarem Grünglas zu Verfügung zu stellen, welches über zumindest eine sehr ebene, glatte Oberfläche mit geringer Feinwelligkeit und geringer Rauigkeit verfügt. Die glättende Feinbearbeitung kann direkt nach dem Walzen, also im Anschluss an die Heißformgebung, erfolgen. Die Feinwelligkeit des flachen Substrates aus keramisierbarem Grünglas ist also nach der glättenden Feinbearbeitung geringer als vorher, also direkt nach der Heißformgebung.
Grundsätzlich setzt sich eine für das Auge deutlich sichtbare Welligkeit für das Endprodukt aus Glaskeramik aus zwei Parametern zusammen. Zum einen ist die Amplitude maßgeblich.
Allerdings hängt die Sichtbarkeit dieser Amplitude direkt mit der Wellenlänge der Welligkeit zusammen. Verallgemeinernd kann gesagt werden, dass je größer die Wellenlänge der Welligkeit, desto größer kann auch die Amplitude der Welligkeit sein, ohne dass diese vom Auge wahrgenommen wird. Eine für das Auge sichtbare Welligkeit ist beispielsweise bei Amplituden größer als 50 mΐti in Verbindung mit Wellenlängen von kleiner als 135 mm gegeben.
Durch Anwendung eines glättenden Feinbearbeitungsverfahrens auf die Oberfläche des keramisierbaren Substrates konnte eine reduzierte Feinwelligkeit der bearbeiteten Oberfläche erreicht werden, welche sich wie folgt definieren lässt:
Die erreichbare Welligkeit des keramsierbaren Grünglases bzw. des Substrates aus
keramisierbarem Grünglas beträgt höchstens 500 miti, bevorzugt höchstens 50 miti, und ganz besonders bevorzugt höchstens 10 miti gemessen als Höhendifferenz zwischen einem Wellental und einem benachbarten Wellenberg. Eine minimale Welligkeit von etwa 0,1 mm bis zu 0,2 mm scheint dagegen für die Keramisierung unkritisch zu sein, dagegen aber eine festere und stabilere Auflage des Substrates auf der Trägerplatte zu begünstigen. Von daher beträgt die Welligkeit des Substrates nach der Feinbearbeitung vorzugsweise wenigstens 0,1 mm oder wenigstens 0,2 mm. Die erreichbare Welligkeit der Wellenlängen liegt zwischen 50 und 500 mm, bevorzugt zwischen 60 und 200 mm.
Die Rauigkeit der mit dem glättenden Feinbearbeitungsverfahren behandelten Oberfläche des Substrates gemäß der ersten Ausführungsform, bei der hauptsächlich Wellenberge abgetragen werden, ändert sich dabei im Wesentlichen nicht. Die maximale Rauigkeit Ra liegt bei höchstens 0,5 miti im ungünstigsten Fall, normalerweise im Bereich von 0,2 miti - 0,5 mhi.
Dagegen ist die Rauigkeit der mit dem glättenden Feinbearbeitungsverfahren behandelten Oberfläche des Substrates gemäß der zweiten Ausführungsform, bei der der Materialabtrag vollflächig erfolgt, geringer als die ursprüngliche Rauigkeit und beträgt Ra < 0,02 miti, bevorzugt Ra < 0,010 mhi.
Nach der glättenden Feinbearbeitung der zumindest einen Oberfläche des Substrates aus keramisierbarem Grünglas erfolgt der Keramisierungsprozess, um den flachen, transparenten Artikel aus Glaskeramik zu erhalten. Diese kann auf die nachfolgend kurz umrissene Art und Weise erfolgen, wie sie auch in der Druckschrift WO 2012/019833 vom gleichen Anmelder beschrieben ist und welche hiermit vollumfänglich inkorporiert wird. Durch das hier skizzierte Verfahren zur Keramisierung kann ein hoch-transparenter und zugleich hochfester Glaskeramik- Artikel erzeugt werden, welcher sich seine kurzen Verweilzeiten in der Keimbildungs- und Kristallisationsphase auszeichnet.
Hierzu wird das flache Substrat umfassend das keramisierbare Ausgangsglas, in welchem die Keimbildner enthalten sind, bereitgestellt, und das Substrat wird einer Temperaturbehandlung unterzogen, wobei das Ausgangsglas zunächst auf eine Keimbildungstemperatur im Bereich von 700 bis 810°C erhitzt wird und die Verweilzeit in diesem Temperaturbereich zwischen 3 und 120 Minuten beträgt, anschließend das Ausgangsglas mit den gebildeten Keimen von der
Keimbildungstemperatur auf 810 bis 880°C aufgeheizt wird, wobei die Heizrate von 0,1 bis 5,0 K/min beträgt und anschließend das zumindest teilweise bereits keramisierte Ausgangsglas auf Temperaturen im Bereich zwischen 880 und 970°C erhitzt wird, wobei das zumindest teilweise kristallisierte Ausgangsglas nach dem Erhitzen für mehrere Minuten in diesem
Temperaturbereich gehalten wird und die Dauer dieses Prozess-Schritts zwischen 1 und 45 Minuten beträgt, abschließend eine Abkühlung der Glaskeramik zumindest auf unter 600°C durchgeführt wird, wobei die Kühlrate mindestens 5 K/min beträgt, und bei der Keramisierung die vorstehend genannte Trägerplatte verwendet wird. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass hochfeste, hochtransparente Glaskeramik-Artikel durch eine bestimmte Kombination von Keimbildungs- und Kristallisationstemperaturen mit bestimmten Verweilzeiten und einer schnellen Abkühlungsrate hergestellt werden können.
Ein besonderer Vorteil des vorstehend genannten Verfahrens zur Keramisierung ist die homogene Kristallisation, worunter eine gleichmäßige Verteilung der Kristalle oder Kristallite in der Restglas-Phase und sehr ähnlich Korngrößen verstanden werden. Eine solche Verteilung vermindert zum einen die Lichtstreuung und die Brechzahlunterschiede zwischen den einzelnen Phasen der Glaskeramik und erhöht zum anderen die Transparenz des erzeugten Glaskeramik- Artikels. Daher weisen die Kristalle Korngrößen auf, deren Standardabweichung kleiner als +/- 5 %, bevorzugt kleiner als +/- 3 % und insbesondere bevorzugt kleiner +/- 2 % ist. Geeignete LAS- Gläser sind Glaskeramiken mit einem Zusammensetzungsbereich wie weiter oben angegeben. Zur Steuerung der oben beschriebenen Parameter des Keramisierungsprozesses kann bevorzugt ein elektrisch beheizter Ofen, vorzugsweise in Form eines Durchlaufofens, insbesondere eines Rollenofens, für die Keramisierung verwendet werden. Bei der Keramisierung wird die
Trägerplatte verwendet. Es kann aber auch ein Chargierofen verwendet werden.
Die Keramisierung kann in den vorstehend genannten Ofentypen stattfinden, d.h. ein Aufheizen in 1 bis 5 h auf 750°C bis 980°C realisiert werden, so dass eine ebene Platte mit Hoch-Quarz- Mischkristallen (HQMK) als Hauptkristallphase und einem Kristallinitätsgrad von 50 % bis 90 % sowie einer Kristallitgröße zwischen 20 nm bis 100 nm entsteht.
Erfindungsgemäß wird für die Keramisierung gemäß der ersten Ausführungsform das flache Substrat aus keramisierbarem Grünglas derart auf die Unterlage bzw. Trägerplatte aufgelegt, dass die glättend nachbehandelte Oberfläche auf der Trägerplatte aufliegt. Demnach steht die mit dem glättenden Feinbearbeitungsverfahren behandelte Oberfläche des flachen Substrates während der Keramisierung in Kontakt mit der Trägerplatte.
Die auf dieser Trägerplatte aufliegende Seite des Substrates stellt im späteren Gebrauch im allgemeinen die Rückseite dar. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass trotz der Feinbearbeitung des Substrates durch den Kontakt der Oberfläche mit der Unterlage kleine Riefen, anhaftende Partikel oder auch Abdrücke Zurückbleiben können. Diese Seite wird daher im Endprodukt bevorzugt als Rückseite, die dem Anwender abgewandt ist, verwendet.
Diese Rückseite oder Unterseite des Substrates ist die Seite, auf der z.B. bei der Verwendung als transparente Kochfläche die farbgebende, unterseitige Beschichtung vorgenommen wird und die bei einem Einbau als Kochfeld die vom Betrachter abgewandte Seite darstellt, während die (meist während des Keramisierungsprozesses zusätzlich dekorierte) Oberseite der Glaskeramikscheibe dem Betrachter zugewandt ist.
Bei einer Verwendung z.B. als Brandschutz-Laminatscheiben-System können die Rückseiten der betreffenden LAS-Glaskeramikscheiben einem Laminierprozess unterzogen werden. Beim Einsatz als Trägerplatte für die Solarindustrie kann die betreffende Seite z.B. lonenaustausch- Prozessen unterworfen sein oder in einem elektrischen Feld in Kontakt mit anderen Gläsern kommen.
Erfindungsgemäß kann für die Keramisierung gemäß der zweiten Ausführungsform das flache Substrat aus keramisierbarem Grünglas derart auf die Unterlage bzw. Trägerplatte aufgelegt werden, dass die glättend nach bearbeitete Oberfläche nicht auf der Unterlage aufliegt. Demnach reicht es auch aus, nur eine Oberfläche des keramisierbarem Grünglases mit dem glättenden Feinbearbeitungsverfahren zu bearbeiten, was das Verfahren besonders günstig macht. Die glättend nach bearbeitete Oberfläche des keramisierbaren Substrates steht daher während der Keramisierung nicht in Kontakt mit der Unterlage, sondern ist der Unterlage abgewandt und damit auch der Ofenatmosphäre direkt ausgesetzt.
Dies hat den großen Vorteil, dass auf der Unterlage abgewandten Oberfläche des
keramsierbaren Grünglases die gewünschte, weiter unten erläuterte glasige Oberflächenzone während der Keramisierung ausgebildet werden kann, wobei diese Oberfläche aufgrund der vorangegangenen Feinbearbeitung frei von unerwünschten Partikeln, die sich während des Fleißformgebungsprozesses auf der Unterseite gebildet haben und/oder weiterhin frei von Poren oder Mikrostrukturen ist, was für eine gute Durchsicht zweckdienlich ist. Diese Seite des Artikels aus Glaskeramik weist daher die gewünschte besonders hohe chemische Resistenz gegenüber dem Angriff von Verbrennungsprodukten auf und kann, etwa bei einer Verwendung als
Sichtscheibe für Öfen, sehr günstig dem Verbrennungsraum, zugewandt sein.
In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform kann nach der Keramisierung eine weitere Feinbearbeitung derjenigen Oberfläche erfolgen, welche während der Keramisierung in Kontakt mit der Trägerplatte stand. Dies hat den Vorteil, dass Fremdmaterial aus dem
Keramisierungsprozess entfernt werden kann. Wird ein derartig bearbeiteter Artikel aus
Glaskeramik beispielsweise als Feuerraumscheibe eingesetzt, wird an diese Seite eine weniger hohe Anforderung an die chemische Resistenz und Festigkeit gestellt. Mit diesem Verfahren erreicht man nun, dass kostengünstig die Mikrostruktur, für eine bessere Durchsicht, entfernt wird und dass weiterhin störende Relikte aus der Fleißformgebung, die bei einer Politur nach der Keramisierung zu Beschädigungen führen würden, vor der Keramisierung entfernt wurden, und weiterhin, dass die bei der Keramisierung entstehenden Relikte ebenfalls entfernt werden. Wird dann noch ein flexibles Polierpad eingesetzt, kann diese Art der Bearbeitung sehr kostengünstig erfolgen, da nicht die Wellen abgetragen werden müssen, sondern nur die Mikrostrukturierung geglättet wird.
Während der Keramisierung in einem Elektro- oder Gasofen kann sich auf der Oberseite der betreffenden LAS-Glaskeramikscheibe üblicherweise eine 200 nm bis 2.000 nm dicke, an Lithium verarmte, meistens überwiegend amorphe, glasige Oberflächenzone ausbilden, wenn als Hauptkristallphase in dem resultierenden Glaskeramikgefüge die oben genannten Hoch-Quarz- Mischkristalle vorliegen.
Durch das vorstehend erläuterte Verfahren gelingt es, einen flachen, hochtransparenten Artikel aus Glaskeramik zur Verwendung als Sichtscheibe, insbesondere bei Verwendung von LAS- Ausgangsgläsern, mit hervorstechenden Oberflächeneigenschaften zu schaffen. Dieser kann aufgrund seiner Eigenschaften grundsätzlich auch als Sichtscheibe, etwa für Fahrzeuge, verwendet werden. Die Oberflächenqualität des erfindungsgemäß erzeugten flachen Artikels aus Glaskeramik lässt sich anhand verschiedener Kenngrößen und Produkteigenschaften charakterisieren.
Gegenstand der Erfindung ist demnach auch ein flacher, transparenter Artikel aus Glaskeramik, vorzugsweise hergestellt oder herstellbar nach dem vorstehend genannten Verfahren.
Der erfindungsgemäße Artikel aus Glaskeramik zeichnet sich durch zwei parallel verlaufende sehr glatte Oberflächen aus, wobei die zumindest eine Oberfläche einen sehr hohen Glanzgrad aufweisen kann, welcher als DOI-Wert, ermittelt nach der Norm ASTM D 5767, wiedergegeben werden kann. Erfindungsgemäß liegt der DOI-Wert bei wenigstens DOI >= 85, bevorzugt bei DOI >= 90.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Artikel aus Glaskeramik haben eine sehr hohe Transparenz, so dass sie beispielsweise auch im Schichtverbund noch den
Anforderungen an Fahrzeugsichtscheiben gerecht werden. So kann der erfindungsgemäße Artikel aus Glaskeramik eine Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich bezogen auf eine Wandstärke von 4 mm größer als 0,75 bei 400 nm, größer als 0,845 bei 450 nm, größer als 0,893 bei 550 nm, größer als 0,90 bei 600 nm und größer als 0,90 bei 700 nm Wellenlänge aufweisen.
Weiterhin verfügt dieser Artikel über sehr hohe Werte für die chemische Resistenz gegenüber dem Angriff von Verbrennungsprodukten, insbesondere gegenüber schwefelhaltigen Abgasen, die Verbindungen aus schwefeliger Säure oder Schwefelsäure enthalten, und die z.B. bei der Holz- und Kohleverbrennung entstehen. Daher kann eine gute Resistenz gegenüber
Schwefelsäureangriff beibehalten werden.
Die Welligkeit des Artikels aus Glaskeramik beträgt höchstens 500 miti, bevorzugt höchstens 50 miti, und besonders bevorzugt höchstens 10 miti gemessen als Höhendifferenz zwischen einem Wellental und einem benachbarten Wellenberg. Die erreichbare Welligkeit der Wellenlängen liegt zwischen 50 und 500 mm, bevorzugt zwischen 60 und 200 mm.
Darüber hinaus können sie auch hochfest sein und somit als Glaskeramik für
Schutzanwendungen verwendet werden. Bei einem Vergleich der Stoßfestigkeit von unpoliertem und poliertem Material, welches verfahrensgemäß hergestellt wurde, konnte eine deutliche Festigkeitssteigerung für das erfindungsgemäß polierte Material aufgezeigt werden. Diese Festigkeitssteigerung liegt bei mindestens 20 %.
Die Ermittlung der Stoßfestigkeit erfolgte dabei in Anlehnung an den Kugelfalltest gemäß DIN 52306. In diesem Test wird eine 200 g schwere Stahlkugel aus einer definierten Höhe im Freifall auf die Mitte einer Probe im Format 100 x 100 x 4 mm fallen gelassen. Die Fallhöhe wird stufenweise gesteigert, bis der Bruch eintritt. Die Stoßfestigkeit ist eine statistische Größe und wird an Serien von etwa 20 Proben ausgeführt. Die Auswertung erfolgte nach dem Weibull- Modell gemäß DIN EN 61649.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass durch die Feinbearbeitung und damit das Reduzieren der Feinwelligkeit der zumindest einen Oberfläche des Substrates vor der Keramisierung sich weiterhin die für die Walzoberfläche typische Oberflächentopographie verbessert, so dass keine Nachbearbeitung des Artikels aus Glaskeramik mehr erforderlich ist, gleichzeitig aber auch bei einem späteren Einsatz des fertigen Artikels aus Glaskeramik als Sichtscheibe von Back- oder Kaminöfen sogar dann ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild erreicht werden kann, wenn die Geräte ausgeschaltet sind und der Bediener in einen schwarzen Innenraum blickt.
Dies führt weiterhin dazu, dass eine an Lithium verarmte, meistens überwiegend amorphe (glasige) Oberflächenzone erhalten bleibt.
Der erfindungsgemäße Artikel aus Glaskeramik kann dabei alle bekannten geometrischen Größen und Formen (flach, rundverformt, winklig verformt, 3-D verformt) annehmen und über weitere Elemente wie Dekorfarben, Beschichtungen und gestalterischen Kantenschliffen (z.B. Flachfacette) verfügen.
Die vorliegende Erfindung beschreibt demnach ein Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik sowie einen flachen, transparenten Artikel aus
Glaskeramik, welcher für den Einsatz als beschusshemmende Sichtscheibe (Schichtverbunden), Kochfläche, Ofen- und Kaminsichtscheibe, als glaskeramischer Gegenstand für Hoch- oder extreme Niedrigtemperaturanwendungen, als Ofenfenster für Verbrennungsöfen, als weiße Ware, als Scheibe für Backofentüren, als Trägerplatte für Edelmetall-Beschichtungen und damit als Kochfläche für Induktion oder Gasbeheizung, als Trägerplatte für
Vakuumbeschichtungsprozesse, insbesondere für solare Funktionsschichten, als transparente Backofenscheibe, Brandschutzscheibe, Mikrowelleneinlegeboden, als Trägerplatte in der Display- und in der Solarindustrie, oder als unbedruckte oder bedruckte Koch- oder Arbeitsplatte oder - tisch, insbesondere großformatig mit wenigstens 0,7 nf, bevorzugt wenigstens 1 ,0 nf Fläche, und bei anderen Anwendungen mit insbesondere wechselnder Temperaturbelastung verwendet werden kann.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele und den angefügten Ansprüchen. Die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 schematisch eine gebogene Kaminsichtscheibe in einer Schrägansicht,
Fig. 2 schematisch eine gerade Kaminsichtscheibe in einer Schrägansicht,
Fig. 3a, 3b beispielhaft jeweils eine Aufsicht auf ein Substrat vor der Keramisierung
während des Materialabtrags,
Fig. 4 einen Vergleich der Stoßfestigkeit von unpoliertem und poliertem Material,
Fig. 5 schematisch eine Queransicht eines Fleißformgebungsverfahrens mittels
Formwalzen,
Fig. 6a, 6b Vergleich der Durchsicht durch zwei unterschiedliche Artikel aus Glaskeramik, Fig. 7 wichtige Verfahrensschritte, ausgehend von der Fleißformgebung bis zum
Erhalt des Artikels aus Glaskeramik.
Fig. 8a, 8b und 8c Queransichten eines Ausschnittes eines Substrates aus keramisierbarem
Grünglas bei verschiedenen Bearbeitungsschritten,
Fig. 9a, 9b schematische Darstellungen von unterschiedliche Polierköpfen,
Fig. 10, 1 1 Ausführungsbeispiele der Abtragsflächen flexibler Polierköpfe, und
Fig. 12, 13 Draufsichten auf einen Querschliff zweier Artikel aus Glaskeramik mit und ohne glasiger Oberflächenzone.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsformen
Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezeichnen um der Klarheit willen gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen gleiche Teile in oder an diesen Ausführungsformen. Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung sind die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht immer maßstabsgerecht gezeichnet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein flacher, transparenter Artikel aus Glaskeramik, insbesondere zur Verwendung als Sichtscheibe, hergestellt werden.
Fig. 1 zeigt rein beispielhaft schematisch eine gebogene Kaminsichtscheibe 40 aus Glaskeramik in einer Schrägansicht. In Fig. 2 ist ebenfalls rein beispielhaft schematisch eine gerade Kaminsichtscheibe 50 in einer Schrägansicht gezeigt. Ohne Beschränkung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele sind die Kaminsichtscheiben 40, 50 mit Haltemitteln 41 , 51 ausgebildet, welche es erlauben, die Kaminsichtscheibe 40, 50 besonders einfach in einer Feuerstätte zu montieren. Die dargestellten Kaminsichtscheiben 40, 50 stellen rein beispielhaft ausgewählte erfindungsgemäße Artikel aus Glaskeramik dar und sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
Die Herstellung umfasst dabei das Erzeugen einer Glasschmelze, wobei ein Gemenge mit einer zum späteren Keramisieren und Erzeugen einer Glaskeramik geeigneten Zusammensetzung einer Glasschmelzanlage zugeführt und geschmolzen wird. Mittels Walzverfahren zur
Heißformgebung wird hieraus ein Glaskörper aus keramsierbaren Grünglas hergestellt
Das keramisierbare Grünglas basiert dabei auf dem Lithium-Aluminosilikat-System und umfasst Keimbildner, bevorzugt Ti02 und/oder Zr02, oder auch Sn02. Der nachfolgend dargestellte Zusammensetzungsbereich (in Gew.-%) ist dabei besonders geeignet:
50 - 75 S1O2, bevorzugt 58 - 74 S1O2, besonders bevorzugt 60 - 73 S1O2,
15 - 28 AI2O3, bevorzugt 15 - 25 AI2O3,
0 - 3,0 B2O3, bevorzugt 0 - 2,0 B2O3,
0 - 1 ,0 F,
2,0 - 6,0 U2O, bevorzugt 2,0 - 5,5 LhO, besonders bevorzugt 2,5 - 5,0 LhO,
0 - 6,5 CaO + SrO + BaO, bevorzugt 0 - 6 CaO + SrO + BaO, besonders bevorzugt 0 - 5 CaO + SrO + BaO,
0 - 7,0 T1O2, bevorzugt 0 - 6,0 T1O2, besonders bevorzugt 0 - 5,0 T1O2,
0 - 5,0 Zr02,
0 - 5,0 ZnO,
0 - 3,0 Sb203,
0 - 3,0 MgO,
0 - 3,0 Sn02,
2,0 - 7,0 T1O2 + Zr02 + Sn02,
0 - 9,0 P2O5,
0 - 2,0 AS2O3, bevorzugt 0 - 1 ,5 AS2O3, 0 - 4,0 Na20 + K20, wobei die jeweiligen
Anteile innerhalb der nachfolgend angegebenen Bereiche liegen:
0 - 4,0 Na20,
0 - 4,0 K20,
bevorzugt 0 - 3 Na20 + K20, wobei die jeweiligen
Anteile innerhalb der nachfolgend angegebenen Bereiche liegen:
0 - 2,0 Na20,
0 - 2,0 K20;
besonders bevorzugt 0 - 1 ,2 Na20 + K20, wobei die
jeweiligen Anteile innerhalb der nachfolgend angegebenen Bereiche liegen:
0 - 1 ,0 Na20,
0 - 0,5 K20;
sowie übliche Läutermittel wie Sb203, As203, Sn02, Ce203, Fluor, Brom und Sulfat, bei einem Wassergehalt von 0,01 - 0,08 Gew.-%.
Das im Walzverfahren erzeugte keramisierbare Grünglas ist dazu geeignet ist, in einem
Keramisierungsprozess keramisiert und zu einer Glaskeramik umgewandelt zu werden. Demnach hat bei dem keramisierbaren Grünglas die Kristallbildung noch nicht oder zumindest noch nicht nennenswert stattgefunden. Das auf diese Weise erzeugte keramisierbare Grünglas enthält demnach zwar Keimbildner zur Kristallbildung, der kristalline Anteil ist aber noch sehr gering. Insbesondere beträgt der kristalline Anteil des keramisierbaren Grünglases weniger als 20 Vol.- %, bevorzugt weniger als 10 Vol.-% und besonders bevorzugt weniger als 5 Vol.-%.
Das keramisierbare Grünglas wird kontinuierlich aus der Glasschmelze kommend zumindest einem Paar Formgebungswalzen zugeführt, um die gewünschte Dicke zu erhalten. Dies kann in einem einzigen Walzschritt, aber auch in mehreren Schritten mit mehreren,
hintereinandergeschalteten Formgebungswalzen erfolgen. Nach dem Walzen liegt das keramisierbare Grünglas auf Transportrollen auf, die dem Transport dienen. Nach Erreichen der vorgesehenen Dicke wird das gewalzte keramisierbaren Grünglas vereinzelt, indem es geritzt und entlang dieser Ritzkanten gebrochen wird, um Substrate aus keramisierbaren Grünglas zu erhalten. Im Sinne der Erfindung wird zumindest eine Oberfläche des im Walzverfahren erzeugten keramisierbaren Grünglases einer glättenden Feinbearbeitung unterzogen, insbesondere einem Polier- oder einem Läppprozess, wobei der kristalline Anteil des keramisierbaren Grünglases weniger als 20 Vol.-%, bevorzugt weniger als 10 Vol.-% und besonders bevorzugt weniger als 5 Vol.-% beträgt.
Erfindungsgemäß werden dabei gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung die Wellenberge auf der Oberfläche des keramisierbaren Grünglases im Zuge der glättenden Feinbearbeitung abgetragen, wohingegen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung auf der gesamten Oberfläche des keramisierbaren Grünglases vollflächig Material abgetragen wird.
Gemäß der zweiten Ausführungsform ist bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Sichtscheiben das Material von der Oberfläche 42, 52 des Substrates aus keramisierbaren Grünglas vor der Keramisierung durch die glättende Feinbearbeitung mit zumindest einem Abtragswerkzeug mit zumindest einer Abtragsfläche abgetragen worden. In anderen Worten, die glättende
Feinbearbeitung wurde auf derjenigen Seite des keramisierbaren Grünglases durchgeführt, welche im Betrieb später diejenige Seite mit der geforderten hohen chemischen Resistenz darstellt. Die Oberflächen 53 und 43 wurden nach der Keramisierung zusätzlich geglättet. Da für die Stoßfestigkeit die Struktur der Unterseite des Substrates bzw. der bei der Verwendung der Sichtscheibe die zu dem Verbrennungsraum weisende Rückseite 42, 52, relevant ist, wurde durch diese zusätzliche Bearbeitung die Stoßfestigkeit nicht negativ beeinflusst.
Das flache Substrat aus keramisierbarem Grünglas wird hierzu unmittelbar nach dem Ritzen und Brechen bzw. dem Schneiden in entsprechende Großformate an der Schmelzwanne oberflächlich mit Ceriumoxid oder anderen bekannten Poliermitteln für Glas poliert.
Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wird dabei die glättende Feinbearbeitung dergestalt ausgeführt, dass lediglich die Feinwelligkeit in einem vorbestimmten Umfang reduziert wird. Der Materialabtrag findet dabei bis zu einer Tiefe von der Oberfläche aus gemessen statt, welche etwa die Hälfte der Amplitude der Wellen darstellt. Demzufolge bleibt die Oberfläche im Bereich von Wellentälern in ihrer früheren Beschaffenheit erhalten. Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird dabei die glättende Feinbearbeitung dergestalt ausgeführt, dass ein, wenn auch geringer, Materialabtrag über die gesamte Oberfläche stattfindet. Hierbei wird Material nicht nur im Bereich der Wellenberge, sondern auch im Bereich der Wellentäler abgetragen, so dass letztendlich eine neue Oberfläche durch die glättende Feinbearbeitung geschaffen wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausbildung dieser Ausführungsform wird dabei lediglich diejenige Oberfläche vor der Keramisierung glättend feinbearbeitet, welche während der Heißformgebung in Kontakt mit zumindest einer
Formgebungswalze und/oder mit Transportrollen gestanden hat, und demzufolge diejenige Seite ist, welche am ehesten mit Partikeln verunreinigt sein kann.
Die erste Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass durch die glättende Feinbearbeitung die Feinwelligkeit der Oberfläche des Substrates aus keramisierbaren Grünglas reduziert wird.
Die verbleibende, geringe Feinwelligkeit führt dazu, dass sich die Luftpolster bei Kontakt mit den sehr glatten Unterlagen oder Trägerplatten während der Keramisierung stark verkleinern und teilweise oder überwiegend gar nicht mehr vorhanden sind.
Diese Ausführungsform bietet den großen Vorteil, dass nicht nur die Feinwelligkeit reduziert wird, sondern dass sich auch die störenden Luftpolster bei der Keramisierung nicht oder kaum noch ausbilden und es daher zu keiner weiteren Beschädigung bei der Keramisierung infolge von Relativbewegungen zwischen Substrat und Unterlage kommt. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für eingefärbtes keramisierbares Grünglas zur Erzeugung eingefärbter Artikel aus Glaskeramik, bei der keine hohen Anforderungen an die Durchsicht gestellt werden.
Die erreichbare Welligkeit des keramisierbaren Grünglases bzw. des Substrates aus
keramisierbaren Grünglas beträgt höchstens 500 miti, bevorzugt höchstens 50 miti, und ganz besonders bevorzugt höchstens 10 miti gemessen als Höhendifferenz zwischen einem Wellental und einem benachbarten Wellenberg. Weiterhin kann eine geringe Welligkeit erhalten bleiben und nach der Feinbearbeitung vorzugsweise, wenigstens 0,1 mm oder wenigstens 0,2 mm betragen. Die Welligkeit der Wellenlängen beträgt zwischen 50 und 500 mm, bevorzugt zwischen 60 und 200 mm und besonders bevorzugt kleiner als 135 mm. Die Rauigkeit der mit dem glättenden Feinbearbeitungsverfahren behandelten Oberfläche des Substrates gemäß der ersten Ausführungsform, bei der hauptsächlich Wellenberge abgetragen werden, ändert sich dabei im Wesentlichen nicht. Die maximale Rauigkeit Ra liegt bei höchstens 0,5 miti, bevorzugt zwischen 0,2 miti - 0,5 miti, bevorzugt bei höchstens 0,4 miti, besonders bevorzugt bei höchstens 0,3 mip
Dagegen ist die Rauigkeit der mit dem glättenden Feinbearbeitungsverfahren behandelten Oberfläche des Substrates gemäß der zweiten Ausführungsform, bei der der Materialabtrag vollflächig erfolgt, geringer als die ursprüngliche Rauigkeit und beträgt Ra < 0,02 miti, bevorzugt Ra < 0,010 pm.
Die beiden nachfolgenden Tabellen 1 und 2 zeigen exemplarisch gemessene Rauigkeitswerte einer Oberfläche eines keramisierbaren Grünglases vor der glättenden Feinbearbeitung und danach.
Tabelle 1 : Gemessene Rauigkeitswerte einer Oberfläche eines keramisierbaren Grünglases vor der glättenden Feinbearbeitung
Tabelle 2: Gemessene Rauigkeitswerte einer Oberfläche eines erfindungsgemäßen Artikels aus Glaskeramik nach der glättenden Feinbearbeitung
Die in Tabelle 2 genannten Werte der mittleren Rauheit Ra und der gemittelten Rautiefe Rz zeigen anhand zweier Beispiele die erreichbaren Qualitäten erfindungsgemäß erzeugter Artikel aus Glaskeramik. Die Artikel wurden dabei mit unterschiedlichen Poliermittel 1 und 2 glättend feinbearbeitet. Hierbei wurde die als Oberseite bezeichnete Oberfläche gemäß der zweite Ausführungsform der Erfindung vollflächig vor der Keramisierung bearbeitet, wohingegen die als Unterseite bezeichnete Oberfläche nach der Keramisierung bearbeitet wurde.
Tabelle 3: Korngrößenverteilung der Poliermittel 1 und 2
Die eingesetzten Poliermittel 1 und 2 basieren auf einer Slurry mit einer Suspension von Ceroxid (Ce02) in Wasser. Die beiden Poliermittel 1 und 2 unterscheiden sich in der mittleren
Partikelgröße D50 („D50 Laser“), wobei die jeweiligen Werte D50 = 2,0 miti bzw. D50 = 3,0 miti betragen. Mittlere Partikelgrößen bis etwa D50 = 5,0 miti können als geeignet angesehen werden. Die glättende Feinbearbeitung erfolgt dabei mit einem Abtragswerkzeug. Das Abtragswerkzeug weist dabei zumindest eine Abtragsfläche auf, welche um eine Achse senkrecht zur
Abtragsfläche rotiert. Dabei wird das Abtragswerkzeug entlang vorbestimmter Bahnen, beispielsweise mit konstantem Vorschub aber unterschiedlichen Prozessparametern wie Druck und Umdrehungsgeschwindigkeit, über die nachzubearbeitende Oberfläche geführt, wobei die Bahnen einander überlappen. Zusätzlich wird gebundenes und/oder loses Abrasiv als
Schleifmittel und/oder ein Kühlmittel zugegeben.
Fig. 3a zeigt rein exemplarisch eine Vorrichtung 1 a einer möglichen Ausführungsform zur glättenden Feinbearbeitung des Substrates 3 aus keramisierbarem Grünglas. Das Verfahren, beziehungsweise die entsprechend zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichtete
Vorrichtung 1a, basieren darauf, dass
- mit mehreren Abtragswerkzeugen 6, 10 gleichzeitig Material von der
nachzubearbeitenden Oberfläche 31 einer Glas- oder Glaskeramik-Scheibe 3 abgetragen wird, wobei die Abtragswerkzeuge 6, 10 Abtragsflächen 7, 1 1 aufweisen, welche jeweils um eine Achse senkrecht zur Abtragsfläche 7, 1 1 rotieren, wobei
- die Abtragswerkzeuge 6, 10 entlang vorbestimmter Bahnen 8, 12 über die
nachzubearbeitende Oberfläche 31 geführt werden, wobei die Bahnen 8, 12 einander überlappen, und wobei
- zumindest ein erstes Abtragswerkzeug 6 die nachzubearbeitende Oberfläche 31 mit einem Schleifmittel einer ersten Körnung schleift und
- zumindest ein zweites Abtragswerkzeug 10 die vom zumindest einen ersten
Abtragswerkzeug 6 geschliffene Oberfläche mit einem zweiten Schleifmittel mit gegenüber dem ersten Schleifmittel feinerer Körnung poliert, wobei das zweite Schleifmittel ein Slurry umfasst, und wobei
- dieses Slurry auch zwischen der Abtragsfläche 7 des zumindest einen ersten
Abtragswerkzeugs 6 und der nachzubearbeitenden Oberfläche 31 während des Schleifens eingebracht wird.
In Fig. 3a ist jeweils nur eine der von den Werkzeugen 6, 10 überfahrenen Bahnen 8, 12 als schraffierter Bereich dargestellt. Insgesamt werden zur Bearbeitung der gesamten Oberfläche 31 die Abtragswerkzeuge 6, 10 entlang zueinander paralleler Bahnen über die Oberfläche geführt.
Dazu wird, wie anhand der Pfade 9, 13 dargestellt, von den Werkzeugen 6, 10 gegenüber der Oberfläche 31 eine mäanderförmige Bewegung ausgeführt. Um eine solche Bewegung auszuführen, werden die Abtragswerkzeuge 6, 10 entlang der Bahnen 8, beziehungsweise 12 hin und her bewegt und nach jeweils einer Hin- oder Herbewegung das Substrat entlang der Vorschubrichtung 15 ein Stück weiterbewegt. Damit sowohl die Bahnen 8, als auch die Bahnen 12 jeweils untereinander überlappen, ist der Vorschub kleiner als der Durchmesser der
Abtragsflächen 7, beziehungsweise 10. Der Überlapp der Bahnen 8, ebenso wie der Bahnen 12 beträgt dabei vorzugsweise zumindest 20%, besonders bevorzugt mindestens ein Drittel des Durchmessers der Abtragsfläche, beziehungsweise korrespondierend dazu der jeweiligen Bahnbreite.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Vorrichtung derart auszubilden, dass nur ein
Abtragswerkzeug zum Einsatz kommt. Hierzu zeigt rein exemplarisch Fig. 3b eine Vorrichtung 1 b einer möglichen weiteren Ausführungsform zur glättenden Feinbearbeitung des Substrates 3 aus keramisierbarem Grünglas, wobei die Vorrichtung 1 b auf einem einzigen Abtragswerkzeug 6 basiert.
Fig. 4 zeigt einen Vergleich der Stoßfestigkeit von unpoliertem und poliertem Material, welches verfahrensgemäß hergestellt wurde. Deutlich zu erkennen ist eine Festigkeitssteigerung, die im Beispiel bei mindestens 20 % liegt, für das erfindungsgemäß polierte Material, welches auf der bei der Stoßfestigkeitsrelevanten Seite vor der Keramisierung poliert wurde.
Die Ermittlung der Stoßfestigkeit erfolgt dabei nach dem folgenden Verfahren in Anlehnung an den Kugelfalltest gemäß DIN 52306. In diesem Test wird eine 200 g schwere Stahlkugel aus einer definierten Höhe im Freifall auf die Mitte der Probe, also dem Artikel aus Glaskeramik, im Format 100 x 100 x 4 mm fallen gelassen. Die Fallhöhe wird stufenweise gesteigert, bis der Bruch eintritt. Die Stoßfestigkeit ist eine statistische Größe und wird an Serien von etwa 20 Proben ausgeführt. Die Auswertung erfolgt nach dem Weibull-Modell gemäß DIN EN 61649. Das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt, dass es erfindungsgemäß möglich ist, die Festigkeit deutlich zu steigern. In anderen Beispielen konnte eine Festigkeitssteigerung des Artikels aus Glaskeramik von 10 % oder auch von mehr als 20 % ermittelt werden.
Nach der glättenden Feinbearbeitung der zumindest einen Oberfläche des Substrates aus keramisierbaren Grünglas erfolgt eine Keramisierung zur Erzeugung des flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik.
Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wird das Substrat aus keramisierbaren Grünglas nach der glättenden Feinbearbeitung mit dieser Oberfläche auf die Unterlage oder Trägerplatte aufgelegt. Bei dieser Ausführungsform wird durch die Reduzierung der Feinwelligkeit die Relativbewegung des aufgelegten Substrates während der Durchfahrt durch den Rollenofen stark reduziert bzw. findet im Idealfall nicht mehr statt.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird das Substrat aus keramisierbaren Grünglas nach der glättenden Feinbearbeitung mit dieser Oberfläche nach oben auf die
Unterlage oder Trägerplatte aufgelegt. Diese Oberfläche, die aufgrund der Feinbearbeitung frei von Mikrostrukturen und/oder Partikeln ist, weist damit während der Keramisierung nach oben und ist damit de herrschenden Ofenatmosphäre stärker ausgesetzt, so dass die Ausbildung der gewünschten glasigen Oberflächenzone besonders gut gelingt.
Auf diese Weise wird ein erfindungsgemäßer Artikel aus Glaskeramik erhalten. Hierauf erfolgen die üblichen Nachbearbeitungen des Artikels, etwa das Zuschneiden oder das Anbringen einer Facette, oder auch das Bedrucken.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die gebogene Ausführung der Kaminsichtscheibe 40 gemäß Fig. 1 auf einem dem Keramisieren nachgeschalteten Umformen des Artikels aus Glaskeramik basiert. Um eine gebogene Kaminsichtscheibe 40 wie in Fig. 1 gezeigt zu erzeugen, schließt sich also ein Schwerkraftsenken des Artikels aus Glaskeramik in einer entsprechenden Form an. Die in den Figuren 1 und 2 abgebildeten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäß erzeugten Artikels aus Glaskeramik umfassen eine Vorderseite 43, 53 sowie eine gegenüberliegend angeordnete Rückseite 42, 52, welche in den Ausführungsbeispielen dem Verbrennungsraum zugewandt sind.
Bei einem glättenden Feinbearbeiten und Keramisieren gemäß der zweiten Ausführungsform stellt dies diejenige Seite dar, welche feinbearbeitet wurde und welche während der
Keramisierung nicht auf der Unterlage auflag. Wichtige Verfahrensschritte verdeutlicht die Fig. 7 weiter unten.
Fig. 5 zeigt zunächst schematisch in einer Queransicht an einem Beispiel einen Ausschnitt eines Fleißformgebungsverfahrens mittels zwei gegenläufig arbeitenden Formgebungswalzen 90, welche sich im Betrieb in einer mit„R“ gekennzeichneten Rotationsbewegung befinden und keramisierbares Grünglas walzen. Zwischen diesen Formgebungswalzen 90 bewegt sich aus der Glasschmelze (nicht eingezeichnet) kommendes, keramisierbares Grünglas 80 in Form eines flachen, kontinuierlichen Glasbandes. Selbstverständlich können auch mehr als ein Satz Formgebungswalzen 90 zum Einsatz kommen, um das keramisierbare Grünglas auf die vorgegebene Dicke zu walzen. Das keramisierbare Grünglas 80 wird dabei über Transportrollen 92 geführt, welche ebenfalls nur rein exemplarisch eingezeichnet sind. In der Darstellung sind vier Transportrollen 92 eingezeichnet.
Rein beispielhaft ist das gewalzte keramisierbare Grünglas 80 mit charakteristischen Wellen bzw. Feinwellen dargestellt, wobei hier mit dem Bezugszeichen 81 ein Wellenberg und mit dem Bezugszeichen 82 ein Wellental bezeichnet sind.
Die gewalzten Oberflächen des keramisierbaren Grünglases 80 weisen ferner eine
Mikrostrukturierung in Form von offenen Poren 83 auf, welche die sogenannte„Orangenhaut“ darstellen.
Ferner weisen die gewalzten Oberflächen des keramisierbaren Grünglases 80 Partikel 84 auf, welche Fertigungsrelikte oder andere Verunreinigungen sein können. Diese können auf der Oberfläche aufliegen oder anhaften, treten aber bevorzugt auf der Unterseite auf, da diese Seite im Kontakt zum Glas steht.
Es ist selbstverständlich, dass die abgebildeten Wellen, Mikrostrukturen und Partikel nur rein beispielhaft dargestellt sind und demzufolge in unterschiedlicher Form, Größe und Ausprägung vorhanden sein können. So können beispielsweise die Partikel 84 auch nur auf einer Oberfläche, insbesondere der Unterseite, und nicht auf beiden vorhanden sein.
Die Figuren 6a und 6b zeigen rein beispielhaft die Problematik bei Durchsicht durch zwei unterschiedliche Artikel aus Glaskeramik. In Fig. 6a ist ein Artikel aus Glaskeramik 97 dargestellt, bei welchem die vorstehend beschriebenen Oberflächenbeeinträchtigungen die Durchsicht deutlich verschlechtern und dazu führen, dass bei Durchsicht ein„verschwommener“ Eindruck für das menschliche Auge entsteht mit unscharfen, nicht klar umrissenen Konturen eines auf der anderen Seite des Artikels liegenden Objektes. Anders dagegen verhält es sich bei dem Artikel aus Glaskeramik 87 in Fig. 6b, welcher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wurde. Hier ist eine klare Durchsicht möglich, ohne dass die Konturen unscharf und nicht klar Umrissen sind.
Die Fig. 7 verdeutlicht schematisch wichtige Verfahrensschritte am Beispiel der zweiten
Ausführungsform der Erfindung, ausgehend von der Fleißformgebung bis zum Erhalt des Artikels aus Glaskeramik.
Häufig befinden sich die meisten Verunreinigungen des keramisierbaren Grünglases 80 mit Partikeln 84 auf derjenigen Seite, welche während der Fleißformgebung in Kontakt mit den Transportrollen 92 steht. In dem Beispiel ist dies die Unterseite 86.
Höchst vorteilhaft wird daher diese Seite 86 des keramisierbaren Grünglases 80
der glättenden Feinbearbeitung unterzogen, also erfindungsgemäß bearbeitet, vorzugsweise poliert, wohingegen die gegenüberliegende Seite 85, welche in der Fleißformgebung keinen Kontakt zu Transportrollen hatte, unverändert in ihrer Oberflächenbeschaffenheit erhalten bleibt. Da diese Oberfläche nur Kontakt zu der Formgebungswalze hatte, sind kaum Verunreinigungen mit Partikeln 84 von den Transportrollen zu befürchten. Vor diesem Hintergrund wird das keramisierbare Grünglas 80 vereinzelt und in Abschnitte getrennt, und die auf diese Weise erzeugten Substrate aus keramisierbaren Grünglas 100 werden mit der Unterseite 86 nach oben weisend glättend feinbearbeitet.
Vor der Feinbearbeitung wird also das Substrat 100 mit der Unterseite 86, welche während der Heißformgebung in Kontakt mit den Transportrollen 92 stand, nach oben gedreht und dann glättend feinbearbeitet. Nach der Feinbearbeitung wird ein Substrat 101 mit einer
feinbearbeiteten Oberfläche 86a erhalten, wie es in der Fig. 7 ersichtlich ist.
Diese glättend fein bearbeitete Oberfläche 86a weist demzufolge eine geringfügig reduzierte Welligkeit gegenüber der ursprünglichen Oberfläche 86 des keramisierbaren Grünglases auf. Durch die glättende Feinbearbeitung dieser Oberfläche 86a des Substrates aus keramisierbare Grünglas 80 sind die Mikrostrukturen, insbesondere die offenen Poren 83, und/oder die Partikel 84 auf dieser Oberfläche 86a vollständig entfernt.
Für die Keramisierung im nachfolgenden Verfahrensschritt wird dieses Substrat aus keramisierbaren Grünglas 101 zur Vorbereitung der Keramisierung auf eine Unterlage, im Beispiel eine Trägerplatte 95, aufgelegt. Hierbei wird ersichtlich, dass die jetzige Oberfläche 85, mit der das Substrat 101 auf der Trägerplatte 95 aufliegt, die frühere Oberfläche 85 des keramisierbaren Grünglases 80 während der Heißformgebung gewesen ist und nunmehr die Unterseite darstellt. Diese Oberfläche 85 kann demzufolge noch, zumindest teilweise,
Mikrostrukturen und/oder auch Partikel umfassen.
Während der Keramisierung (nicht abgebildet) kann auf der Oberseite des Substrates 101 , also auf der Oberfläche 86a, sehr vorteilhaft die glasige, Lithium-verarmte Zone ausgebildet werden, welche später im Einsatz des Artikels die besonders hohe chemische Resistenz aufweist. Diese Oberfläche 86a zeichnet sich dadurch aus, dass sie infolge der glättenden Feinbearbeitung zudem poren- und partikelfrei ist und keiner weiteren Nachbearbeitung bedarf.
Auf diese Weise wird ein erfindungsgemäßer Artikel aus Glaskeramik 87 erhalten. Optional kann sich ein weiterer Verfahrensschritt anschließen, bei dem die Unterseite 85 dieses Artikels aus Glaskeramik 87 nochmals einer Feinbearbeitung unterzogen wird, um eine nach der Keramisierung glättend feinbearbeitete Oberfläche 85a zu erzeugen. Eine glättende
Feinbearbeitung nach der Keramisierung ermöglicht es, Partikel, welche etwa während der Keramisierung entstanden sind und an der Oberfläche 85 anhaften, abzutragen.
Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform des Artikels aus Glaskeramik 87 zeigt eine derartige Bearbeitung, wobei die eine Oberfläche 86a vor der Keramisierung und die gegenüberliegende Oberfläche 85a nach der Keramisierung glättend feinbearbeitet wurden.
Die Figuren 8a, 8b und 8c zeigen den Unterschied der glättenden Feinbearbeitung gemäß der beiden erfindungsgemäßen Ausführungsformen am Beispiel eines Abschnittes eines keramisierbaren Grünglases 100.
Hierzu ist exemplarisch in Fig. 8a ein Ausschnitt eines Substrates aus keramisierbaren Grünglas 100 dargestellt. In dem gezeigten Ausschnitt ist der Einfachheit lediglich eine Oberfläche 85, 86 dargestellt, welche prinzipiell sowohl die Ober- als auch die Unterseite des keramisierbaren Grünglases in der Fleißformgebung gewesen sein kann. Weiterhin sind aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich die Wellen dargestellt; auf die Darstellung von Mikrostrukturen und Partikeln wurde verzichtet.
Fig. 8b zeigt denselben Ausschnitt eines Substrates aus keramisierbarem Grünglas 101 a, bei dem eine Oberfläche 85, 86 gemäß der ersten Ausführungsform glättend feinbearbeitet wurde. Hierbei wurde Material 88 der Wellenberge abgetragen, die Wellentäler 82 blieben dagegen erhalten. Demzufolge weist die Oberfläche im Bereich der Wellentäler 82 weiterhin die frühere Beschaffenheit auf, wohingegen die Welligkeit durch Abtragen des Materials der Wellenberge und Ausbilden entsprechend abgeflachter Bereiche abgenommen hat.
Fig. 8c zeigt den in Fig. 8a gezeigten Ausschnitt eines Substrates aus keramisierbarem Grünglas 101 b. In der Darstellung mit dem schraffierten Bereich 89 gezeigt ist dasjenige Material, welches gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung abgetragen wird. Bei dem glättend feinbearbeiteten Substrat 101 b ist demzufolge auf einer Oberfläche vollflächig Material abgetragen. Demnach ist hier sowohl im Bereich der Wellenberge 81 als auch im Bereich der Wellentäler 82 Material abgetragen, und eine neue Oberfläche 1 10 wird geschaffen, welche die frühere Oberfläche 85, 86 ersetzt. Diese neue Oberfläche umfasst weiterhin Wellentäler 82a und Wellenberge 81 a.
Die Figuren 9a und 9b zeigen in einer schematischen Darstellung zwei Polierköpfe 60, 70 in einer Queransicht, welche als Abtragswerkzeuge 6, 10 für die glättende Feinbearbeitung verwendet werden können. Während der Polierkopf 60 über eine starre Abtragsfläche 62 verfügt, ist der Polierkopf 70 als flexibler Abtragskopf ausgebildet und verfügt hierzu über eine flexible
Zwischenschicht 71 , welche der Abtragsfläche 72 eine bessere Nachgiebigkeit über die gesamte Abtragsfläche verleiht. Die Kraftpfeile 63, 73 zeigen rein exemplarisch qualitativ den Verlauf des Anpressdruckes bei Einsatz der Polierköpfe 60, 70.
Die flexible Zwischenschicht 71 kann ein nachgiebiges Material, etwa ein flexibles Polyurethan, umfassen. Für die glättende Feinbearbeitung gemäß der zweiten Ausführungsform ist der flexible Polierkopf 70 besonders gut geeignet, da er gleichmäßig über die Fläche verteilt Material abtragen kann. Der Einsatz des starre Polierkopfes 60 hingegen führt dazu, dass zunächst Material im Bereich der Wellenberge abgetragen wird, und ist damit geeignet für ein glättendes Feinbearbeiten gemäß der ersten Ausführungsform.
Die Figuren 10 und 1 1 zeigen Ausführungsbeispiele der Abtragsflächen flexibler Polierköpfe 70.
In der Abbildung sind sogenannte Polierpads 120 gezeigt, welche als Viertelkreise ausgebildet sind. Zwischen diesen insgesamt jeweils vier Segmenten von Polierpads 120 sind kleine Gräben 121 ausgebildet, die den Materialtransport bei dem Abtrag unterstützen. Die Polierpads 120 können ein Filz oder ein Elastomer, vorzugsweise Polyurethan, umfassen.
Die Figuren 12 und 13 zeigen eine Draufsicht auf einen Querschliff zweier Artikel aus
Glaskeramik. Fig. 12 zeigt einen Querschliff eines Ausschnitts eines Artikels aus Glaskeramik, bei dem von der Oberfläche Material bis zu einer Tiefe von etwa 6 miti abgetragen wurde. Es ist keine glasige Oberflächenzone mehr vorhanden; die Glaskeramik 132 reicht bis zur Oberfläche 133. In dem in Fig. 13 gezeigten Querschliff handelt es sich um einen Ausschnitt eines Artikels aus Glaskeramik, welcher erfindungsgemäß erzeugt wurde. Hier ist eine glasige Oberflächenzone 131 zu erkennen, welche eine Dicke von etwa 100 nm aufweist, und welche dann in die eigentliche Glaskeramik 132 übergeht. Der Übergangsbereich der glasigen Oberflächenzone 131 zu der Glaskeramik 132 ist durch die gestrichelt eingezeichnete Linie 134 dargestellt, wobei der Übergang fließend ist. Diese glasige Oberflächenzone 131 führt zu der hohen chemischen Resistenz des erfindungsgemäß erzeugten Artikels aus Glaskeramik.

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik zur Verwendung als Sichtscheibe, umfassend die folgenden Schritte:
- Erzeugen einer Schmelze mit einer für eine Keramisierung geeigneten Rohstoff- Zusammensetzung,
- Erzeugen eines flachen Substrates aus keramisierbarem Grünglas mit zwei
gegenüberliegend angeordneten, im wesentlichen ebenen Oberflächen aus der Schmelze mittels Heißformgebung,
- Bearbeiten von zumindest einer der Oberflächen des Substrates mit einem
glättenden Feinbearbeitungsverfahren,
- Keramisieren des Substrates zur Erzeugung des Artikels aus Glaskeramik.
2. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das keramisierbare Grünglas auf dem Lithium-Aluminosilikat-System (LAS-Glaskeramik) basiert.
3. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das keramisierbare Grünglas Keimbildner umfasst, bevorzugt Ti02 und/oder Zr02, oder auch Sn02, wobei der kristalline Anteil des keramisierbaren Grünglases weniger als 20 Vol.-%, bevorzugt weniger als 10 Vol.-% und besonders bevorzugt weniger als 5 Vol.-% beträgt.
4. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaskeramik einen Zusammensetzungsbereich (in Gew.-%) von
50 - 75,0 Si02,
15 - 28,0 Al203,
0 - 3,0 B203,
0 - 1 ,0 F,
2,0 - 6,0 Li20,
0 - 6,5 CaO + SrO + BaO, 0 - 7,0 Ti02,
0 - 5,0 Zr02,
0 - 5,0 ZnO,
0 - 3,0 Sb203,
0 - 3,0 MgO,
0 - 3,0 Sn02,
2,0 - 7,0 T1O2 + Zr02 + Sn02
0 - 9,0 P2O5,
0 - 2,0 AS2O3,
0 - 4,0 Na20 + K2O, wobei die jeweiligen Anteile innerhalb der nachfolgend
angegebenen Bereiche liegen:
0 - 4,0 Na20,
O - 4,0 K2O, umfasst,
sowie übliche Läutermittel wie Sb2Ü3, AS2O3, Sn02, Ce203, Fluor, Brom und Sulfat, bei einem Wassergehalt von 0,01 - 0,08 Gew.-%.
5. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heißformgebung des keramisierbaren Grünglases ein Walzverfahren umfasst, vorzugsweise umfassend zumindest ein gegenläufig zueinander rotierendes Walzenpaar.
6. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das glättende Feinbearbeitungsverfahren das Abtragen von Material mit zumindest einem
Abtragswerkzeug umfasst, wobei das Abtragswerkzeug vorzugsweise zumindest eine Abtragsfläche umfasst, welche um eine Achse senkrecht zur Abtragsfläche rotiert, wobei das Abtragswerkzeug entlang vorbestimmter Bahnen über die nachzubearbeitende Oberfläche geführt wird, und wobei die Bahnen einander überlappen.
7. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Abtragswerkzeug einen flexiblen Abtragskopf umfasst, vorzugsweise einen flexiblen Polierkopf.
8. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das glättende Feinbearbeitungsverfahren unter Zufuhr von gebundenem oder losem Abrasiv und/oder von Kühlmittel erfolgt.
9. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem glättenden Feinbearbeitungsverfahren von zumindest einer Oberfläche des keramisierbaren Grünglases Material abgetragen wird, wobei nur die Wellenberge abgetragen werden und die Oberfläche im Bereich der Wellentäler erhalten bleibt.
10. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 -8, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem glättenden Feinbearbeitungsverfahren von zumindest einer Oberfläche des keramisierbaren Grünglases Material abgetragen wird, wobei vollflächig Material von dieser Oberfläche abgetragen wird, vorzugsweise mit einer Tiefe von etwa 0,1 miti bis 5 miti, bevorzugt von 0,1 miti bis 1 mip
1 1 . Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine glättend nach bearbeitete Oberfläche des Substrates aus keramisierbaren Grünglas eine Welligkeit von höchstens 500 miti, bevorzugt höchstens 50 miti, und ganz besonders bevorzugt höchstens 10 miti aufweist
12. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine glättend nachbearbeitete Oberfläche des Substrates aus keramisierbaren Grünglas eine Welligkeit der Wellenlängen zwischen 50 und 500 mm, bevorzugt zwischen 60 und 200 mm und besonders bevorzugt kleiner als 135 mm aufweist.
13. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus keramisierbaren Grünglas zum Durchführen der Keramisierung auf eine als
Brennhilfsmittel dienende, glatte Unterlage, vorzugsweise eine Unterlagsplatte oder Trägerplatte, aufgelegt wird, wobei die Unterlage vorzugsweise aus einem
hochtemperaturstabilen Material hergestellt ist und/oder Keatit umfasst.
14. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus keramisierbarem Grünglas derart auf die Unterlage aufgelegt wird, dass die glättend nachbearbeitete Oberfläche des Substrates während der Keramisierung in Kontakt mit der Unterlage steht.
15. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 -13, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus keramisierbarem Grünglas während der Keramisierung derart auf die Unterlage aufgelegt wird, dass die glättend nach bearbeitete Oberfläche nicht auf der Unterlage aufliegt.
16. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramisierung in einem Chargierofen oder in einem Durchlauf- oder Rollenofen erfolgt.
17. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Artikel aus Glaskeramik eine Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich bezogen auf eine Wandstärke von 4 mm größer als 0,75 bei 400 nm, größer als 0,845 bei 450 nm, größer als 0,893 bei 550 nm, größer als 0,90 bei 600 nm und größer als 0,90 bei 700 nm Wellenlänge aufweist.
18. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Oberfläche des Artikels nach einer glättenden Feinbearbeitung, wobei nur die
Wellenberge bearbeitet werden, eine maximale Rauigkeit Ra von höchstens 0,5 miti, bevorzugt zwischen 0,2 miti - 0,5 miti, bevorzugt höchstens 0,4 miti, besonders bevorzugt höchstens 0,3 miti aufweist.
19. Verfahren zur Herstellung eines flachen, transparenten Artikels aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 -17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Oberfläche des Artikels nach einer vollflächig glättenden Feinbearbeitung geringer ist als die ursprüngliche Rauigkeit, wobei vorzugsweise gilt: Ra < 0,02 miti, bevorzugt Ra < 0,010 mhi.
20. Artikel aus Glaskeramik, insbesondere flacher, transparenter Artikels aus Glaskeramik, hergestellt oder herstellbar mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden
Ansprüche.
21. Artikel aus Glaskeramik nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Artikel aus Glaskeramik eine Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich bezogen auf eine Wandstärke von 4 mm größer als 0,75 bei 400 nm, größer als 0,845 bei 450 nm, größer als 0,893 bei 550 nm, größer als 0,90 bei 600 nm und größer als 0,90 bei 700 nm Wellenlänge aufweist.
22. Artikel aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche 20-21 , dadurch
gekennzeichnet, dass die zumindest eine glättend nach bearbeitete Oberfläche eine hohe chemische Resistenz gegenüber dem Angriff von Verbrennungsprodukten aufweist, insbesondere gegenüber schwefelhaltigen Abgasen, die Verbindungen aus schwefeliger Säure oder Schwefelsäure enthalten.
23. Artikel aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche 20-22, dadurch
gekennzeichnet, dass die zumindest eine glättend nach bearbeitete Oberfläche eine Welligkeit von höchstens 200 miti, bevorzugt höchstens 100 miti, und ganz besonders bevorzugt höchstens 20 miti aufweist, gemessen als Höhendifferenz zwischen einem Wellental und einem benachbarten Wellenberg und/oder eine Welligkeit der
Wellenlängen zwischen 50 und 500 mm, bevorzugt zwischen 60 und 200 mm und besonders bevorzugt kleiner als 135 mm.
24. Artikel aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche 19-23, dadurch gekennzeichnet, dass der Artikel aus Glaskeramik zumindest eine an Lithium verarmte, glasige Oberflächenzone umfasst, welche vorzugsweise eine Dicke, gemessen von der Oberfläche des Artikels, zwischen 200 nm und 2.000 nm aufweist.
25. Scheibe oder Sichtscheibe, insbesondere beschusshemmende Sichtscheibe oder Scheibe für Backofentüren, transparente Backofenscheibe, Brandschutzscheibe, Einlegeboden, insbesondere Mikrowelleneinlegeboden, Kochfläche, Ofen- oder Kaminsichtscheibe, insbesondere großformatig mit wenigstens 0,7 nf, bevorzugt wenigstens 1 ,0 nf Fläche, umfassend einen Artikel aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche 19-24.
26. Trägerplatte, Unterlage, unbedruckte oder bedruckte Koch- oder Arbeitsplatte oder - tisch, insbesondere großformatig mit wenigstens 0,7 nf, bevorzugt wenigstens 1 ,0 nf Fläche, umfassend einen Artikel aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden
Ansprüche 19-24.
27. Ofen, insbesondere Kaminofen, umfassend einen Artikel aus Glaskeramik nach einem der vorstehenden Ansprüche 19-24, wobei die an Lithium verarmte, glasige
Oberflächenzone der Sichtscheibe im Einbau dem Verbrennungsraum zugewandt ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB1322796A (en) 1970-07-14 1973-07-11 English Electric Co Ltd Surface-devitrified glass
DE3345316A1 (de) * 1982-12-20 1984-06-20 Corning Glass Works, Corning, N.Y. Glaskeramik, besonders fuer fensterglas in holz- und kohleoefen
DE10226815B4 (de) 2001-06-23 2004-09-09 Schott Glas Brennhilfsmittel für die thermische Behandlung von Gütern aus unterschiedlichen Materialien bei Einbrenn-Temperaturen und Verfahren zu seiner Herstellung
US7056848B2 (en) 2001-06-23 2006-06-06 Schott Ag Nonporous keatite glass ceramic support plate for transporting products during heat treatment, method of making same and method of transporting products therewith
DE10344439B3 (de) 2003-09-25 2005-02-10 Schott Ag Verfahren zum Herstellen von breit facettierten Glas-/Glaskeramikplatten und Glas-/Glaskeramikplatten mit breitem Facettenschliff
DE102009015089B4 (de) * 2009-03-31 2012-05-24 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zur Keramisierung von Gläsern, Glaskeramikartikel und seine Verwendung
DE102010023407B4 (de) 2010-06-11 2017-02-02 Schott Ag Glaskeramik-Gegenstand für die Herstellung von Photovoltaik-Elementen
DE102010027461B4 (de) * 2010-07-17 2019-08-22 Schott Ag Lithiumhaltige, transparente Glaskeramik mit geringer Wärmedehnung, einer weitestgehend amorphen, an Lithium verarmten, überwiegend glasigen Oberflächenzone und hoher Transmission, ihre Herstellung und Verwendung
DE102010033041A1 (de) 2010-08-02 2012-02-02 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zum Nachbearbeiten von Glas- oder Glaskeramikscheiben
DE102010043326B4 (de) * 2010-11-03 2013-08-14 Schott Ag Verfahren zur festigkeitssteigernden Keramisierung eines gefloateten kristallisierbaren Glases, keramisiertes Floatglas und Verwendung des keramisierten Floatglases
JP2013112554A (ja) 2011-11-28 2013-06-10 Nippon Electric Glass Co Ltd ガラス板研磨装置
CH707926A1 (de) * 2013-04-17 2014-10-31 Saint Gobain Herstellung einer Scheibe aus keramischem Glas.
DE102013018465A1 (de) 2013-11-05 2015-05-07 Schott Ag Körper aus einem sprödbrüchigen Material und einem metallischen Material sowie ein Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung eines sprödbrüchigen Materials und eines metallischen Materials
JP6430133B2 (ja) 2014-03-14 2018-11-28 日本電気硝子株式会社 調理器用トッププレート
DE102014226986B9 (de) * 2014-12-23 2017-01-12 Schott Ag Glaskeramisches Substrat aus einer transparenten, eingefärbten LAS-Glaskeramik und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102016216305B4 (de) 2015-09-04 2023-04-20 Schott Ag Verwendung einer transparenten Glaskeramikscheibe als Kaminsichtscheibe in einem Kaminofen

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