LU102045B1

LU102045B1 - Flachglasscheibe

Info

Publication number: LU102045B1
Application number: LU102045A
Authority: LU
Inventors: Thomas Voland; Martin Gross; Michael Heidan; Sabine Hönig
Original assignee: Univ Freiberg Tech Bergakademie
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2022-03-03
Also published as: EP4208422A1; WO2022049205A1; US20230312389A1; CN116348422A; KR20230059812A; TW202214538A

Abstract

Die Erfindung betrifft Die Erfindung betrifft eine Flachglasscheibe, die aus einem Grundmaterial gefertigt ist, das ein alkalihaltiges Silikatglas, insbesondere ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas ist, oder ein Alumosilikatglas ist. Die Flachglasscheibe zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine Oberflächenschicht an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht angrenzende, Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist und dass die Flachglasscheibe bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung aufweist, wobei die Zugspannung mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung konstant ist.

Description

03.09.2020 | 084A0005LU LU102045 | Beschreibung Titel: Flachglasscheibe Die Erfindung betrifft eine Flachglasscheibe, die aus einem Grundmaterial gefertigt ist, das ein alkalihaltiges Silikatglas, insbesondere ein Alkali- Erdalkali-Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas ist, oder ein Alumosilikatglas ist.

Es sind verschiedene Härte- und Verfestigungsverfahren bekannt, um Glas als vielseitiges Hightech Material der jeweiligen Verwendung ideal anzupassen. Die meisten Harte- und Verfestigungsverfahren sind entweder nur sehr aufwändig anwendbar und/oder setzen die Verwendung von zumeist teurem Spezialglas voraus.

Beispielsweise ist es bekannt, die Bruchfestigkeit von Glas durch sog. thermisches Vorspannen (umgangssprachlich auch thermisches Härten oder Tempern genannt) zu erhöhen. Hierbei wird das zu verfestigende Glaswerkstück in einem Ofen auf ca. 600 °C erhitzt und dann schnell auf Raumtemperatur abgeschreckt. Durch dieses Abschrecken erstarrt die Oberfläche und die äußeren Abmessungen des Bauteiles ändern sich danach nur noch wenig. Es entstehen an der Oberfläche des Glaswerkstücks Druckspannungen, die im Ergebnis zu einer höheren Bruchfestigkeit führen. Das thermische Vorspannen kommt insbesondere bei der Herstellung von Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) zum Einsatz. Das Spannungsprofil von Einscheiben-Sicherheitsglas weist Über die Glasdicke im Inneren hohe Zugspannungen auf, die im Versagensfall der Scheibe zu einem charakteristischen Krümelbruchbild führen.

Es ist auch bekannt, Glasgegenstände durch chemisches Vorspannen zu verfestigen. Beim chemischen Vorspannen wird zwischen Verfahren mit einem sogenannten Hochtemperatur-lonenaustausch und Verfahren mit

03.09.2020 084A0005LU 2 LU102045 einem sogenannten Niedertemperatur-lonenaustausch unterschieden.

Lediglich Verfahren mit Niedertemperatur-lonenaustausch, bei dem ein Alkali- lon durch ein größeres Alkali- lon ersetzt wird, haben bislang industriellen Einsatz gefunden.

Bei diesen Verfahren wird eine Druckspannungszone an der Oberfläche des Glases durch einen lonenaustausch erreicht, der zumeist in einem Bad aus geschmolzenem Salz zwischen der Glasoberfläche und dem Salzbad stattfindet.

Es werden beispielsweise Natriumionen gegen Kaliumionen ausgetauscht, wodurch in der Glasoberfläche eine Druckspannungszone entsteht, weil die Kaliumionen größer sind als die Natriumionen.

Für handelsübliche Gläser (Alkali-Erdalkali-Silikatgläser) ist die Behandlungszeit in der Salzschmelze nachteiliger Weise sehr lang.

Sie beträgt üblicherweise zwischen 8 und 36 Stunden.

Das Problem der langen Prozesszeiten kann durch die Verwendung teurer Spezialgläser bei gleichzeitiger Anwendung komplizierter, insbesondere mehrstufiger, Behandlungsverfahren vermindert werden.

Aus DD 1579 66 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfestigung von Glaserzeugnissen durch lonenaustausch bekannt.

Die Glaserzeugnisse werden dabei durch Alkalionenaustausch zwischen der Glasoberfläche und Alkalisalzschmelzen verfestigt.

Zur Verfestigung werden Hohlglaserzeugnisse mit nach unten gekehrter Öffnung oder Hohlglaserzeugnisse, die um eine horizontale Achse gedreht oder geschwenkt werden, mit der Salzschmelze beregnet.

Hierbei wird das Salz ständig umgewälzt und durch Lochbleche geleitet, um für die in mehreren Lagen angeordneten Glaserzeugnisse eine Regenkaskade zu erzeugen.

Nachteiliger Weise ist dieses Verfahren nur unter Verwendung von vergleichsweise teurem Spezialglas wirtschaftlich sinnvoll nutzbar.

Aus DE 11 2014 003 344 T5 ist ein chemisch gehärtetes Glas für Flachbildschirme von Digital-Kameras, Mobiltelefonen, digitalen Organizern usw., bekannt.

Das chemisch gehärtete Glas weist eine

03.09.2020 084A0005LU 3 LU102045 Druckbelastungsschicht auf, die mit einem lonenaustausch-Verfahren erzeugt wird, wobei das Glas eine Oberflächen-Rauigkeit von 0,20 nm oder höher aufweist und wobei die Wasserstoffkonzentration Y im Bereich Zu einer Tiefe X von einer äußersten Oberfläche des Glases der Gleichung Y=aX+b bei X-= von 0,1 bis 0,4 (um) genügt.

Das Glas wird auf eine Temperatur von 100 °Celsius vorgeheizt und dann in geschmolzenes Salz eingetaucht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flachglasscheibe anzugeben, die eine hohe Festigkeit aufweist und die, insbesondere im Hinblick auf eine Massenproduktion, schnell und kostengünstig herstellbar ist.

Die Aufgabe wird durch eine Flachglasscheibe gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass a. wenigstens eine Oberflächenschicht an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht angrenzende, Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist und dass b. die Flachglasscheibe bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung aufweist, wobei die Zugspannung mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung konstant ist.

03.09.2020 084A0005LU 4 LU102045 In erfindungsgemäBer Weise wurde erkannt, dass durch eine Kombination | von thermischem und chemischem Härten eine Flachglasscheibe, insbesondere aus herkdmmlichem Gebrauchsglas, Festigkeitswerte aufweisen kann, die um ein Vielfaches Uber den Festigkeitswerten einer gleichen, jedoch unbehandelten Flachglasscheibe liegen. Die Erfindung hat den ganz besonderen Vorteil, dass insbesondere für Gebrauchsgegenstände des täglichen Bedarfs auf Grund der erhöhten Bruchfestigkeit eine geringere Dicke der Flachglasscheibe erforderlich ist. Dies hat zur Folge, dass bei der Herstellung gegenüber herkömmlich aus demselben Glasmaterial hergestellten Flachglasscheiben Glas eingespart werden kann. Insbesondere können die erfindungsgemäß hergestellten Flachglasscheiben daher ein geringeres Eigengewicht aufweisen, als herkömmlich aus demselben Glasmaterial hergestellte Flachglasscheiben.

In erfindungsgemäßer Weise wurde insbesondere erkannt, dass besonders gute Ergebnisse erzielt werden, wenn ein Flachglasscheiben-Rohling zunächst in der bekannten Weise hergestellt und auf eine Primärtemperatur, die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin Uber dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt, erwärmt wird. Anders als bei dem herkömmlichen Tempern wird der Flachglasscheiben-Rohling | jedoch vorzugsweise nicht schlagartig auf Raumtemperatur abgeschreckt, sondern auf eine höhere Temperatur. Vorzugsweise wird der erwärmte Flachglasscheiben-Rohling auf eine Abschrecktemperatur abgeschreckt, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter der Primärtemperatur liegt. Danach kann ein lonenaustauschprozess stattfinden, der bewirkt, dass im Ergebnis wenigstens eine Oberflächenschicht an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht angrenzende,

03.09.2020 084A0005LU LU102045 Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist. Für den lonenaustauschprozess sind erfindungsgemäß wesentlich kürzere Behandlungszeiten erforderlich als bei bekannten Methoden des chemischen Härtens, um insgesamt eine 5 wesentliche Erhöhung der Festigkeitswerte zu erreichen. Der lonenaustauschprozess kann sich insbesondere unmittelbar an den Prozess des Abschreckens anschließen. Insbesondere können so sehr hohe Festigkeitswerte, insbesondere im Hinblick auf Biegebruchfestigkeit, Mikrohärte und Kratzfestigkeit, erreicht werden, die die Festigkeitswerte eines unbehandelten, ansonsten gleichen Flachglasscheiben um ein Vielfaches übersteigen. Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe weist durch die oben erläuterte Art der Behandlung bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung auf, wobei die Zugspannung mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung konstant ist. Hierin unterscheidet sich die erfindungsgemäße Flachglasscheibe ganz wesentlich beispielsweise von Flachglasscheiben, die mit einem bekannten chemischen Vorspannverfahren behandelt wurden.

Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann vorteilhaft insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Oberflächenschicht eine Dicke im Bereich von 0,5 um bis 60 um, insbesondere im Bereich von 0,5 um bis 30 um, insbesondere im Bereich von 0,5 um bis 15 um aufweist. In vorteilhafter Weise wurde erkannt, dass sehr hohe Festigkeitswerte erreicht werden, wenn die Oberflächenschicht die genannte Dicke aufweist, wobei die genannte Dicke der Oberflächenschicht in vorteilhafter Weise trotz des

03.09.2020 | 084A0005LU 6 LU102045 Verzichts auf teure und aufwändig herstellbare Spezialgläser vergleichsweise schnell erreichbar ist. Ganz besonders robust ist eine Flachglasscheibe, die zwei, insbesondere zueinander parallele, Oberflächenschichten aufweist. Hierbei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass jede der beiden Oberflächenschichten an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, währende eine zwischen den Oberflächenschichten angeordnete Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, und dass die Flachglasscheibe beidseitig jeweils bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung aufweist, wobei die Zugspannung mit zunehmender Tiefe bis Zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung konstant ist. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass beide Außenseiten des Flachglasscheiben-Rohlings gleich behandelt werden.

Insbesondere in den Bereichen der Flachglasscheibe, in denen die Oberflächenschichten gleich ausgebildet und zueinander parallel sind, ist das Zugspannungsmaximum zumeist mittig zwischen den Oberflächenschichten angeordnet. Es ist jedoch auch möglich die Flachglasscheibe derart auszubilden, dass das Zugspannungsmaximum außermittig zwischen den Oberflächenschichten angeordnet ist. Dies kann insbesondere durch eine unterschiedliche Behandlung der Oberflächenschichten bei der Herstellung, insbesondere beim Verfestigen, erreicht werden.

Insbesondere kann die Flachglasscheibe derart ausgebildet sein, dass sie zu der Seite hin, auf der eine hohe Gebrauchsbelastung zu erwarten ist,

03.09.2020 084A0005LU | 7 LU102045 einen besonders großen Spannungsgradienten aufweist, während sie auf der der zu erwarteten Krafteinwirkung abgewandten Seite einen geringeren Spannungsgradienten aufweisen kann.

Bei einer anderen Ausführung ist lediglich eine erste der beiden Oberflächenschichten an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert, währende die andere Oberflächenschicht und eine zwischen den Oberflächenschichten angeordnete Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert sind, wobei die Flachglasscheibe beidseitig jeweils bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung aufweist, und wobei die Zugspannung mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung konstant ist. Eine solche Flachglasscheibe kann beispielsweise erreicht werden, indem nach dem Herstellen des Flachglasscheiben-Rohlings lediglich eine Seite des Flachglasscheiben- Rohlings in der oben beschriebenen Weise weiter behandelt wird.

Die Flachglasscheibe kann vorteilhaft eine Dicke im Bereich vom 0,03 mm bis 22 mm, insbesondere im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm oder von 0,5 mm im Bereich bis 5 mm oder im Bereich von 0,6 mm bis 3 mm oder im Bereich von 0,68 mm bis 3 mm oder von 0,68 mm, aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass bei derartigen Dicken besonders gute Festigkeitswerte im Vergleich zu gleichen, jedoch unbehandelten Flachglasscheiben erzielt werden können.

Insbesondere kann vorteilhaft ausgenutzt werden, dass eine erfindungsgemäße Flachglasscheibe bei gleicher Festigkeit ein deutlich

03.09.2020 084A0005LU 8 LU102045 niedrigeres Gewicht aufweisen kann, da eine wesentlich geringere Dicke und daher weniger Glasmaterial erforderlich ist.

Für die Herstellung einer solchen Flachglasscheibe ist ein geringerer Materialaufwand nötig, was die Materialkosten senkt.

Darüber hinaus kann bei gleicher Festigkeit Gewicht eingespart werden.

Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Festigkeit, insbesondere eine Festigkeit gemessen gemäß DIN EN 1288-5, der Flachglasscheibe wenigstens 1,5 mal, insbesondere wenigstens zweimal oder wenigstens dreimal oder wenigstens viermal oder wenigstens fünfmal, höher ist, als die Festigkeit einer gleichen Flachglasscheibe, insbesondere einer Flachglasscheibe gleicher Dicke, gleicher Form und gleichen Grundmaterials, die nicht die oben genannten besonderen Merkmale der erfindungsgemäßen Flachglasscheibe aufweist.

Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann insbesondere derart hergestellt sein, dass die Oberflächenschicht (bzw. die Oberflächenschichten) eine im Vergleich zu der Innenschicht eine gesteigerte Härte aufweist (aufweisen) und/oder dass die Oberflächenschicht (bzw. die Oberflächenschichten) eine Martenshärte, insbesondere gemessen gemäß DIN EN ISO 14577-1 bei einer Prüfkraft von 2N, im Bereich von 3.500 N/mm2 bis 3.900 N/Mm2, insbesondere im Bereich von 3.650 N/mm2 bis 3.850 N/mm2 aufweist (aufweisen). Wie bereits erwähnt kann die erfindungsgemäße Flachglasscheibe derartige Festigkeitswerte aufweisen, obwohl keine teuren Spezialgläser als Rohmaterial verwendet werden und obwohl keine langen Prozesszeiten zum Verfestigen in Kauf zu nehmen sind.

Zumeist sind Prozesszeiten von unter einer Stunde ausreichend um die oben genannte Festigkeit der Flachglasscheibe zu erreichen.

In vorteilhafter Weise kann die Flachglasscheibe derart ausgebildet sein,

| 03.09.2020 084A0005LU | 9 LU102045 dass in der Oberflächenschicht der Anteil an Kalium bis in eine Tiefe im Bereich von 0,5 um bis 10 um größer ist als der Gesamtanteil an Natrium und Lithium Und dass der Anteil an Kalium ab einer Tiefe im Bereich von 0,5 um bis 10 um kleiner ist als der Gesamtanteil an Natrium und Lithium. Eine derartige Ausführung weist vorteilhaft eine besonders hohe Festigkeit auf.

Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Abreicherung von Natrium und/oder Lithium in der mit Kalium angereicherten Oberflächenschicht bis in eine Tiefe von mindestens einem Viertel der Dicke der Oberflächenschicht mindestens 50% (Massenprozent) beträgt. Das Glasmaterial, aus dem die Flachglasscheibe hergestellt ist, ist vorteilhaft ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas oder ein Borosilikatglas. Diese Gläser, und ganz insbesondere Alkali-Erdalkali-Silikatglas, haben den besonderen Vorteil, dass sie kostengünstig erhältlich sind. Alkali-Erdalkali- Silikatglas hat den zusätzlichen Vorteil, und dass ein einfaches Recycling möglich ist. Insbesondere stellt es kein Problem dar, eine solche erfindungsgemäße Flachglasscheibe in einem Altglascontainer zu entsorgen.

Hinsichtlich der Art der Herstellung der Flachglasscheibe, insbesondere des Flachglasscheiben-Rohlings, gibt es keine grundsätzlichen Beschränkungen. Die Flachglasscheibe kann beispielsweise eine Floatglasscheibe oder eine Walzglasscheibe sein. Der Flachglasscheiben- Rohling kann beispielsweise auch durch Ziehen aus einer Glasschmelze hergestellt sind. Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann eben ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann jedoch auch in einer oder zwei Dimensionen gewôlbt sein. Insbesondere kann, beispielsweise zum Herstellen einer Kraftfahrzeug-Frontscheibe oder einer Schiebedachscheibe, vorteilhaft vorgesehen sein, dass zunächst ein

084A0005LU | 10 LU102045 gewôdlbter Flachglasscheiben-Rohling hergestellt wird, der anschieBend in der oben geschilderten Weise behandelt wird. | Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann beispielsweise als Fensterscheibe ausgebildet sein oder verwendet werden. Beispielsweise kann vorteilhaft das bei gleicher Festigkeit gegenüber einer herkömmlichen Fensterscheibe geringere Gewicht beispielsweise im Hinblick auf die Dimensionierung der Fensterbeschläge vorteilhaft ausgenutzt werden.

Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann beispielsweise als Displayscheibe, insbesondere für ein Computerdisplay oder Mobiltelefondisplay oder Tabletdisplay oder Fernseher-Display, ausgebildet sein. Da die Erfindung es erlaubt, kostengünstige Gebrauchsgläser zu verwenden, können im Ergebnis Displays kostengünstiger hergestellt werden. Insbesondere insoweit sind elektronisches Geräte, insbesondere Computer oder Tablets oder Mobiltelefone, von besonderem Vorteil, die ein solches Display aufweisen.

Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann beispielsweise als Kraftfahrzeugscheibe, insbesondere als Frontglasscheibe oder als Schiebedachscheibe oder als Seitenscheibe, ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann vorteilhaft als Solarglasscheibe, beispielsweise zur Abdeckung bei thermischen Solarkollektoren oder in der Photovoltaik, verwendet werden. Hierbei ist von besonderem Vorteil, dass die erfindungsgemäße Flachglasscheibe dünner ausgebildet sein kann als Flachglasscheiben gleichen Grundmaterials, die nicht die oben genannten besonderen Merkmale der erfindungsgemäBen Flachglasscheibe aufweisen, was vorteilhaft die Lichtdurchlässigkeit erhöht.

03.09.2020 084A0005LU 11 LU102045 Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann vorteilhaft als Gewächshausscheibe ausgebildet sein. Die Trager des Gewächshauses, die die erfindungsgemäßen Flachglasscheiben tragen können vorteilhaft schwächer und damit kostengünstiger ausgebildet sein, weil die erfindungsgemäße Flachglasscheiben bei gleicher Festigkeit dünner und damit auch leichter ausgebildet sein können, als herkömmliche Flachglasscheiben gleichen Grundmaterials. Außerdem kann der Lichtdurchlassbereich durch die Verwendbarkeit schmalerer Träger erhöht werden.

Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann ganz besonders vorteilhaft insbesondere bei der Herstellung von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, zum Einsatz kommen; dies insbesondere weil sich bei Fahrzeugen durch Verwendung der erfindungsgemäßen Flachglasscheibe ein niedriges Gewicht im Hinblick auf Energieverrauch und Fahreigenschaften und zusätzlich eine hohe Sicherheit auf Grund der hohen Festigkeit der Flachglasscheibe erzielbar ist. Die Flachglasscheibe kann beispielsweise eine Windschutzscheibe oder eine Heckscheibe oder eine Seitenscheibe oder eine Dachscheibe, insbesondere eines Glasdachs oder eines Glasschiebedachs oder eines Glasausstelldachs, sein. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft und schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische und nicht maßstabsgerechte Darstellung einer ersten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb einer erfindungsgemäßen Flachglasscheibe,

03.09.2020 084A0005LU 12 LU102045 Fig. 2 eine schematische und nicht maßstabsgerechte Darstellung einer zweiten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb einer erfindungsgemäßen Flachglasscheibe, Fig.3 ein erstes AUusführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flachglasscheibe, und Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemdaBen Flachglasscheibe.

Figur 1 zeigt eine schematische und nicht maßstabsgerechte Darstellung einer ersten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb einer erfindungsgemdBen Flachglasscheibe, die eine Dicke 6 aufweist. Die erste Komponente des Spannungsverlaufs 1 beruht auf dem Umstand, dass zunächst ein Flachglasscheiben-Rohling hergestellt und auf eine Primärtemperatur, die hôchstens 50 Kelvin unter und hôchstens 30 Kelvin Über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt, erwärmt und anschließend sauf eine Abschrecktemperatur abgeschreckt wurde, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter der Primärtemperatur liegt. In dem Diagramm nimmt die Druckspannung 3 ausgehend von der gestrichelt eingezeichneten Nulllinie nach rechts hin zu, während die Zugspannung 4 ausgehend von der gestrichelt eingezeichneten Nulllinie nach links hin zunimmt. Es ist zu erkennen, dass die Flachglasscheibe 7 beidseitig jeweils eine nach innen hin abnehmende Druckspannung 3 aufweist, die in eine bis zur Mitte zwischen den Außenseiten ansteigende Zugspannung 4 übergeht, wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und in Abhängigkeit von der Tiefe keinen

03.09.2020 084A0005LU 13 LU102045 Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung 4 konstant ist. In der Mitte zwischen den Außenseiten hat die erste Komponente ein Maximum 5 an Zugspannung 4.

ZU der in Figur 1 dargestellten ersten Komponente des Spannungsveriaufs 1 innerhalb der Flachglasscheibe 7 tritt die Festigkeit der Flachglasscheibe 7 verstärkend eine zweite Komponente des Spannungsveriaufs 1 innerhalb der Flachglasscheibe hinzu, wie sie schematisch in Figur 2 dargestellt ist.

Figur 2 zeigt eine schematische und nicht maBstabsgerechte Darstellung einer zweiten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb der Flachglasscheibe, die auf dem Umstand beruht, dass die beiden Oberflächenschichten 10 an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert sind, während de an die Oberfldchenschichten 10 unmittelbar angrenzende Innenschicht 11 nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist. Es ist Zu erkennen, dass der Spannungsverlauf 1 der zweiten Komponente in der Innenschicht 11 größtenteils linear ist.

Sowohl die erste Komponente, als auch die zweite Komponente tragen zur Festigkeit der Flachglasscheibe bei. Daher ist der insgesamt wirkende Spannungsverlauf durch die erste Komponente und die zweite Komponente gemeinsam bestimmt, so dass die Flachglasscheibe im Ergebnis beidseitig jeweils bis in eine Druckspannungstiefe 2 eine Druckspannung 3 und ab der Druckspannungstiefe 2 eine Zugspannung 4 aufweist, wobei die Zugspannung 4 mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht 11 angeordneten Zugspannungsmaximum 5 ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung 4 in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung 4 in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung 4 konstant ist.

03.09.2020 084A0005LU 14 LU102045 Figur 3 zeigt in einer Querschnittsdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer Flachglasscheibe 7, die eben ausgebildet ist.

In der Detaildarstellung 9 eines Ausschnitts der Flachglasscheibe 7 ist dargestellt, dass die Flachglasscheibe 7 beidseitig jeweils eine Oberflächenschicht 10 aufweist, die an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht 10 angrenzende, Innenschicht 11 nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist.

Die Flachglasscheibe 7 weist einen Spannungsverlauf 1 auf, der aus der gleichzeitigen Wirkung der beiden in den Figuren 1 und 2 dargestellten Komponenten resultiert.

Figur 4 zeigt in einer Querschnittsdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäBen Flachglasscheibe 7, die gewôlbt ausgebildet ist.

In der Detaildarstellung 9 ist dargestellt, dass die Flachglasscheibe 7 einseitig eine Oberflächenschicht 10 aufweist, die an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht 10 angrenzende, Innenschicht 11 sowie die andere Oberflächenschicht 8 nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert sind.

Die Flachglasscheibe 7 weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen sich auf zwei asymmetrischen Komponenten | beruhenden asymmetrischen Spannungsverlauf 1 auf, wobei das Zugspannungsmaximum auBermittig zwischen den AuBenseiten der der — Flachglasscheibe 7 angeordnet ist.

03.09.2020 084A0005LU 15 LU102045 Bezugszeichenliste: ] Spannungsverlauf 2 Druckspannungstiefe 3 Druckspannung 4 Zugspannung 5 Zugspannungsmaximum 6 Dicke 7 Flachglasscheibe 8 Andere Oberflächenschicht 9 Detaildarstellung 10 Oberflächenschicht 11 Innenschicht /

Claims

03.09.2020 084A0005LU 16 LU102045 Patentansprüche

1. Flachglasscheibe (7), die aus einem Grundmaterial gefertigt ist, das ein alkalihaltiges Silikatglas, insbesondere ein Alkali-Erdalkali- Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas ist, oder ein Alumosilikatglas ist, dadurch gekennzeichnet, dass a. wenigstens eine Oberflachenschicht (10) an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht (10) angrenzende, Innenschicht (11) nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist und dass b. die Flachglasscheibe (7) bis in eine Druckspannungstiefe (2) eine Druckspannung (3) und ab der Druckspannungstiefe (2) eine Zugspannung (4) aufweist, wobei die Zugspannung (4) mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht (11) angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung (4) konstant ist.

2. Flachglasscheibe (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (10) eine Dicke im Bereich von 0,5 pm bis 60 um, Insbesondere im Bereich von 0,5 um bis 30 pm, insbesondere im Bereich von 0,5 um bis 15 um aufweist.

3. Flachglasscheibe (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachglasscheibe (7) zwei, insbesondere zueinander parallele, Oberflächenschichten (10) aufweist und dass

03.09.2020 084A0005LU 17 LU102045 a. jede der beiden Oberflächenschichten (10) an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnete Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist und dass b. die Flachglasscheibe (7) beidseitig jeweils bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung (3) und ab der Druckspannungstiefe (2) eine Zugspannung (4) aufweist, wobei die Zugspannung (4) mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht (11) angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung (4) konstant ist.

4. Flachglasscheibe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugspannungsmaximum mittig zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnet ist.

5. Flachglasscheibe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugspannungsmaximum auBermittig zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnet ist,

6. Flachglasscheibe (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachglasscheibe (7) zwei, insbesondere zueinander parallele, Oberflächenschichten (10) aufweist und dass a. lediglich eine erste der beiden Oberflächenschichten (10) an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, währende die andere Oberflächenschicht (8) und eine zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnete Innenschicht (11) nicht an Kalium angereichert

03.09.2020 084A0005LU 18 LU102045 und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert sind und dass b. die Flachglasscheibe (7) beidseitig jeweils bis in eine Druckspannungstiefe (2) eine Druckspannung (3) und ab der Druckspannungstiefe (2) eine Zugspannung (4) aufweist, wobei die Zugspannung (4) mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung (4) konstant ist.

7. Flachglasscheibe (7) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugspannungsmaximum auBermittig zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnet ist.

8. Flachglasscheibe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachglasscheibe eine Dicke im Bereich vom 0,03 mm bis 22 mm, insbesondere im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm oder von 0,5 mm im Bereich bis 5 mm oder im Bereich von 0,6 mm bis 3 mm oder im Bereich von 0,68 mm bis 3 mm oder von

0.68 mm, aufweist.

9. Flachglasscheibe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeit, insbesondere eine Festigkeit gemessen gemäß DIN EN 1288-5, der Flachglasscheibe wenigstens 1,5 mal, insbesondere wenigstens zweimal oder wenigstens dreimal oder wenigstens viermal oder wenigstens fünfmal, höher ist, als die Festigkeit einer gleichen Flachglasscheibe, insbesondere einer Flachglasscheibe gleicher Form und Größe und gleichen Grundmaterials, die nicht die Merkmale des Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 aufweist.

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10. Flachglasscheibe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (10) eine im Vergleich zu der Innenschicht (11) eine gesteigerte Härte aufweist und/oder dass die Oberflächenschicht (10) eine Martenshärte, insbesondere gemessen gemäß DIN EN ISO 14577-1 bei einer Prüfkraft von 2N, im Bereich von 3.500 N/mm? bis 3.900 N/mm?, insbesondere im Bereich von 3.650 N/mm? bis 3.850 N/mm? aufweist.

11. Flachglasscheibe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberflächenschicht (10) der Anteil an Kalium bis in eine Tiefe im Bereich von 0,5 um bis 10 um größer ist als der Gesamtanteil an Natrium und Lithium und dass der Anteil an Kalium ab einer Tiefe im Bereich von 0,5 um bis 10 um kleiner ist als der Gesamtanteil an Natrium und Lithium.

12. Flachglasscheibe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abreicherung von Natrium und/oder Lithium in der mit Kalium angereicherten Oberflächenschicht bis in eine Tiefe von Mindestens einem Viertel der Dicke der Oberflächenschicht mindestens 50% (Massenprozent) beträgt.

13. Flachglasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachglasscheibe eine Floatglasscheibe oder eine Walzglasscheibe ist oder gezogenes Glas ist.

14. Flachglasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachglasscheibe als Fensterscheibe oder als Displayscheibe oder als Kraftfahrzeugscheibe oder als Schiebedachscheibe oder als Solarglasscheibe oder als Gewdchshausscheibe ausgebildet ist.

15. Display, insbesondere Computerdisplay oder Mobiltelefondisplay, das eine Flachglasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.

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16. Elektronisches Gerät, insbesondere Computer oder Tablet oder Mobiltelefon, das ein Display nach Anspruch 15 aufweist.

17. Kraftfahrzeug, das eine Flachglasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.

18. Kraftfahrzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachglasscheibe eine Windschutzscheibe oder eine Heckscheibe oder eine Seitenscheibe oder eine Dachscheibe, insbesondere eines Glasdachs oder eines Glasschiebedachs oder eines Glasausstelldachs, ist.