WO2002014956A1 - Verfahren zur veränderung der chemischen, elektrischen oder physikalischen oberflächeneigenschaft eines werkstückes - Google Patents

Verfahren zur veränderung der chemischen, elektrischen oder physikalischen oberflächeneigenschaft eines werkstückes Download PDF

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Roland Dudek
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Kurt Leutner
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Definitions

  • the invention relates to a method for changing the chemical, electrical or physical surface properties of a workpiece, a coating being applied to at least one area of the workpiece surface.
  • DE 38 40 071 A1 describes a method in which a salt layer is applied to a glass or a glass ceramic for tempering.
  • Screen printing processes with which glass, glass ceramic, ceramic and plastic materials can also be printed selectively or over the entire surface in order to change the surface properties.
  • these processes are primarily used for decoration.
  • a disadvantage of Screen printing processes are screen production, especially for small quantities, screen printing paste residues, usually containing oil or solvents, and screen cleaning.
  • This object is achieved in that the corresponding components which change the surface properties are added to a toner as the transfer medium, and in that the toner is applied to the workpiece surface by electrophotographic means.
  • the invention makes use of the knowledge that a toner can be used as a vehicle for transporting and applying substances to a workpiece using an electrostatic printing process.
  • the substances can be specifically designed so that they can be used to improve the surface quality of a workpiece.
  • the apparatus structure which is necessary to carry out the method is conceivably small, since the known electrostatically operating printing devices can be used.
  • a scratch protection layer is applied to the workpiece surface.
  • the scratch protection layer can be applied, for example, to plastic, glass or glass ceramic surfaces.
  • hard material particles for example gemstone and / or semi-precious stone and / or ceramic particles, are added to the toner.
  • the use of granulated corundum or sapphire is conceivable.
  • AL 2 O 3 AIN, BN, SiC, Si 3 N 4 , TiB 2 , Zr 2 O 3 or the like can be used as ceramic materials, for example.
  • glass flux in the toner it is also recommended to incorporate glass flux in the toner.
  • the method according to the invention can also be used to produce finely structured surfaces, in particular water and / or dirt-repellent layers can be applied to workpiece surfaces.
  • the so-called "lotus flower effect" can be simulated in this way.
  • very fine organic or inorganic particles can be added to the toner, for example.
  • the maximum cross-sectional dimension of the particles is preferably selected to be ⁇ 0.1 / m.
  • the method according to the invention can also be used to apply an antistatic protective layer to the workpiece surface.
  • electrically conductive and / or electrically semiconductive particles can be added to the toner.
  • potassium and / or boron-containing substances for example K 2 SO 4 salt
  • K 2 SO 4 salt can also be added to a toner.
  • the toner can, for example, be applied to a glass or glass ceramic surface and then tempered. A similar effect is achieved with toners containing boron.
  • scratch protection layers can be applied on glass ceramic surfaces or on watch glasses or on plastics, for example on transparent polycarbonate layers.
  • Water-repellent layers can be applied on glass ceramic surfaces or on glass surfaces, for example on shower screens.
  • the application of an antistatic coating is suitable, for example, for use with insulators.
  • Another area of application is the coating of glasses / plastics for microwave ovens.
  • a toner is used in which a mixture of indium oxide-tin oxide is present. If necessary, adhesion promoters or glass fluxes are also added to this mixture.
  • the coating can be full-surface or structured, e.g. be applied to the material to be coated in the form of a meander or grid.
  • the coated workpiece In order to achieve the desired surface properties, it may be necessary to subject the coated workpiece to post-treatment.
  • the required temperature stability is achieved for applications of glass or glass ceramics at high temperatures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung der chemischen, elektrischen oder physikalischen Oberflächeneigenschaft eines Werkstückes, wobei auf zumindest einen Bereich der Werkstückoberfläche eine Beschichtung aufgebracht wird. Um eine gezielte, selektive oder ganzflächige Beschichtung einer Werkstückoberfläche mit geringem technischen Aufwand erreichen zu können, ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass einem Toner als Übertragungsmedium die entsprechenden oberflächeneigenschaftverändernden Bestandteile beigegeben werden, und dass der Toner auf elektrophotographischem Wege auf die Werkstückoberfläche aufgebracht wird.

Description

Verfahren zur Veränderung der chemischen, elektrischen oder physikalischen Oberflächeneigenschaft eines Werkstückes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung der chemischen, elektrischen oder physikalischen Oberflächeneigenschaft eines Werkstückes, wobei auf zumindest einen Bereich der Werkstückoberfläche eine Beschichtung aufgebracht wird.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche chemische, bzw. physikalische Verfahren bekannt, mit denen sich die Oberflächeneigenschaften eines Werkstückes verändern lassen. Beispiele für derartige Verfahren sind Siebdruck, Sol- Gel-Beschichtungen oder CVD- bzw. PICVD-Verfahren. Diese sind bereits vielfältig in der Literatur beschrieben worden. Für diese Verfahren werden aufwendige Apparaturen benötigt.
In der DE 38 40 071 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Salzschicht zum Vorspannen auf eine Glas- oder eine Glaskeramik aufgebracht wird.
Weiterhin bekannt sind Siebdruckverfahren, mit denen Glas-, Glaskeramik-, Keramik- und Kunststoffwerkstoffe ebenfalls selektiv oder ganzflächig bedruckt werden können, um so die Oberflächeneigenschaften zu verändern. Diese Verfahren werden allerdings in erster Linie zur Dekoration eingesetzt. Nachteilig bei Siebdruckverfahren sind die Siebherstellung, insbesondere bei kleinen Stückzahlen, die Siebdruckpasten-Rückstände, in der Regel öl- bzw. lösungsmittelhaltig, und die Siebreinigung.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit dem sich auf einfache Weise die Oberflächeneigenschaften eines Werkstückes gezielt verändern lassen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass einem Toner als Ubertragungsmedium die entsprechenden oberflächeneigenschaftverändernden Bestandteile beigegeben werden, und dass der Toner auf elektrophotographischem Wege auf die Werkstückoberfläche aufgebracht wird.
Bei der Erfindung macht man sich die Erkenntnis zunutze, dass ein Toner unter Verwendung eines elektrostatischen Druckverfahrens als Vehikel zum Transport und zum Aufbringen von Substan-zen auf ein Werkstück benutzt werden kann. Dabei können die Substanzen ge-zielt so beschaffen sein, dass sie zur Verbesserung der Oberflächenqualität eines Werkstückes eingesetzt werden können. Der apparative Aufbau, der zur Durchführung des Verfahrens notwendig ist, ist denkbar gering, denn es lassen sich die bekannten elektrostatisch arbeitenden Druckvorrichtungen verwenden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass sich mit dem elektrostatischen Druckverfahren äußerst präzise Teilbereiche eines Werkstückes beschichten lassen, und dass die Beschichtung kleinster Werkstück-Losgrößen möglich ist. Gemäß einer möglichen Erfindungsausgestaltung ist es vorgesehen, dass auf die Werkstückoberfläche eine Kratzschutzschicht aufgebracht wird. Die Kratzschutzschicht lässt sich beispielsweise auf Kunststoff-, Glas- oder Glaskeramik- Oberflächen aufbringen. Zur Erzeugung der Kratzschutzschicht werden dem Toner Hartstoffpartikel, beispielsweise Edelstein- und/oder Halbedelstein- und/oder Keramik-Partikel beigegeben. Denkbar ist die Verwendung von granuliertem Korund oder Saphir. Als Keramik-Materialien lassen sich beispielsweise AL2O3 AIN, BN, SiC, Si3N4, TiB2, Zr2O3 oder dgl. einsetzen. Zur Verbesserung der Haftung empfielt es sich zudem Glasflussmittel in den Toner einzubauen.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich auch feinstrukturierte Oberflächen erzeugen, insbesondere können wasser- und/oder schmutzabweisende Schichten auf Werkstückoberflächen aufgebracht werden. Auf diese Weise lässt sich der sogenannte "Lotusblüten-Effekt" nachstellen. Zur Erzeugung einer solchen schmutz- oder wasserabweisenden Schicht lassen sich dem Toner beispielsweise sehr feine organische oder anorganische Partikel beigeben. Vorzugsweise ist die maximale Querschnittsabmessung der Partikel dabei < 0,1 /m gewählt.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich auch zur Aufbringung einer antistatischen Schutzschicht auf die Werkstückoberfläche verwenden. Hierzu können dem Toner elektrisch leitfähige und/oder elektrisch halbleitende Partikel zugegeben werden.
Zur Verbesserung der Festigkeit eines Werkstückes, bzw. zur Verbesserung der Kratzfestigkeit lassen sich einem Toner auch kalium- und/oder borhaltige Substanzen, beispielsweise K2SO4-Salz beigeben. Zwischen der Werkstückober- fläche und der aufgebrachten Beschichtung entsteht ein gezielter lonentausch. Hierdurch geraten oberflächennahe Bereiche des Werkstückes unter eine per- mantente Druckspannung, wodurch die Festigkeit allgemein gesteigert wird. Zur Erreichung dieses Effektes kann beispielsweise der Toner auf eine Glas- oder Glaskeramik-Oberfläche aufgebracht und anschliessend getempert werden. Ein ähnlicher Effekt wird mit borhaltigen Tonern erzielt.
Für die Erfindung ergibt sich ein breites Anwendungsspektrum. Beispielsweise können auf Glaskeramik-Oberflächen oder auf Uhrgläser oder auf Kunststoffe, beispielsweise auf transparente Polycarbonatschichten Kratzschutzschichten aufgebracht werden. Wasserabweisende Schichten lassen sich auf Glaskeramik- Oberflächen oder auf Glasoberflächen, beispielsweise auf Duschabtrennungen aufbringen. Das Aufbringen einer antistatischen Beschichtung eignet sich beispielsweise zur Anwendung bei Isolatoren.
Ein weiteres Anwendungsgebiet stellt die Beschichtung von Gläsern/ Kunst-stoffen für Mikrowellenbacköfen dar. Zur Erzielung einer Mikrowellen reflektierenden bzw. absorbierenden Beschichtung auf der Innenseite der Gläser bzw. Kunststoffe wird ein Toner verwendet, in dem ein Gemisch aus Indiumoxid-Zinnoxid vorliegt. Gegebenenfalls sind diesem Gemisch auch Haftvermittler bzw. Glasflussmittel zugesetzt. Die Beschichtung kann vollflächig oder struk-turiert, z.B. in Form eines Mäanders oder Gitters auf den zu beschichtenden Werkstoff aufgebracht sein.
Zur Erzielung der gewünschten Oberflächeneigenschaften kann es erforderlich sein, das beschichtete Werkstück einer Temperatur-Nachbehandlung zu unterziehen. Für Anwendungen von Glas oder Glaskeramik bei hohen Temperaturen wird so die erforderliche Temperaturstabilität erreicht.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Veränderung der chemischen, elektrischen oder physikalischen Oberflächeneigenschaft eines Werkstückes, wobei auf zumindest einen Bereich der Werkstückoberfläche eine Beschichtung aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass einem Toner als Ubertragungsmedium die entsprechenden oberflä- cheneigenschaftverändernden Bestandteile beigegeben werden, und dass der Toner auf elektrophotographischem Wege auf die Werkstückoberfläche aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf die Werkstückoberfläche eine Kratzschutzschicht aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Toner Hartstoff partikel, z.B. technisch erzeugte Edelsteinoder/und Halbedelstein-Partikel und/oder/ Keramik-Partikel beigegeben werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Werkstückoberfläche eine wasser- und/oder schmutzabweisende Schicht aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Toner organische oder anorganische Partikel mit einer maximalen Querschnittsabmessung kleiner als 1μm, vorzugsweise kleiner als 0,1 /m beigegeben werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Werkstückoberfläche eine antistatische Schutzschicht aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Toner elektrisch leitfähige und/oder elektrisch halbleitende Partikel zugegeben werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Toner kalium- und/oder borhaltige Substanzen, beispielsweise K2SO4-Salz und/oder B2O3 beigegeben werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Toner auf eine Glas- oder Glaskeramikoberfläche aufgebracht und anschliessend getempert wird.
10. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Aufbringung einer Kratzschutzschicht auf Glaskeramik-Oberflächen oder auf Uhrgläser oder auf Kunststoffe, beispielsweise auf transparente Poly- carbonatschichten, und/oder zum Aufbringen einer schmutz- und/oder einer wasserabweisenden Schicht auf eine Glaskeramik-Oberfläche oder einer Glas-Oberfläche, beispielsweise einer Duschabtrennung, und/oder einer anitstatischen Beschichtung auf Isolatoren.
1 1 . Tonermaterial mit einem Tonerteilchen aufweisenden, feinkörnigen Gemenge, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemenge in granulierter Form vorliegende Hartwerkstoff-Partikel aufweist.
12. Toner nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hartwerkstoff-Partikel aus Keramikmaterial, Glas, AL2O3 AIN, BN, SiC, Si3N4, TiB2, ZR2O3 bestehen.
13. Tonermaterial mit einem Tonerteilchen aufweisenden, feinkörmigen Gemenge, dadurch gekennzeichnet. dass das Gemenge organische und/oder anorganische Partikel, beispielsweise organische Fluoralkyl-Verbindungen oder Silikon-Verbindungen besitzt.
14. Tonermaterial mit einem Tonerteilchen aufweisenden, feinkörnigen Gemenge, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemenge kalium- und/oder borhaltige Substanzen, z.B. in Form von kalium- und/oder borhaltigen Salzen aufweist.
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