WO2012073153A1 - Method of increasing a thermal conductivity, in particular laser-assisted crystallization in a glass-ceramic hotplate, and domestic appliance component - Google Patents

Method of increasing a thermal conductivity, in particular laser-assisted crystallization in a glass-ceramic hotplate, and domestic appliance component Download PDF

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WO2012073153A1
WO2012073153A1 PCT/IB2011/055236 IB2011055236W WO2012073153A1 WO 2012073153 A1 WO2012073153 A1 WO 2012073153A1 IB 2011055236 W IB2011055236 W IB 2011055236W WO 2012073153 A1 WO2012073153 A1 WO 2012073153A1
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laser
laser processing
appliance component
domestic appliance
processing point
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PCT/IB2011/055236
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Miguel Angel BUÑUEL MAGDALENA
Rafael Cases Andreu
Andres Escartin Barduzal
Francisco Javier Ester Sola
José Ignacio Peña Torre
Fernando Planas Layunta
Daniel SOLA MARTÍNEZ
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BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
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    • C03B32/02Thermal crystallisation, e.g. for crystallising glass bodies into glass-ceramic articles
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    • B23K2103/52Ceramics

Definitions

  • a glass-ceramic disc in which by means of a pulsed laser, which emits light having a wavelength of 532 nm or 1064 nm, characters and / or ornamentation are introduced.
  • a focusing of the light inside the glass-ceramic pane results in the formation of reflection surfaces within the glass-ceramic pane, whereby the characters and / or the ornamentation become visible to a viewer.
  • the object of the invention is, in particular, to provide a domestic appliance component with a selectively increased thermal conductivity in at least one area of the household appliance component.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 and by a domestic appliance component according to claim 1 1.
  • Advantageous embodiments and further developments of the invention can be taken from the subclaims.
  • thermo conductivity of a material is to be understood in particular to mean a temperature-dependent material constant which serves to describe a temporal change in a spatial distribution of a temperature due to heat conduction as a consequence of a temperature gradient.
  • the thermal diffusivity is defined in particular as a quotient of a thermal conductivity of the material and the product of a density and a specific heat capacity of the material.
  • increasing a thermal diffusivity is meant, in particular, that the thermal diffusivity of a treated material at a temperature is greater than the thermal diffusivity of the same untreated material at the temperature
  • a "laser” is to be understood as a radiation source which generates electromagnetic radiation by means of stimulated emission. ⁇ br/> ⁇ br/>
  • the radiation emitted by the laser has a very narrow frequency spectrum, high parallelism and a long coherence length be understood by a laser emitted bundle of coherent electromagnetic radiation.
  • the laser beam has a cross-sectional area oriented perpendicular to a radiation direction, which in the absence of a laser optical unit is nearly identical for each point along the radiation direction.
  • a deviation of less than 1%, in particular less than, should be considered as "almost identical"
  • a "laser optics unit” is to be understood in particular as meaning a unit which is intended, preferably by means of lenses, to change the cross-sectional area along the radiation direction, preferably by at least 1%, in particular by at least 5% and particularly advantageously by at least 10% per Meter along the direction of radiation.
  • “Provided” is to be understood in particular to be specially designed and / or equipped and / or programmed.
  • a "cross-sectional area" of the laser beam is to be understood as meaning, in particular, a surface perpendicular to a propagation direction of the laser beam through which at least 68.3%, in particular at least 95.5% and preferably at least 99.7% of a radiation power are transported
  • the cross-sectional area is a circle, in which it should be understood, in particular, that the cross-sectional area in the material has a minimum, that the laser beam is "focused in the material".
  • the machined material is at least partially transmissive to at least one radiation wavelength emitted by the laser.
  • the material should be "at least partially transmissive for at least one radiation wavelength emitted by the laser"
  • at least one radiation component exists which has the radiation wavelength and whose intensity in the material is at most 98%, in particular at most 95% and preferably at most 90% per centimeter is attenuated Material attenuated by at least 50%, in particular by at least 60%, preferably by at least 70% and particularly advantageously by at least 80% per centimeter.
  • a “power density” is to be understood as meaning, in particular, an amount of energy radiated by the laser per unit time and area.
  • the power density is given in particular by the amount of energy irradiated per pulse divided by a product of a pulse length and an irradiation area in that the laser is operated "pulsed” should be understood in particular that the laser is operated in an operating mode in which at least a majority of the radiation power is emitted in temporally successive and preferably temporally separate pulses. At least 85%, preferably at least 90% and particularly advantageously at least 95% are to be understood as "at least a large part.”
  • a “pulse length” is to be understood as meaning, in particular, a time duration of a pulse.
  • the laser beam is focused with a power density of at least 150 kW / cm 2 , in particular of at least 175 kW / cm 2 and particularly advantageously of at least 200 kW / cm 2 in the material.
  • the laser beam is focused with a power density of at most 300 GW / cm 2 , in particular of at most 275 GW / cm 2 , advantageously of at most 250 GW / cm 2 and particularly advantageously of not more than 225 GW / cm 2 in the material.
  • the thermal diffusivity can be selectively increased in at least one region of the material, in particular by a photochemical reaction in the material and / or particularly advantageously by induced crystal growth in the material.
  • phase is to be understood as meaning, in particular, a spatial region of the material in which certain order parameters and a chemical composition are homogeneous
  • crystalline phase is to be understood in particular as a spatial region in which atomic and / or molecular constituents of the material in an at least substantially regular, periodic crystal structure are arranged.
  • amorphous phase is to be understood in particular as a spatial region of the material in which the molecular constituents of the material are free of an ordered structure. In particular, there is a phase interface between the crystalline phase and the amorphous phase. As a result, crystal growth in the amorphous phase can be induced, whereby the thermal conductivity can be advantageously increased. Furthermore, crystal growth enables creation of an optical waveguide.
  • the laser is operated pulsed.
  • a higher power density can be achieved.
  • the laser is operated with a pulse length of at most 40 ns.
  • the laser is operated with a pulse length of at most 35 ns, in particular of at most 30 ns and particularly advantageously of a maximum of 25 ns. In this way, it can be achieved that an energy deposition and, concomitantly, a local heating of the material takes place in a very short time interval. As a result, an unfavorable cooling of the material by heat conduction can be largely prevented.
  • the laser be operated with a pulse repetition frequency of at most 20 kHz.
  • a "pulse repetition frequency” is to be understood as meaning, in particular, a reciprocal value of a time duration between start times of two successive pulses Pulse repetition frequency of a maximum of 15 kHz, in particular at most 10 kHz and particularly advantageously operated by a maximum of 5 kHz.
  • a focal point of a laser optical unit is moved relative to the material at a speed of at least 100 mm / s.
  • a "focal point" of the laser optical unit should in particular be understood as a spatial area onto which a laser beam is focused after passing through the laser optical unit.
  • the focal point is a minimum cross-sectional area along the laser beam.
  • the focal point is moved relative to the material at a speed of at least 150 mm / s, more preferably at least 200 mm / s and most preferably at least 250 mm / s. In this way it can be achieved that a distance between two laser processing points is at least 50 ⁇ , whereby damage to the material can be avoided.
  • a "laser processing point” is to be understood as meaning, in particular, a spatial area within the material in which a structural change was induced by laser irradiation.
  • the laser processing point has a diameter of less than 1 mm, in particular less than 0.5 mm, and preferably of The focal point is preferably moved relative to the material at a speed of at most 600 mm / s, in particular of at most 500 mm / s, preferably of at most 400 mm / s and particularly advantageously of not more than 300 mm / s
  • a distance of at least 50 ⁇ m is maintained between two adjacent laser processing points between the Laserb an interval of at least 75 ⁇ and especially Partially adhered to at least 100 ⁇ . As a result, cracking in the material can be effectively avoided.
  • a diode-pumped solid-state laser is used.
  • a “solid-state laser” is to be understood in particular as meaning a laser whose amplifying active medium consists of a solid doped with laser-active ions in a specific concentration is provided for exciting electrons in a higher energy level by electromagnetic radiation.
  • a Nd: YAG laser is used.
  • a “Nd: YAG laser” is to be understood as meaning, in particular, a solid-state laser whose active medium consists of a neodymium-doped yttrium-aluminum garnet crystal, whereby space can be saved and higher operational reliability can be achieved optical pumping efficiency and beam quality can be increased advantageously.
  • the laser beam is focused in the material to a diameter smaller than 30 ⁇ m.
  • the fact that the laser beam is "focused in the material to a diameter smaller than x" is to be understood in particular to mean that the focal point has an extension that is smaller than x.
  • the laser beam in the material is reduced to a diameter smaller than 25 ⁇ m. in particular less than 20 ⁇ m and particularly advantageously focused to a diameter of less than 15 ⁇ m, whereby an advantageously high energy density in the material can be achieved.
  • the laser beam is generated with a wavelength of at least 355 nm and at most 3000 nm.
  • the laser beam is "generated” with a certain wavelength, it should be understood in particular that the laser emits electromagnetic radiation of the particular wavelength.
  • the laser beam is generated with a wavelength in the near-infrared wavelength range, in particular with a wavelength of at least 780 nm and advantageously with a wavelength of at most 3000 nm and more preferably of at most 1400 nm.
  • the laser beam is generated with a wavelength of 1064 nm.
  • a domestic appliance component in particular a glass-ceramic domestic appliance component, which has at least one laser processing point in an inner area, which is processed by the method according to the invention.
  • An "inner region" of the domestic appliance component is to be understood in particular to be a partial region of the domestic appliance component which is arranged completely within the domestic appliance component and is preferably completely filled up with a material forming the domestic appliance component.
  • a thermal conductivity of the laser processing point is increased in relation to an environment of the laser processing point.
  • the thermal conductivity of the laser processing point is increased by at least 1%, in particular by at least 2%, and preferably by at least 3%, relative to an environment of the laser processing point.
  • a household appliance component can be provided whose thermal diffusivity is increased in at least one area.
  • crystallite is to be understood as meaning, in particular, a spatial region which has a crystalline phase and which preferably has an extension of not more than 1 ⁇ m, in particular not more than 500 nm, preferably not more than 100 nm and particularly preferably not more than 50 nm the crystallite is embedded in an amorphous phase.
  • a household appliance component can be provided whose thermal diffusivity is increased in at least one area by a larger number of crystallites.
  • the crystallites in the laser processing point are identical on average
  • Crystallites in an environment of the laser processing point are on average identical to crystallites in the vicinity of the laser processing point, it should be understood in particular that a composition and / or a phase and / or a size of the crystallites are identical.
  • a household appliance component can be provided whose thermal diffusivity is increased in at least one region with virtually unchanged mechanical properties, in particular a degree of hardness and a flexural strength.
  • a distance between two adjacent laser processing points is at least 50 ⁇ m.
  • the distance between the laser processing points at least 75 ⁇ and particularly advantageously at least 100 ⁇ .
  • a household appliance component can be provided whose thermal diffusivity is increased in at least one area and which is free from damage, in particular cracking in the area
  • a domestic appliance in particular a cooking appliance
  • a household appliance component according to the invention.
  • the component is a
  • FIG. 1 is a schematic representation of an apparatus for carrying out a method according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic and enlarged view of two laser processing points and their environment
  • Fig. 3 shows a hob with a processed by the method according to the invention hob ceramic hob in a plan view
  • Fig. 4 shows the hob in a sectional view along a line IV-IV
  • FIG. 1 shows a schematic representation, not to scale, of an apparatus for carrying out a method according to the invention.
  • the method serves to increase a thermal conductivity of a material 10 by means of a laser 12.
  • the material 10 is a glass ceramic available under the trade name "Cleartrans.”
  • An absorption coefficient for a radiation wavelength of 1064 nm is 3.24 cm -1 .
  • Laser 12 is a commercially available E-Line 20 series laser from ROFIN-SINAR Technologies, Inc.
  • Laser 12 is a diode-pumped solid-state laser 26.
  • Laser 12 is a diode-pumped Nd: YAG laser.
  • the laser 12 emits a radiation wavelength of 1064 nm.
  • the laser 12 has a maximum average power of 1 1 W.
  • the laser 12 is operated by means of a Q-switch operated pulsed.
  • a Gaussian beam TEM 0 o emitted by the laser 12 has a diffraction factor M 2 ⁇ 1, 3.
  • a laser beam 14 emitted by the laser 12 is focused in the material 10 with a power density of 120 GW / cm 2 by means of a laser optics unit 18, which is shown in simplified form in FIG. 1 but is basically known to a person skilled in the art.
  • the laser optical unit 18 comprises a lens at a fivefold widening of the laser beam 14 and a convex lens with a focal length of 100 mm, so that the laser beam 14 behind the laser optical unit 18 has a Ray- leighin of 95 ⁇ .
  • the laser optical unit 18 comprises a
  • Deflection mirror which is controlled by a galvanometer by a CAD software.
  • a focal point 17 of the laser optical unit 18 can thereby be moved relative to the material 10 at a speed 20 of 300 mm / s.
  • an entire laser optical unit can also be moved relative to a material.
  • a laser optical unit may be stationary while a material is being moved.
  • the laser beam 14 is focused in the material 10 to a diameter 28 of 13 ⁇ .
  • the pulse repetition frequency of 2 kHz and the speed 20 of 300 mm / s results in a distance between two adjacent laser processing points 22, 24 of 150 ⁇ .
  • the high power density in the laser processing point 22, 24 during a pulse leads to a structural change of the material 10 in the laser processing point 22, 24.
  • a material in an environment 32 of the laser processing point 22, 24 remains substantially unaffected due to the significantly lower power density prevailing there.
  • FIG. 2 illustrates this fact in a schematic and enlarged representation of the material 10.
  • the glass-ceramic material 10 consists of an amorphous phase 16 and a crystalline phase 15.
  • the crystalline phase 15 is present in crystallites 34 which are embedded in the amorphous phase 16 .
  • the crystallites 34 are shown simplified in the form of diamonds whose boundary lines each correspond to a phase interface 36 between the amorphous phase 16 and the crystalline phase 15.
  • An average number of crystallites 34 per Volume is increased in the laser processing point 22, 24 with respect to the surroundings 32 of the laser processing point 22, 24.
  • the crystallites 34 in the laser processing point 22, 24 are on average identical to crystallites 34 in the vicinity 32 of the laser processing point 22, 24.
  • the crystallites 34 consist of a magnesium-aluminum silicate, more precisely of MgAl 2 Si 4 0i2.
  • a crystallite size is approximately 34.21 nm. Due to the higher number of crystallites 34 per volume, the thermal conductivity of the laser processing point 22, 24 is increased compared to the environment 32 of the laser processing point 22, 24.
  • FIG. 3 shows a hob 38 with a domestic appliance component embodied as a hob plate 40 in a plan view which is not to scale.
  • the cooktop panel 40 is made of a glass ceramic.
  • the glass ceramic is available under the trade name "Cleartrans.”
  • Heating zones 42, 44, 46, 48 are marked in a known manner on an upper side 41 of the hob plate 40 by means of an imprint 50.
  • Each of the heating zones 42, 44, 46, 48 is, as shown by way of example in a not to scale section in Fig. 4 for the heating zone 48, a heating element 52.
  • the heating element 52 is located just below the heating zone 48.
  • the heating element 52 has the same cross-sectional area as the heating zone 48.
  • the hob plate 40 is processed in the area of the heating zone 48 by means of the method described above.
  • laser processing points 22, 24 with a mutual distance of 150 ⁇ .
  • the laser processing points 22, 24 are arranged both side by side in a plane parallel to a main extension plane of the hob plate 40 and also one above the other in a direction perpendicular to the main extension plane.
  • the laser processing points 22, 24 arranged one above the other extend from the
  • Top 41 of the hob plate 40 to the bottom 54 This is the thermal conductivity in the region of the heating zone 48 against an environment of heating increased zone 48.
  • the temperature of the heated by the heating element 52 bottom 54 is preferably directed toward the top 41.
  • a heating of the hob plate 40 can be counteracted in the vicinity of the heating zone 48.
  • an advantageously shorter reaction time when heating the heating zone 48 can be achieved.
  • Investigations showed that the temperature conductivity in the machined area is increased by about 3% at a temperature of 500 ° C. Furthermore, it could be shown that a change of a degree of hardness of the hob plate 40 is less than 5%. Further, it has been proved that a change of a flexural strength of the cooktop panel 40 is smaller than 10%.

Abstract

In order to provide a domestic appliance component having a selectively increased thermal conductivity in at least one region of the domestic appliance component, a method of increasing a thermal conductivity of a material (10), in particular a glass-ceramic, by means of a laser (12), in which a laser beam (14) having a power density of at least 100 kW/cm2 is focused in the material (10), is proposed.

Description

VERFAHREN ZUR ERHÖHUNG EINER TEMPERATURLEITFÄHIGKEIT, INSBESONDERE LASERGESTÜTZTE KRISTALLISATION IN EINER GLASKERAMIK- KOCHPLATTE , UND HAUSGERÄTEBAUTEIL METHOD OF INCREASING TEMPERATURE CONCRETE, ESPECIALLY LASER-BASED CRYSTALLIZATION IN A CERAMIC GLASS PLATE, AND HOUSEHOLD COMPONENT
Aus der DE 20 2006 004 064 U1 ist eine Glaskeramikscheibe bekannt, in der mittels eines gepulsten Lasers, welcher Licht mit einer Wellenlänge von 532 nm oder 1064 nm emittiert, Schriftzeichen und/oder eine Ornamentik eingebracht sind. Eine Fokussierung des Lichts im Innern der Glaskeramikscheibe führt zu einer Bildung von Reflexionsflächen innerhalb der Glaskeramikscheibe, wodurch die Schriftzeichen und/oder die Ornamentik für einen Betrachter sichtbar werden. From DE 20 2006 004 064 U1 a glass-ceramic disc is known, in which by means of a pulsed laser, which emits light having a wavelength of 532 nm or 1064 nm, characters and / or ornamentation are introduced. A focusing of the light inside the glass-ceramic pane results in the formation of reflection surfaces within the glass-ceramic pane, whereby the characters and / or the ornamentation become visible to a viewer.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein Hausgerätebauteil mit einer selektiv erhöhten Temperaturleitfähigkeit in zumindest einem Bereich des Hausgerätebauteils bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1 und durch ein Hausgerätebauteil nach dem Patentanspruch 1 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden. The object of the invention is, in particular, to provide a domestic appliance component with a selectively increased thermal conductivity in at least one area of the household appliance component. The object is achieved by a method according to claim 1 and by a domestic appliance component according to claim 1 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be taken from the subclaims.
Es wird ein Verfahren zur Erhöhung einer Temperaturleitfähigkeit eines Materials, insbesondere einer Glaskeramik, mittels eines Lasers vorgeschlagen, bei dem ein Laserstrahl mit einer Leistungsdichte von zumindest 100 kW/cm2 im Material fokussiert wird. Unter einer„Temperaturleitfähigkeit" eines Materials soll insbesondere eine temperaturabhängige Materialkonstante verstanden werden, die zu einer Beschreibung einer zeitlichen Veränderung einer räumlichen Verteilung einer Temperatur durch Wärmeleitung als Folge eines Temperaturgefälles dient.It is proposed a method for increasing a thermal conductivity of a material, in particular a glass ceramic, by means of a laser, in which a laser beam is focused with a power density of at least 100 kW / cm 2 in the material. A "thermal conductivity" of a material is to be understood in particular to mean a temperature-dependent material constant which serves to describe a temporal change in a spatial distribution of a temperature due to heat conduction as a consequence of a temperature gradient.
Die Temperaturleitfähigkeit ist insbesondere definiert als ein Quotient aus einer Wärmeleitfähigkeit des Materials und dem Produkt einer Dichte und einer spezifischen Wärmekapazität des Materials. Unter einer„Erhöhung einer Temperaturleitfähigkeit" soll insbesondere verstanden werden, dass die Temperaturleitfähig- keit eines behandelten Materials bei einer Temperatur größer ist als die Temperaturleitfähigkeit des gleichen unbehandelten Materials bei der Temperatur. Unter einem„Laser" soll insbesondere eine Strahlungsquelle verstanden werden, die elektromagnetische Strahlung mittels stimulierter Emission erzeugt. Vorzugsweise weist die durch den Laser emittierte Strahlung ein sehr enges Frequenzspektrum, eine hohe Parallelität und eine große Kohärenzlänge auf. Unter einem„La- serstrahl" soll insbesondere ein von einem Laser emittiertes Bündel kohärenter elektromagnetischer Strahlung verstanden werden. Vorzugsweise weist der Laserstrahl eine senkrecht zu einer Strahlungsrichtung ausgerichtete Querschnittsfläche auf, die bei Abwesenheit einer Laseroptikeinheit für jeden Punkt entlang der Strahlungsrichtung nahezu identisch ist. Unter„nahezu identisch" soll insbe- sondere eine Abweichung von weniger als 1 %, insbesondere von weniger alsThe thermal diffusivity is defined in particular as a quotient of a thermal conductivity of the material and the product of a density and a specific heat capacity of the material. By "increasing a thermal diffusivity" is meant, in particular, that the thermal diffusivity of a treated material at a temperature is greater than the thermal diffusivity of the same untreated material at the temperature In particular, a "laser" is to be understood as a radiation source which generates electromagnetic radiation by means of stimulated emission. <br/><br/> Preferably, the radiation emitted by the laser has a very narrow frequency spectrum, high parallelism and a long coherence length be understood by a laser emitted bundle of coherent electromagnetic radiation. Preferably, the laser beam has a cross-sectional area oriented perpendicular to a radiation direction, which in the absence of a laser optical unit is nearly identical for each point along the radiation direction. In particular, a deviation of less than 1%, in particular less than, should be considered as "almost identical"
0,5% und besonders vorteilhaft von weniger als 0,1 % pro Meter entlang der Strahlungsrichtung verstanden werden. Unter einer„Laseroptikeinheit" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, vorzugsweise mittels Linsen, die Querschnittsfläche entlang der Strahlungsrichtung zu verän- dem, vorzugsweise um zumindest 1 %, insbesondere um wenigstens 5% und besonders vorteilhaft um wenigstens 10% pro Meter entlang der Strahlungsrichtung. Unter„vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet und/oder programmiert verstanden werden. Unter einer„Querschnittsfläche" des Laserstrahls soll insbesondere eine Fläche senkrecht zu einer Ausbrei- tungsrichtung des Laserstrahls verstanden werden, durch die zumindest 68,3%, insbesondere wenigstens 95,5% und vorzugsweise mindestens 99,7% einer Strahlungsleistung transportiert wird. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche ein Kreis. Darunter, dass der Laserstrahl„im Material fokussiert wird", soll insbesondere verstanden werden, dass die Querschnittsfläche im Material ein Minimum aufweist. Vorzugsweise ist das bearbeitete Material zumindest teilweise durchlässig für wenigstens eine vom Laser emittierte Strahlungswellenlänge. Darunter, dass das Material„zumindest teilweise durchlässig für wenigstens eine vom Laser emittierte Strahlungswellenlänge" sein soll, soll insbesondere verstanden werden, dass zumindest ein Strahlungsanteil existiert, welcher die Strahlungswel- lenlänge aufweist und dessen Intensität im Material um höchstens 98%, insbesondere um maximal 95% und vorzugsweise um höchstens 90% pro Zentimeter abgeschwächt wird. Vorzugsweise wird die Intensität des Strahlungsanteils im Material um wenigstens 50%, insbesondere um mindestens 60%, vorzugsweise um zumindest 70% und besonders vorteilhaft um wenigstens 80% pro Zentimeter abgeschwächt. Unter einer„Leistungsdichte" soll insbesondere ein durch den Laser pro Zeit- und Flächeneinheit eingestrahlter Energiebetrag verstanden werden. Wird der Laser gepulst betrieben, ist die Leistungsdichte insbesondere gegeben durch den pro Puls eingestrahlten Energiebetrag dividiert durch ein Produkt aus einer Pulslänge und einer Bestrahlungsfläche. Darunter, dass der Laser „gepulst betrieben wird" soll insbesondere verstanden werden, dass der Laser in einem Betriebsmodus betrieben wird, bei dem zumindest ein Großteil der Strahlungsleistung in zeitlich aufeinander folgenden und vorzugsweise zeitlich voneinander getrennten Pulsen emittiert wird. Unter„zumindest einem Großteil" soll insbesondere wenigstens 85%, vorzugsweise zumindest 90% und besonders vorteilhaft mindestens 95% verstanden werden. Als„Pulslänge" soll insbesondere eine zeitliche Dauer eines Pulses verstanden werden. Vorzugsweise wird der Laserstrahl mit einer Leistungsdichte von wenigstens 150 kW/cm2, insbesondere von mindestens 175 kW/cm2 und besonders vorteilhaft von mindestens 200 kW/cm2 im Material fokussiert. Vorzugsweise wird der Laserstrahl mit einer Leistungsdichte von höchstens 300 GW/cm2, insbesondere von maximal 275 GW/cm2, vorteilhaft von höchstens 250 GW/cm2 und besonders vorteilhaft von maximal 225 GW/cm2 im Material fokussiert. Durch ein solches Verfahren kann selektiv in zumindest einem Bereich des Materials die Temperaturleitfähigkeit erhöht werden, insbesondere durch eine photochemische Reaktion im Material und/oder besonders vorteilhaft durch ein induziertes Kristallwachstum im Material. 0.5% and more preferably less than 0.1% per meter along the direction of radiation. A "laser optics unit" is to be understood in particular as meaning a unit which is intended, preferably by means of lenses, to change the cross-sectional area along the radiation direction, preferably by at least 1%, in particular by at least 5% and particularly advantageously by at least 10% per Meter along the direction of radiation. "Provided" is to be understood in particular to be specially designed and / or equipped and / or programmed. A "cross-sectional area" of the laser beam is to be understood as meaning, in particular, a surface perpendicular to a propagation direction of the laser beam through which at least 68.3%, in particular at least 95.5% and preferably at least 99.7% of a radiation power are transported The cross-sectional area is a circle, in which it should be understood, in particular, that the cross-sectional area in the material has a minimum, that the laser beam is "focused in the material". Preferably, the machined material is at least partially transmissive to at least one radiation wavelength emitted by the laser. By the fact that the material should be "at least partially transmissive for at least one radiation wavelength emitted by the laser", it should be understood in particular that at least one radiation component exists which has the radiation wavelength and whose intensity in the material is at most 98%, in particular at most 95% and preferably at most 90% per centimeter is attenuated Material attenuated by at least 50%, in particular by at least 60%, preferably by at least 70% and particularly advantageously by at least 80% per centimeter. A "power density" is to be understood as meaning, in particular, an amount of energy radiated by the laser per unit time and area.When the laser is pulsed, the power density is given in particular by the amount of energy irradiated per pulse divided by a product of a pulse length and an irradiation area in that the laser is operated "pulsed" should be understood in particular that the laser is operated in an operating mode in which at least a majority of the radiation power is emitted in temporally successive and preferably temporally separate pulses. At least 85%, preferably at least 90% and particularly advantageously at least 95% are to be understood as "at least a large part." A "pulse length" is to be understood as meaning, in particular, a time duration of a pulse. Preferably, the laser beam is focused with a power density of at least 150 kW / cm 2 , in particular of at least 175 kW / cm 2 and particularly advantageously of at least 200 kW / cm 2 in the material. Preferably, the laser beam is focused with a power density of at most 300 GW / cm 2 , in particular of at most 275 GW / cm 2 , advantageously of at most 250 GW / cm 2 and particularly advantageously of not more than 225 GW / cm 2 in the material. By means of such a method, the thermal diffusivity can be selectively increased in at least one region of the material, in particular by a photochemical reaction in the material and / or particularly advantageously by induced crystal growth in the material.
Vorteilhaft wird ein Material mit wenigstens einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase verwendet. Unter einer„Phase" soll insbesondere ein räumlicher Bereich des Materials verstanden werden, in welchem bestimmte Ordnungsparameter und eine chemische Zusammensetzung homogen sind. Unter einer„kristallinen Phase" soll insbesondere ein räumlicher Bereich verstanden werden, in welchem atomare und/oder molekulare Bestandteile des Materials in einer zumindest im Wesentlichen regelmäßigen, periodischen Kristallstruktur angeordnet sind. Darunter, dass die Bestandteile in einer„zumindest im Wesentlichen regelmäßigen, periodischen Kristallstruktur" angeordnet sind, soll insbesondere verstanden werden, dass eine von der regelmäßigen, periodischen Kristallstruktur abweichende Struktur lediglich durch Gitterfehler bedingt ist, insbe- sondere durch Leerstellen und/oder Zwischengitteratome und/oder Substitutionsatome und/oder Versetzungen und/oder Korngrenzen und/oder Poren und/oder Einschlüsse, und vorzugsweise lediglich lokal auftritt. Unter einer „amorphen Phase" soll insbesondere ein räumlicher Bereich des Materials verstanden werden, in welchem die molekularen Bestandteile des Materials frei von einer geord- neten Struktur sind. Zwischen der kristallinen Phase und der amorphen Phase befindet sich insbesondere eine Phasengrenzfläche. Hierdurch kann ein Kristallwachstum in der amorphen Phase induziert werden, wodurch die Temperaturleitfähigkeit vorteilhaft erhöht werden kann. Des Weiteren wird durch das Kristallwachstum eine Schaffung eines optischen Wellenleiters ermöglicht. Advantageously, a material having at least one crystalline phase and one amorphous phase is used. A "phase" is to be understood as meaning, in particular, a spatial region of the material in which certain order parameters and a chemical composition are homogeneous A "crystalline phase" is to be understood in particular as a spatial region in which atomic and / or molecular constituents of the material in an at least substantially regular, periodic crystal structure are arranged. The fact that the constituents are arranged in an "at least essentially regular, periodic crystal structure" should in particular mean that a structure deviating from the regular, periodic crystal structure is due only to lattice defects, in particular by vacancies and / or interstitial atoms and and / or substitution atoms and / or dislocations and / or grain boundaries and / or pores and / or inclusions, and preferably occurs only locally.An "amorphous phase" is to be understood in particular as a spatial region of the material in which the molecular constituents of the material are free of an ordered structure. In particular, there is a phase interface between the crystalline phase and the amorphous phase. As a result, crystal growth in the amorphous phase can be induced, whereby the thermal conductivity can be advantageously increased. Furthermore, crystal growth enables creation of an optical waveguide.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Laser gepulst betrieben wird. Hierdurch kann eine höhere Leistungsdichte erzielt werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Laser mit einer Pulslänge von höchstens 40 ns betrieben wird. Vorzugsweise wird der Laser mit einer Pulslänge von maximal 35 ns, insbesondere von höchstens 30 ns und besonders vorteilhaft von maximal 25 ns betrieben. Hierdurch kann erreicht werden, dass eine Energiedeposition und damit einhergehend eine lokale Erwärmung des Materials in einem sehr kurzen Zeitintervall erfolgt. Hierdurch kann eine unvorteilhafte Abkühlung des Materials durch Wärmeleitung weitgehend verhindert werden. In a preferred embodiment of the invention, it is proposed that the laser is operated pulsed. As a result, a higher power density can be achieved. In a particularly preferred embodiment of the invention, it is proposed that the laser is operated with a pulse length of at most 40 ns. Preferably, the laser is operated with a pulse length of at most 35 ns, in particular of at most 30 ns and particularly advantageously of a maximum of 25 ns. In this way, it can be achieved that an energy deposition and, concomitantly, a local heating of the material takes place in a very short time interval. As a result, an unfavorable cooling of the material by heat conduction can be largely prevented.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Laser mit einer Pulswiederholfrequenz von höchstens 20 kHz betrieben wird. Unter einer„Pulswiederholfrequenz" soll insbesondere ein Kehrwert einer Zeitdauer zwischen Startzeitpunkten zweier aufeinander folgender Pulse verstanden werden. Vorzugsweise wird der Laser mit einer Pulswiederholfrequenz von maximal 15 kHz, insbesondere höchstens 10 kHz und besonders vorteilhaft von maximal 5 kHz betrieben. Hierdurch kann eine ausreichend hohe Leistungsdichte bei einer vorteilhaft kurzen Pulslänge erreicht werden. It is also proposed that the laser be operated with a pulse repetition frequency of at most 20 kHz. A "pulse repetition frequency" is to be understood as meaning, in particular, a reciprocal value of a time duration between start times of two successive pulses Pulse repetition frequency of a maximum of 15 kHz, in particular at most 10 kHz and particularly advantageously operated by a maximum of 5 kHz. As a result, a sufficiently high power density can be achieved with an advantageously short pulse length.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein Brennpunkt einer Laseroptikeinheit relativ zum Material mit einer Geschwindigkeit von zumindest 100 mm/s bewegt wird. Unter einem„Brennpunkt" der Laseroptikeinheit soll insbesondere ein räumlicher Bereich verstanden werden, auf den ein Laserstrahl nach einem Durchtritt durch die Laseroptikeinheit fokussiert wird.In a further embodiment of the invention, it is proposed that a focal point of a laser optical unit is moved relative to the material at a speed of at least 100 mm / s. A "focal point" of the laser optical unit should in particular be understood as a spatial area onto which a laser beam is focused after passing through the laser optical unit.
Vorzugsweise stellt der Brennpunkt eine minimale Querschnittsfläche entlang des Laserstrahls dar. Vorzugsweise wird der Brennpunkt relativ zum Material mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 150 mm/s, insbesondere von mindestens 200 mm/s und besonders vorteilhaft von zumindest 250 mm/s bewegt. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein Abstand zweier Laserbearbeitungspunkte wenigstens 50 μηη beträgt, wodurch eine Beschädigung des Materials vermieden werden kann. Unter einem„Laserbearbeitungspunkt" soll insbesondere ein räumlicher Bereich innerhalb des Materials verstanden werden, in dem durch Lasereinstrahlung eine Strukturänderung induziert wurde. Vorzugsweise weist der Laser- bearbeitungspunkt einen Durchmesser von weniger als 1 mm, insbesondere von weniger als 0,5 mm und vorzugsweise von weniger als 0,1 mm auf. Vorzugsweise wird der Brennpunkt relativ zum Material mit einer Geschwindigkeit von höchstens 600 mm/s, insbesondere von maximal 500 mm/s, vorzugsweise von höchstens 400 mm/s und besonders vorteilhaft von maximal 300 mm/s bewegt. Hier- durch kann erreicht werden, dass der Abstand zweier Laserbearbeitungspunkte vorteilhaft klein bleibt. So kann sichergestellt werden, dass die lokale Erhöhung der Temperaturleitfähigkeit der Laserbearbeitungspunkte makroskopisch messbar ist. Vorteilhaft wird zwischen zwei benachbarten Laserbearbeitungspunkten ein Abstand von wenigstens 50 μηη eingehalten. Vorzugsweise wird zwischen den Laserbearbeitungspunkten ein Abstand von zumindest 75 μηη und besonders vor- teilhaft von mindestens 100 μηη eingehalten. Hierdurch kann eine Rissbildung im Material wirkungsvoll vermieden werden. Preferably, the focal point is a minimum cross-sectional area along the laser beam. Preferably, the focal point is moved relative to the material at a speed of at least 150 mm / s, more preferably at least 200 mm / s and most preferably at least 250 mm / s. In this way it can be achieved that a distance between two laser processing points is at least 50 μηη, whereby damage to the material can be avoided. A "laser processing point" is to be understood as meaning, in particular, a spatial area within the material in which a structural change was induced by laser irradiation.Preferably, the laser processing point has a diameter of less than 1 mm, in particular less than 0.5 mm, and preferably of The focal point is preferably moved relative to the material at a speed of at most 600 mm / s, in particular of at most 500 mm / s, preferably of at most 400 mm / s and particularly advantageously of not more than 300 mm / s In this way it can be achieved that the distance between two laser processing points remains advantageously small, thus ensuring that the local increase in the thermal conductivity of the laser processing points can be measured macroscopically Advantageously, a distance of at least 50 μm is maintained between two adjacent laser processing points between the Laserb an interval of at least 75 μηη and especially Partially adhered to at least 100 μηη. As a result, cracking in the material can be effectively avoided.
Ferner wird vorgeschlagen, dass ein diodengepumpter Festkörperlaser einge- setzt wird. Unter einem„Festkörperlaser" soll insbesondere ein Laser verstanden werden, dessen verstärkendes aktives Medium aus einem Festkörper besteht, der in einer bestimmten Konzentration mit laseraktiven Ionen dotiert ist. Unter einem„diodengepumpten Festkörperlaser" soll insbesondere ein Festkörperlaser verstanden werden, bei dem zumindest eine Laserdiode zur Anregung von Elekt- ronen in ein höheres Energieniveau durch elektromagnetische Strahlung vorgesehen ist. Vorzugsweise wird ein Nd:YAG Laser eingesetzt. Unter einem „Nd:YAG Laser" soll insbesondere ein Festkörperlaser verstanden werden, dessen aktives Medium aus einem mit Neodym dotierten Yttrium-Aluminium-Granat- Kristall besteht. Hierdurch kann Bauraum eingespart werden und es kann eine höhere Betriebszuverlässigkeit erreicht werden. Des Weiteren können eine optische Pumpeffizienz und eine Strahlqualität vorteilhaft gesteigert werden. It is also proposed that a diode-pumped solid-state laser is used. A "solid-state laser" is to be understood in particular as meaning a laser whose amplifying active medium consists of a solid doped with laser-active ions in a specific concentration is provided for exciting electrons in a higher energy level by electromagnetic radiation. Preferably, a Nd: YAG laser is used. A "Nd: YAG laser" is to be understood as meaning, in particular, a solid-state laser whose active medium consists of a neodymium-doped yttrium-aluminum garnet crystal, whereby space can be saved and higher operational reliability can be achieved optical pumping efficiency and beam quality can be increased advantageously.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Laserstrahl im Material auf einen Durchmesser kleiner als 30 μηη fokussiert wird. Darunter, dass der Laserstrahl„im Material auf einen Durchmesser kleiner als x fokussiert wird", soll insbesondere verstanden werden, dass der Brennpunkt eine Erstreckung aufweist, die kleiner als x ist. Vorzugsweise wird der Laserstrahl im Material auf einen Durchmesser kleiner als 25 μηη, insbesondere kleiner als 20 μηη und besonders vorteilhaft auf einen Durchmesser kleiner als 15 μηη fokus- siert. Hierdurch kann eine vorteilhaft hohe Energiedichte im Material erreicht werden. In a preferred embodiment of the invention, it is proposed that the laser beam is focused in the material to a diameter smaller than 30 μm. The fact that the laser beam is "focused in the material to a diameter smaller than x" is to be understood in particular to mean that the focal point has an extension that is smaller than x. Preferably, the laser beam in the material is reduced to a diameter smaller than 25 μm. in particular less than 20 μm and particularly advantageously focused to a diameter of less than 15 μm, whereby an advantageously high energy density in the material can be achieved.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Laserstrahl mit einer Wellenlänge von mindestens 355 nm und höchstens 3000 nm erzeugt wird. Darunter, dass der Laserstrahl mit einer bestimmten Wellenlänge„erzeugt wird", soll insbesondere verstanden werden, dass der Laser elektromagnetische Strahlung der bestimmten Wellenlänge emittiert. Vorzugsweise wird der Laserstrahl mir einer Wellenlänge im Nahinfrarot- Wellenlängenbereich erzeugt, insbesondere mit einer Wellenlänge von wenigstens 780 nm und vorteilhaft mit einer Wellenlänge von höchstens 3000 nm und besonders vorteilhaft von höchstens 1400 nm. Vorzugsweise wird der Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1064 nm erzeugt. Hierdurch kann eine vorteilhafte Wechselwirkung zwischen der elektromagnetischen Strahlung und dem Material erzielt werden. In a particularly preferred embodiment of the invention, it is proposed that the laser beam is generated with a wavelength of at least 355 nm and at most 3000 nm. By the fact that the laser beam is "generated" with a certain wavelength, it should be understood in particular that the laser emits electromagnetic radiation of the particular wavelength. Preferably, the laser beam is generated with a wavelength in the near-infrared wavelength range, in particular with a wavelength of at least 780 nm and advantageously with a wavelength of at most 3000 nm and more preferably of at most 1400 nm. Preferably, the laser beam is generated with a wavelength of 1064 nm. As a result, an advantageous interaction between the electromagnetic radiation and the material can be achieved.
Ferner wird ein Hausgerätebauteil, insbesondere ein Glaskeramikhausgerätebauteil, vorgeschlagen, welches in einem Innenbereich zumindest einen Laserbearbeitungspunkt aufweist, der durch das erfindungsgemäße Verfahren bearbeitet ist. Unter einem „Innenbereich" des Hausgerätebauteils soll insbesondere ein Teilbereich des Hausgerätebauteils verstanden werden, der komplett innerhalb des Hausgerätebauteils angeordnet ist und vorzugsweise vollständig mit einem das Hausgerätebauteil bildenden Material aufgefüllt ist. Furthermore, a domestic appliance component, in particular a glass-ceramic domestic appliance component, is proposed, which has at least one laser processing point in an inner area, which is processed by the method according to the invention. An "inner region" of the domestic appliance component is to be understood in particular to be a partial region of the domestic appliance component which is arranged completely within the domestic appliance component and is preferably completely filled up with a material forming the domestic appliance component.
Vorteilhaft ist eine Temperaturleitfähigkeit des Laserbearbeitungspunkts gegenüber einer Umgebung des Laserbearbeitungspunkts erhöht. Vorzugsweise ist die Temperaturleitfähigkeit des Laserbearbeitungspunkts um zumindest 1 %, insbesondere um wenigstens 2% und vorzugsweise um wenigstens 3% gegenüber einer Umgebung des Laserbearbeitungspunkts erhöht. Hierdurch kann ein Hausgerätebauteil bereitgestellt werden, dessen Temperaturleitfähigkeit in zumindest einem Bereich erhöht ist. Advantageously, a thermal conductivity of the laser processing point is increased in relation to an environment of the laser processing point. Preferably, the thermal conductivity of the laser processing point is increased by at least 1%, in particular by at least 2%, and preferably by at least 3%, relative to an environment of the laser processing point. In this way, a household appliance component can be provided whose thermal diffusivity is increased in at least one area.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine mittlere Anzahl von Kristalliten pro Volumen im Laserbearbeitungspunkt gegenüber einer Umgebung des Laserbearbeitungspunkts erhöht ist. Unter einem „Kristallit" soll insbesondere ein räumlicher Bereich verstanden werden, der eine kristalline Phase aufweist und der vorzugsweise eine Erstreckung von maximal 1 μηη, insbesondere von höchstens 500 nm, vorzugsweise von maximal 100 nm und besonders vorteilhaft von höchstens 50 nm aufweist. Vorzugsweise ist der Kristallit in einer amorphen Phase eingebettet. Darunter, dass„eine mittlere An- zahl von Kristalliten pro Volumen im Laserbearbeitungspunkt gegenüber einer Umgebung des Laserbearbeitungspunkts erhöht ist, soll insbesondere verstanden werden, dass in einem Volumen innerhalb des Laserbearbeitungspunkts mehr Kristallite vorhanden sind als in einem Volumen gleicher Größe außerhalb eines jeden Laserbearbeitungspunkts. Hierdurch kann ein Hausgerätebauteil bereitgestellt werden, dessen Temperaturleitfähigkeit in zumindest einem Bereich durch eine größere Anzahl von Kristalliten erhöht ist. In a preferred embodiment of the invention, it is proposed that an average number of crystallites per volume in the laser processing point is increased compared to an environment of the laser processing point. A "crystallite" is to be understood as meaning, in particular, a spatial region which has a crystalline phase and which preferably has an extension of not more than 1 μm, in particular not more than 500 nm, preferably not more than 100 nm and particularly preferably not more than 50 nm the crystallite is embedded in an amorphous phase. In particular, it should be understood that more crystallites are present in a volume within the laser processing point than in a volume of equal size outside each laser processing point. In this way, a household appliance component can be provided whose thermal diffusivity is increased in at least one area by a larger number of crystallites.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla- gen, dass die Kristallite im Laserbearbeitungspunkt im Mittel identisch sind zuIn a particularly preferred embodiment of the invention, it is proposed that the crystallites in the laser processing point are identical on average
Kristalliten in einer Umgebung des Laserbearbeitungspunkts. Darunter, dass„die Kristallite im Laserbearbeitungspunkt im Mittel identisch sind zu Kristalliten in der Umgebung des Laserbearbeitungspunkts, soll insbesondere verstanden werden, dass eine Zusammensetzung und/oder eine Phase und/oder eine Größe der Kristallite identisch sind. Hierdurch kann ein Hausgerätebauteil bereitgestellt werden, dessen Temperaturleitfähigkeit bei nahezu unveränderten mechanischen Eigenschaften, insbesondere einem Härtegrad und einer Biegefestigkeit, in zumindest einem Bereich erhöht ist. Ferner wird vorgeschlagen, dass ein Abstand zwischen zwei benachbarten Laserbearbeitungspunkten mindestens 50 μηη beträgt. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen den Laserbearbeitungspunkten zumindest 75 μηη und besonders vorteilhaft mindestens 100 μηη. Hierdurch kann ein Hausgerätebauteil bereitgestellt werden, dessen Temperaturleitfähigkeit in zumindest einem Bereich erhöht ist und das frei von Beschädigungen, insbesondere einer Rissbildung imCrystallites in an environment of the laser processing point. By saying that "the crystallites in the laser processing point are on average identical to crystallites in the vicinity of the laser processing point, it should be understood in particular that a composition and / or a phase and / or a size of the crystallites are identical. In this way, a household appliance component can be provided whose thermal diffusivity is increased in at least one region with virtually unchanged mechanical properties, in particular a degree of hardness and a flexural strength. It is also proposed that a distance between two adjacent laser processing points is at least 50 μm. Preferably, the distance between the laser processing points at least 75 μηη and particularly advantageously at least 100 μηη. In this way, a household appliance component can be provided whose thermal diffusivity is increased in at least one area and which is free from damage, in particular cracking in the area
Innern, ist. Des Weiteren kann ein Eindruck eines großflächigen Dekors bei einem vorteilhaft geringen Bearbeitungsaufwand erreicht werden. Inside, is. Furthermore, an impression of a large-scale decoration can be achieved with an advantageously low processing cost.
Ferner wird ein Hausgerät, insbesondere ein Gargerät, mit einem erfindungsge- mäßen Hausgerätebauteil vorgeschlagen. Vorzugsweise ist das Bauteil eineFurthermore, a domestic appliance, in particular a cooking appliance, with a household appliance component according to the invention is proposed. Preferably, the component is a
Kochfeldplatte, insbesondere eines Kochfelds mit Widerstandsheizkörpern. Hier- durch kann speziell im Bereich der Widerstandsheizkörper eine erhöhte Temperaturleitfähigkeit der Kochfeldplatte erzielt werden. Hobbed plate, in particular a hob with resistance heaters. Here- By especially in the field of resistance heaters an increased thermal conductivity of the hob plate can be achieved.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den folgenden Zeichnungsbeschreibungen. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibungen und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Further advantages can be found in the following drawing descriptions. In the drawings, an embodiment of the invention is shown. The drawings, the descriptions and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Apparatur zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,  1 is a schematic representation of an apparatus for carrying out a method according to the invention,
Fig. 2 eine schematische und vergrößerte Darstellung zweier Laserbearbeitungspunkte und ihrer Umgebung,  2 is a schematic and enlarged view of two laser processing points and their environment,
Fig. 3 ein Kochfeld mit einer mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeiteten Kochfeldplatte aus Glaskeramik in einer Draufsicht und  Fig. 3 shows a hob with a processed by the method according to the invention hob ceramic hob in a plan view and
Fig. 4 das Kochfeld in einer Schnittdarstellung längs einer Linie IV-IV  Fig. 4 shows the hob in a sectional view along a line IV-IV
in Fig. 3.  in Fig. 3.
Fig. 1 zeigt eine nicht maßstäbliche schematische Darstellung einer Apparatur zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren dient zur Erhöhung einer Temperaturleitfähigkeit eines Materials 10 mittels eines Lasers 12. Das Material 10 ist eine Glaskeramik, die unter dem Handelsnamen „Cleartrans" erhältlich ist. Ein Absorptionskoeffizient für eine Strahlungswellenlänge von 1064 nm beträgt 3,24 cm"1. Als Laser 12 wird ein kommerziell erhältlicher Laser der Baureihe„E-Line 20" von ROFIN-SINAR Technologies, Inc. eingesetzt. Bei dem Laser 12 handelt es sich um einen diodengepumpten Festkörperlaser 26. Der Laser 12 ist ein diodengepumpter Nd:YAG Laser. Der Laser 12 emittiert eine Strahlungswellenlänge von 1064 nm. Der Laser 12 hat eine maximale mittlere Leistung von 1 1 W. Der Laser 12 wird mittels eines Güteschalters gepulst betrieben. Ein vom Laser 12 emittierter Gauß-Strahl TEM0o weist eine Beugungsmaßzahl M2 < 1 ,3 auf. 1 shows a schematic representation, not to scale, of an apparatus for carrying out a method according to the invention. The method serves to increase a thermal conductivity of a material 10 by means of a laser 12. The material 10 is a glass ceramic available under the trade name "Cleartrans." An absorption coefficient for a radiation wavelength of 1064 nm is 3.24 cm -1 . Laser 12 is a commercially available E-Line 20 series laser from ROFIN-SINAR Technologies, Inc. Laser 12 is a diode-pumped solid-state laser 26. Laser 12 is a diode-pumped Nd: YAG laser. The laser 12 emits a radiation wavelength of 1064 nm. The laser 12 has a maximum average power of 1 1 W. The laser 12 is operated by means of a Q-switch operated pulsed. A Gaussian beam TEM 0 o emitted by the laser 12 has a diffraction factor M 2 <1, 3.
Ein vom Laser 12 emittierter Laserstrahl 14 wird mittels einer in Fig. 1 vereinfacht dargestellten, jedoch einem Fachmann grundsätzlich bekannten Laseroptikeinheit 18 im Material 10 mit einer Leistungsdichte von 120 GW/cm2 fokussiert. Hierzu umfasst die Laseroptikeinheit 18 eine Linse zu einer fünffachen Aufweitung des Laserstrahls 14 und eine Konvexlinse mit einer Brennweite von 100 mm, so dass der Laserstrahl 14 hinter der Laseroptikeinheit 18 eine Ray- leighlänge von 95 μηη aufweist. Ferner umfasst die Laseroptikeinheit 18 einenA laser beam 14 emitted by the laser 12 is focused in the material 10 with a power density of 120 GW / cm 2 by means of a laser optics unit 18, which is shown in simplified form in FIG. 1 but is basically known to a person skilled in the art. For this purpose, the laser optical unit 18 comprises a lens at a fivefold widening of the laser beam 14 and a convex lens with a focal length of 100 mm, so that the laser beam 14 behind the laser optical unit 18 has a Ray- leighlänge of 95 μηη. Furthermore, the laser optical unit 18 comprises a
Ablenkspiegel, der mittels eines Galvanometers durch eine CAD Software gesteuert wird. Ein Brennpunkt 17 der Laseroptikeinheit 18 kann dadurch relativ zum Material 10 mit einer Geschwindigkeit 20 von 300 mm/s bewegt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine gesamte Laseroptikeinheit relativ zu einem Material bewegt werden. In einer weiteren Ausgestaltung kann eine Laseroptikeinheit stationär sein während ein Material bewegt wird. Der Laserstrahl 14 wird im Material 10 auf einen Durchmesser 28 von 13 μηη fokussiert. Durch die Pulswiederholfrequenz von 2 kHz und die Geschwindigkeit 20 von 300 mm/s ergibt sich ein Abstand zwischen zwei benachbarten Laserbearbeitungspunkten 22, 24 von 150 μηη. Die hohe Leistungsdichte im Laserbearbeitungspunkt 22, 24 während eines Pulses führt zu einer Strukturänderung des Materials 10 im Laserbearbeitungspunkt 22, 24. Ein Material in einer Umgebung 32 des Laserbearbeitungspunkts 22, 24 bleibt aufgrund der dort herrschenden deutlich geringeren Leistungsdichte im Wesentlichen unbeeinflusst. Deflection mirror, which is controlled by a galvanometer by a CAD software. A focal point 17 of the laser optical unit 18 can thereby be moved relative to the material 10 at a speed 20 of 300 mm / s. Alternatively or additionally, an entire laser optical unit can also be moved relative to a material. In a further embodiment, a laser optical unit may be stationary while a material is being moved. The laser beam 14 is focused in the material 10 to a diameter 28 of 13 μηη. The pulse repetition frequency of 2 kHz and the speed 20 of 300 mm / s results in a distance between two adjacent laser processing points 22, 24 of 150 μηη. The high power density in the laser processing point 22, 24 during a pulse leads to a structural change of the material 10 in the laser processing point 22, 24. A material in an environment 32 of the laser processing point 22, 24 remains substantially unaffected due to the significantly lower power density prevailing there.
Fig. 2 verdeutlicht diesen Sachverhalt in einer schematischen und vergrößerten Darstellung des Materials 10. Das glaskeramische Material 10 besteht aus einer amorphen Phase 16 und einer kristallinen Phase 15. Die kristalline Phase 15 liegt in Kristalliten 34 vor, die in die amorphe Phase 16 eingebettet sind. In Fig. 2 sind die Kristallite 34 vereinfacht in Form von Rauten dargestellt, deren Begrenzungslinien jeweils einer Phasengrenzfläche 36 zwischen der amorphen Phase 16 und der kristallinen Phase 15 entspricht. Eine mittlere Anzahl von Kristalliten 34 pro Volumen ist im Laserbearbeitungspunkt 22, 24 gegenüber der Umgebung 32 des Laserbearbeitungspunkts 22, 24 erhöht. Die Kristallite 34 im Laserbearbeitungspunkt 22, 24 sind im Mittel identisch zu Kristalliten 34 in der Umgebung 32 des Laserbearbeitungspunkts 22, 24. Dies konnte durch eine Röntgenstrukturanalyse nachgewiesen werden. Es zeigte sich, dass die Kristallite 34 aus einem Magnesium-Aluminium-Silikat, genauer aus MgAI2Si40i2, bestehen. Eine Kristallitgröße beträgt ungefähr 34,21 nm. Durch die höhere Anzahl von Kristalliten 34 pro Volumen ist die Temperaturleitfähigkeit des Laserbearbeitungspunkts 22, 24 gegenüber der Umgebung 32 des Laserbearbeitungspunkts 22, 24 erhöht. FIG. 2 illustrates this fact in a schematic and enlarged representation of the material 10. The glass-ceramic material 10 consists of an amorphous phase 16 and a crystalline phase 15. The crystalline phase 15 is present in crystallites 34 which are embedded in the amorphous phase 16 , In Fig. 2, the crystallites 34 are shown simplified in the form of diamonds whose boundary lines each correspond to a phase interface 36 between the amorphous phase 16 and the crystalline phase 15. An average number of crystallites 34 per Volume is increased in the laser processing point 22, 24 with respect to the surroundings 32 of the laser processing point 22, 24. The crystallites 34 in the laser processing point 22, 24 are on average identical to crystallites 34 in the vicinity 32 of the laser processing point 22, 24. This could be detected by an X-ray structure analysis. It was found that the crystallites 34 consist of a magnesium-aluminum silicate, more precisely of MgAl 2 Si 4 0i2. A crystallite size is approximately 34.21 nm. Due to the higher number of crystallites 34 per volume, the thermal conductivity of the laser processing point 22, 24 is increased compared to the environment 32 of the laser processing point 22, 24.
Das Material 10 kann als Hausgerätebauteil eingesetzt werden. Fig. 3 zeigt ein Kochfeld 38 mit einem als Kochfeldplatte 40 ausgeführten Hausgerätebauteil in einer nicht maßstäblichen Draufsicht. Die Kochfeldplatte 40 besteht aus einer Glaskeramik. Die Glaskeramik ist unter dem Handelsnamen„Cleartrans" erhält- lieh. Auf einer Oberseite 41 der Kochfeldplatte 40 sind in bekannter Weise Heizzonen 42, 44, 46, 48 mittels einer Bedruckung 50 markiert. Jeder der Heizzonen 42, 44, 46, 48 ist, wie beispielhaft in einer nicht maßstäblichen Schnittdarstellung in Fig. 4 für die Heizzone 48 gezeigt, ein Heizelement 52 zugeordnet. Das Heizelement 52 befindet sich genau unterhalb der Heizzone 48. Das Heizelement 52 besitzt die gleiche Querschnittsfläche wie die Heizzone 48. Bei dem HeizelementThe material 10 can be used as a household appliance component. FIG. 3 shows a hob 38 with a domestic appliance component embodied as a hob plate 40 in a plan view which is not to scale. The cooktop panel 40 is made of a glass ceramic. The glass ceramic is available under the trade name "Cleartrans." Heating zones 42, 44, 46, 48 are marked in a known manner on an upper side 41 of the hob plate 40 by means of an imprint 50. Each of the heating zones 42, 44, 46, 48 is, as shown by way of example in a not to scale section in Fig. 4 for the heating zone 48, a heating element 52. The heating element 52 is located just below the heating zone 48. The heating element 52 has the same cross-sectional area as the heating zone 48. In the heating element
52 handelt es sich um ein Widerstandsheizelement, welches unmittelbar an eine Unterseite 54 der Kochfeld platte 40 anschließt und diese in einem Betriebszustand von unten erwärmt. Die Kochfeld platte 40 ist im Bereich der Heizzone 48 mittels des oben beschriebenen Verfahrens bearbeitet. In einem Innenbereich 30 der Kochfeld platte 40 befinden sich im Bereich der Heizzone 48 Laserbearbeitungspunkte 22, 24 mit einem gegenseitigen Abstand von 150 μηη. Die Laserbearbeitungspunkte 22, 24 sind sowohl nebeneinander in einer Ebene parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Kochfeldplatte 40 als auch übereinander in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene angeordnet. Die überein- ander angeordneten Laserbearbeitungspunkte 22, 24 erstrecken sich von der52 is a resistance heating element, which connects directly to a bottom 54 of the hob plate 40 and this heated in an operating condition from below. The hob plate 40 is processed in the area of the heating zone 48 by means of the method described above. In an inner region 30 of the hob plate 40 are located in the heating zone 48 laser processing points 22, 24 with a mutual distance of 150 μηη. The laser processing points 22, 24 are arranged both side by side in a plane parallel to a main extension plane of the hob plate 40 and also one above the other in a direction perpendicular to the main extension plane. The laser processing points 22, 24 arranged one above the other extend from the
Oberseite 41 der Kochfeld platte 40 zur Unterseite 54. Hierdurch ist die Temperaturleitfähigkeit im Bereich der Heizzone 48 gegenüber einer Umgebung der Heiz- zone 48 gesteigert. Die Temperatur der vom Heizelement 52 aufgeheizten Unterseite 54 wird so bevorzugt in Richtung der Oberseite 41 geleitet. Hierdurch kann einer Erwärmung der Kochfeld platte 40 in der Umgebung der Heizzone 48 entgegengewirkt werden. Des Weiteren kann eine vorteilhaft kürzere Reaktionszeit bei einer Erwärmung der Heizzone 48 erreicht werden. Untersuchungen zeigten, dass die Temperaturleitfähigkeit im bearbeiteten Bereich bei einer Temperatur von 500°C um ungefähr 3% erhöht ist. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass eine Veränderung eines Härtegrads der Kochfeldplatte 40 unter 5% liegt. Ferner wurde nachgewiesen, dass eine Veränderung einer Biegefestigkeit der Kochfeldplatte 40 kleiner als 10% ist. Top 41 of the hob plate 40 to the bottom 54. This is the thermal conductivity in the region of the heating zone 48 against an environment of heating increased zone 48. The temperature of the heated by the heating element 52 bottom 54 is preferably directed toward the top 41. In this way, a heating of the hob plate 40 can be counteracted in the vicinity of the heating zone 48. Furthermore, an advantageously shorter reaction time when heating the heating zone 48 can be achieved. Investigations showed that the temperature conductivity in the machined area is increased by about 3% at a temperature of 500 ° C. Furthermore, it could be shown that a change of a degree of hardness of the hob plate 40 is less than 5%. Further, it has been proved that a change of a flexural strength of the cooktop panel 40 is smaller than 10%.
Bezugszeichen reference numeral
10 Material 10 material
12 Laser  12 lasers
14 Lasterstrahl  14 vice beam
15 Kristalline Phase 15 crystalline phase
16 Amorphe Phase16 amorphous phase
17 Brennpunkt 17 focus
18 Laseroptikeinheit 20 Geschwindigkeit 18 Laser Optics Unit 20 Speed
22 Laserbearbeitungspunkt22 laser processing point
24 Laserbearbeitungspunkt24 laser processing point
26 Festkörperlaser26 solid-state lasers
28 Durchmesser 28 diameter
30 Innenbereich  30 indoor area
32 Umgebung  32 environment
34 Kristallit  34 crystallite
36 Phasengrenzfläche 36 phase interface
38 Kochfeld 38 hob
40 Kochfeld platte  40 hob plate
41 Oberseite  41 top
42 Heizzone  42 heating zone
44 Heizzone 44 heating zone
46 Heizzone 46 heating zone
48 Heizzone 48 heating zone
50 Bedruckung 50 printing
52 Heizelement 52 heating element
54 Unterseite 54 bottom

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur Erhöhung einer Temperaturleitfähigkeit eines Materials (10), insbesondere einer Glaskeramik, mittels eines Lasers (12), bei dem ein Laserstrahl (14) mit einer Leistungsdichte von zumindest 100 kW/cm2 im Material (10) fokus- siert wird. 1 . Method for increasing a thermal conductivity of a material (10), in particular a glass ceramic, by means of a laser (12), in which a laser beam (14) with a power density of at least 100 kW / cm 2 in the material (10) is focused.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Material (10) mit wenigstens einer kristallinen Phase (15) und einer amorphen Phase (16) verwendet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that a material (10) having at least one crystalline phase (15) and an amorphous phase (16) is used.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (12) gepulst betrieben wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the laser (12) is operated pulsed.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (12) mit einer Pulslänge von höchstens 40 ns betrieben wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that the laser (12) is operated with a pulse length of at most 40 ns.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (12) mit einer Pulswiederholfrequenz von höchstens 10 kHz betrieben wird. 5. The method according to any one of claims 3 or 4, characterized in that the laser (12) is operated at a pulse repetition frequency of at most 10 kHz.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennpunkt (17) einer Laseroptikeinheit (18) relativ zum Material (10) mit einer Geschwindigkeit (20) von zumindest 100 mm/s bewegt wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a focal point (17) of a laser optical unit (18) relative to the material (10) at a speed (20) of at least 100 mm / s is moved.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten Laserbearbeitungspunkten (22, 24) ein Abstand von wenigstens 50 μηη eingehalten wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that between two adjacent laser processing points (22, 24) a distance of at least 50 μηη is maintained.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein diodengepumpter Festkörperlaser (26) eingesetzt wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a diode-pumped solid-state laser (26) is used.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (14) im Material (10) auf einen Durchmesser (28) kleiner als 30 μηη fokussiert wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the laser beam (14) in the material (10) to a diameter (28) is less than 30 μηη focused.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (14) mit einer Wellenlänge von mindestens 355 nm und höchstens 3000 nm erzeugt wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the laser beam (14) having a wavelength of at least 355 nm and at most 3000 nm is generated.
1 1. Hausgerätebauteil, insbesondere Glaskeramikhausgerätebauteil, welches in einem Innenbereich (30) zumindest einen Laserbearbeitungspunkt (22, 24) aufweist, der durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche bearbeitet ist. 1 1. Household appliance component, in particular glass ceramic house appliance component, which in an interior region (30) at least one laser processing point (22, 24), which is processed by a method according to one of the preceding claims.
12. Hausgerätebauteil nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturleitfähigkeit des Laserbearbeitungspunkts (22, 24) gegenüber einer Umgebung (32) des Laserbearbeitungspunkts (22, 24) erhöht ist. 12. domestic appliance component according to claim 1 1, characterized in that a thermal conductivity of the laser processing point (22, 24) relative to an environment (32) of the laser processing point (22, 24) is increased.
13. Hausgerätebauteil nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Anzahl von Kristalliten (34) pro Volumen im Laserbearbeitungspunkt (22, 24) gegenüber einer Umgebung (32) des Laserbearbeitungspunkts (22, 24) erhöht ist. 13. domestic appliance component according to claim 1 1 or 12, characterized in that an average number of crystallites (34) per volume in the laser processing point (22, 24) relative to an environment (32) of the laser processing point (22, 24) is increased.
14. Hausgerätebauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kris- tallite (34) im Laserbearbeitungspunkt (22, 24) im Mittel identisch sind zu Kristalliten (34) in einer Umgebung (32) des Laserbearbeitungspunkts (22, 24). 14. Domestic appliance component according to claim 13, characterized in that the crystal sides (34) in the laser processing point (22, 24) are on average identical to crystallites (34) in an environment (32) of the laser processing point (22, 24).
15. Hausgerätebauteil nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen zwei benachbarten Laserbearbeitungspunkten (22, 24) mindestens 50 μηη beträgt. 15. Domestic appliance component according to one of claims 1 1 to 14, characterized in that a distance between two adjacent laser processing points (22, 24) is at least 50 μηη.
16. Hausgerät, insbesondere Gargerät, mit einem Hausgerätebauteil nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15. 16. Domestic appliance, in particular cooking appliance, with a domestic appliance component according to one of claims 1 1 to 15.
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