WO2015044168A1 - Laserinduzierte volumenfärbung von glas und glaskeramiken - Google Patents

Laserinduzierte volumenfärbung von glas und glaskeramiken Download PDF

Info

Publication number
WO2015044168A1
WO2015044168A1 PCT/EP2014/070310 EP2014070310W WO2015044168A1 WO 2015044168 A1 WO2015044168 A1 WO 2015044168A1 EP 2014070310 W EP2014070310 W EP 2014070310W WO 2015044168 A1 WO2015044168 A1 WO 2015044168A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
glass
region
laser
transmission
glass ceramic
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/070310
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Spier
Fabian Wagner
Oliver Hochrein
Original Assignee
Schott Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schott Ag filed Critical Schott Ag
Priority to EP14772145.0A priority Critical patent/EP3049374B1/de
Priority to JP2016516940A priority patent/JP6403762B2/ja
Publication of WO2015044168A1 publication Critical patent/WO2015044168A1/de

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0005Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
    • C03C23/0025Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by a laser beam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/24Ablative recording, e.g. by burning marks; Spark recording
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/26Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used
    • B41M5/262Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used recording or marking of inorganic surfaces or materials, e.g. glass, metal, or ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/007Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by thermal treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Glas- oder Glaskeramikartikels mit lokal veränderter Transmission, bei welchem ein Glas- oder Glaskeramikartikel bereitgestellt und lokal begrenzt auf einen Bereich der Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikartikels elektromagnetische Strahlung mittels eines Lasers gerichtet wird, welche im Glas bzw. der Glaskeramik absorbiert wird. Dabei wird die Leistungsdichte des Lasers so gewählt, dass die Leistungsdichte des Lasers unterhalb der Ablationsschwelle liegt und im bestrahlten Bereich die Transmission abgesenkt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Erzeugnis mit einem Glas- oder Glaskeramikelement, welches einen ersten Bereich und einen benachbarten, zweiten Bereich aufweist. Der zweite Bereich nimmt einen geringeren Flächenanteil an der Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikelements ein als der erste Bereich und ist stärker als der erste Bereich volumengefärbt. Der zweite Bereich weist zumindest einen ersten farbgebenden Bestandteil auf, so dass die integrale Lichttransmission im sichtbaren Spektralbereich im zweiten Bereich gegenüber dem ersten Bereich reduziert ist, wobei das erste farbgebende Element die integrale Lichttransmission im sichtbaren Spektralbereich des zweiten Bereichs reduziert und der erste und der zweite Bereich eine gemeinsame Gefügestruktur aufweisen.

Description

Laserinduzierte Volumenfärbung von Glas und Glaskeramiken
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokal begrenzt flächigen oder auch vollflächigen Veränderung der
Absorptionseigenschaften von Gläsern und glaskeramischen Materialien über zumindest einen Teil der Dicke und/oder des Volumens des Ausgangsmaterials durch eine Behandlung mit elektromagnetischer Strahlung, so dass die Transmission über einen Teil oder vorzugsweise die gesamte Dicke des monolithischen Ausgangsmaterials in gewünschtem Maße verändert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung Glas- oder Glaskeramikelemente, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbar sind.
Für eine lokale Veränderung der Transmission von Bauteilen aus Glas oder Glaskeramik sind bisher vier verschiedene Varianten möglich:
Zum Einen kann durch das Fügen von zwei verschiedenen
Materialien mit unterschiedlicher Transmission ein Bauteil erzeugt werden, welches partiell eine andere Transmission aufweist. Dabei können alle Fügeverfahren wie Löten,
Schweißen und Kleben zum Einsatz kommen. Nachteilig ist dabei, dass hierbei zwei verschiedene Materialien mit unterschiedlicher Transmission benötigt werden. Diese müssen aufwändig einzeln hergestellt werden, wobei die Einstellung einer bestimmten und unterschiedlichen
Transmission eine Herausforderung darstellt oder in vielen Fällen überhaupt nicht dargestellt werden kann. Die zwei verschiedenen Materialien können zudem unterschiedliche mechanische, physikalische und chemische Eigenschaften aufweisen. Dies kann im späteren Einsatzfall nachteilig sein in Bezug auf Temperaturwechselbeständigkeit, chemische Beständigkeit und mechanische Bruchfestigkeit. Außerdem ist die Fügenaht auch mit anderen physikalischen und chemischen Eigenschaften behaftet und kann sich nachteilig auf die Bauteileigenschaften auswirken. Zudem ist die Fügenaht meist optisch störend oder bildet eine Bruchausgangskante. Außerdem ist das Einfügen von geschlossenen Flächen in ein großes Bauteil oft sehr schwierig, da allseitig gefügt werden muss und Spaltmaße schwer einzuhalten sind; auch
Kräfte auf die Fügenaht zur Steigerung der Haftvermittlung können nicht aufgebracht werden.
Zum Anderen kann eine lokale Änderung der Transmission durch lokale Beschichtung erfolgen. Eine solche Lösung wird beispielsweise in der WO 2012/001300 AI vorgeschlagen. Zwar wird hier nur noch ein Material im Gegensatz zum
Fügeverfahren, aber dafür zusätzlich ein Beschichtungsstoff benötigt, welcher bestimmte geforderte
Transmissionseigenschaften erfüllen muss. Um eine lokal höhere Transmission zu erzielen, werden die Bereiche des Bauteils beschichtet, die eine geringere Transmission haben sollen. Voraussetzung dafür ist, dass die Grundtransmission des gesamten Bauteils so hoch ist wie die höchste
geforderte Transmission im fertigen Produkt. In der Praxis kann dies ebenfalls zu einem erhöhten Aufwand führen, da gegebenenfalls die Glaszusammensetzung zu ändern ist.
Auch der Aufwand für die partielle Beschichtung ist nicht zu unterschätzen, da in irgendeiner Weise maskiert werden muss. Nachteilig am Beschichtungsverfahren ist außerdem, dass eine geeignete Beschichtung zu finden ist, welche sowohl auf dem Bauteil ausreichend haftet als auch alle späteren Einsatzbedingungen des Bauteils ohne Schädigung übersteht .
Zusätzlich schafft die Beschichtung eine neue Oberfläche auf dem Bauteil mit anderen chemischen und physikalischen Eigenschaften. Dies kann beispielsweise bei
Pharmaverpackungen nachteilig sein, da bei einer
Innenbeschichtung ein Kontakt mit dem pharmazeutischen Produkt erfolgt. Bei einer äußeren Beschichtung eines Produktes kann es zu Kratzern oder anderweitigen
Veränderungen und Beschädigungen kommen. Außerdem trägt eine Beschichtung immer auf der Oberfläche auf, was oft hinsichtlich der Haptik, Optik, Kratzanfälligkeit oder Reibung unerwünscht ist.
Auch ist zum dritten ein Verfahren zur Laserbeschriftung von keramischen Materialien, Glasuren, keramischen Gläsern und Gläsern aus der EP 0233146 Bl bekannt. Dabei werden dem zu beschriftenden Material als strahlungsempfindlicher Zusatzstoff anorganische Pigmentpartikel in Form eines "keramischen Farbkörpers" beigemischt, welcher durch die Laserbestrahlung eine andere Farbe annimmt. Da solche Pigmentpartikel in Gläsern und Glaskeramiken nur während der Schmelze zugeführt werden könnten, würden diese mit aufgeschmolzen und der Effekt wäre nicht mehr gegeben. Nur bei Keramiken, die aus Pulvern zusammengesintert werden, ist ein solches Verfahren denkbar. Auch ist ein gepulster und fokussierter Laserstrahl, welcher oberflächlich einwirkt, zwingend erforderlich, da die Keramiken nicht transparent sind. Die optimale, zur Bestrahlung
auszuwählende Wellenlänge bei diesem Verfahren ist dabei diejenige, bei welcher der strahlungsempfindliche
Zusatzstoff am meisten, das zu beschriftende anorganische Material dagegen am wenigsten absorbiert. Voraussetzung ist daher eine lokal unterschiedliche Absorption des
Ausgangsmaterials, es müssen also lokale Absorptionspunkte in der Keramik enthalten sein, die zu einer lokal
unterschiedlichen Absorption (und damit einem anderen
Farbeindruck) des zu beschriftenden Ausgangsmaterials führen. Auch ist die Eindringtiefe dieser Markierung üblicherweise nicht größer als ca. 1 mm, da Keramiken im Allgemeinen opak sind.
Ein viertes Verfahren ist das Verfahren zur
Laserinnenmarkierung von transparenten Gläsern und
transparenten Glaskeramiken. Dabei wird mit einem gepulsten hochfokussierten Laserstrahl in einem kleinen punktförmigen Volumen (typischerweise deutlich kleiner als 1mm3)
innerhalb des Glases ein Mikroriss erzeugt und damit eine lokale Zerstörung der Struktur bzw. des Gefüges
herbeigeführt. Dies führt zu einer lokalen Reflexions- bzw. Streufläche, welche auftreffendes Licht ablenkt,
reflektiert oder in alle Richtungen streut und so zu einem Milchglaseffekt führt. Das Glas wird lokal transluzent, was aber nicht unbedingt zu einer Änderung der (totalen)
Transmission führen muss. Der Fokus des Laserstrahls muss dabei von Punkt zu Punkt innerhalb des Glasvolumens geführt werden, um flächig oder räumlich ausgedehnte Muster zu erzeugen. Voraussetzung ist außerdem, dass das Glas oder die Glaskeramik vor der Behandlung hochtransparent ist. Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, in einer
begrenzten Fläche eines Glases oder einer Glaskeramik auf einfache Weise eine Veränderung der
Absorptionseigenschaften über zumindest einen Teil der Dicke und/oder des Volumens des Ausgangsmaterials so herbeizuführen, dass die Transmission über die behandelten Teilbereiche des Ausgangsmaterials an einem monolithischen Bauteil verringert wird. Insbesondere erfolgt eine
gleichmäßige Verringerung der Transmission über den
gesamten sichtbaren Spektralbereich.
Dabei sollen dem monolithischen Bauteil weder zusätzliche Färbekörper in Form von anorganischen Pigmenten beigemischt werden müssen, noch soll man zusätzliche Beschichtungen oder Fügungen benötigen, um eine lokale oder vollflächige bzw. vollvolumige Transmissionsänderung zu erzeugen. Auch sollen lokale Streuzentren im Material entfallen können, die durch lokale Zerstörung oder Veränderung der Struktur des Ausgangsmaterials erzeugt werden.
Der Einsatz eines teuren hochfokussierten Lasers, dessen Fokuspunkte präzise durch das Material gefahren werden muss und der nur ein extrem kleines Volumen behandeln kann, ist ebenfalls mit der Erfindung nicht mehr notwendig.
Die Nachteile einer Fügenaht, nämlich das optische
Erscheinungsbild und das Vorhandensein einer oder mehrerer zusätzlicher Bauteilkanten, die zum Bruch führen können, sollen mit der Erfindung vermieden werden. Auch sollen in einfacher Art und Weise geschlossene Flächen innerhalb einer größeren Fläche transmittiv verändert werden können, ohne ein anderes Material dafür einfügen zu müssen. Insbesondere entfällt auch die Herstellung mehrerer unterschiedlicher Ausgangsmaterialien mit unterschiedlicher Transmission .
Außerdem sollen Beschichtungen nicht mehr notwendig sein, um die Transmission lokal zu beeinflussen. Damit kann die Suche nach einem Beschichtungsstoff und einem passenden Beschichtungsverfahren entfallen. Andererseits können aber auch gegebenenfalls Beschichtungen zum Einsatz kommen, um die Transmission und/oder Farbe anzupassen oder um andere Eigenschaften, wie etwa eine Entspiegelung bereitzustellen.
Es kann auch das Beimischen von irgendwelchen
partikelförmigen Zusatzstoffen entfallen, die zum
Ausgangsmaterial passen und sich chemisch mit diesem vertragen müssen. Auch ein heterogener Farbeindruck des Ausgangsmaterials durch das beigemischte Pigment kann so vermieden werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind dabei Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Beschreibung der Erfindung
Demgemäß sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Glas- oder Glaskeramikartikels mit lokal veränderter Transmission vor, bei welchem ein Glas- oder
Glaskeramikartikel bereitgestellt und mittels eines Lasers auf einen Bereich des Glas- oder Glaskeramikartikels lokal begrenzt elektromagnetische Strahlung gerichtet wird, welche vom Glas bzw. der Glaskeramik absorbiert wird, so dass die Transmission im bestrahlten Bereich des Glas- oder Glaskeramikartikels abnimmt. Die Leistungsdichte des Lasers wird dabei so gewählt, dass die Leistungsdichte
vorzugsweise unterhalb der Ablationsschwelle des bestrahlen Glases bzw. der Glaskeramik liegt. Die lokal veränderte Transmission wird insbesondere durch einen lokal
veränderten Absorptionskoeffzienten verursacht.
Vorzugsweise wird demgemäß im bestrahlten Bereich der
Absorptionskoeffizient erhöht und damit die Transmission abgesenkt.
Das Verfahren dient dementsprechend vorzugsweise zur
Herstellung eines Glas- oder Glaskeramikartikels mit lokal veränderter Absorption.
Weiterhin ist das Verfahren auch auf lichtstreuende oder sogar opake Glaskeramiken anwendbar. Bei derartigen
Glaskeramiken ist aufgrund der starken Lichtstreuung im Material die Transmission sehr gering. Wird aber das erfindungsgemäße Verfahren auf solche Werkstoffe angewendet und im Material der Absorptionskoeffizient durch die
Bestrahlung lokal erhöht, wird die Remission abgesenkt. Licht, welches in die Glaskeramik eindringt, wird gestreut und tritt teilweise wieder auf der Einstrahlseite wieder aus. Wird der Absorptionskoeffizient lokal erhöht, wird Licht verstärkt absorbiert, bevor es zurück und aus der Glaskeramik heraus gestreut werden kann. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist daher
vorgesehen, dass ein lichtstreuender Glaskeramikartikel verwendet, die Glaskeramik mit dem Laser bestrahlt wird und der Absorptionskoeffizient der Glaskeramik durch die
Bestrahlung abgesenkt wird, so dass die Remission für sichtbares Licht im bestrahlten Bereich abgesenkt wird. Bei einem mit diesem Verfahren herstellbaren Glaskeramikartikel ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Remission im behandelten Bereich um mindestens 5~6 , vorzugsweise mindestens 10% abgesenkt. Unter einem lichtstreuenden
Glaskeramikartikel wird im Sinne der Erfindung ein
transluzenter oder sogar opaker Glaskeramikartikel
verstanden. Der Effekt der hier erzielten Abdunkelung in Remission tritt insbesondere bei solchen
Glaskeramikartikeln deutlich hervor, bei welchen die
Remission im sichtbaren Spektralbereich mindestens so groß ist, wie die Transmission. Mit dem Verfahren wird ein Glas- oder Glaskeramikartikel, beziehungsweise ein Erzeugnis mit einem volumengefärbten, monolithischen Glas- oder Glaskeramikelement geschaffen, welches einen erste Bereich und einen benachbarten, zweiten Bereich aufweist, wobei die Transmission des zweiten
Bereiches, oder auch dessen Remission geringer ist als die Transmission, beziehungsweise Remission des ersten
Bereiches .
In einer Ausführungsform ist die Lichtstreuung im Glas oder in der Glaskeramik des zweiten Bereichs höchstens um absolut 20 %, vorzugsweise höchstens um absolut 10 %, besonders bevorzugt höchstens um absolut 5%, insbesondere bevorzugt höchstens um absolut 1% gegenüber der
Lichtstreuung im Glas oder in der Glaskeramik des ersten Bereichs höher. Die Lichtstreuung in der Glaskeramik des zweiten Bereichs ist also im Wesentlichen gleich zur
Lichtstreuung des ersten, benachbarten Bereichs mit
unveränderter Lichttransmission. Unter die Obergrenze einer höchstens um absolut 20 Prozent höheren Lichtstreuung fällt auch der Fall, dass die Lichtstreuung im ersten Bereich kleiner ist, als im zweiten Bereich. Mit der allenfalls geringfügig erhöhten Lichtstreuung tritt diese nicht als sichtbarer Effekt hervor. Die Lichtstreuung ist der Anteil der eingestrahlten Gesamtintensität abzüglich des direkt transmittierten Lichts, der Fresnel-Reflexion und
Absorption. Die absolute, in Prozent angegebene Erhöhung der Streuung bezieht sich auf den Anteil des gestreuten
Lichts bei der Transmission eines Lichtstrahls. Beträgt der Anteil der gestreuten Lichtintensität im zweiten Bereich beispielsweise 3% der Gesamtintensität, so bedeutet eine Erhöhung um absolut 5% im ersten Bereich dann ein Anteil der gestreuten Lichtintensität im ersten Bereich von 3% + 5% = 8 % . Die Begriffe der Transmission, Streuung,
Absorption und Remission, wie sie im Sinne der Erfindung verwendet werden, entsprechen den Definitionen gemäß DIN 5036-1 und können mit den Messvorschriften gemäß ISO 15368 bestimmt werden.
Würde nur die Oberfläche des Materials mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren behandelt, wäre der Effekt der Absorptionsänderung und damit der Transmissionsänderung über das ganze Volumen gesehen oft nur sehr klein und meist nicht ausreichend. Deshalb ist es durch und mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren durch die Auswahl einer Wellenlänge der Strahlung derart, dass diese im Volumen des Materials absorbiert wird, möglich, nicht nur die
Oberfläche sondern simultan zumindest einen bestimmten Bereich des Volumens des Glases aufzuheizen und zu
verändern, um den Effekt groß genug zu machen, so dass er dem der Anwendung gewünschten Maße entspricht und um die Oberfläche des Materials während der Behandlung nicht zu überhitzen . Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist die
Tatsache, dass die Wellenlänge der Einstrahlung nicht der Wellenlänge des erzielten Effektes, also der Wellenlänge, bei welcher die Transmissionsänderung auftritt, entsprechen muss. Bei der vorliegenden Erfindung ist es also möglich, beispielsweise mit einem Laser mit einer Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich, insbesondere im Bereich von 500 nm bis 550 nm einzustrahlen. Der resultierende Effekt kann aber beispielsweise im sichtbaren Bereich zwischen 380 nm und 780 nm liegen und eine Änderung der Transmission bei einer oder mehreren Wellenlängen in diesem Bereich durch physikalisch-chemische Reaktionen der im Glas vorhandenen Elemente und Verbindungen hervorrufen. Dies ist aus der Tatsache geschuldet, dass die eingestrahlte Energie zwar nur mit bestimmten Elementen des Glases oder der
Glaskeramik wechselwirkt aber Auswirkungen auf die gesamte Struktur des Glases oder der Glaskeramik hat.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird ein
picosekundengepulster Laser mit einer Ausgangsleistung von 8 bis 10 W verwendet. Die Einzelpulsenergie beträgt
unabhängig von der Art des Lasers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 5 - 150 yJ pro Puls, vorzugsweise 5 bis 100 yJ/Puls. Demgemäß sind auch beispielsweise UV-Laser mit Pulslängen im Nanosekunden-Bereich und entsprechenden
Pulsenergien geeignet, um das Glas oder die Glaskeramik zu bearbeiten .
Die Leistungsdichte des Lasers kann insbesondere über das bestrahlte Volumen so eingestellt werden, dass eine
Materialschädigung vermieden wird, die Energiedichte gleichzeitig jedoch ausreicht, um eine Verringerung der Transmission der bestrahlten Bereiche und somit eine
Abdunklung der bestrahlten Bereiche zu bewirken.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das bestrahlte Volumen und somit die Leistungsdichte durch Verschieben des Fokuspunktes des Lasers eingestellt werden. Dabei wird das bestrahlte Volumen umso kleiner und die Leistungsdichte umso höher, je näher der Fokuspunkt des Lasers an der
Oberfläche des zu bestrahlenden Werkstücks gelegt wird. Durch die eingesetzten Leistungsdichten wird eine
Materialschädigung vermieden, gleichzeitig ist die
Energiedichte jedoch ausreichend, um eine Verringerung der Transmission der bestrahlten Bereiche und somit eine
Abdunklung der bestrahlten Bereiche zu bewirken.
Mit einem Laserstrahl kann die Strahlungsleistung lokal eng begrenzt im Material eingebracht werden.
Dies ist vorteilhaft, da der Energieeintrag in das Glas bzw. die Glaskeramik zu einer Transmissionsverringerung im bestrahlten Bereich führt, ohne dass dabei das umgebende Material so stark zu erhitzen, dass beispielsweise
festigkeitsmindernde Mikrorisse, Phasen- und/oder Volumenänderungen innerhalb des bestrahlten Materials vermieden oder zumindest weitgehend vermieden werden können. Somit kann eine Transmissionsverringerung erreicht werden, ohne oder zumindest weitgehend ohne die
mechanischen Eigenschaften des bestrahlten Glas- oder
Glaskeramikartikels in nachteiliger Weise zu beeinflussen.
Als vorteilhaft zum Einbringen der erforderlichen
Leistungs- bzw. Energiedichten in das Material hat sich hierbei die Verwendung eines gepulsten Lasers, insbesondere eines gepulsten Picosekundenlasers oder einem
Ultrakurzpulslaser herausgestellt. Besonders bevorzugt werden dabei Ultrakurzpulslaser mit einer Pulsdauer kleiner als 1 ns .
Insbesondere erfolgt durch die eingestrahlte Strahlung eine zumindest teilweise Umwandlung von farbbildenden
Bestandteilen im Glas bzw. in der Glaskeramik in
farbgebende Bestandteile. Dadurch wird der
Absorptionskoeffizient des Glas- oder Glaskeramikmaterials erhöht .
Unter farbbildenden Bestandteilen im Sinne der Erfindung werden dabei Glas- oder Glaskeramikbestandteile verstanden, die unter der Einwirkung von geeigneter Strahlung bzw.
eines geeigneten Energieeintrages zu farbgebenden
Bestandteilen umgewandelt werden, wobei die farbgebenden Bestandteile die Transmission verringern. Die farbbildenden Bestandteile beeinflussen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Transmission des Glas- oder
Glaskeramikartikels, insbesondere die Transmission im sichtbaren Bereich (380 bis 780 nm) dabei nicht oder nicht wesentlich .
Die eingestrahlte Energie kann dabei durch die
farbbildenden Bestandteile absorbiert werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die eingestrahlte Energie zunächst durch andere Bestandteile des bereitgestellten Glas- oder
Glaskeramikartikels absorbiert und durch nachfolgende
Prozesse auf die farbbildenden Bestandteile übertragen wird. Insbesondere können auf Grund der hohen
eingestrahlten Leistungsdichten nicht-lineare optische Effekte auftreten. Es ist hierbei denkbar, dass an der Energieübertragung weitere Bestandteile des Glases bzw. der Glaskeramik beteiligt sind.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mittels eines Laserscanners in einem Scanvorgang der Laserstrahl über die Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikartikels gerastert wird, so dass ein Bereich bestrahlt wird, dessen Oberfläche größer ist als der Lichtfleck des Laserstrahls auf der Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikartikels.
Durch eine entsprechende Programmierung des Laserscanners können somit auch Bereiche entsprechend der
einprogrammierten Geometrien, beispielsweise Firmenlogos oder andere optische Markierungen, bestrahlt werden. So können, z. B. auf Kochflächen oder Kaminsichtscheiben
Designelemente, Firmenlogos und flächige Dekorierungen über das gesamte Volumen, d.h. von Oberfläche zu Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikartikels, eingebracht werden.
Im Unterschied zu konventionellen Markierungsverfahren besteht beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Notwendigkeit, den Laser punktförmig im Material zu fokussieren. Um eine im Volumen des bereitgestellten Glasoder Glaskeramikartikels ausgebreitete
Transmissionsänderung bzw. eine Volumenfärbung im
bestrahlten Bereich zu erzielen, reicht die Wahl einer Fokusebene des Lasers außerhalb der Materialdicke aus.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht daher vor, dass die Fokusebene über oder unter die Oberfläche des
bereitgestellten Glas- oder Glaskeramikartikels gelegt wird. Ein relativer Abstand der Fokusebene des Lasers zur Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikartikels im Bereich von 2 mm bis 10 mm, insbesondere im Bereich von 4 mm bis 8 mm hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. Zur Erzeugung einer Abdunklung im gesamten Volumen des
bestrahlten Bereiches ist lediglich eine Abrasterung der Fläche, nicht jedoch eine Abrasterung der Tiefe notwendig. Der Fokuspunkt, d.h. der Abstand der Fokusebene zur
Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikartikels kann jedoch gemäß einer weiteren Ausführungsform während des
Scannvorgangs geändert werden, beispielsweise um die
Homogenität der Transmissionsverringerung innerhalb des bestrahlten Volumens zu erhöhen oder um dreidimensionale Effekte zu erzielen. So kann der Fokuspunkt ober- oder unterhalb des Werkstückes, d.h. des Glas- oder
Glaskeramikelementes, liegen. Durch die Positionierung des Laserfokus (oberhalb oder unterhalb des Werkstückes) sowie die Entfernung des Fokuspunktes von der Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikelementes kann die Intensität der Abdunklung bzw. Transmissionsänderung beeinflusst werden. So ist beispielsweise die Intensität der Abdunklung bei einem Fokuspunkt unterhalb des Glas- oder Glaskeramikelementes stärker als bei einem entsprechenden, gleichgroßen Fokus oberhalb des Glas- oder
Glaskeramikelementes. So kann durch Variation der
Leistungsdichte bzw. Änderung des Fokusabstandes während der Bestrahlung über die Dicke des Werkstückes
unterschiedlich intensive Einfärbungen bzw. Abdunklungen erzeugt werden. Somit können beispielsweise
dreidimensionale optische Effekte im Glas- oder
Glaskeramikelement erzeugt werden.
Zur Erzielung von dreidimensionalen Effekten sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung vor, den Laserfokus hinter den zu bestrahlenden Glas- oder Glaskeramikartikel zu legen und die Tiefe von der Rückseite des Artikels hin zur Oberseite des Artikels abzurastern.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird der bestrahlte Bereich mehrfach mit dem Laserscanner überfahren. Durch mehrfaches Abscannen der bestrahlten Bereiche kann
insbesondere die Intensität der Transmissionsverringerung bzw. Abdunklung erhöht werden. Durch Variation der Anzahl der Scanvorgänge können beispielsweise bestrahlte Bereiche mit unterschiedlich stark ausgeprägten Abdunklungen
erhalten werden. Die Erfinder haben in diesem Zusammenhang herausgefunden, dass in diesem Zusammenhang ein
Sättigungseffekt beobachtet werden kann. So nimmt die
Transmission im bestrahlten Bereich mit steigender Anzahl der Überfahrten des Laserscanners langsamer ab und nähert sich einem minimalen Transmissionswert als End-Transmission bzw. einer Sättigungsgrenze. In einer Ausführungsform nähert sich die Transmission asymptotisch einer
Sättigungsgrenze an. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die
Leistungsdichte des Laser so eingestellt wird, dass eine Schädigung des Materials, beispielsweise durch
Materialabtrag oder Mikrorisse, oder eine
Morphologieänderung des bestrahlten Bereiches,
beispielsweise bei Glaskeramikartikeln eine Umwandlung der Kristallphase, vermieden werden. Insbesondere enthält der bereitgestellte Glas- oder
Glaskeramikartikel Metallionen als farbbildende
Bestandteile, welche durch die Laserstrahlung in
farbgebende Bestandteile umgewandelt werden. In einer
Ausführungsform der Erfindung enthält der bereitgestellte Glas- oder ein Glaskeramikartikel zumindest eines der folgenden Elemente Titan, Zinn, Eisen, Vanadium, Chrom, Cer, Neodym, Europium, Mangan, Kobalt, Nickel, Zink, Arsen, Antimon, Kupfer, Silber und/oder Gold. Es wird davon ausgegangen, dass die Absenkung der Transmission durch laserinduzierte Änderung des Oxidationszustands der
farbbildenden Metallionen hervorgerufen wird. Unter den oben genannten Elementen hat sich Titan als besonders wirkungsvoll erwiesen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Glas oder die Glaskeramik dabei
Titanoxid zu einem Anteil an der Zusammensetzung im Bereich von 1 bis 6 Gewichtsprozent.
Die Zusammensetzung des Glases bzw. der Glaskeramik hat dabei einen Einfluss auf die Ausprägung der Färbung.
So kann beispielsweise durch die Bestrahlung von
titanhaltigen Glaskeramiken eine graue oder grau-bläuliche Abdunklung erhalten werden. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein
Glasartikel, insbesondere ein Kalknatronglas bereitgestellt wird .
In einer Weiterbildung der Erfindung wird ein
Glaskeramikartikel, bevorzugt eine LAS-Glaskeramik mit Hochquarzmischkristall als vorherrschende Kristallphase bereitgestellt. Bevorzugt wird eine transparente
Glaskeramik, wie beispielsweise eine Glaskeramik der Marke Robax oder Cleartrans bereitgestellt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Glaskeramikartikel im Grünglaszustand bestrahlt, wobei die Keramisierung des Grünglases in einem nachfolgenden
Verfahrensschritt erfolgt. Auch eine Keramisierung während der Bestrahlung ist möglich.
Eine weitere Ausführungsform sieht die Bereitstellung eines volumengefärbten Glas- oder Glaskeramikartikels vor. So ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch die Transmission bereits gefärbte Gläser bzw. Glaskeramiken weiter zu reduzieren bzw. die volumengefärbten Glas- oder Glaskeramikartikel in den bestrahlten Bereichen weiter abzudunkeln. Insbesondere können mit dem Verfahren
vanadiumhaltige, volumengefärbte Glaskeramiken weiter abgedunkelt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird durch die
Bestrahlung die integrale Lichttransmission des sichtbaren Spektralbereiches (380 nm bis 780 nm) im bestrahlten
Bereich relativ zum unbestrahlten Bereich um zumindest 2 %, bevorzugt um zumindest 3,5 % und besonders bevorzugt um zumindest 5 % verringert. Es können auch deutlich größere Senkungen der integralen Lichttransmission erzielt werden. Vorzugsweise wird durch die Bestrahlung die integrale
Lichttransmission des sichtbaren Spektralbereiches (380 nm bis 780 nm) im bestrahlten Bereich relativ zum
unbestrahlten Bereich um zumindest 10%, oder auch um zumindest 15 %, oder sogar um zumindest 20% gesenkt.
Durch die Wahl der Strahlungsquelle und die Form der
Einbringung der Energie kann der Bereich der
Transmissionsänderung von punktförmig über linienförmig bis zu flächig sein. Dabei meint punktförmig nur die
geometrische Abbildung des Laserstrahls auf der Oberfläche, jedoch nicht die Fokussierung in Form eines räumlichen Punktes. Über die Dicke des Materials kann also die Form ein Zylinder oder ein Kegel mit spitzem Winkel sein. Bei einer punktförmigen Einbringung der Energie kann durch Bewegung der Strahlungsquelle oder Bewegung des Bauteils der Bereich der Transmissionsänderung eine beliebige Form annehmen, z.B. Buchstaben, Zeichen oder auch Dreiecke, Vierecke oder beliebige andere geometrische Formen. Die Abmaße der Bereiche mit Transmissionsänderung können von Durchmesser 0,1 mm bis zu einer Fläche von mehreren
Quadratmetern variieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird im gesamten sichtbaren Spektralbereich die integrale
Lichttransmission verringert. Insbesondere erfolgt die Verringerung der Lichttransmission über den gesamten sichtbaren Spektralbereich gleichmäßig, so dass die
bestrahlen Bereiche eine Graufärbung aufweisen. Somit unterscheiden sich Gläser, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden, von Gläsern oder Glaskeramiken, die durch Solarisationseffekte eingefärbt wurden und meist eine ausgeprägte Verringerung der Transmission im UV- Bereich sowie eine sichtbare Braunfärbung aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung variiert die Abnahme der integralen Transmission, insbesondere der
Unterschied der Abnahme innerhalb des Wellenlängenbereiches von 380 bis 780 nm um maximal 30%, besonders bevorzugt um maximal 20% oder sogar um maximal 15 %, wobei es sich bei den angegebenen Werten um absolute Unterschiede handelt.
Dies ist vorteilhaft, da somit die bestrahlten Bereiche einem Betrachter zwar dunkler erscheinen, der Farbeindruck jedoch weitgehend unverändert ist. Insbesondere können somit beispielsweise Lichtquellen wie LEDs beim
Durchscheinen durch die bestrahlten Bereiche abgedunkelt werden, während sich der Farbeindruck für einen Betrachter nicht oder nicht merklich ändert.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass durch eine
thermische Nachbehandlung eines erfindungsgemäß behandelten Glas- oder Glaskeramikartikels die Transmissionsänderung ganz oder teilweise rückgängig gemacht werden kann.
Abhängig von der gewählten Temperatur und der Dauer der thermischen Nachbehandlung kann beispielsweise durch thermische Nachbehandlung eine Feineinstellung der
Farbgebung oder eine vollständige, rückstandsfreie
Entfernung des Farbeffektes erfolgen. So führte beispielsweise eine einstündige thermische
Nachbehandlung einer erfindungsgemäß behandelten,
transparenten Glaskeramik bei einer Temperatur von 400°C zu einer weitgehenden Entfärbung der zuvor eingefärbten
Bereiche.
So ist es beispielsweise möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Markierungen zum Herkunftsnachweis und/oder zur Qualitätssicherung in Glas- oder Glaskeramikartikel
einzubringen, die durch thermische Behandlung in einfacher Art und Weise, beispielsweise im Falle einer markierten Kaminsichtscheibe sogar durch Inbetriebnahme des Kamins durch den Endkunden, beseitigt werden können. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Erzeugnis mit einem Glas- oder Glaskeramikelement, insbesondere herstellbar mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches einen ersten
Bereich und einen benachbarten, zweiten Bereich aufweist, wobei der zweite Bereich einen geringeren Flächenanteil an der Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikelements einnimmt, als der erste Bereich, und stärker als der erste Bereich volumengefärbt ist, beziehungsweise einen höheren
Absorptionskoeffizienten aufweist. Der zweite Bereich weist dabei zumindest einen ersten farbgebenden Bestandteil auf, wobei der erste farbgebende Bestandteil den
Absorptionskoeffizienten des zweiten Bereichs und damit die integrale Lichttransmission im sichtbaren Spektralbereich des zweiten Bereichs oder die integrale Remission
reduziert. Die integrale Lichttransmission im sichtbaren Spektralbereich im zweiten Bereich ist gegenüber dem ersten Bereich reduziert. Der erste und der zweite Bereich weisen eine gemeinsame Gefügestruktur auf. Mit dieser gemeinsamen Gefügestruktur und die nur durch Laserbestrahlung
geänderten optischen Eigenschaften geht dabei auch
typischerweise einher, dass der erste und zweite Bereich, anders etwa als beim Aneinanderfügen verschieden gefärbter Gläser die gleiche Zusammensetzung aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Glasoder Glaskeramikelement einen Anteil des zweiten Bereichs von höchstens 49%, bevorzugt höchstens 30% und besonders bevorzugt höchstens 10% bezogen auf das Volumen des Glas¬ oder Glaskeramikelementes auf.
Der Unterschied zwischen der integralen Lichttransmission im sichtbaren Spektralbereich im ersten Bereich und der integralen Lichttransmission wird insbesondere durch zumindest einen ersten farbgebenden Bestandteil
hervorgerufen, während Streueffekte sich nicht oder
allenfalls in geringem Maße auf den
Transmissionsunterschied zwischen erstem und zweiten
Bereich auswirken. So sieht eine Ausführungsform der
Erfindung vor, dass die Lichtstreuung im Glas oder in der Glaskeramik des zweiten Bereichs höchstens um absolut 20 %, vorzugsweise höchstens um absolut 10 % gegenüber der
Lichtstreuung im Glas oder in der Glaskeramik des ersten Bereichs höher ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Glas oder die Glaskeramik zumindest eines der folgenden Elemente in ionischer und/oder metallischer Form enthält: Titan, Zinn, Eisen, Vanadium, Chrom, Cer, Neodym, Europium,
Mangan, Kobalt, Nickel, Zink, Arsen, Antimon, Kupfer, Silber und/oder Gold. Bevorzugt enthält das Glas oder die Glaskeramik Titan in ionischer und/oder metallischer Form.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die die integrale Lichttransmission im sichtbaren Spektralbereich des zweiten Bereichs um zumindest 2 %, bevorzugt um zumindest 3,5% und besonders bevorzugt um zumindest 5% geringer ist als die Lichttransmission im ersten Bereich. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist der Unterschied in der integralen Lichttransmission des ersten und des zweiten Bereiches über den gesamten sichtbaren Spektralbereich weitgehend konstant.
Insbesondere beträgt der Unterschied der Transmission ( τχ - τ2) / (τι+τ2) mit Ti als Transmission des ersten Bereiches und mit T2 als Transmission des zweiten Bereiches über den sichtbaren Spektralbereich maximal 20%, bevorzugt maximal 12%, besonders bevorzugt maximal 7% (absolute
Unterschiede) .
Ein gleichbleibender oder zumindest weitgehend
gleichbleibender Transmissionsunterschied (τι- τ2) / ( τι+ τ2) zwischen erstem und zweitem Bereich über den gesamten sichtbaren Spektralbereich ist vorteilhaft, da somit einem Betrachter der zweite Bereich gegenüber dem ersten Bereich abgedunkelt erscheint, wobei die Abdunklung jedoch
farbneutral ist. Mit anderen Worten ausgedrückt weisen der erste und der zweite Bereich in dieser Ausführungsform den gleichen Farbton bzw. Farbort auf, wobei der zweite Bereich dunkler als der erste Bereich ist. So kann das erfindungsgemäße Glas- oder Glaskeramikelement beispielsweise einen transparenten, farblosen ersten
Bereich und einen zweiten Bereich, der einen grauen bis schwarzen Farbton aufweist, umfassen. Der Transmissionsgrad des zweiten Bereiches innerhalb des Spektralbereiches von 380 nm bis 780 nm ist dabei abhängig von dem gewünschten Abdunklungseffektes des zweiten Bereiches gegenüber dem ersten Bereich. Zu einen ausgeprägten Abdunklungseffekt zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn im ersten Bereich die spektrale Transmission innerhalb des gesamten
Spektralbereichs zwischen 380 Nanometern und 780 Nanometern um zumindest 2%, bevorzugt um zumindest 3,5%, besonders bevorzugt zumindest 5% höher als im zweiten Bereich ist. Der zweite Bereich kann sich von einer ersten bis zu einer zweiten, gegenüberliegenden Oberfläche des Glas- oder
Glaskeramikelements erstrecken. Eine andere Ausführungsform sieht dagegen vor, dass zumindest ein zweiter Bereich vollständig von einem ersten Bereich umschlossen wird, d.h. der entsprechende zweite Bereich im Inneren eines ersten Bereiches platziert ist.
In einer Ausführungsform sieht vor, dass der zweite Bereich als zumindest eine zweidimensionale Struktur im ersten Bereich ausgebildet ist. So können, z.B. auf Kochflächen oder Kaminsichtscheiben, Designelemente, Firmenlogos und flächige Dekorierungen über das gesamte Volumen (von
Oberfläche zu Oberfläche) eingebracht werden. Auch
dreidimensionale Effekte sind möglich. So sieht eine andere Ausführungsform vor, dass der zweite Bereich als zumindest eine dreidimensionale Struktur im ersten Bereich
ausgebildet ist. In einer Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei dem Glas- oder Glaskeramikelement um eine Glaskeramik, insbesondere um eine Aluminiumsilikatglaskeramik.
Die ersten Bereiche des Glas- oder Glaskeramikelementes sind in einer Ausführungsform transparent. Insbesondere weisen die ersten Bereiche eine integrale Lichttransmission
Tvis von zumindest 70% auf.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass das Glas- oder Glaskeramikelement volumengefärbte erste Bereiche aufweist. Beispielsweise kann die Volumenfärbung des ersten Bereiches durch färbende, polyvalente Metallionen wie Vanadiumionen hervorgerufen werden.
Der erste Bereich und der zweite Bereich des Glas- oder Glaskeramikelementes weisen eine gemeinsame Gefügestruktur auf. Bevorzugt weist die Gefügestruktur im Wesentlichen keine Spannungen zwischen ersten und zweiten Bereichen auf. So konnten in einer Ausführungsform mittels
Polfilteranalyse keine Spannungen detektiert werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung unterscheidet sich die Remission des ersten Bereichs für sichtbares Licht von der Remission des zweiten Bereichs um höchstens absolut 20 %, vorzugsweise um höchstens absolut 10 %, besonders bevorzugt um höchstens absolut 5 %. Die Erfinder gehen davon aus, dass die
Transmissionsunterschiede zwischen erstem und zweiten
Bereich sind insbesondere nicht auf zusätzliche Streuzentren, beispielsweise Mikrorisse oder andere Defekte im zweiten Bereich zurückzuführen sind.
Die Erfindung, beziehungsweise erfindungsgemäße Glas- oder Glaskeramikartikel können in den Bereichen Faseroptik,
Pharmaverpackung, Haushaltsgeräte, Optik, Flachglas, u.a., insbesondere interessant sein für folgende Anwendungen:
Einbringen eines 1D (Balken) oder 2D (Dot Matrix) Barcodes in die Glaswand (z.B. eines Vials / einer
Spritze) zur dauerhaften Kennzeichnung,
Einbringen einer Füllmengenskala oder
Füllhöhenmarkierung oder einer anderen Markierung in die Glaswand eines Behälters (z.B. einem Vial, einem Rohr oder einer Spritze) ,
Einbringen von optischen Designelementen in
Flachgläser (z.B. Architekturverglasung) wie Firmenlogos oder geometrische Objekte (Pfeile als Wegweiser,
Fluchtweg) ,
- dauerhafte fälschungssichere Markierung von Produkten durch ein Logo im Volumen des Glases,
Einbringen von Piktogrammen, Buchstaben, geometrischen Objekten in Touch-Anwendungen für Mobiltelefon- Abdeckungen oder anderen elektronischen Geräten,
- Einbringen von flächigen Abdunklungen, beispielsweise zur Verdeckung von Gerätebauteilen (beispielsweise
Abdunklung von transparenten Glaskeramikkochflächen)
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Die Erfindung wird nachfolgend anhand von
Ausführungsbeispielen und der beigeschlossenen Figuren näher erläutert. Dabei verweisen in den Figuren gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder entsprechende Elemente.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 Transmissionsspektren eines ersten und
zweiten Bereichs eines Ausführungsbeispiels,
Fig. 3 Transmissionsspektren behandelter Bereiche in Abhängigkeit vom Abstand der Fokusebene des Lasers und
Fig. 4 die Transmissionsspektren eines zweiten
Bereiches in Abhängigkeit von der Anzahl der
Bestrahlungsvorgänge .
Fig. 5 den Verlauf des Unterschieds der in Fig. 2 gezeigten Transmissionsspektren,
Fig. 6 zwei Transmissionsspektren und deren Unterschied gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß behandelten lichtstreuenden Glaskeramikelements, Fig. 8 eine Variante des in Fig. 7 gezeigten
Ausführungsbeispiels mit abladierter Oberfläche. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Glas¬ oder Glaskeramikartikels mit lokal veränderter Transmission wird anhand von Fig. 1 näher erläutert. Es wird eine keramisierte Glaskeramikplatte 1 mit einer ersten Seite 3 und einer zweiten Seite 5 und den Abmessungen 50 mm x 50 mm und 4 mm Dicke bereitgestellt. Die Glaskeramikplatte 1 kann, wie dies üblich ist, einseitig genoppt ausgeführt sein. Die Glaskeramik enthält dabei farbbildende
Bestandteile. Bevorzugt handelt es sich dabei um eine transparente Glaskeramik.
Die Glaskeramikplatte 1 wird auf einer im Schlickerguss hergestellten Siliziumoxid-Keramikunterlage 7 mit 100 mm x 100 mm und 30 mm Dicke platziert. Die auf der Siliziumoxid- Keramikunterlage 7 aufliegende erste Seite 3 ist
beispielsweise die glatte Oberseite der Glaskeramikplatte 1. Die nach oben weisende zweite Seite 5 ist dann die genoppte Unterseite. Siliziumoxid-Keramikunterlage 7 und Glaskeramikplatte 1 sind auf Raumtemperatur. Über dieser Anordnung ist ein Laser-Scanner 13 mit einer fokussierenden Optik, Brennweite 250 mm, so installiert, dass der Laserstrahl 90 senkrecht zur Oberfläche der Glaskeramikplatte 1 auftrifft. Im Fokus beträgt der Durchmesser des Laserstrahls 90 1,5 mm. Die Anordnung aus Siliziumoxid-Keramikunterlage 7 und
Glaskeramikplatte 1 wird in einer solchen Entfernung platziert, dass die Glaskeramikplatte 1 nicht im Fokus des Laserstrahls 90 liegt und der Laserstrahl mithin
defokussiert ist. Im Ausführungsbeispiel weist der
Laserstrahl 90 auf der Glaskeramikplatte 1 einen
Durchmesser von 10 mm auf. Über eine Übertragungsfaser 11 wird dem Laserscanner 13 Laserstrahlung eines Lasers 9 mit einer Wellenlänge zwischen 500 nm und 550 nm zugeführt. Als Laser 9 dient dabei ein frequenzverdoppelter, picosekunden- gepulster Nd : YAG-Laser . Die Ausgangsleistung beträgt 8 W, die Pulslänge 20 ps . Allgemein, ohne Beschränkung auf das Ausführungsbeispiel werden Laser mit einer Wellenlänge im Spektralbereich von 355 nm bis 1100 nm, vorzugsweise im sichtbaren Spektralbereich bevorzugt. Gemäß einer
Ausführungsform wird, wie oben genannt, ein Laser mit einer Wellenlänge im Bereich von 500 bis 550 nm verwendet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann auch ein Laser mit einer Wellenlänge im ultravioletten Spektralbereich bis zu den oben genannten 355 nm Wellenlänge eingesetzt werden.
Im lokalen Bereich 15, welcher durch den Laserstrahl 90 bestrahlt wurde, ist die Transmission lokal über die gesamte Dicke der Platte deutlich niedriger geworden, d.h. sichtbare Strahlung kann schlechter durch die
Glaskeramikplatte 1 gelangen. Benachbarte Bereiche 16 der Platte, beziehungsweise der übrige Teil der
Glaskeramikplatte 1 bleibt transparent und unverändert in der Farbe, d.h. behält seine hohe Transmission im
sichtbaren Bereich. Die Glaskeramikplatte 1 ist außerdem geometrisch unverändert, insbesondere auch im Bereich 15 der Einstrahlung. Dies betrifft sowohl die Ebenheit als auch lokale Dickenschwankungen.
Mittels eines Laserscanners kann der Laserstrahl gemäß einer weiteren Ausführungsform auch über die Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikartikels gerastert werden, so dass ein Bereich 15 bestrahlt wird, dessen Oberfläche größer ist als der Lichtfleck des Laserstrahls auf der Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikartikels.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der zweite Bereich von der ersten Seite 3 als erste Oberfläche bis zur zweiten Seite 5 als zweiter Oberfläche.
Fig. 2 zeigt die spektralen Transmissionsgrade einer erfindungsgemäß behandelten, transparenten, 4 mm dicken Glaskeramik-Platte als Funktion der Wellenlänge. Die Kurve 151 in Fig. 2 bezeichnet dabei den spektralen
Transmissionsgrad eines erfindungsgemäß behandelten
Bereichs 15, d.h. eines zweiten Bereichs der
Glaskeramikplatte, Kurve 161 den spektralen
Transmissionsgrad eines benachbarten, unbehandelten (d.h. eines ersten) Bereichs 16.
Anhand der beiden Kurven wird ersichtlich, dass im
behandelten, zweiten Bereich 15 die Transmission über den gesamten sichtbaren Spektralbereich geringer ist als im unbehandelten, ersten Bereich 16, wobei die
Transmissionsunterschiede zwischen erstem und zweitem
Bereich über den gesamten sichtbaren Spektralbereich relativ konstant sind.
Dies ist von Vorteil, wenn weniger der Farbton beeinflusst, sondern die Durchsicht vermindert werden soll, um etwa gezielt Bereiche des Glas- oder Glaskeramikelement
abzudunkeln. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung und ohne Beschränkung auf das spezielle Ausführungsbeispiel ist im ersten Bereich daher die spektrale Transmission innerhalb des gesamten Spektralbereichs zwischen 380 nm und 780 nm höher als in einem benachbarten, zweiten Bereich.
Fig. 3 zeigt die Transmissionsspektren eines weiteren
Ausführungsbeispiels in Abhängigkeit von dem gewählten
Fokusabstand des Lasers zur Oberfläche des Werkstückes. Bei dem Werkstück handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine transparente Glaskeramikplatte mit einer Dicke von 4 mm. Die Kurven 171, 172 und 173 zeigen die
Transmissionsspektren verschiedener bestrahlter Bereiche, wobei jeder Bereich mit einem anderen Fokusabstand
bestrahlt wurde. Kurve 171 zeigt das Transmissionsspektrum eines bestrahlten Bereiches, wobei während der Bestrahlung der Fokusabstand weiter von der Oberfläche der Glaskeramik entfernt war als bei der Bestrahlung der Bereiche, deren
Transmissionsspektren durch die Kurven 172 und 173 gezeigt wird. Fig. 3 zeigt, dass mit geringerem Fokusabstand die Tranmissionsverringerung intensiviert wird, d.h. die
Intensität der Einfärbung nimmt zu, je näher der Fokus des Lasers an die Oberfläche der Glaskeramik bzw. allgemein des Werkstücks gelegt wird, da somit auch die Leistungsdichte des Lasers erhöht wird.
Fig. 4 zeigt den spektralen Transmissionsgrad bestrahlter Bereiche (bzw. zweiter Bereiche) in Abhängigkeit von der Anzahl der erfolgten Bestrahlungs- bzw.
Laserscannüberfahrten. Mit steigender Anzahl der
Scannerüberfahrten erfolgt eine Verringerung der
Transmission und somit eine Intensivierung des
Abdunklungseffektes . Jedoch sinkt die Transmission des prozessierten Volumens mit steigender Anzahl der
Wiederholungen bzw. Laserscannüberfahrten zunehmend pro Wiederholung weniger stark und nähert sich einer End- Transmission. So ist der Unterschied der Transmissionsgrade nach 8 und nach 10 Scannerüberfahrten wesentlich geringer als nach 5 und 7 Scannerüberfahrten.
Wie oben dargelegt, ist anhand der beiden in Fig. 2
gezeigten Kurven ersichtlich, dass im behandelten, zweiten Bereich 15 die Transmission über den gesamten sichtbaren Spektralbereich abgesenkt ist, wobei die
Transmissionsunterschiede zwischen erstem und zweitem
Bereich über den gesamten sichtbaren Spektralbereich relativ konstant sind.
Dies ist von Vorteil, wenn weniger der Farbton beeinflusst, sondern die Durchsicht vermindert werden soll, um etwa gezielt Bereiche des Glas- oder Glaskeramikelements
abzudunkeln. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung und ohne Beschränkung auf das spezielle Ausführungsbeispiel ist im ersten Bereich daher die spektrale Transmission
innerhalb des gesamten Spektralbereichs zwischen 400 nm und 780 nm höher als in einem behandelten zweiten Bereich.
Fig. 5 zeigt dazu den Unterschied (τχ- τ2) / ( τι+ τ2) der beiden Kurven 151, 161 aus Fig. 2 für den sichtbaren
Spektralbereich zwischen 400 nm und 780 nm Wellenlänge. Die Kurven 151, 161 sind wellenlängenabhängige Transmissionen τι(λ), beziehungsweise Τ2(λ). Wie aus Fig. 5 ersichtlich, schwankt der Unterschied über den dargestellten
Spektralbereich nur wenig. Die Schwankung beträgt hier nur etwas weniger als 17% bezogen auf den Mittelwert im
Wellenlängenbereich von 400 nm bis 780 nm. Ohne Beschränkung auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist daher allgemein in Weiterbildung der Erfindung
vorgesehen, dass der Unterschied der Transmission (τι(λ)- τ2(λ)) / ( τι(λ)+ τ2(λ)) mit τι(λ) als Transmission des ersten
Bereiches 16 für eine bestimmte Wellenlänge λ und mit τ2 als Transmission eines zweiten, benachbarten Bereiches 15 für diese Wellenlänge bei einer Variation der Wellenlänge über den sichtbaren Spektralbereich, vorzugsweise im
Spektralbereich von 400 nm bis 780 nm um maximal 30%, vorzugsweise maximal 20% bezogen auf den Mittelwert des Unterschieds der Transmission schwankt.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Beispiel zum im sichtbaren
Spektralbereich im Wesentlichen gleich bleibenden
Unterschied der Transmission. Das Spektrum 162 ist die Transmission τι(λ) eines unbehandelten ersten Bereichs 16 einer 4 mm dicken Glaskeramikplatte. Das Spektrum 162 ist die Transmission τι(λ) eines erfindungsgemäß mit einem Laser bestrahlten zweiten Bereichs 15 der Platte. Die Kurve 153 ist der zugehörige Unterschied (τι(λ) -τ2(λ))/ (τι(λ)+τ2(λ)) der beiden Kurven.
Der Mittelwert dieses Unterschieds liegt im
Wellenlängenbereich von 400 bis 780 nm bei 0,528 und die Schwankung, also die Differenz von Maximal- und Minimalwert im genannten Wellenlängenbereich liegt bei 0,0927. Damit ergibt sich eine Schwankung von 0,0927/0,528=0,1756 also von unter 18%. Dabei ist die Transmissionsänderung in diesem Beispiel sogar erheblich. Der Mittelwert der Transmission der Kurve 162 liegt bei 0,8643 und der Mittelwert der Transmission des abgedunkelten zweiten Bereichs 15 (Kurve 153) bei 0,2667. Damit ergibt sich eine Absenkung der Transmission von 30,8 %. Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis Fig. 5 wurde eine transparente Glaskeramikplatte verwendet. Die
Erfindung ist aber in gleicher Weise auch auf
lichtstreuende Glaskeramikelemente anwendbar. Ist die
Lichtstreuung derart, dass Licht bei Einstrahlung auf einer Seite auch auf der gegenüberliegenden Seite nach Streuung austritt, handelt es sich um eine transluzente,
beziehungsweise durchscheinende Glaskeramik. Die
Lichtstreuung kann aber auch so groß sein, dass nur wenig oder gar kein Licht zur gegenüberliegenden Seite gelangt. In diesem Fall wird von einer opaken Glaskeramik
gesprochen. Transluzente oder opake Glaskeramiken sind beispielsweise Aluminosilikatglaskeramiken, insbesondere Lithium-Aluminosilikat-Glaskeramiken, welche einen hohen Anteil an Keatit-Mischkristall aufweisen, oder bei denen Keatit-Mischkristall die Haupt-Kristallphase bildet.
Generell sind Lithium-Aluminosilikat-Glaskeramiken
besonders für die Erfindung geeignete Materialien. Diese haben sich als besonders gut mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einfärbbar erwiesen. Zudem können solche
Glaskeramiken sowohl transparent, als auch transluzent oder sogar opak hergestellt werden, je nachdem, ob die
Glaskeramik unter bevorzugter Bildung von Hochquarz- Mischkristall oder Keatit-Mischkristall keramisiert wird. Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Glaskeramikelements in Form einer
Glaskeramikplatte 1 aus lichtstreuender Glaskeramik mit einem zweiten Bereich 15 und benachbarten ersten Bereich 16. Im Bereich 15 wurde durch Bestrahlung mit einem
intensiven gepulsten Laserstrahl der Absorptionskoeffizient der Glaskeramik lokal erhöht.
Auf eine Seite der Glaskeramikplatte einfallendes Licht 20 wird in der Glaskeramik gestreut und tritt teilweise wieder auf der gleichen Seite 3 als Streulicht 21 aus. Der Anteil des einfallenden Lichts, welcher als Streulicht 21 auf der Lichteinfallfläche, also hier der Seite 3 wieder austritt, wird als Remission bezeichnet. In Fig. 7 ist dieser Anteil durch die Anzahl remittierter Lichtstrahlen symbolisiert.
Bei dem auf den zweiten Bereich 15 einfallenden Licht 20 ist der Anteil remittierten Lichts 21 geringer. Das Licht wird durch den in diesem Bereich erhöhten
Absorptionskoeffizienten zu einem größeren Anteil
absorbiert, bevor es aus der Oberfläche wieder austreten kann. Der Bereich 15 erscheint damit als dunkle Färbung der Oberfläche. Die Wirkung des geänderten
Absorptionskoeffizienten auf das Spektrum des remittierten Lichts ist dabei ähnlich zur Wirkung auf das transmittierte Licht, welche anhand der Fig. 2 bis Fig. 5 verdeutlicht wurde. Demgemäß gilt entsprechend auch für den Unterschied der spektralen Remissionen ρι(λ) (spektrale Remission des ersten Bereichs 16), ρ2(λ) (spektrale Remission des zweiten Bereichs 15) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, dass der Unterschied (ρι(λ)- ρ2(λ))/ (ρι(λ)+ ρ2(λ)) in einem
Spektralbereich der Wellenlänge λ von 400 bis 780 nm maximal 30%, vorzugsweise maximal 20%, bezogen auf den
Mittelwert des Unterschieds in diesem Wellenlängenbereich schwankt. Auch im Fall einer lichtstreuenden Glaskeramik wird gemäß dieser Ausführungsform daher keine wesentliche Änderung des Farbtons, sondern vor allem der Helligkeit erreicht. Der behandelte Bereich 15 erscheint damit bei Betrachtung in Aufsicht dunkel. Diese Ausführungsform kann auch mit der anhand des Beispiels der Fig. 5 erläuterten Ausführungsform kombiniert werden, wenn die Glaskeramik teiltransparent ist. Dann gilt dementsprechend für die Unterschiede der Transmission und der Remission, dass diese maximal 30 % bezogen auf den Mittelwert schwanken.
Beiden Effekten liegt zu Grunde, dass der
Absorptionskoeffizient bei der Bestrahlung mit dem Laser im Wesentlichen gleichmäßig abgesenkt wird. Demgemäß gilt gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung für die wellenlängenabhängigen Absorptionskoeffizienten α,ι(λ)
(Absorptionskoeffizient des ersten, unbehandelten Bereichs 16) und α2(λ) (Absorptionskoeffizient des zweiten,
behandelten Bereichs 15) wiederum eine analoge Bedingung. Gemäß dieser Ausführungsform schwankt der Unterschied
(αι(λ)-α2(λ))/(αι(λ)+α2(λ)) im Wellenlängenbereich von 400 bis 780 nm wiederum um maximal 30%, vorzugsweise maximal 20% bezogen auf den Mittelwert dieses Unterschieds im genannten Wellenlängenbereich . Gerade bei stark lichtstreuenden, wie insbesondere bei opaken Glaskeramiken ist aufgrund der Lichtstreuung die Eindringtiefe des Laserlichts gering. Bei hinreichender Plattenstärke, etwa bei 2,5 mm und mehr bleibt der Effekt der Verringerung der Transmission oder Remission, wie auch in Fig. 7 gezeigt, typischerweise auf einen Bereich 15 beschränkt, welcher sich nicht von einer Seite 3 zur gegenüberliegenden Seite erstreckt. Weiterhin kann es bei transluzenten oder opaken
Glaskeramiken auch aufgrund der starken Lichtstreuung und Konzentration der Lichtintensität auf einen
oberflächennahen Bereich anders als bei den anderen hier dargestellten Ausführungsformen zu einer Ablation der
Glaskeramik kommen. Weiterhin kann eine Ablation gemäß noch einer Ausführungsform auch gezielt herbeigeführt werden, indem die Pulsintensität bei der Bestrahlung der
Glaskeramik zur Senkung der Transmission hinreichend hoch eingestellt, oder eine Ablation in einem separaten
Prozessschritt mit geänderten Laserparametern (insbesondere Leistung und/oder Lage des Fokus) durchgeführt wird. Eine solche Ausführungsform der Erfindung kann von Vorteil sein, wenn etwa neben einer optischen auch eine haptische
Erfassbarkeit des abgedunkelten Bereichs gewünscht ist.
Fig. 8 zeigt dazu eine entsprechende Variante der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform, bei welcher der
Oberflächenbereich 150 des zweiten, erfindungsgemäß
behandelten Bereichs abladiert und damit aufgerauht oder mattiert und gegebenenfalls, je nach Grad der Ablation leicht gegenüber der Oberfläche 160 vertieft ist. Gemäß noch einem Aspekt der Erfindung ist mithin allgemein, ohne Beschränkung auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 8 ein Verfahren zur Herstellung eines Glas- oder
Glaskeramikartikels mit lokal veränderter Transmission oder Remission vorgesehen, bei welchem
ein Glas- oder Glaskeramikartikel bereitgestellt und lokal begrenzt auf einen Bereich der Oberfläche des
Glas- oder Glaskeramikartikels elektromagnetische Strahlung mittels eines Lasers gerichtet wird, welche im Glas, beziehungsweise der Glaskeramik absorbiert wird,
wobei die Leistungsdichte des Lasers so gewählt wird, dass die Leistungsdichte des Lasers zu einer Ablation an der Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikartikels führt und gleichzeitig im bestrahlten Bereich der
Absorptionskoeffizient erhöht und damit die Transmission oder Remission abgesenkt wird. Entsprechend wird mit diesem Verfahren ein Erzeugnis mit einem Glas- oder Glaskeramikelement, vorzugsweise einem transluzenten oder opaken Glaskeramikelement erhalten, welches einen ersten Bereich und einen benachbarten, zweiten Bereich aufweist,
wobei der zweite Bereich einen geringeren Flächenanteil an der Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikelements einnimmt, als der erste Bereich, und stärker als der erste Bereich volumengefärbt ist und wobei
der zweite Bereich zumindest einen ersten farbgebenden Bestandteil aufweist, so dass
die integrale Lichttransmission oder integrale Remission im sichtbaren Spektralbereich im zweiten Bereich gegenüber dem ersten Bereich reduziert ist,
wobei das erste farbgebende Element die integrale
Lichttransmission oder Remission im sichtbaren
Spektralbereich des zweiten Bereichs reduziert und
der erste und der zweite Bereich eine gemeinsame
Gefügestruktur aufweisen, und wobei der Oberflächenbereich des zweiten Bereichs abladiert und/oder mattiert und/oder aufgerauht ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Glas- oder
Glaskeramikartikels mit lokal veränderter Transmission oder Remission, bei welchem
ein Glas- oder Glaskeramikartikel bereitgestellt und lokal begrenzt auf einen Bereich der Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikartikels elektromagnetische Strahlung mittels eines Lasers gerichtet wird, welche im Glas bzw. der Glaskeramik absorbiert wird,
wobei die Leistungsdichte des Lasers so gewählt wird, dass die Leistungsdichte des Lasers unterhalb der Ablationsschwelle liegt und im bestrahlten Bereich die Transmission oder Remission abgesenkt wird,
vorzugsweise der Absorptionskoeffizient erhöht wird.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein gepulster Laser, bevorzugt ein Picosekundenlaser oder Ultrakurzpulslaser,
besonders bevorzugt ein Ultrakurzpulslaser mit einer Pulsdauer kleiner als 1 ns verwendet wird.
Verfahren gemäß vorstehendem Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass das Glas oder die Glaskeramik mit Laserpulsen mit einer Pulsenergie im Bereich von 5 - 150 yJ pro Puls bestrahlt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laser mit einer
Wellenlänge im Spektralbereich von 355 nm bis 1100 nm, vorzugsweise im sichtbaren Spektralbereich, bevorzugt mit einer Wellenlänge im Bereich von 500 bis 550 nm verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines
Laserscanners in einem Scanvorgang der Laserstrahl über die Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikartikels gerastert wird, so dass ein Bereich bestrahlt wird, dessen Oberfläche größer ist als der Lichtfleck des Laserstrahls auf der Oberfläche des Glas- oder
Glaskeramikartikels .
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bereitgestellte Glas oder ein Glaskeramikartikel zumindest eines der folgenden Elemente in ionischer und/oder metallischer Form enthält: Titan, Zinn, Eisen, Vanadium, Chrom, Cer, Neodym, Europium, Mangan, Kobalt, Nickel, Zink, Arsen, Antimon, Kupfer, Silber und/oder Gold.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bestrahlte Bereich solange bzw. so oft bestrahlt wird, dass durch die Bestrahlung die integrale Lichttransmission des sichtbaren Spektralbereiches im bestrahlten Bereich relativ zum unbestrahlten Bereich um zumindest 5%, bevorzugt um zumindest 10% verringert wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der bestrahlte Bereich mehrfach mit dem Laserscanner überfahren wird. 9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der
Fokusebene zur Oberfläche des Glas- oder
Glaskeramikartikels während des Scanvorgangs geändert wird.
10. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine transparente Glaskeramik bereitgestellt wird .
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass ein lichtstreuender
Glaskeramikartikel bereitgestellt und die Glaskeramik mit dem Laser bestrahlt und der Absorptionskoeffizient der Glaskeramik durch die Bestrahlung abgesenkt wird, so dass die Remission für sichtbares Licht im
bestrahlten Bereich um zumindest 5% abgesenkt wird.
12. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein volumengefärbter Glas- oder
Glaskeramikartikel bereitgestellt wird.
13. Erzeugnis mit einem Glas- oder Glaskeramikelement, welches einen ersten Bereich und einen benachbarten, zweiten Bereich aufweist,
wobei der zweite Bereich einen geringeren
Flächenanteil an der Oberfläche des Glas- oder
Glaskeramikelements einnimmt, als der erste Bereich, und stärker als der erste Bereich volumengefärbt ist und wobei
der zweite Bereich zumindest einen ersten farbgebenden Bestandteil aufweist, so dass die integrale Lichttransmission oder integrale
Remission im sichtbaren Spektralbereich im zweiten Bereich gegenüber dem ersten Bereich reduziert ist, wobei das erste farbgebende Element die integrale Lichttransmission oder Remission im sichtbaren
Spektralbereich des zweiten Bereichs reduziert und der erste und der zweite Bereich eine gemeinsame
Gefügestruktur aufweisen.
14. Erzeugnis gemäß Anspruch 13, gekennzeichnet
dadurch, dass die Lichtstreuung im Glas oder in der Glaskeramik des zweiten Bereichs höchstens um absolut 20 %, vorzugsweise höchstens um absolut 10 % gegenüber der Lichtstreuung im Glas oder in der Glaskeramik des ersten Bereichs höher ist.
15. Erzeugnis gemäß Anspruch 13 oder 14,
gekennzeichnet dadurch, dass das Glas oder die
Glaskeramik des Glas- oder Glaskeramikelementes zumindest einer der folgenden Elemente enthält: Titan, Zinn, Eisen, Vanadium, Chrom, Cer, Neodym, Europium, Mangan, Kobalt, Nickel, Zink, Arsen, Antimon, Kupfer, Silber und/oder Gold.
16. Erzeugnis gemäß dem vorstehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass das Glas oder die
Glaskeramik Titanoxid mit einem Anteil im Bereich von 1 bis 6 Gewichtsprozent an der Zusammensetzung
enthält .
17. Erzeugnis gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet dadurch, dass die integrale Lichttransmission im sichtbaren Spektralbereich des zweiten Bereichs um zumindest 5%, vorzugsweise zumindest 10 %, besonders bevorzugt zumindest 20 % geringer ist als die Lichttransmission im ersten Bereich .
18. Erzeugnis gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Bereich von einer ersten bis zu einer zweiten,
gegenüberliegenden Oberfläche des Glas- oder
Glaskeramikelements erstreckt.
19. Erzeugnis gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass das Glas- oder
Glaskeramikelement ein Glaskeramikelement, bevorzugt ein Aluminiumsilikat-Glaskeramikelement ist.
20. Erzeugnis gemäß Anspruch 19, dadurch
gekennzeichnet, dass der oder die ersten Bereiche des Glaskeramikelementes transparent sind.
21. Erzeugnis gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass das Glas- oder
Glaskeramikelement volumengefärbte erste Bereiche aufweist .
22. Erzeugnis gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19,
gekennzeichnet durch ein lichtstreuendes
Glaskeramikelement, bei welchem der zweite Bereich eine gegenüber dem ersten Bereich um mindestens 5% geringere Remission aufweist. 23. Erzeugnis gemäß einem der vorstehenden Ansprüche
13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Bedingungen erfüllt ist:
- der Unterschied (τι(λ)- τ2(λ)) / ( τι(λ)+ τ2(λ)) der
Transmission mit τι(λ) als Transmission eines ersten
Bereiches (16) für eine bestimmte Wellenlänge λ und mit τ2(λ) als Transmission eines zweiten Bereiches (15) für diese Wellenlänge schwankt bei einer Variation der Wellenlänge über den Spektralbereich von 400 nm bis 780 nm um maximal 30%, vorzugsweise maximal 20%, bezogen auf den Mittelwert des Unterschieds der
Transmission,
- der Unterschied (ρι(λ)- ρ2(λ)) / ( ρι(λ)+ ρ2(λ)) der
Remission mit ρι(λ) als Remission des ersten Bereiches (16) für eine bestimmte Wellenlänge λ und mit ρ2(λ) als
Remission eines zweiten, benachbarten Bereiches (15) für diese Wellenlänge schwankt bei einer Variation der Wellenlänge über den Spektralbereich von 400 nm bis 780 nm um maximal 30%, vorzugsweise maximal 20%, bezogen auf den Mittelwert des Unterschieds der
Remission,
-der Unterschied (α1(λ)-α2(λ))/(α1(λ)+α2(λ)) des
Absorptionskoeffizienten mit α,ι(λ) als
Absorptionskoeffizienten des ersten Bereiches (16) für eine bestimmte Wellenlänge λ und mit α2(λ) als
Absorptionskoeffizienten des zweiten Bereiches (15) für diese Wellenlänge schwankt bei einer Variation der Wellenlänge über den Spektralbereich von 400 nm bis 780 nm um maximal 30%, vorzugsweise maximal 20%, bezogen auf den Mittelwert des Unterschieds des
Absorptionskoeffizienten. 24. Erzeugnis gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas- oder Glaskeramikelement einen Anteil des zweiten Bereichs von höchstens 49 %, bevorzugt höchstens 30 % und besonders bevorzugt höchstens 10 % bezogen auf das Volumen des Glas-oder Glaskeramikelementes aufweist.
25. Erzeugnis gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der
Oberflächenbereich des zweiten Bereichs abladiert, mattiert oder aufgerauht ist.
26. Verfahren zur Herstellung eines Glas- oder
Glaskeramikartikels mit lokal veränderter Transmission oder Remission, bei welchem
ein Glas- oder Glaskeramikartikel bereitgestellt und lokal begrenzt auf einen Bereich der Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikartikels elektromagnetische Strahlung mittels eines Lasers gerichtet wird, welche im Glas, beziehungsweise der Glaskeramik absorbiert wird,
wobei die Leistungsdichte des Lasers so gewählt wird, dass die Leistungsdichte des Lasers zu einer Ablation an der Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikartikels führt und im bestrahlten Bereich der
Absorptionskoeffizient erhöht und damit die
Transmission oder Remission abgesenkt wird.
PCT/EP2014/070310 2013-09-24 2014-09-24 Laserinduzierte volumenfärbung von glas und glaskeramiken WO2015044168A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14772145.0A EP3049374B1 (de) 2013-09-24 2014-09-24 Laserinduzierte volumenfärbung von glas und glaskeramiken
JP2016516940A JP6403762B2 (ja) 2013-09-24 2014-09-24 ガラスもしくはガラスセラミックのレーザー誘導によるボリューム色づけ

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013110576 2013-09-24
DE102013110576.9 2013-09-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015044168A1 true WO2015044168A1 (de) 2015-04-02

Family

ID=51610122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/070310 WO2015044168A1 (de) 2013-09-24 2014-09-24 Laserinduzierte volumenfärbung von glas und glaskeramiken

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3049374B1 (de)
JP (1) JP6403762B2 (de)
WO (1) WO2015044168A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014118497A1 (de) 2014-12-12 2016-06-16 Schott Ag Verfahren zur Herstellung eines Glaskeramikelements mit strukturierter Beschichtung
EP3339741A1 (de) 2016-12-23 2018-06-27 Schott Ag Kochfeld mit anzeigeeinrichtung
EP3381878A1 (de) * 2017-03-28 2018-10-03 BSH Hausgeräte GmbH Verfahren zur herstellung einer haushaltsgeräteplatte und haushaltsgeräteplatte
US10315276B2 (en) 2014-12-12 2019-06-11 Schott Ag Method for producing a glass ceramic element with patterned coating
DE102020215234B4 (de) 2020-12-02 2024-05-08 Hegla Boraident Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Löschen einer laserinduzierten Markierung von Glastafeln sowie Verfahren und Vorrichtungen zum Markieren und Entmarkieren von Glastafeln

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015103518A1 (de) 2015-03-10 2016-09-15 Schott Ag Verfahren zur Herstellung eines Glaskeramikelements mit strukturierter Beschichtung
DE102018110897A1 (de) 2017-12-22 2018-06-21 Schott Ag Einrichtungs- und Ausstattungsgegenstände für Küchen oder Labore mit Anzeigeeinrichtung
DE102018110910A1 (de) 2017-12-22 2018-06-21 Schott Ag Einrichtungs- und Ausstattungsgegenstände für Küchen oder Labore mit Leuchtelement
DE102018110855A1 (de) 2017-12-22 2018-06-28 Schott Ag Glaskeramik mit reduziertem Lithium-Gehalt
DE202018102534U1 (de) 2017-12-22 2018-05-15 Schott Ag Transparente, eingefärbte Lithiumaluminiumsilikat-Glaskeramik
DE102018110909A1 (de) 2017-12-22 2018-06-21 Schott Ag Abdeckplatte mit farbneutraler Beschichtung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0233146B1 (de) 1986-01-31 1991-03-06 Ciba-Geigy Ag Laserbeschriftung von keramischen Materialien, Glasuren, keramischen Gläsern und Gläsern
DE10162111A1 (de) * 2001-12-10 2003-06-18 Laser & Med Tech Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Veränderung der komplexen Brechzahl mittels elektromagnetischer Strahlung im Inneren von für diese Strahlung durchlässigen Bauteilen
WO2012001300A1 (fr) 2010-06-30 2012-01-05 Eurokera S.N.C. Dispositif de cuisson

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4071309B2 (ja) * 1995-11-14 2008-04-02 Hoya株式会社 磁気ディスク用ガラス基板及びその製造方法、並びに磁気ディスクメディアの製造方法
JP2001105398A (ja) * 1999-03-04 2001-04-17 Seiko Epson Corp 加工方法
JP4041298B2 (ja) * 2001-10-05 2008-01-30 日本板硝子株式会社 レーザ光照射によるガラスの加工方法
JP2004351494A (ja) * 2003-05-30 2004-12-16 Seiko Epson Corp レーザーに対して透明な材料の穴あけ加工方法
JP4572733B2 (ja) * 2005-02-24 2010-11-04 独立行政法人産業技術総合研究所 表面微細加工チタン含有ガラス基材、およびその製造方法
JP4672689B2 (ja) * 2006-02-22 2011-04-20 日本板硝子株式会社 レーザを用いたガラスの加工方法および加工装置
JP2010228989A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Osaka Univ ドーピング方法、光学デバイスの製造方法、および、ナノ粒子生成方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0233146B1 (de) 1986-01-31 1991-03-06 Ciba-Geigy Ag Laserbeschriftung von keramischen Materialien, Glasuren, keramischen Gläsern und Gläsern
DE10162111A1 (de) * 2001-12-10 2003-06-18 Laser & Med Tech Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Veränderung der komplexen Brechzahl mittels elektromagnetischer Strahlung im Inneren von für diese Strahlung durchlässigen Bauteilen
WO2012001300A1 (fr) 2010-06-30 2012-01-05 Eurokera S.N.C. Dispositif de cuisson

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIVINGSTON F E ET AL: "Influence of cerium on the pulsed UV nanosecond laser processing of photostructurable glass ceramic materials", APPLIED SURFACE SCIENCE, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 247, no. 1-4, 15 July 2005 (2005-07-15), pages 526 - 536, XP027771621, ISSN: 0169-4332, [retrieved on 20050715] *
TAKESHIMA N ET AL: "Precipitation of silver particles by femtosecond laser pulses inside silver ion doped glass", JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS, NORTH-HOLLAND PHYSICS PUBLISHING. AMSTERDAM, NL, vol. 336, no. 3, 15 May 2004 (2004-05-15), pages 234 - 236, XP004502434, ISSN: 0022-3093, DOI: 10.1016/J.JNONCRYSOL.2004.01.005 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014118497A1 (de) 2014-12-12 2016-06-16 Schott Ag Verfahren zur Herstellung eines Glaskeramikelements mit strukturierter Beschichtung
DE102014118497B4 (de) * 2014-12-12 2017-06-29 Schott Ag Verfahren zur Herstellung eines Glaskeramikelements mit strukturierter Beschichtung, plattenförmig ausgebildetes Glaskeramikelement und Glaskeramik-Kochfeld
US10315276B2 (en) 2014-12-12 2019-06-11 Schott Ag Method for producing a glass ceramic element with patterned coating
EP3339741A1 (de) 2016-12-23 2018-06-27 Schott Ag Kochfeld mit anzeigeeinrichtung
DE102017118451A1 (de) 2016-12-23 2018-06-28 Schott Ag Kochfeld mit Anzeigeeinrichtung
US10788219B2 (en) 2016-12-23 2020-09-29 Schott Ag Cooktop with display device
EP3381878A1 (de) * 2017-03-28 2018-10-03 BSH Hausgeräte GmbH Verfahren zur herstellung einer haushaltsgeräteplatte und haushaltsgeräteplatte
DE102020215234B4 (de) 2020-12-02 2024-05-08 Hegla Boraident Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Löschen einer laserinduzierten Markierung von Glastafeln sowie Verfahren und Vorrichtungen zum Markieren und Entmarkieren von Glastafeln

Also Published As

Publication number Publication date
EP3049374B1 (de) 2017-11-08
JP6403762B2 (ja) 2018-10-10
JP2016538210A (ja) 2016-12-08
EP3049374A1 (de) 2016-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3049374B1 (de) Laserinduzierte volumenfärbung von glas und glaskeramiken
EP3031785B1 (de) Verfahren zur herstellung eines glaskeramikelements mit strukturierter beschichtung
EP2986455B1 (de) Verfahren zur transmissionsänderung von glaskeramiken und verfahrensgemäss herstellbare glaskeramikartikel
EP2805829A1 (de) Glaskeramik-Kochfläche mit lokal erhöhter Transmission und Verfahren zur Herstellung einer solchen Glaskeramik-Kochfläche
DE102013103776B4 (de) Glaskeramik-Kochfläche mit lokal erhöhter Transmission, Verfahren zur Herstellung einer solchen Glaskeramik-Kochfläche und Glaskeramik-Kochfeld
EP3061732B1 (de) Beschichteter glas- oder glaskeramikartikel
EP3210948B1 (de) Beschichteter glas- oder glaskeramikartikel
EP3072857A1 (de) Verfahren zur geometrieänderung von glaskeramiken und verfahrensgemäss hergestellter beschichteter glaskeramikartikel
EP1728770B1 (de) Verfahren zur Markierung von Objektoberflächen
DE102008056136A1 (de) Lasermarkierverfahren, Lasermarkiervorrichtung und Optikelement
DE102005025982A1 (de) Low-E-Schichsysteme mit farbigen Strukturen und Verfahren zur Erzeugung der Strukturen
DE102014118497B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Glaskeramikelements mit strukturierter Beschichtung, plattenförmig ausgebildetes Glaskeramikelement und Glaskeramik-Kochfeld
EP3110771A1 (de) Verfahren zur herstellung einer vogelschutzvorrichtung und vogelschutzvorrichtung
DE102016103524A1 (de) Beschichteter Glas- oder Glaskeramikartikel
DE102013103774A1 (de) Verfahren zur Transmissionsänderung von Gläsern und Glaskeramiken und verfahrensgemäß herstellbare Glas- oder Glaskeramikartikel
DE102013110564B4 (de) Glaskeramikartikel
DE102016111438A1 (de) Element aus Glaskeramik mit intrinsischer Dekoration und Verfahren zu dessen Erzeugung
DE102004026257B4 (de) Glasgegenstände mit farbiger Innenmarkierung, Verfahren zur Herstellung derselben und Verwendung dieses Verfahrens
EP3227244B1 (de) Glasplatte
DE10162111A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Veränderung der komplexen Brechzahl mittels elektromagnetischer Strahlung im Inneren von für diese Strahlung durchlässigen Bauteilen
EP1957422B1 (de) Verfahren zur markierung von einscheibensicherheitsglas
DE102017100242A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramik-Kochfläche mit lokal erhöhter Transmission und verfahrensgemäß herstellbare Glaskeramik-Kochfläche
EP2687493A2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Hausgeräteelements und Hausgeräteelement
DE102020215235A1 (de) Verfahren zum Erzeugen von farbigen, 3-dimensionalen Strukturen in Glaselementen
DE202019005640U1 (de) Beschichtete Scheibe mit Durchsichtsbereich

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14772145

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016516940

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2014772145

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014772145

Country of ref document: EP