WO2022049205A1 - Flachglasscheibe - Google Patents

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WO2022049205A1
WO2022049205A1 PCT/EP2021/074284 EP2021074284W WO2022049205A1 WO 2022049205 A1 WO2022049205 A1 WO 2022049205A1 EP 2021074284 W EP2021074284 W EP 2021074284W WO 2022049205 A1 WO2022049205 A1 WO 2022049205A1
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WO
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flat glass
glass pane
tensile stress
depth
pane
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/074284
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French (fr)
Inventor
Thomas VOLAND
Sabine HÖNIG
Martin Gross
Michael Heidan
Original Assignee
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2Mh Glas Gmbh
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Publication date
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Priority to US18/024,355 priority patent/US20230312389A1/en
Priority to EP21770234.9A priority patent/EP4208422A1/de
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/04—Tempering or quenching glass products using gas
    • C03B27/0404—Nozzles, blow heads, blowing units or their arrangements, specially adapted for flat or bent glass sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
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    • C03B27/04—Tempering or quenching glass products using gas

Definitions

  • the invention relates to a flat glass pane which is made from a base material which is an alkaline silicate glass, in particular an alkali-earth-alkaline silicate glass, in particular a soda-lime glass, or a borosilicate glass, or an aluminosilicate glass.
  • a base material which is an alkaline silicate glass, in particular an alkali-earth-alkaline silicate glass, in particular a soda-lime glass, or a borosilicate glass, or an aluminosilicate glass.
  • thermal tempering columnloquially also referred to as thermal hardening or tempering
  • the glass workpiece to be strengthened is heated to approx. 600 °C in a furnace and then quickly quenched to room temperature. This quenching solidifies the surface and the external dimensions of the component change only slightly afterwards. Compressive stresses arise on the surface of the glass workpiece, which ultimately lead to greater breaking strength.
  • Thermal toughening is used in particular in the manufacture of toughened safety glass (ESG).
  • ESG toughened safety glass
  • the stress profile of toughened safety glass shows high internal tensile stresses throughout the glass thickness, which lead to a characteristic crumbly fracture pattern if the pane fails.
  • the treatment time in the molten salt is disadvantageously very long. It is usually between 8 and 36 hours.
  • the problem of long process times can be reduced by using expensive special glasses with the simultaneous use of complicated, in particular multi-stage, treatment processes.
  • From DD 1579 66 is a method and a device for strengthening glass products known by ion exchange.
  • the glass products are strengthened by alkali ion exchange between the glass surface and molten alkali salts.
  • hollow glass products with the opening facing downwards or hollow glass products that are rotated or pivoted about a horizontal axis are sprinkled with molten salt.
  • the salt is constantly circulated and passed through perforated plates in order to create a rain cascade for the glass products arranged in several layers.
  • this method can only be used in an economically viable manner when using comparatively expensive special glass.
  • DE 11 2014 003 344 T5 discloses chemically hardened glass for flat screens of digital cameras, cell phones, digital organizers, etc.
  • the jar is preheated to a temperature of 100′′ Celsius and then immersed in molten salt.
  • a flat glass pane which is characterized in that a. at least one surface layer is enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while an inner layer, in particular immediately adjacent to the surface layer, is not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium and that b.
  • the flat glass pane has a compressive stress down to a compressive stress depth and from the compressive stress depth a tensile stress, the tensile stress increasing with increasing depth up to a maximum tensile stress arranged in the inner layer and/or wherein the progression of the tensile stress as a function of the depth does not have a linear section and/ or wherein the plot of tensile stress versus depth has no portion where the tensile stress is constant.
  • the invention has the very special advantage that a smaller thickness of the flat glass pane is required, in particular for objects of daily use, due to the increased breaking strength.
  • the consequence of this is that glass can be saved during production compared to flat glass panes conventionally made from the same glass material.
  • the flat glass panes produced according to the invention can therefore have a lower intrinsic weight than flat glass panes conventionally produced from the same glass material.
  • a flat glass pane blank is first produced in the known manner and heated to a primary temperature which is at most 50 Kelvin below and at most 30 Kelvin above the Littleton point of the glass material .
  • the flat glass blank is preferably not suddenly quenched to room temperature, but to a higher temperature.
  • the heated flat glass blank is preferably quenched to a quenching temperature which is at least 200 Kelvin and at most 550 Kelvin, in particular at least 200 Kelvin and at most 450 Kelvin, below the primary temperature.
  • An ion exchange process can then take place, which results in at least one surface layer being enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while an inner layer, in particular immediately adjacent to the surface layer, is not enriched in potassium and not in sodium and/or lithium is depleted.
  • Considerably shorter treatment times are required for the ion exchange process according to the invention than with known methods of chemical hardening in order to achieve a significant overall increase in the strength values.
  • the ion exchange process can in particular directly follow the quenching process.
  • very high strength values can be achieved in this way, in particular with regard to bending strength, microhardness and scratch resistance, which exceed the strength values of an untreated, otherwise identical flat glass pane many times over.
  • the flat glass pane according to the invention has compressive stress down to a compressive stress depth and from the compressive stress depth a tensile stress, the tensile stress increasing with increasing depth up to a maximum tensile stress arranged in the inner layer and/or the course of the tensile stress being dependent has no linear section in depth and/or wherein the course of the tensile stress as a function of depth does not have a section in which the tensile stress is constant.
  • the flat glass pane according to the invention differs very significantly, for example, from flat glass panes that have been treated with a known chemical toughening process.
  • the flat glass pane according to the invention can advantageously be designed in particular in such a way that the surface layer has a thickness in the range from 0.5
  • the stated thickness of the surface layer advantageously being able to be achieved comparatively quickly despite dispensing with expensive special glasses that are difficult to produce.
  • the flat glass pane can advantageously be designed in particular in such a way that at least one surface layer is enriched in potassium and depleted in sodium, while an inner layer, in particular immediately adjacent to the surface layer, is not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium, or in such a way that at least one surface layer is enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while an inner layer, in particular immediately adjacent to the surface layer, is not enriched in potassium and not depleted in lithium.
  • a flat glass pane which has two surface layers, in particular parallel to one another, is particularly robust. It can advantageously be provided that each of the two surface layers is enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while an inner layer arranged between the surface layers is not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium, and that the flat glass pane on both sides has a compressive stress down to a compressive stress depth and from the compressive stress depth a tensile stress, wherein the tensile stress increases with increasing depth up to a tensile stress maximum arranged in the inner layer and/or wherein the progression of the tensile stress as a function of the depth does not have a linear section and/ or wherein the plot of tensile stress versus depth has no portion where the tensile stress is constant. This can be achieved in particular by treating both outer sides of the flat glass pane blank in the same way.
  • the flat glass pane can advantageously be designed in particular in such a way that each of the two surface layers is enriched in potassium and depleted in sodium, while an inner layer arranged between the surface layers is not in potassium is enriched and not depleted in sodium and/or lithium, or such that each of the two surface layers is potassium-enriched and sodium- and/or lithium-depleted, while an inner layer located between the surface layers is potassium-non-enriched and non-lithium-depleted.
  • the maximum tensile stress is usually arranged centrally between the surface layers.
  • the maximum tensile stress is arranged eccentrically between the surface layers. This can be achieved in particular by treating the surface layers differently during production, in particular during hardening.
  • the flat glass pane can be designed in such a way that it has a particularly large stress gradient towards the side on which a high usage load is to be expected, while it can have a lower stress gradient on the side facing away from the expected force action.
  • only a first of the two surface layers is enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while the other surface layer and an inner layer arranged between the surface layers are not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium, with the flat glass pane has compressive stress on both sides down to a compressive stress depth and from the compressive stress depth a tensile stress, and wherein the tensile stress increases with increasing depth up to a maximum tensile stress arranged in the inner layer and/or wherein the course of the tensile stress as a function of the depth does not have a linear section and/or wherein the profile of the tensile stress as a function of the depth has no section in which the tensile stress is constant.
  • Such a flat glass pane can be achieved, for example, in that, after the production of the flat glass pane blank, only one side of the flat glass pane blank is further treated in the manner described above.
  • the flat glass pane can advantageously have a thickness in the range from 0.03 mm to 22 mm, in particular in the range from 0.5 mm to 10 mm or from 0.5 mm in the range to 5 mm or in the range from 0.6 mm to 3 mm or in the range from 0.68 mm to 3 mm or from 0.68 mm or in the range from 1.5 mm to 3 mm or in the range from 2 mm to 3 mm.
  • the wall can have a thickness of more than 1.5 mm. It has been shown that with thicknesses of this type, particularly good strength values can be achieved in comparison to the same but untreated flat glass panes.
  • a flat glass pane according to the invention can have a significantly lower weight with the same strength, since a significantly smaller thickness and therefore less glass material is required. Less material is required to produce such a flat glass pane, which reduces the material costs. In addition, weight can be saved with the same strength.
  • the flat glass pane according to the invention can in particular be designed in such a way that the strength, in particular a strength measured according to DIN EN 1288-5, of the flat glass pane is at least 1.5 times, in particular at least twice or at least three times or at least four times or at least five times higher than that Strength of the same flat glass pane, in particular a flat glass pane of the same thickness, the same shape and the same base material, which does not have the above-mentioned special features of the flat glass pane according to the invention.
  • the flat glass pane according to the invention can be produced in particular in such a way that the surface layer (or the surface layers) has (have) an increased hardness compared to the inner layer and/or that the surface layer (or the surface layers) has a Martens hardness, in particular measured according to DIN EN ISO 14577-1 at a test force of 2N, in the range from 3,500 N/mm2 to 3,900 N/mm2, in particular in the range from 3,650 N/mm2 to 3,850 N/mm2 (have).
  • the flat glass pane according to the invention can have such strength values, although no expensive special glasses are used as raw material and although no long process times for strengthening are to be accepted. Process times of less than one hour are usually sufficient to achieve the above-mentioned strength of the flat glass pane.
  • the flat glass pane can advantageously be designed in such a way that the proportion of potassium in the surface layer is greater than the total proportion of sodium and lithium down to a depth in the range from 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m and that the proportion of potassium decreases a depth in the range of 0.5
  • Such an embodiment advantageously has particularly high strength.
  • the depletion of sodium and/or lithium in the potassium-enriched surface layer may be at least 50% (mass percent) down to a depth of at least a quarter of the thickness of the surface layer.
  • the glass material from which the flat glass pane is made is advantageously an alkali-alkaline-earth silicate glass, in particular a soda-lime glass, or a borosilicate glass.
  • alkali-alkaline-earth silicate glass in particular a soda-lime glass, or a borosilicate glass.
  • These glasses, and whole in particular alkali-earth-alkaline silicate glass, have the particular advantage that they are available at low cost.
  • Alkali-earth silicate glass has the added benefit of being easy to recycle. In particular, it is not a problem to dispose of such a flat glass pane according to the invention in a waste glass container.
  • the glass material from which the flat glass pane is made can also be an aluminosilicate glass.
  • the glass material is not an aluminosilicate glass because such glass is too complex and, in particular, too expensive to produce.
  • the glass material preferably has an aluminum oxide content of less than 5% (percent by mass) (Al2O3 ⁇ 5%), in particular less than 4.5% (percent by mass) (Al2O3 ⁇ 4.5%).
  • the glass material can advantageously have a silicon dioxide content (SiO2) of more than 58% (mass percent) and less than 85% (mass percent), in particular more than 70% (mass percent) and less than 74% (mass percent).
  • SiO2 silicon dioxide content
  • a glass material that is an alkali-earth-alkaline silicate glass can advantageously have a silicon dioxide content of more than 70% (percent by mass) and less than 74% (percent by mass).
  • the glass material has an alkali oxide content, in particular sodium oxide content (Na2O) and/or lithium oxide content (U2O), in the range from 5% (mass percent) to 20% (mass percent), in particular in the range from 10% (mass percent ) to 14.5% (mass percent) or in the range from 12% (mass percent) to 13.5% (mass percent).
  • an alkali oxide content in particular sodium oxide content (Na2O) and/or lithium oxide content (U2O)
  • Na2O sodium oxide content
  • U2O lithium oxide content
  • the glass material can (alternatively or additionally) advantageously have a potassium oxide (K2O) content of at most 7% (mass percent), in particular at most 3% (mass percent) or at most 1% (mass percent).
  • K2O potassium oxide
  • the glass material can have a potassium oxide content in the range from 0.5% (mass percent) to 0.9% (mass percent).
  • the glass material has a boron trioxide content (B2O3) of less than 15% (percent by mass), in particular of at most 5% (percent by mass).
  • B2O3 boron trioxide content
  • the flat glass pane can be, for example, a float glass pane or a rolled glass pane.
  • the flat glass pane blank can also be produced, for example, by drawing from a glass melt.
  • the flat glass pane according to the invention can be flat.
  • flat glass can also be curved in one or two dimensions.
  • a curved flat glass pane blank is first produced, which is then treated in the manner described above.
  • the flat glass pane according to the invention can be designed or used as a window pane, for example.
  • the lower weight with the same strength compared to a conventional window pane can be advantageously used, for example with regard to the dimensioning of the window fittings.
  • the flat glass pane according to the invention can be designed, for example, as a display pane, in particular for a computer display or mobile phone display or tablet display or television display. Since the invention makes it possible to use inexpensive utility glasses, displays can be produced more cost-effectively as a result. Electronic devices, in particular computers or tablets or mobile phones, which have such a display are of particular advantage in this regard.
  • the flat glass pane according to the invention can be designed, for example, as a motor vehicle pane, in particular as a front glass pane or as a sunroof pane or as a side pane.
  • the flat glass pane according to the invention can advantageously be used as a solar glass pane, for example for covering thermal solar collectors or in photovoltaics. It is of particular advantage here that the flat glass pane according to the invention can be made thinner than flat glass panes of the same base material which do not have the above-mentioned special features of the flat glass pane according to the invention, which advantageously increases the light transmission.
  • the flat glass pane according to the invention can advantageously be designed as a greenhouse pane.
  • the beams of the greenhouse that support the flat glass panes according to the invention can advantageously be made weaker and therefore cheaper because the flat glass panes according to the invention can be made thinner and therefore lighter than conventional flat glass panes of the same base material with the same strength.
  • the light transmission range can be increased by using narrower carriers.
  • the flat glass pane according to the invention can be particularly advantageous, especially in the Manufacture of vehicles, in particular motor vehicles, are used; This is particularly because vehicles using the flat glass pane according to the invention can achieve a low weight in terms of energy consumption and driving characteristics and, in addition, a high level of safety due to the high strength of the flat glass pane.
  • the flat glass pane can be, for example, a windshield or a rear window or a side window or a roof pane, in particular of a glass roof or a glass sliding roof or a glass tilting roof.
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of a flat glass pane according to the invention
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a flat glass pane according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation, which is not true to scale, of a first component of the stress curve 1 within a flat glass pane according to the invention, which has a thickness 6 .
  • the first component of stress curve 1 is based on the fact that a flat glass pane blank was first produced and heated to a primary temperature that is no more than 50 Kelvin below and no more than 30 Kelvin above the Littleton point of the glass material and then quenched to a quenching temperature which is at least 200 Kelvin and at most 550 Kelvin, in particular at least 200 Kelvin and at most 450 Kelvin, below the primary temperature.
  • the compressive stress 3 increases to the right, starting from the zero line drawn in dashed lines, while the tensile stress 4 increases to the left, starting from the zero line drawn in dashed lines.
  • the flat glass pane 7 has one on each side towards the inside decreasing compressive stress 3, which transitions into a tensile stress 4 increasing up to the middle between the outer sides, the course of the tensile stress as a function of depth not having a linear section and depending on depth not having a section in which the tensile stress 4 is constant .
  • the first component has a maximum 5 of tensile stress 4.
  • the strength of the flat glass pane 7 is increased by a second component of the stress profile 1 within the flat glass pane, as is shown schematically in FIG.
  • Figure 2 shows a schematic representation, which is not true to scale, of a second component of the stress profile 1 within the flat glass pane, which is based on the fact that the two surface layers 10 are enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while those adjacent to the surface layers 10 are directly adjacent inner layer 11 is not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium. It can be seen that the stress profile 1 of the second component in the inner layer 11 is largely linear.
  • the stress profile acting overall is determined jointly by the first component and the second component, so that the flat glass pane has compressive stress 3 on both sides down to a compressive stress depth 2 and tensile stress 4 from the compressive stress depth 2, with the tensile stress 4 increasing with depth up to a tensile stress maximum 5 arranged in the inner layer 11 and/or wherein the course of the tensile stress 4 as a function of the depth does not have a linear section and/or the course of the tensile stress 4 as a function of the depth does not have a section in which the tensile stress 4 is constant.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of a first exemplary embodiment of a flat glass pane 7 that is flat.
  • Detailed view 9 of a section of flat glass pane 7 shows that flat glass pane 7 has a surface layer 10 on both sides that is enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while an inner layer 1 1 is not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium.
  • the flat glass pane 7 has a stress profile 1 which results from the simultaneous action of the two components shown in FIGS.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional representation of a second exemplary embodiment of a flat glass pane 7 according to the invention, which is curved.
  • the flat glass pane 7 has a surface layer 10 on one side that is enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while an inner layer 11, which in particular is directly adjacent to the surface layer 10, and the other surface layer 8 not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium.
  • the flat glass pane 7 has an asymmetrical stress profile 1 based on two asymmetrical components, with the maximum tensile stress being arranged eccentrically between the outer sides of the flat glass pane 7 .

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Abstract

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

Description

Hachqlasscheibe
Die Erfindung betrifft eine Flachglasscheibe, die aus einem Grundmaterial gefertigt ist, das ein alkalihaltiges Silikatglas, insbesondere ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk- Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas ist, oder ein Alumosilikatglas ist.
Es sind verschiedene Härte- und Verfestigungsverfahren bekannt, um Glas als vielseitiges Hightech Material der jeweiligen Verwendung ideal anzupassen. Die meisten Härte- und Verfestigungsverfahren sind entweder nur sehr aufwändig anwendbar und/oder setzen die Verwendung von zumeist teurem Spezialglas voraus.
Beispielsweise ist es bekannt, die Bruchfestigkeit von Glas durch sog. thermisches Vorspannen (umgangssprachlich auch thermisches Härten oder Tempern genannt) zu erhöhen. Hierbei wird das zu verfestigende Glaswerkstück in einem Ofen auf ca. 600 °C erhitzt und dann schnell auf Raumtemperatur abgeschreckt. Durch dieses Abschrecken erstarrt die Oberfläche und die äußeren Abmessungen des Bauteiles ändern sich danach nur noch wenig. Es entstehen an der Oberfläche des Glaswerkstücks Druckspannungen, die im Ergebnis zu einer höheren Bruchfestigkeit führen. Das thermische Vorspannen kommt insbesondere bei der Herstellung von Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) zum Einsatz. Das Spannungsprofil von Einscheiben- Sicherheitsglas weist über die Glasdicke im Inneren hohe Zugspannungen auf, die im Versagensfall der Scheibe zu einem charakteristischen Krümelbruchbild führen.
Es ist auch bekannt, Glasgegenstände durch chemisches Vorspannen zu verfestigen. Beim chemischen Vorspannen wird zwischen Verfahren mit einem sogenannten Hochtemperatur- lonenaustausch und Verfahren mit einem sogenannten Niedertemperatur-Ionenaustausch unterschieden. Lediglich Verfahren mit Niedertemperatur-Ionenaustausch, bei dem ein Alkali-Ion durch ein größeres Alkali-Ion ersetzt wird, haben bislang industriellen Einsatz gefunden. Bei diesen Verfahren wird eine Druckspannungszone an der Oberfläche des Glases durch einen lonenaustausch erreicht, der zumeist in einem Bad aus geschmolzenem Salz zwischen der Glasoberfläche und dem Salzbad stattfindet. Es werden beispielsweise Natriumionen gegen Kaliumionen ausgetauscht, wodurch in der Glasoberfläche eine Druckspannungszone entsteht, weil die Kaliumionen größer sind als die Natriumionen. Für handelsübliche Gläser (Alkali-Erdalkali- Silikatgläser) ist die Behandlungszeit in der Salzschmelze nachteiliger Weise sehr lang. Sie beträgt üblicherweise zwischen 8 und 36 Stunden. Das Problem der langen Prozesszeiten kann durch die Verwendung teurer Spezialgläser bei gleichzeitiger Anwendung komplizierter, insbesondere mehrstufiger, Behandlungsverfahren vermindert werden.
Aus DD 1579 66 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfestigung von Glaserzeugnissen durch lonenaustausch bekannt. Die Glaserzeugnisse werden dabei durch Alkaliionenaustausch zwischen der Glasoberfläche und Alkalisalzschmelzen verfestigt. Zur Verfestigung werden Hohlglaserzeugnisse mit nach unten gekehrter Öffnung oder Hohlglaserzeugnisse, die um eine horizontale Achse gedreht oder geschwenkt werden, mit der Salzschmelze beregnet. Hierbei wird das Salz ständig umgewälzt und durch Lochbleche geleitet, um für die in mehreren Lagen angeordneten Glaserzeugnisse eine Regenkaskade zu erzeugen. Nachteiliger Weise ist dieses Verfahren nur unter Verwendung von vergleichsweise teurem Spezialglas wirtschaftlich sinnvoll nutzbar.
Aus DE 1 1 2014 003 344 T5 ist ein chemisch gehärtetes Glas für Flachbildschirme von Digital- Kameras, Mobiltelefonen, digitalen Organizern usw., bekannt. Das chemisch gehärtete Glas weist eine Druckbelastungsschicht auf, die mit einem lonenaustausch-Verfahren erzeugt wird, wobei das Glas eine Oberflächen-Rauigkeit von 0,20 nm oder höher aufweist und wobei die Wasserstoffkonzentration Y im Bereich zu einer Tiefe X von einer äußersten Oberfläche des Glases der Gleichung Y = aX + b bei X = von 0,1 bis 0,4 (pm) genügt. Das Glas wird auf eine Temperatur von 100 “Celsius vorgeheizt und dann in geschmolzenes Salz eingetaucht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flachglasscheibe anzugeben, die eine hohe Festigkeit aufweist und die, insbesondere im Hinblick auf eine Massenproduktion, schnell und kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe wird durch eine Flachglasscheibe gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass a. wenigstens eine Oberflächenschicht an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht angrenzende, Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist und dass b. die Flachglasscheibe bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung aufweist, wobei die Zugspannung mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung konstant ist.
In erfindungsgemäßer Weise wurde erkannt, dass durch eine Kombination von thermischem und chemischem Härten eine Flachglasscheibe, insbesondere aus herkömmlichem Gebrauchsglas, Festigkeitswerte aufweisen kann, die um ein Vielfaches über den Festigkeitswerten einer gleichen, jedoch unbehandelten Flachglasscheibe liegen.
Die Erfindung hat den ganz besonderen Vorteil, dass insbesondere für Gebrauchsgegenstände des täglichen Bedarfs auf Grund der erhöhten Bruchfestigkeit eine geringere Dicke der Flachglasscheibe erforderlich ist. Dies hat zur Folge, dass bei der Herstellung gegenüber herkömmlich aus demselben Glasmaterial hergestellten Flachglasscheiben Glas eingespart werden kann. Insbesondere können die erfindungsgemäß hergestellten Flachglasscheiben daher ein geringeres Eigengewicht aufweisen, als herkömmlich aus demselben Glasmaterial hergestellte Flachglasscheiben.
In erfindungsgemäßer Weise wurde insbesondere erkannt, dass besonders gute Ergebnisse erzielt werden, wenn ein Flachglasscheiben-Rohling zunächst in der bekannten Weise hergestellt und auf eine Primärtemperatur, die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt, erwärmt wird. Anders als bei dem herkömmlichen Tempern wird der Flachglasscheiben-Rohling jedoch vorzugsweise nicht schlagartig auf Raumtemperatur abgeschreckt, sondern auf eine höhere Temperatur. Vorzugsweise wird der erwärmte Flachglasscheiben-Rohling auf eine Abschrecktemperatur abgeschreckt, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter der Primärtemperatur liegt.
Danach kann ein lonenaustauschprozess stattfinden, der bewirkt, dass im Ergebnis wenigstens eine Oberflächenschicht an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht angrenzende, Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist. Für den lonenaustauschprozess sind erfindungsgemäß wesentlich kürzere Behandlungszeiten erforderlich als bei bekannten Methoden des chemischen Härtens, um insgesamt eine wesentliche Erhöhung der Festigkeitswerte zu erreichen. Der lonenaustauschprozess kann sich insbesondere unmittelbar an den Prozess des Abschreckens anschließen. Insbesondere können so sehr hohe Festigkeitswerte, insbesondere im Hinblick auf Biegebruchfestigkeit, Mikrohärte und Kratzfestigkeit, erreicht werden, die die Festigkeitswerte eines unbehandelten, ansonsten gleichen Flachglasscheiben um ein Vielfaches übersteigen.
Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe weist durch die oben erläuterte Art der Behandlung bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung auf, wobei die Zugspannung mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung konstant ist. Hierin unterscheidet sich die erfindungsgemäße Flachglasscheibe ganz wesentlich beispielsweise von Flachglasscheiben, die mit einem bekannten chemischen Vorspannverfahren behandelt wurden.
Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann vorteilhaft insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Oberflächenschicht eine Dicke im Bereich von 0,5 |_im bis 60 pm, insbesondere im Bereich von 0,5 |_im bis 30 pm, insbesondere im Bereich von 0,5 |_im bis 15 |_im aufweist. In vorteilhafter Weise wurde erkannt, dass sehr hohe Festigkeitswerte erreicht werden, wenn die Oberflächenschicht die genannte Dicke aufweist, wobei die genannte Dicke der Oberflächenschicht in vorteilhafter Weise trotz des Verzichts auf teure und aufwändig herstellbare Spezialgläser vergleichsweise schnell erreichbar ist.
Die Flachglasscheibe kann vorteilhaft insbesondere derart ausgebildet sein, dass wenigstens eine Oberflächenschicht an Kalium angereichert und an Natrium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht angrenzende, Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist oder derart, dass wenigstens eine Oberflächenschicht an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht angrenzende, Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Lithium abgereichert ist.
Ganz besonders robust ist eine Flachglasscheibe, die zwei, insbesondere zueinander parallele, Oberflächenschichten aufweist. Hierbei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass jede der beiden Oberflächenschichten an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, währende eine zwischen den Oberflächenschichten angeordnete Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, und dass die Flachglasscheibe beidseitig jeweils bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung aufweist, wobei die Zugspannung mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung konstant ist. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass beide Außenseiten des Flachglasscheiben-Rohlings gleich behandelt werden.
Hierbei kann die Flachglasscheibe vorteilhaft insbesondere derart ausgebildet sein, dass jede der beiden Oberflächenschichten an Kalium angereichert und an Natrium abgereichert ist, während eine zwischen den Oberflächenschichten angeordnete Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist oder derart, dass jede der beiden Oberflächenschichten an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine zwischen den Oberflächenschichten angeordnete Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Lithium abgereichert ist.
Insbesondere in den Bereichen der Flachglasscheibe, in denen die Oberflächenschichten gleich ausgebildet und zueinander parallel sind, ist das Zugspannungsmaximum zumeist mittig zwischen den Oberflächenschichten angeordnet. Es ist jedoch auch möglich die Flachglasscheibe derart auszubilden, dass das Zugspannungsmaximum außermittig zwischen den Oberflächenschichten angeordnet ist. Dies kann insbesondere durch eine unterschiedliche Behandlung der Oberflächenschichten bei der Herstellung, insbesondere beim Verfestigen, erreicht werden.
Insbesondere kann die Flachglasscheibe derart ausgebildet sein, dass sie zu der Seite hin, auf der eine hohe Gebrauchsbelastung zu erwarten ist, einen besonders großen Spannungsgradienten aufweist, während sie auf der der zu erwarteten Krafteinwirkung abgewandten Seite einen geringeren Spannungsgradienten aufweisen kann.
Bei einer anderen Ausführung ist lediglich eine erste der beiden Oberflächenschichten an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert, währende die andere Oberflächenschicht und eine zwischen den Oberflächenschichten angeordnete Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert sind, wobei die Flachglasscheibe beidseitig jeweils bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung aufweist, und wobei die Zugspannung mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung konstant ist. Eine solche Flachglasscheibe kann beispielsweise erreicht werden, indem nach dem Herstellen des Flachglasscheiben-Rohlings lediglich eine Seite des Flachglasscheiben-Rohlings in der oben beschriebenen Weise weiter behandelt wird.
Die Flachglasscheibe kann vorteilhaft eine Dicke im Bereich vom 0,03 mm bis 22 mm, insbesondere im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm oder von 0,5 mm im Bereich bis 5 mm oder im Bereich von 0,6 mm bis 3 mm oder im Bereich von 0,68 mm bis 3 mm oder von 0,68 mm oder im Bereich von 1 ,5 mm bis 3 mm oder im Bereich von 2 mm bis 3 mm, aufweisen. Insbesondere kann die Wandung eine Dicke von mehr als 1 ,5 mm aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass bei derartigen Dicken besonders gute Festigkeitswerte im Vergleich zu gleichen, jedoch unbehandelten Flachglasscheiben erzielt werden können. Insbesondere kann vorteilhaft ausgenutzt werden, dass eine erfindungsgemäße Flachglasscheibe bei gleicher Festigkeit ein deutlich niedrigeres Gewicht aufweisen kann, da eine wesentlich geringere Dicke und daher weniger Glasmaterial erforderlich ist. Für die Herstellung einer solchen Flachglasscheibe ist ein geringerer Materialaufwand nötig, was die Materialkosten senkt. Darüber hinaus kann bei gleicher Festigkeit Gewicht eingespart werden.
Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Festigkeit, insbesondere eine Festigkeit gemessen gemäß DIN EN 1288-5, der Flachglasscheibe wenigstens 1 ,5 mal, insbesondere wenigstens zweimal oder wenigstens dreimal oder wenigstens viermal oder wenigstens fünfmal, höher ist, als die Festigkeit einer gleichen Flachglasscheibe, insbesondere einer Flachglasscheibe gleicher Dicke, gleicher Form und gleichen Grundmaterials, die nicht die oben genannten besonderen Merkmale der erfindungsgemäßen Flachglasscheibe aufweist.
Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann insbesondere derart hergestellt sein, dass die Oberflächenschicht (bzw. die Oberflächenschichten) eine im Vergleich zu der Innenschicht eine gesteigerte Härte aufweist (aufweisen) und/oder dass die Oberflächenschicht (bzw. die Oberflächenschichten) eine Martenshärte, insbesondere gemessen gemäß DIN EN ISO 14577-1 bei einer Prüfkraft von 2N, im Bereich von 3.500 N/mm2 bis 3.900 N/mm2, insbesondere im Bereich von 3.650 N/mm2 bis 3.850 N/mm2 aufweist (aufweisen). Wie bereits erwähnt kann die erfindungsgemäße Flachglasscheibe derartige Festigkeitswerte aufweisen, obwohl keine teuren Spezialgläser als Rohmaterial verwendet werden und obwohl keine langen Prozesszeiten zum Verfestigen in Kauf zu nehmen sind. Zumeist sind Prozesszeiten von unter einer Stunde ausreichend um die oben genannte Festigkeit der Flachglasscheibe zu erreichen.
In vorteilhafter Weise kann die Flachglasscheibe derart ausgebildet sein, dass in der Oberflächenschicht der Anteil an Kalium bis in eine Tiefe im Bereich von 0,5 |_im bis 10 |_im größer ist als der Gesamtanteil an Natrium und Lithium und dass der Anteil an Kalium ab einer Tiefe im Bereich von 0,5 |_im bis 10 |_im kleiner ist als der Gesamtanteil an Natrium und Lithium. Eine derartige Ausführung weist vorteilhaft eine besonders hohe Festigkeit auf.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Abreicherung von Natrium und/oder Lithium in der mit Kalium angereicherten Oberflächenschicht bis in eine Tiefe von mindestens einem Viertel der Dicke der Oberflächenschicht mindestens 50% (Massenprozent) beträgt.
Das Glasmaterial, aus dem die Flachglasscheibe hergestellt ist, ist vorteilhaft ein Alkali-Erdalkali- Silikatglas, insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas. Diese Gläser, und ganz insbesondere Alkali-Erdalkali-Silikatglas, haben den besonderen Vorteil, dass sie kostengünstig erhältlich sind. Alkali-Erdalkali-Silikatglas hat den zusätzlichen Vorteil, und dass ein einfaches Recycling möglich ist. Insbesondere stellt es kein Problem dar, eine solche erfindungsgemäße Flachglasscheibe in einem Altglascontainer zu entsorgen.
Das Glasmaterial, aus dem die Flachglasscheibe hergestellt ist, kann auch ein Alumosilikatglas sein. Vorzugsweise ist Glasmaterial jedoch kein Alumosilikatglas, weil derartiges Glas zu aufwendig und insbesondere zu teuer in der Herstellung ist. Vorzugsweise weist das Glasmaterial einen Aluminiumoxidanteil weniger als 5 % (Massenprozent) (AI2O3 < 5 %), insbesondere von weniger als 4,5 % (Massenprozent) (AI2O3 < 4,5 %), auf.
Das Glasmaterial kann vorteilhaft einen Siliziumdioxidanteil (SiOz) von mehr als 58 % (Massenprozent) und von weniger als 85 % (Massenprozent), insbesondere von mehr als 70 % (Massenprozent) und von weniger als 74 % (Massenprozent) aufweisen. Insbesondere ein Glasmaterial, das ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas ist, kann vorteilhaft einen Siliziumdioxidanteil von mehr als 70 % (Massenprozent) und von weniger als 74 % (Massenprozent) aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Glasmaterial einen Alkalioxidanteil, insbesondere Natriumoxidanteil (Na2O) und/oder Lithiumoxidanteil (U2O), im Bereich von 5 % (Massenprozent) bis 20 % (Massenprozent), insbesondere im Bereich von 10 % (Massenprozent) bis 14,5% (Massenprozent) oder im Bereich von 12 % (Massenprozent) bis 13,5 % (Massenprozent) aufweist.
Das Glasmaterial kann (alternativ oder zusätzlich) vorteilhaft einen Kaliumoxidanteil (K2O) von höchstens 7 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 3% (Massenprozent) oder von höchstens 1 % (Massenprozent), aufweisen. Insbesondere kann das Glasmaterial einen Kaliumoxidanteil im Bereich von 0,5% (Massenprozent) bis 0,9 % (Massenprozent) aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Glasmaterial einen Bortrioxidanteil (B2O3) von weniger als 15 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 5 % (Massenprozent), aufweist.
Hinsichtlich der Art der Herstellung der Flachglasscheibe, insbesondere des Flachglasscheiben- Rohlings, gibt es keine grundsätzlichen Beschränkungen. Die Flachglasscheibe kann beispielsweise eine Floatglasscheibe oder eine Walzglasscheibe sein. Der Flachglasscheiben- Rohling kann beispielsweise auch durch Ziehen aus einer Glasschmelze hergestellt sind.
Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann eben ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann jedoch auch in einer oder zwei Dimensionen gewölbt sein. Insbesondere kann, beispielsweise zum Herstellen einer Kraftfahrzeug-Frontscheibe oder einer Schiebedachscheibe, vorteilhaft vorgesehen sein, dass zunächst ein gewölbter Flachglasscheiben-Rohling hergestellt wird, der anschießend in der oben geschilderten Weise behandelt wird.
Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann beispielsweise als Fensterscheibe ausgebildet sein oder verwendet werden. Beispielsweise kann vorteilhaft das bei gleicher Festigkeit gegenüber einer herkömmlichen Fensterscheibe geringere Gewicht beispielsweise im Hinblick auf die Dimensionierung der Fensterbeschläge vorteilhaft ausgenutzt werden.
Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann beispielsweise als Displayscheibe, insbesondere für ein Computerdisplay oder Mobiltelefondisplay oder Tabletdisplay oder Fernseher-Display, ausgebildet sein. Da die Erfindung es erlaubt, kostengünstige Gebrauchsgläser zu verwenden, können im Ergebnis Displays kostengünstiger hergestellt werden. Insbesondere insoweit sind elektronische Geräte, insbesondere Computer oder Tablets oder Mobiltelefone, von besonderem Vorteil, die ein solches Display aufweisen.
Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann beispielsweise als Kraftfahrzeugscheibe, insbesondere als Frontglasscheibe oder als Schiebedachscheibe oder als Seitenscheibe, ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann vorteilhaft als Solarglasscheibe, beispielsweise zur Abdeckung bei thermischen Solarkollektoren oder in der Photovoltaik, verwendet werden. Hierbei ist von besonderem Vorteil, dass die erfindungsgemäße Flachglasscheibe dünner ausgebildet sein kann als Flachglasscheiben gleichen Grundmaterials, die nicht die oben genannten besonderen Merkmale der erfindungsgemäßen Flachglasscheibe aufweisen, was vorteilhaft die Lichtdurchlässigkeit erhöht.
Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann vorteilhaft als Gewächshausscheibe ausgebildet sein. Die Träger des Gewächshauses, die die erfindungsgemäßen Flachglasscheiben tragen können vorteilhaft schwächer und damit kostengünstiger ausgebildet sein, weil die erfindungsgemäße Flachglasscheiben bei gleicher Festigkeit dünner und damit auch leichter ausgebildet sein können, als herkömmliche Flachglasscheiben gleichen Grundmaterials. Außerdem kann der Lichtdurchlassbereich durch die Verwendbarkeit schmalerer Träger erhöht werden.
Die erfindungsgemäße Flachglasscheibe kann ganz besonders vorteilhaft insbesondere bei der Herstellung von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, zum Einsatz kommen; dies insbesondere weil sich bei Fahrzeugen durch Verwendung der erfindungsgemäßen Flachglasscheibe ein niedriges Gewicht im Hinblick auf Energieverrauch und Fahreigenschaften und zusätzlich eine hohe Sicherheit auf Grund der hohen Festigkeit der Flachglasscheibe erzielbar ist. Die Flachglasscheibe kann beispielsweise eine Windschutzscheibe oder eine Heckscheibe oder eine Seitenscheibe oder eine Dachscheibe, insbesondere eines Glasdachs oder eines Glasschiebedachs oder eines Glasausstelldachs, sein.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft und schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische und nicht maßstabsgerechte Darstellung einer ersten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb einer erfindungsgemäßen Flachglasscheibe,
Fig. 2 eine schematische und nicht maßstabsgerechte Darstellung einer zweiten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb einer erfindungsgemäßen Flachglasscheibe,
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flachglasscheibe, und
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flachglasscheibe.
Figur 1 zeigt eine schematische und nicht maßstabsgerechte Darstellung einer ersten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb einer erfindungsgemäßen Flachglasscheibe, die eine Dicke 6 aufweist. Die erste Komponente des Spannungsverlaufs 1 beruht auf dem Umstand, dass zunächst ein Flachglasscheiben-Rohling hergestellt und auf eine Primärtemperatur, die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton- Punkt des Glasmaterials liegt, erwärmt und anschließend sauf eine Abschrecktemperatur abgeschreckt wurde, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter der Primärtemperatur liegt.
In dem Diagramm nimmt die Druckspannung 3 ausgehend von der gestrichelt eingezeichneten Nulllinie nach rechts hin zu, während die Zugspannung 4 ausgehend von der gestrichelt eingezeichneten Nulllinie nach links hin zunimmt.
Es ist zu erkennen, dass die Flachglasscheibe 7 beidseitig jeweils eine nach innen hin abnehmende Druckspannung 3 aufweist, die in eine bis zur Mitte zwischen den Außenseiten ansteigende Zugspannung 4 übergeht, wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung 4 konstant ist. In der Mitte zwischen den Außenseiten hat die erste Komponente ein Maximum 5 an Zugspannung 4.
Zu der in Figur 1 dargestellten ersten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb der Flachglasscheibe 7 tritt die Festigkeit der Flachglasscheibe 7 verstärkend eine zweite Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb der Flachglasscheibe hinzu, wie sie schematisch in Figur 2 dargestellt ist.
Figur 2 zeigt eine schematische und nicht maßstabsgerechte Darstellung einer zweiten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb der Flachglasscheibe, die auf dem Umstand beruht, dass die beiden Oberflächenschichten 10 an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert sind, während die an die Oberflächenschichten 10 unmittelbar angrenzende Innenschicht 1 1 nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist. Es ist zu erkennen, dass der Spannungsverlauf 1 der zweiten Komponente in der Innenschicht 1 1 größtenteils linear ist.
Sowohl die erste Komponente, als auch die zweite Komponente tragen zur Festigkeit der Flachglasscheibe bei. Daher ist der insgesamt wirkende Spannungsverlauf durch die erste Komponente und die zweite Komponente gemeinsam bestimmt, so dass die Flachglasscheibe im Ergebnis beidseitig jeweils bis in eine Druckspannungstiefe 2 eine Druckspannung 3 und ab der Druckspannungstiefe 2 eine Zugspannung 4 aufweist, wobei die Zugspannung 4 mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht 1 1 angeordneten Zugspannungsmaximum 5 ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung 4 in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung 4 in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung 4 konstant ist.
Figur 3 zeigt in einer Querschnittsdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer Flachglasscheibe 7, die eben ausgebildet ist. In der Detaildarstellung 9 eines Ausschnitts der Flachglasscheibe 7 ist dargestellt, dass die Flachglasscheibe 7 beidseitig jeweils eine Oberflächenschicht 10 aufweist, die an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht 10 angrenzende, Innenschicht 1 1 nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist. Die Flachglasscheibe 7 weist einen Spannungsverlauf 1 auf, der aus der gleichzeitigen Wirkung der beiden in den Figuren 1 und 2 dargestellten Komponenten resultiert. Figur 4 zeigt in einer Querschnittsdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flachglasscheibe 7, die gewölbt ausgebildet ist. In der Detaildarstellung 9 ist dargestellt, dass die Flachglasscheibe 7 einseitig eine Oberflächenschicht 10 aufweist, die an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht 10 angrenzende, Innenschicht 1 1 sowie die andere Oberflächenschicht 8 nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert sind. Die Flachglasscheibe 7 weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen sich auf zwei asymmetrischen Komponenten beruhenden asymmetrischen Spannungsverlauf 1 auf, wobei das Zugspannungsmaximum außermittig zwischen den Außenseiten der der Flachglasscheibe 7 angeordnet ist.
Bezuqszeichenliste:
1 Spannungsverlauf
2 Druckspannungstiefe 3 Druckspannung
4 Zugspannung
5 Zugspannungsmaximum
6 Dicke
7 Flachglasscheibe 8 Andere Oberflächenschicht
9 Detaildarstellung
10 Oberflächenschicht
11 Innenschicht

Claims

Patentansprüche Flachglasscheibe (7), die aus einem Grundmaterial gefertigt ist, das ein alkalihaltiges Silikatglas ist, oder ein Alumosilikatglas ist, dadurch gekennzeichnet, dass a. wenigstens eine Oberflächenschicht (10) an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht (10) angrenzende, Innenschicht (1 1 ) nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist und dass b. die Flachglasscheibe (7) bis in eine Druckspannungstiefe (2) eine Druckspannung (3) und ab der Druckspannungstiefe
(2) eine Zugspannung (4) aufweist, wobei die Zugspannung (4) mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht (1 1 ) angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung (4) konstant ist. Flachglasscheibe (7) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (10) eine Dicke im Bereich von 0,5 |_im bis 60 pm, insbesondere im Bereich von 0,5 |_im bis 30 pm, insbesondere im Bereich von 0,5 |_im bis 15 |_im aufweist. Flachglasscheibe (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachglasscheibe (7) zwei, insbesondere zueinander parallele, Oberflächenschichten (10) aufweist und dass a. jede der beiden Oberflächenschichten (10) an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnete Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist und dass b. die Flachglasscheibe (7) beidseitig jeweils bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung
(3) und ab der Druckspannungstiefe (2) eine Zugspannung (4) aufweist, wobei die Zugspannung (4) mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht (1 1 ) angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung
(4) konstant ist. Flachglasscheibe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugspannungsmaximum mittig zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnet ist.
5. Flachglasscheibe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugspannungsmaximum außermittig zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnet ist.
6. Flachglasscheibe (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachglasscheibe (7) zwei, insbesondere zueinander parallele, Oberflächenschichten (10) aufweist und dass a. lediglich eine erste der beiden Oberflächenschichten (10) an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, währende die andere Oberflächenschicht (8) und eine zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnete Innenschicht (1 1 ) nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert sind und dass b. die Flachglasscheibe (7), insbesondere beidseitig jeweils, bis in eine Druckspannungstiefe (2) eine Druckspannung (3) und ab der Druckspannungstiefe (2) eine Zugspannung (4) aufweist, wobei die Zugspannung (4) mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung (4) konstant ist.
7. Flachglasscheibe (7) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugspannungsmaximum außermittig zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnet ist.
8. Flachglasscheibe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachglasscheibe eine Dicke im Bereich vom 0,03 mm bis 22 mm, insbesondere im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm oder von 0,5 mm im Bereich bis 5 mm oder im Bereich von 0,6 mm bis 3 mm oder im Bereich von 0,68 mm bis 3 mm oder von 0,68 mm oder im Bereich von 1 ,5 mm bis 3 mm, aufweist, oder dass die Flachglasscheibe eine Dicke von mehr als 1 ,5 mm aufweist.
9. Flachglasscheibe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeit, insbesondere eine Festigkeit gemessen gemäß DIN EN 1288-5, der Flachglasscheibe wenigstens 1 ,5 mal, insbesondere wenigstens zweimal oder wenigstens dreimal oder wenigstens viermal oder wenigstens fünfmal, höher ist, als die Festigkeit einer gleichen Flachglasscheibe, insbesondere einer Flachglasscheibe gleicher Form und Größe und gleichen Grundmaterials, die nicht die Merkmale des Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 aufweist. 15
10. Flachglasscheibe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (10) eine im Vergleich zu der Innenschicht (1 1 ) eine gesteigerte Härte aufweist und/oder dass die Oberflächenschicht (10) eine Martenshärte, insbesondere gemessen gemäß DIN EN ISO 14577-1 bei einer Prüfkraft von 2N, im Bereich von 3.500 N/mm2 bis 3.900 N/mm2, insbesondere im Bereich von 3.650 N/mm2 bis 3.850 N/mm2 aufweist.
1 1. Flachglasscheibe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberflächenschicht (10) der Anteil an Kalium bis in eine Tiefe im Bereich von 0,5 |_im bis 10 pm größer ist als der Gesamtanteil an Natrium und Lithium und dass der Anteil an Kalium ab einer Tiefe im Bereich von 0,5 |_im bis 10 |_im kleiner ist als der Gesamtanteil an Natrium und Lithium.
12. Flachglasscheibe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abreicherung von Natrium und/oder Lithium in der mit Kalium angereicherten Oberflächenschicht bis in eine Tiefe von mindestens einem Viertel der Dicke der Oberflächenschicht mindestens 50% (Massenprozent) beträgt.
13. Flachglasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachglasscheibe eine Floatglasscheibe oder eine Walzglasscheibe ist oder gezogenes Glas ist.
14. Flachglasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachglasscheibe als Fensterscheibe oder als Displayscheibe oder als Kraftfahrzeugscheibe oder als Schiebedachscheibe oder als Solarglasscheibe oder als Gewächshausscheibe ausgebildet ist.
15. Flachglasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas ist.
16. Display, insbesondere Computerdisplay oder Mobiltelefondisplay, das eine Flachglasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist.
17. Elektronisches Gerät, insbesondere Computer oder Tablet oder Mobiltelefon, das ein Display nach Anspruch 16 aufweist.
18. Kraftfahrzeug, das eine Flachglasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist.
19. Kraftfahrzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachglasscheibe eine Windschutzscheibe oder eine Heckscheibe oder eine Seitenscheibe oder eine Dachscheibe, insbesondere eines Glasdachs oder eines Glasschiebedachs oder eines Glasausstelldachs, ist.
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