DE102013110564B4 - Glass ceramic items - Google Patents
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Abstract
Glaskeramikartikel (1), bei welchem in der Oberfläche zumindest eine lokale Erhebung (20) vorhanden ist, wobei die kleinste laterale Abmessung eine Länge von zumindest 0,05 mm aufweist, und wobei die lokale Erhebung eine Höhe im Bereich von 0,025 bis 0,3 Millimetern aufweist, wobei die Erhebung und das umgebende Glaskeramikmaterial monolithisch sind und die gleiche Zusammensetzung aufweisen, und wobei das Glaskeramikmaterial unter der Erhebung eine geringere Dichte aufweist, als das die Erhebung umgebende Material, wobei der Temperaturausdehnungskoeffizient des Glaskeramikmaterials α20-600bei höchstens 2·10-6K-1liegt.Glass ceramic article (1), in which at least one local elevation (20) is present in the surface, the smallest lateral dimension having a length of at least 0.05 mm, and wherein the local elevation has a height in the range from 0.025 to 0.3 millimeters, wherein the elevation and the surrounding glass-ceramic material are monolithic and have the same composition, and wherein the glass-ceramic material under the elevation has a lower density than the material surrounding the elevation, wherein the coefficient of thermal expansion of the glass-ceramic material α20-600 is at most 2*10- 6K-1 lies.
Description
Die Erfindung betrifft eine Glaskeramik mit einer lokalen Geometrieänderung in Form einer Erhebung auf der Oberfläche.The invention relates to a glass ceramic with a local change in geometry in the form of an elevation on the surface.
Dabei sind bevorzugt im sichtbaren Wellenlängenbereich (380 nm -780 nm) eingefärbte Materialien (und damit meist auch im IR-Bereich gefärbte Materialien) wie Gläser und Glaskeramiken (Grünglaszustand oder bereits keramisiert) zu nutzen. Die Änderung der Geometrie erfolgt dabei durch die lokale und zeitlich begrenzte Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung, wie z.B. Laserstrahlung eines Dioden-Laser mit 1 um Wellenlänge
mit CW-Mode und nicht stark fokussiertem Laserstrahl, vorzugsweise mit einem Strahldurchmesser von größer 400 um.Materials colored in the visible wavelength range (380 nm -780 nm) (and therefore usually also materials colored in the IR range) such as glasses and glass ceramics (green glass state or already ceramicized) should preferably be used. The change in geometry is caused by the local and time-limited effect of electromagnetic radiation, such as laser radiation from a diode laser with a wavelength of 1 μm
with CW mode and a not strongly focused laser beam, preferably with a beam diameter of greater than 400 μm.
Stand der TechnikState of the art
Eine lokale Veränderung der Geometrie von Bauteilen aus Glaskeramik erfolgt nach dem Stand der Technik auf drei verschiedene Varianten:
- Zum Einen kann durch das Anfügen eines zweiten Teils an das eigentliche Bauteil eine geometrische Vergrößerung erzeugt werden. Dabei können alle Fügeverfahren wie Löten, Schweißen und Kleben zum Einsatz kommen. Nachteilig ist dabei, dass zwei Bauteile benötigt werden. Zudem ist die Fügestelle meist optisch störend oder bildet eine Bruchausgangskante. Auch aufwändige Geometrieerhöhungen (Kreise, Abrundungen etc.) können nur schwer durch ein zusätzliches Bauteil angefügt werden.
- On the one hand, a geometric enlargement can be created by adding a second part to the actual component. All joining methods such as soldering, welding and gluing can be used. The disadvantage is that two components are required. In addition, the joint is usually visually disturbing or forms a fracture starting edge. Even complex geometric increases (circles, roundings, etc.) can only be added with difficulty using an additional component.
Zum Anderen kann eine lokale Verringerung der Geometrie durch (lokales) mechanisches Abtragen von Material erfolgen. Dabei kommen Schleif- und Fräsverfahren zum Einsatz. Die dabei auftretende Schädigung der Oberfläche kann zur Herabsetzung der mechanischen Festigkeit führen. Auch die Veränderung der Oberfläche im abgetragenen Bereich (Schleif- oder Polieroberfläche) kann optisch störend wirken. Zudem ist die Herstellung von lokal erhabenen Strukturen auf diese Weise nur schwer herstellbar, da dazu sehr viel umgebendes Material abgetragen werden müsste.On the other hand, a local reduction in geometry can occur through (local) mechanical removal of material. Grinding and milling processes are used. The resulting damage to the surface can lead to a reduction in mechanical strength. Changing the surface in the removed area (grinding or polishing surface) can also have a visually disturbing effect. In addition, the production of locally raised structures is difficult to produce in this way, as a lot of surrounding material would have to be removed.
Als drittes ist in
Der Nachteil hier ist der aufwändige Ultrakurzpulslaser, welcher erst die Voraussetzung schaffen muss, dass das Glas überhaupt ankoppelt. Auch der selbstverstärkende Effekt führt zu unkontrolliertem Aufheizen und zu einer nicht beherrschbaren Regelungsproblematik. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass nur Gläser verwendbar sind, die im UV-Bereich hinreichend transparent sind.
Aus der
From the
Aus der
Aus der
Aufgabe der Erfindung:Task of the invention:
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, lokal eine Veränderung der Geometrie an einem monolithischen Glaskeramik-Bauteil zu erzeugen.The invention is therefore based on the object of locally producing a change in the geometry of a monolithic glass ceramic component.
Anfügungen oder mechanische Bearbeitungen werden dann nicht mehr benötigt, um eine haptische Erhöhung oder Einsenkung zu erzeugen.Additions or mechanical processing are then no longer required to create a haptic increase or depression.
Damit ist es möglich, geometrische Abgrenzungen auf Bauteilen jeglicher Art aus Glaskeramik fühlbar zu machen.This makes it possible to make geometric boundaries tangible on any type of glass ceramic component.
Die Nachteile einer Fügenaht, nämlich das optische Erscheinungsbild und das Vorhandensein
einer oder mehrerer zusätzlicher Bauteilkanten, die zum Bruch führen können, entfällt.The disadvantages of a joint seam, namely the visual appearance and the presence
one or more additional component edges that could lead to breakage are eliminated.
Die Erfindung ermöglicht es insbesondere,
- - eine Veränderung der Geometrie ohne Schädigung der Oberfläche herzustellen,
- - eine Vergrößerung des Volumens ohne zusätzliches Material, oder
- - eine Verringerung des Volumens ohne mechanische Verletzung des Bauteils zu erreichen.
- - to change the geometry without damaging the surface,
- - an increase in volume without additional material, or
- - to achieve a reduction in volume without mechanical damage to the component.
Lösung der AufgabeSolution to the task
Um eine Geometrieänderung einer Glaskeramik zu erzielen, wird eine Temperaturerhöhung der Glaskeramik, die in der Regel über der Glasübergangstemperatur Tg liegt, und im Anschluss eine gezielte, im Allgemeinen sehr schnelle, Abkühlung durchgeführt.In order to achieve a change in the geometry of a glass ceramic, the temperature of the glass ceramic is increased, which is usually above the glass transition temperature T g , and then a targeted, generally very rapid, cooling is carried out.
Dabei wird nicht nur die Oberfläche, sondern das Volumen des Materials aufgeheizt, um den Effekt sichtbar zu machen und die Oberfläche nicht zu überhitzen. Um eine lokale Geometrieänderung zu erzielen, wird also dazu auch lokal im Volumen eine Temperaturerhöhung erzielt.Not only the surface, but the volume of the material is heated in order to make the effect visible and not to overheat the surface. In order to achieve a local change in geometry, a temperature increase is also achieved locally in the volume.
Dies kann durch elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich erfolgen in welchem das Glas oder die Glaskeramik zumindest eine Teildurchlässigkeit für die auftreffende elektromagnetische Strahlung hat.This can be done by electromagnetic radiation in a wavelength range in which the glass or glass ceramic has at least partial transparency for the incident electromagnetic radiation.
Damit wird nicht nur oberflächlich, sondern über einen Teil oder die gesamte Dicke (im Volumen) Energie eingebracht, so dass sich ein homogener Effekt ergibt, der im Idealfall außerhalb der lokalen Geometrieänderung keinen Einfluss auf die Geometrie des Bauteils hat.This means that energy is introduced not just on the surface, but over part or the entire thickness (in volume), resulting in a homogeneous effect that ideally has no influence on the geometry of the component outside of the local geometry change.
Ist das Produkt aus Strahlungsdichte und Absorption hoch genug, dann kommt es zu einer lokalen schockartigen Temperaturerhöhung und damit zu einer Veränderung des Volumens.If the product of radiation density and absorption is high enough, a local shock-like increase in temperature occurs and thus a change in volume.
Im Speziellen ist also ein Verfahren zur Erzeugung einer erhabenen Struktur auf einem Glaskeramikelement vorgesehen, bei welchem das Glaskeramikelement mit elektromagnetischer Strahlung in einem lokalen Bereich der Oberfläche bestrahlt wird, wobei die Strahlung das Glaskeramikelement durchdringt und dabei zumindest teilweise absorbiert wird, so dass das Glaskeramikelement sich im Bereich der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung erhitzt und über die Glasübergangstemperatur der Restglasphase hinaus erwärmt wird, und wobei die Einstrahlung nach der Erwärmung beendet wird, so dass der erhitzte Bereich wieder auf die Temperatur des umgebenden Glaskeramikmaterials auskühlt, und wobei durch die Erwärmung eine Volumenänderung des Glases oder der Glaskeramik erfolgt, welche eine lokale Erhebung der Oberfläche bewirkt, und wobei dieser Zustand beim Abkühlen des erhitzten Bereichs eingefroren wird, so dass nach dem Abkühlen eine Oberflächenverformung in Form einer Erhöhung bestehen bleibt. Überraschend ist eine solche Volumenänderung bei einer Glaskeramik, die einen sehr niedrigen oder sogar verschwindenden Temperaturausdehnungskoeffizienten α20-600 aufweist, mit dem Verfahren in einfacher Weise herbeizuführen. Erfindungsgemäß liegt der Temperaturausdehnungskoeffizient α20-600 einer solchen Glaskeramik bei höchstens 2·10-6 K-1.In particular, a method for producing a raised structure on a glass ceramic element is provided, in which the glass ceramic element is irradiated with electromagnetic radiation in a local area of the surface, the radiation penetrating the glass ceramic element and being at least partially absorbed, so that the glass ceramic element in the area of the irradiated electromagnetic radiation and is heated beyond the glass transition temperature of the residual glass phase, and the irradiation is ended after the heating, so that the heated area cools down again to the temperature of the surrounding glass ceramic material, and the heating causes a change in volume of the glass or the glass ceramic, which causes a local elevation of the surface, and this state is frozen when the heated area cools, so that after cooling a surface deformation in the form of an elevation remains. Surprisingly, such a volume change in a glass ceramic, which has a very low or even vanishing coefficient of thermal expansion α 20-600 , can be brought about in a simple manner using the method. According to the invention, the coefficient of thermal expansion α 20-600 of such a glass ceramic is at most 2·10 -6 K -1 .
Mit diesem Verfahren ist ein Glaskeramikartikel herstellbar, bei welchem in der Oberfläche zumindest eine lokale Erhebung vorhanden ist, wobei die kleinste laterale Abmessung eine Länge von zumindest 0,05 mm aufweist, und wobei die lokale Erhebung eine Höhe im Bereich von 0,005 bis 0,5 Millimetern aufweist, wobei die Erhebung und das umgebende Glaskeramikmaterial monolithisch sind und die gleiche Zusammensetzung aufweisen, und wobei das Glaskeramikmaterial unter der Erhebung eine geringere Dichte aufweist, als das die Erhebung umgebende Material. Das Verfahren kann nicht nur auf Glaskeramiken, sondern auch auf Gläser angewendet werden, wobei damit entsprechende Glasprodukte erhalten werden.This method can be used to produce a glass ceramic article in which at least one local elevation is present in the surface, the smallest lateral dimension having a length of at least 0.05 mm, and the local elevation having a height in the range from 0.005 to 0.5 Millimeters, wherein the elevation and the surrounding glass ceramic material are monolithic and have the same composition, and wherein the glass ceramic material under the elevation has a lower density than the material surrounding the elevation. The process can be applied not only to glass ceramics, but also to glasses, thereby obtaining corresponding glass products.
Durch die Wahl der Strahlungsquelle und die Form der Einbringung der Energie kann der Bereich der Geometrieänderung von punktförmig über linienförmig bis zu flächig sein.Due to the choice of radiation source and the form in which the energy is introduced, the range of geometry changes can be from point-shaped to linear to flat.
Eine punktförmige Bestrahlung gestattet viele Freiheitsgrade in der Gestaltung der Erhebungen. „Punktförmig“ bedeutet in diesem Zusammenhang selbstverständlich, dass der bestrahlte Bereich immer noch eine gewisse, kleine Fläche einnimmt. Geeignet sind insbesondere Flächen im Bereich bis 5 mm2. Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird also die elektromagnetische Strahlung auf einen Bereich mit einer Fläche im Bereich von 0,05 mm2 bis 5 mm2 konzentriert. Vorzugsweise ist diese Fläche kreisförmig oder ellipsenförmig.Point-shaped irradiation allows many degrees of freedom in the design of the surveys. In this context, “punctiform” obviously means that the irradiated area still occupies a certain, small area. Areas in the range of up to 5 mm 2 are particularly suitable. According to a further development of the method, the electromagnetic radiation is concentrated on an area with an area in the range of 0.05 mm 2 to 5 mm 2 . This area is preferably circular or elliptical.
Bei einer punktförmigen Einbringung der Energie kann durch Bewegung der Strahlungsquelle oder Bewegung des Bauteils der Bereich der Geometrieänderung eine beliebige Form annehmen. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Buchstaben, Zeichen oder auch Dreiecke, Vierecke oder beliebige andere geometrische Formen in Form von Erhebungen auf der Oberfläche des Bauteils herstellen. Die Abmaße der Geometrieänderung können von Durchmesser 0,05 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis zu einer Fläche von mehreren Quadratmetern variieren. Die Volumenänderung kann von 0,1 mm3 bis hin zu mehreren Kubikmillimetern sein.If the energy is introduced at a point, the area of geometry change can take on any shape by moving the radiation source or moving the component. In this way, for example, letters, characters or even triangles, squares or any other geometric shapes can be produced in the form of elevations on the surface of the component. The dimensions of the geometry change can vary from a diameter of 0.05 mm, preferably 0.1 mm, to an area of several square meters. The volume change can be from 0.1 mm 3 to several cubic millimeters.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird also der punktförmige Bereich, in welchem die elektromagnetische Strahlung eingestrahlt wird, über die Oberfläche des Glaskeramikelements bewegt, um eine Erhebung mit einer Fläche größer als die Fläche des punktförmigen Bereiches zu erzeugen.According to a further development of the method, the point-shaped area into which the electromagnetic radiation is irradiated is moved over the surface of the glass ceramic element in order to produce an elevation with an area larger than the area of the point-shaped area.
Als Strahlungsquellen können UV-Strahlungsquellen, IR Strahler mit Wolframwendel, Laserquellen, wie z.B. Dioden-Laser, Faser-Laser oder auch andere Strahlungsquellen, deren elektromagnetische Strahlung in das Glaskeramikmaterial zumindest teilweise eindringen kann, zum Einsatz kommen.UV radiation sources, IR emitters with tungsten filaments, laser sources such as diode lasers, fiber lasers or other radiation sources whose electromagnetic radiation can at least partially penetrate the glass ceramic material can be used as radiation sources.
Die Wahl der richtigen Strahlungsquelle richtet sich nach dem Absorptionsvermögen des zu behandelnden Glaskeramikmaterials im Bereich der Wellenlänge der Strahlungsquelle.The choice of the correct radiation source depends on the absorption capacity of the glass ceramic material to be treated in the wavelength range of the radiation source.
Besonders bevorzugt wird die Erwärmung mit einem Infrarotlaser, vorzugsweise einem Diodenlaser als Strahlungsquelle durchgeführt.The heating is particularly preferably carried out using an infrared laser, preferably a diode laser, as the radiation source.
Für keramisierte Ceran-Glaskeramiken, beziehungsweise allgemeiner Lithium-Aluminosilikat-Glaskeramiken eignen sich z.B. Diodenlaser mit einer Wellenlänge im nahen Infrarotbereich, beispielsweise im Bereich von 1 um. Bei dieser Wellenlänge beträgt die Transmission einer 4mm dicken Glaskeramikplatte zwischen 50% und 80%, so dass genügend viel Strahlung durch die gesamte Dicke der Platte dringt, um diese homogen über die Dicke der Platte an der Stelle der Energieeinbringung aufzuheizen.Diode lasers with a wavelength in the near infrared range, for example in the range of 1 μm, are suitable for ceramized ceramic glass ceramics, or more generally lithium aluminosilicate glass ceramics. At this wavelength, the transmission of a 4mm thick glass ceramic plate is between 50% and 80%, so that enough radiation penetrates through the entire thickness of the plate to heat it homogeneously across the thickness of the plate at the point of energy input.
Bei einer genügend hohen Leistung kann somit innerhalb weniger Sekunden eine Temperatur an der Stelle der Energieeinbringung von größer 700°C erzielt werden.With a sufficiently high power, a temperature of greater than 700°C can be achieved at the point of energy input within a few seconds.
Um eine lokale Erhebung zu erzeugen, wird also
dazu auch lokal im Volumen eine Temperaturerhöhung hervorgerufen. Dies erfolgt durch elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich, in welchem die Glaskeramik eine Teildurchlässigkeit für die auftreffende elektromagnetische Strahlung hat. Damit wird nicht nur oberflächlich sondern über die gesamte Dicke oder in einem Teilvolumen des Glaskeramikelements Energie eingebracht. Ist das Produkt aus Strahlungsdichte und Absorption hoch genug, dann kommt es zu einer (lokalen) schockartigen Temperaturerhöhung und damit zu einer Volumenänderung. Ist das Produkt zu groß, wird nur die Oberfläche erwärmt und damit überhitzt und der Effekt im Volumen wird nicht groß genug. Ist das Produkt zu klein, dann wird zu langsam erwärmt und der Effekt tritt entweder nicht auf oder ist nicht mehr lokal eindeutig zu begrenzen, d.h. verschmiert. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird daher die Strahlungsdichte, beziehungsweise Leistungsdichte der elektromagnetischen Strahlung und/oder der Absorptionskoeffizient k des Glaskeramikmaterials so gewählt, dass das Produkt P der Leistungsdichte und des Absorptionskoeffizienten k mindestens P = 0,35 (W/mm2)*(1/mm) beträgt. Der Absorptionskoeffizient sollte dabei zur Vermeidung einer nur oberflächlichen Erwärmung gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung höchstens 2/d betragen, wobei d die Dicke des Glaskeramikelements bezeichnet.To create a local elevation, therefore
This also causes a local increase in temperature in the volume. This is done by electromagnetic radiation in a wavelength range in which the glass ceramic is partially transparent to the incident electromagnetic radiation. This means that energy is introduced not just on the surface but over the entire thickness or in a partial volume of the glass ceramic element. If the product of radiation density and absorption is high enough, there will be a (local) shock-like increase in temperature and thus a change in volume. If the product is too large, only the surface will be heated and therefore overheated and the effect in volume will not be large enough. If the product is too small, then it is heated too slowly and the effect either does not occur or can no longer be clearly localized, ie smeared. According to a further development of the invention, the radiation density or power density of the electromagnetic radiation and/or the absorption coefficient k of the glass ceramic material is selected such that the product P of the power density and the absorption coefficient k is at least P = 0.35 (W/mm 2 )*( 1/mm). In order to avoid only superficial heating, according to another development of the invention, the absorption coefficient should be at most 2/d, where d denotes the thickness of the glass ceramic element.
Vorzugsweise wird die elektromagnetische Strahlung mit einer mittleren Leistungsdichte von zumindest 2,5W/mm2 auf den zu erwärmenden Bereich des Glaskeramikelements eingestrahlt, um eine hinreichend schnelle Erwärmung zu erreichen.Preferably, the electromagnetic radiation with an average power density of at least 2.5W/mm 2 is irradiated onto the area of the glass ceramic element to be heated in order to achieve sufficiently rapid heating.
Um Erhebungen mit steilen Flanken zu erhalten, die haptisch gut erfassbar sind, ist es günstig, wenn die Erwärmung sehr schnell erfolgt, so dass ein steiler Temperaturgradient in Richtung senkrecht zur Einstrahlrichtung im Glaskeramikmaterial erzeugt wird. Dieser Temperaturgradient bewirkt dann eine entsprechend scharfe Abgrenzung zwischen dem Bereich niedrigerer Dichte unter der Erhebung und dem umgebenden Material, der wiederum zu lokalisierten Verformungen führt. Es wird daher bevorzugt, dass die Erwärmung mit einem Temperaturanstieg von zumindest 20 K pro Sekunde erfolgt.In order to obtain elevations with steep flanks that can be easily detected haptically, it is advantageous if the heating takes place very quickly, so that a steep temperature gradient is generated in the direction perpendicular to the direction of irradiation in the glass ceramic material. This temperature gradient then causes a correspondingly sharp demarcation between the area of lower density beneath the elevation and the surrounding material, which in turn leads to localized deformations. It is therefore preferred that the heating takes place with a temperature increase of at least 20 K per second.
Nach Abkühlung der Platte auf Raumtemperatur ist an der Stelle der Energieeinbringung das Volumen größer als vor der Strahlungsbehandlung.After the plate has cooled to room temperature, the volume at the point of energy application is larger than before the radiation treatment.
Gegebenenfalls kann ein thermischer Nachbehandlungsschritt nach der Abkühlung vorgesehen werden. Mit einem solchen Nachbehandlungsschritt können durch die Aufheizung zuvor induzierte Zugspannungen wieder abgebaut werden. Auch ist eine individuelle Feineinstellung der erzeugten Transmission durch einen thermischen Nachbehandlungsschritt möglich.If necessary, a thermal post-treatment step can be provided after cooling. With such a post-treatment step, tensile stresses previously induced by heating can be reduced again. Individual fine-tuning of the transmission generated is also possible using a thermal post-treatment step.
Mögliche Varianten der thermischen Nachbehandlung sind:
- - Ein zweiter Aufheizschritt mittels elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise mittels eines Lasers, der das Volumen auf eine Entspannungstemperatur aufheizt und dort hält.
- - Ein zweiter Aufheizschritt mittels elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise mittels eines Lasers, der nur die Oberfläche/n aufheizt und dort Spannungen abbaut. Dies kann günstig sein, da oberflächennahe Spannungen wesentlich kritischer sind als Spannungen im Volumen. Um eine solche mehr oberflächliche Erwärmung zu erzielen, kann für den zweiten Aufheizschritt elektromagnetische Strahlung verwendet werden, die andere Wellenlängen aufweist als die elektromagnetische Strahlung des ersten Aufheizschritts.
- - A second heating step using electromagnetic radiation, preferably using a laser, which heats the volume to a relaxation temperature and keeps it there.
- - A second heating step using electromagnetic radiation, preferably using a laser, which only heats the surface(s) and reduces tension there. This can be beneficial because stresses near the surface are much more critical than stresses in the volume. In order to achieve such more superficial heating, electromagnetic radiation which has different wavelengths than the electromagnetic radiation of the first heating step can be used for the second heating step.
Ein thermisches Nachwärmen und Entspannen im konventionellen Ofen, beispielsweise in einem Kühlofen.Thermal reheating and relaxation in a conventional oven, for example in a cooling oven.
Generell wird bei Glaskeramikplatten die Erzeugung der lokalen Erhöhung auf der Nutzseite bevorzugt, um haptisch erfassbare Strukturen zu erzeugen. Bei einseitig genoppten Glaskeramikplatten werden daher lokale Erhöhungen vorzugsweise auf der glatten Seite aufgebracht.In general, with glass ceramic plates, it is preferred to create a local elevation on the usable side in order to create structures that can be perceived haptically. For glass ceramic plates with knobs on one side, local elevations are therefore preferably applied to the smooth side.
Der Bereich der Energieeinbringung kann sowohl über die Formung der Einstrahlung der Energie erfolgen, als auch über eine zusätzliche Maskierung der zu behandelnden Platte, so dass nicht zu verändernde Teile der Glaskeramik wirksam vor dem Auftreffen von Strahlung geschützt werden. Auch Optiken, welche eine Strahlformung aus einem runden Strahlfleck in einen rechteckigen oder linienförmigen Strahlbereich ermöglichen und damit eine simultane Bestrahlung eines abgegrenzten lokalen geometrischen Bereichs ermöglichen, sind für das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise einsetzbar.The area of energy input can be achieved both by shaping the irradiation of the energy and by additionally masking the plate to be treated, so that parts of the glass ceramic that cannot be changed are effectively protected from the impact of radiation. Optics that enable beam shaping from a round beam spot into a rectangular or linear beam area and thus enable simultaneous irradiation of a delimited local geometric area can also be used advantageously for the method according to the invention.
Der Vorteil dieses Verfahren gegenüber dem Stand der Technik ist die Tatsache, dass man mit einem monolithischen Bauteil auskommt ohne jegliche Anpassungen der Zusammensetzung, Fügungen oder Bearbeitungen. Das Verfahren ist sehr schnell (im Sekundenbereich), hoch flexibel und extrem gut anpassbar an verschiedenste Geometrien und Anwendungen.The advantage of this process over the prior art is the fact that you can get by with a monolithic component without any adjustments to the composition, joins or processing. The process is very fast (in the range of seconds), highly flexible and extremely adaptable to a wide variety of geometries and applications.
Auch dreidimensional verformte Bauteile können behandelt werden. Die verfahrensgemäße Behandlung des Bauteils kann sowohl vor, als auch nach dem Keramisierungsschritt im Falle einer Glaskeramik durchgeführt werden.Three-dimensionally deformed components can also be treated. The process-based treatment of the component can be carried out both before and after the ceramization step in the case of a glass ceramic.
Das Verfahren kann interessant sein für folgende Anwendungen:
- -Kochzonenmarkierungen oder Abgrenzungen der Bedienelemente auf Glaskeramikkochflächen, auch beispielsweise für sogenannte „vulnerable people“, um mit haptischen Strukturen sicherheitsrelevante Informationen auf Kochflächen bereitzustellen,
- - Aufbringen eines 1D (Balken) oder 2D (Dot Matrix) - Barcodes auf die Oberfläche des Produktes (z.B. eines Vials / einer Spritze) zur dauerhaften Kennzeichnung,
- -Aufbringen einer Füllmengenskala oder Füllhöhenmarkierung auf die Glaswand des Produktes (z.B. Vials, Behälter, Rohre) oder einer anderen Markierung,
- -Aufbringen von optischen Designelementen auf Flachgläser (z.B. Architekturverglasung) wie Firmenlogos oder geometrische Objekte (Pfeile als Wegweiser, Fluchtweg),
- - dauerhafte fälschungssichere Markierung von Produkten durch ein erhabenes Logo auf der Oberfläche des Glases,
- - Aufbringen von Piktogrammen, Buchstaben, geometrischen Objekten in Touch-Anwendungen für Handy-Cover oder anderen elektronischen Geräten,
- - Erzeugung von Fühlstrukturen für sehbehinderte Menschen, z.B. auf einer Kochfläche
- -Verringerung der Kontaktfläche von Topfboden und Glaskeramik-Kochfläche, dadurch Schaffung einer Wärmeisolation, insbesondere bei Induktions-Kochfeldern,
- -Erzeugung von haptischen Strukturen in Vertiefungen, insbesondere in konkav geformten oder vertieften Bedienelementen.
- -Cooking zone markings or delimitations of the controls on glass ceramic cooking surfaces, also for so-called “vulnerable people”, for example, in order to provide safety-relevant information on cooking surfaces using haptic structures,
- - Applying a 1D (bar) or 2D (dot matrix) barcode to the surface of the product (e.g. a vial/syringe) for permanent identification,
- -Application of a filling quantity scale or filling level marking on the glass wall of the product (e.g. vials, containers, tubes) or another marking,
- -Applying optical design elements to flat glass (e.g. architectural glazing) such as company logos or geometric objects (arrows as signposts, escape routes),
- - permanent, forgery-proof marking of products through a raised logo on the surface of the glass,
- - Applying pictograms, letters, geometric objects in touch applications for cell phone covers or other electronic devices,
- - Creation of tactile structures for visually impaired people, e.g. on a cooking surface
- -Reducing the contact area between the bottom of the pot and the glass ceramic cooking surface, thereby creating thermal insulation, especially with induction hobs,
- -Creation of haptic structures in recesses, especially in concave or recessed control elements.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Elemente.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments and the drawings. In the drawings, like reference numerals designate like or corresponding elements.
Es zeigen:
-
1 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, -
2 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Glaskeramikelement, -
3 ein Transmissionsprofil einer volumengefärbten Glaskeramikplatte entlang einer Positionskoordinate senkrecht zur Längsrichtung einer lokalen Erhebung, -
4 Röntgenbeugungsspektren an einem aufgehellten und einem unveränderten Bereich einer volumengefärbten Glaskeramik, -
5 den spektralen Transmissionsgrad eines behandelten und eines unbehandelten Bereichs einer Glaskeramik-Platte, -
6 ein Höhenprofil einer Erhebung, -
7 eine Weiterbildung der in2 gezeigten Ausführungsform, -
8 ein Glaskeramik-Kochfeld.
-
1 an order to carry out the procedure, -
2 a schematic cross section through a glass ceramic element according to the invention, -
3 a transmission profile of a volume-colored glass ceramic plate along a position coordinate perpendicular to the longitudinal direction of a local elevation, -
4 X-ray diffraction spectra on a brightened and an unchanged area of a volume-colored glass ceramic, -
5 the spectral transmittance of a treated and an untreated area of a glass ceramic plate, -
6 a height profile of an elevation, -
7 further training in2 embodiment shown, -
8th a glass ceramic hob.
Es wird ein Glaskeramikelement 1, hier in Form einer keramisierten Glaskeramikplatte (eine Lithium-Aluminosilikat-Glaskeramik mit Hochquarz-Mischkristallen als Haupt-Kristallphase) mit den Abmessungen 50mm x 50mm und 4mm Dicke auf einer im Schlickerguss hergestellten Siliziumoxid-Keramikunterlage 7 mit 100mm × 100mm und 30mm Dicke mit einer Seite 5 zur Siliziumoxid-Keramikunterlage 7 hin platziert. Siliziumoxid-Keramikunterlage 7 und Glaskeramikplatte sind bei Raumtemperatur gehalten. Über dieser Anordnung ist ein Laser-Scanner 13 mit einer fokussierenden Optik 130, Brennweite 250mm, so installiert, dass der Laserstrahl 90 senkrecht zur Oberfläche der Glaskeramikplatte auftrifft. Im Fokus beträgt der Durchmesser des Laserstrahls 1,5mm. Die Anordnung aus Quarzalunterlage 7 und Glaskeramikplatte wurde in der Fokusebene platziert. Über eine Faser 11 wird der Laserscanner 13 mit einer Laserstrahlung zwischen 900nm und 1100nm Wellenlänge beaufschlagt. Als Laserquelle 9 dient dabei ein Diodenlaser, beispielsweise der Firma laserline, die eine regelbare Leistung zwischen 0 W und 3000 W liefert.There is a glass
Der Laserscanner wird nun so programmiert, dass mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s ein Kreis von 40mm Durchmesser abgefahren wird. Nach Aktivierung der Laserquelle 9 wird die Glaskeramikplatte mit einer Leistung von 1000W und einer Dauer von 30s lokal bestrahlt. Danach wird der Laser 9 abgeschaltet und die Glaskeramikplatte an Luft frei abgekühlt. Im Bereich der Einstrahlung ist ein erhabener Kreis auf der Glaskeramikplatte deutlich zu erkennen und zu ertasten. Der Rest der Platte bleibt geometrisch unverändert. Dies betrifft sowohl die Ebenheit als auch lokale Dickenschwankungen.The laser scanner is now programmed so that a circle with a diameter of 40mm is traversed at a speed of 1 m/s. After activation of the
Ohne Beschränkung auf das vorstehend erläuterte Beispiel wird eine schnelle Abkühlung
bevorzugt. Dies ist günstig, um den Effekt der Volumenänderung einzufrieren. In Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Glaskeramik nach der Erwärmung mit einer Abkühlrate von mindestens 1 K pro Sekunde, vorzugsweise zumindest 5 K pro Sekunde, besonders bevorzugt zumindest 10 K pro Sekunde zumindest innerhalb eines Temperaturbereichs von der Maximaltemperatur bis 100 K unterhalb der Maximaltemperatur abgekühlt wird.
preferred. This is convenient to freeze the effect of the volume change. In a further development of the invention, it is therefore provided that the glass ceramic is cooled after heating at a cooling rate of at least 1 K per second, preferably at least 5 K per second, particularly preferably at least 10 K per second, at least within a temperature range from the maximum temperature to 100 K below Maximum temperature is cooled down.
Mit dem Verfahren erzeugte Erhebungen, beziehungsweise lokalen Erhebungen 20 weisen ein charakteristisches Profil mit abgerundeten Rändern auf.
Insbesondere weist, wie schematisch auch in
In particular, as shown schematically in
Bei volumengefärbten Glaskeramikelementen 1 kann zusätzlich zur Änderung der Oberfläche auch überraschend eine lokale Farbänderung erzielt werden. Insbesondere kann die Lichttransmission lokal im Bereich der Erhebung 20 erhöht werden. Eine solche Farbänderung an volumengefärbten Materialien konnte an einer mit färbenden Metallionen, im Speziellen mit Vanadiumoxid gefärbten Glaskeramik nachgewiesen werden.With volume-colored glass
Demgemäß ist in Weiterbildung der Erfindung, ohne Beschränkung auf die speziellen dargestellten Ausführungsbeispiele vorgesehen, dass die Glaskeramik des Glaskeramikartikels mit färbenden Metallionen volumengefärbt ist, wobei sich im Bereich der lokalen Erhebung die Färbung der Glaskeramik von einem zweiten Bereich neben der lokalen Erhöhung 20 unterscheidet, so dass der Absorptionskoeffizient im Bereich der lokalen Erhöhung 20 kleiner als der Absorptionskoeffizient des zweiten Bereichs und damit die integrale Lichttransmission im sichtbaren Spektralbereich an der lokalen Erhöhung 20 höher ist, als die integrale Lichttransmission des zweiten Bereichs.Accordingly, in a further development of the invention, without limitation to the specific exemplary embodiments shown, it is provided that the glass ceramic of the glass ceramic article is volume-colored with coloring metal ions, whereby in the area of the local elevation the coloring of the glass ceramic differs from a second area next to the
Unter einer volumengefärbten Glaskeramik wird im Sinne der Erfindung ein Material verstanden, bei welchem die Farbzentren oder färbenden Ionen im Material verteilt sind. Diese sind also nicht wie bei Pigmenten lokal in Form von färbenden Kristalliten konzentriert. Entsprechend einem Farbstoff sind die farbgebenden Ionen oder Farbzentren also im Glas oder der Glaskeramik gelöst, während Pigmente im Material dispergiert sind. Eine Volumenfärbung beeinflusst demgemäß zwar die Transmission, nicht aber die Streuung, wohingegen Pigmente selbst streuende Partikel darstellen. Gegebenenfalls zusätzlich vorhandene Pigmente werden aber nicht ausgeschlossen.For the purposes of the invention, a volume-colored glass ceramic is understood to be a material in which the color centers or coloring ions are distributed throughout the material. Unlike pigments, these are not locally concentrated in the form of coloring crystallites. Corresponding to a dye, the coloring ions or color centers are dissolved in the glass or glass ceramic, while pigments are dispersed in the material. A volume coloring therefore influences the transmission, but not the scattering, whereas pigments themselves represent scattering particles. However, any additional pigments present are not excluded.
Das Verfahren eignet sich sehr gut dazu, auch die Färbung eines mit Vanadiumoxid volumengefärbten GlaskeramikArtikels lokal abzuschwächen. Demgemäß wird hierbei in dem lokalen Bereich die Transmission im sichtbaren Spektralbereich zwischen 380 Nanometern und 780 Nanometern durch die Erhitzung angehoben. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist daher ein mit Vanadiumoxid volumengefärbtes Glaskeramikelement vorgesehen, bei welchem im mit dem Verfahren behandelten Bereich, also dort, wo die lokale Erhöhung hergestellt wird, die integrale Lichttransmission im sichtbaren Spektralbereich gegenüber einem benachbarten zweiten, nicht behandelten Bereich angehoben ist.The process is very suitable for locally weakening the coloring of a glass ceramic article that has been volume-colored with vanadium oxide. Accordingly, in the local area, the transmission in the visible spectral range between 380 nanometers and 780 nanometers is increased by the heating. According to one embodiment of the invention, a glass ceramic element volume-colored with vanadium oxide is therefore provided, in which in the area treated with the method, i.e. where the local increase is produced, the integral light transmission in the visible spectral range is increased compared to an adjacent second, untreated area.
Auf diese Weise können in einfacher Weise beispielsweise Fenster mit höherer Transmission in einem ansonsten dunkel erscheinenden Glaskeramik-Kochfeld erzeugt werden. Unter einem solchen Fenster kann dann auch eine Anzeige angebracht werden, welche für den Betrachter gut sichtbar durch die lokale Erhöhung hindurch leuchtet. Unter einem Fenster als besonders bevorzugter Form eines mit dem Verfahren hergestellten aufgehellten Bereichs wird ein Bereich verstanden, der von mindestens drei Seiten oder zu mindestens 50% seines Umfangs von benachbarten, nicht aufgehellten zweiten Bereichen umgeben ist. Vorzugsweise ist der aufgehellte erste Bereich vollständig von zweiten Bereichen, beziehungsweise nicht aufgehelltem Glaskeramikmaterial umgeben.In this way, for example, windows with higher transmission can be easily created in a glass ceramic hob that otherwise appears dark. A display can then be installed under such a window, which shines through the local elevation in a way that is clearly visible to the viewer. A window as a particularly preferred form of a brightened area produced using the method is understood to mean an area which is surrounded on at least three sides or at least 50% of its circumference by adjacent, non-brightened second areas. Preferably, the brightened first area is completely surrounded by second areas, or non-brightened glass ceramic material.
Typischerweise liegt die Temperatur, bei welcher
die Transmissionssteigerung auftritt, oberhalb der Temperatur, bei welcher die Viskosität der Glaskeramik bei 1014 dPas liegt. Wird nicht bis zum Erweichungspunkt, bei welchem die Viskosität einen Wert von 107,6 dPa*s aufweist, aufgeheizt, kann auch ohne Formveränderungen eine Aufhellung erzielt werden. Demgemäß können je nach Aufheizung lokale Erhöhungen und zusätzlich nur aufgehellte Bereiche hergestellt werden.Typically the temperature is at which
the increase in transmission occurs above the temperature at which the viscosity of the glass ceramic is 10 14 dPas. If you do not heat up to the softening point, at which the viscosity has a value of 10 7.6 dPa*s, lightening can be achieved even without changes in shape. Accordingly, depending on the heating, local elevations and additionally only brightened areas can be produced.
Um eine hinreichend dunkle Färbung zu erzielen, wird bevorzugt, dass die Glaskeramik zumindest 0,005, vorzugsweise zumindest 0,01 Gewichtsprozent Vanadiumoxid enthält.In order to achieve a sufficiently dark color, it is preferred that the glass ceramic contains at least 0.005, preferably at least 0.01, percent by weight of vanadium oxide.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist dabei die Glaskeramik mit färbenden Ionen, vorzugsweise mit Vanadiumoxid so eingefärbt, dass die integrale Lichttransmission der Glaskeramik im sichtbaren Spektralbereich des zweiten Bereichs höchstens 5%, bevorzugt höchstens 2,5% beträgt.According to one embodiment of the invention, the glass ceramic is colored with coloring ions, preferably with vanadium oxide, such that the integral light transmission of the glass ceramic in the visible spectral range of the second region is at most 5%, preferably at most 2.5%.
Mit diesem Verfahren wird eine volumengefärbte, monolithischer Glaskeramik-Artikel, beispielsweise in Form einer Kochfläche erhalten, welche einen ersten Bereich aufweist, in welchem die Färbung der Glaskeramik sich von einem zweiten, benachbarten Bereich unterscheidet, so dass der Absorptionskoeffizient des ersten Bereichs kleiner als der Absorptionskoeffizient eines zweiten, benachbarten Bereichs 16 und damit die integrale Lichttransmission im sichtbaren Spektralbereich des ersten Bereichs höher ist, als die integrale Lichttransmission des zweiten, benachbarten Bereichs, wobei die Lichtstreuung in der Glaskeramik des ersten Bereichs typischerweise höchstens um absolut 20 Prozent, vorzugsweise höchstens um absolut 10 Prozent, besonders bevorzugt höchstens um absolut 5%, insbesondere bevorzugt höchstens um absolut 1% gegenüber der Lichtstreuung in der Glaskeramik des zweiten Bereichs erhöht ist. Die Lichtstreuung in der Glaskeramik des ersten Bereichs ist also im Wesentlichen gleich zur Lichtstreuung des zweiten, 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 10 bestimmt werden. Der genannte erste Bereich weist zusätzlich die erfindungsgemäße lokale Erhöhung 20 auf. Es ist möglich, einen oder mehrere weitere erste Bereiche ohne Erhöhung zu erzeugen. Der Effekt einer kaum veränderten Lichtstreuung mit den oben angegebenen Werten kann im Bereich der lokalen Erhöhung auch bei einer nicht volumengefärbten Glaskeramik oder einer Glaskeramik, bei welcher keine Farbänderung durch die Behandlung auftritt, vorhanden sein.With this method, a volume-colored, monolithic glass ceramic article is obtained, for example in the form of a cooking surface, which has a first area in which the coloring of the glass ceramic differs from a second, adjacent area, so that the absorption coefficient of the first area is smaller than that Absorption coefficient of a second,
Unter der integralen Lichttransmission wird die über einen Wellenlängenbereich, wie etwa den sichtbaren Spektralbereich zwischen 380 und 780 Nanometern Wellenlänge gemittelte spektrale Lichttransmission verstanden. Die spektrale Lichttransmission ist die Lichttransmission bei einer bestimmten Wellenlänge. Sofern nicht von der spektralen Lichttransmission gesprochen wird, ist mit dem Begriff der Lichttransmission im Sinne dieser Beschreibung eine integrale Lichttransmission zu verstehen.
Die Höhe der Transmissionsänderung kann additiv zum ursprünglichen Transmissionsgrad um absolut 0,1% bis um mehr als absolut 50% höher sein. Vorzugsweise wird, insbesondere bei dunkel gefärbten Glaskeramiken, die Transmission im sichtbaren 20 Spektralbereich im ersten Bereich gegenüber dem zweiten, benachbarten Bereich 16 um mindestens einen Faktor 2 erhöht. Bei dem in
The magnitude of the change in transmission can be 0.1% in absolute terms to more than 50% in absolute terms higher in addition to the original degree of transmission. Preferably, particularly in the case of dark-colored glass ceramics, the transmission in the visible 20 spectral range in the first area is increased by at least a factor of 2 compared to the second,
Ein weiteres Merkmal dieser Ausführungsform 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 im infraroten Wellenlängenbereich bei 1µm Wellenlänge einzustrahlen, weil in der Glaskeramik in diesem Wellenlängenbereich eine Absorptionsbande vorhanden ist. Der resultierende Effekt kann aber beispielsweise im sichtbaren Bereich zwischen 380nm und 780nm 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.A further feature of this embodiment of the invention is the fact that the wavelength of the irradiation does not have to correspond to the wavelength of the effect achieved, i.e. the wavelength at which the change in transmission occurs. With the present invention it is therefore possible, for example, to irradiate in the infrared wavelength range at a wavelength of 1 μm because an absorption band is present in the glass ceramic in this wavelength range. But the resulting effect can for example, in the visible range between 380nm and 780nm and cause a change in transmission at one or more wavelengths in this range through physical-chemical reactions of the elements and compounds present in the glass.
Beim Einbringen einer lokalen Erhöhung 20 und/oder einer Aufhellung im Falle einer volumengefärbten Glaskeramik ergeben sich im veränderten, beziehungsweise behandelten Bereich nur geringfügige strukturelle Änderungen.When introducing a
das Röntgenbeugungsspektrum eines benachbarten, unveränderten Bereichs 16. Wie ersichtlich ist, sind die Kurven praktisch deckungsgleich, bis auf den aus Darstellungsgründen unterschiedlichen Offset. Bei genauerer Auswertung der Intensitäten der Röntgenbeugungspeaks ergibt sich als einziges ein sehr geringer Anstieg des Gehalts der Keatit-Mischkristallphase. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle nochmals zusammengefasst:
the X-ray diffraction spectrum of an adjacent,
Für die Absorptionskorrekturen in den mit „korrigiert“ bezeichneten Spalten wurde die chemische Zusammensetzung der Glaskeramik und eine angenommene Dichte von p=2.5g/cm3 verwendet.The chemical composition of the glass ceramic and an assumed density of p=2.5g/cm 3 were used for the absorption corrections in the columns labeled “corrected”.
Der Phasengehalt des Hochquarz-Mischkristalls ändert sich nach obiger Tabelle und
Änderungen der Kristallphasen und/oder deren Anteile können die Lichtstreuung beeinflussen. Verändert sich die Lichtstreuung im Material, führt dies auch zu einer veränderten Remission beim Beleuchten des behandelten Bereiches. Wie an dem obigen Beispiel demonstriert, sind behandelte und unbehandelte Bereiche in ihrer Morphologie, insbesondere in Bezug auf die vorhandenen Kristallphasen praktisch identisch. Daher ändert sich auch die Remission bei einem erfindungsgemäßen Erzeugnis zwischen einem behandelten und einem unbehandelten Bereich nicht oder allenfalls sehr geringfügig. In Weiterbildung der Erfindung ist daher ohne Beschränkung auf das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass 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 % unterscheidet. Auch die Lichtstreuung steigt im ersten Bereich, wenn überhaupt, dann allenfalls geringfügig um weniger als absolut 5% an.Changes in the crystal phases and/or their proportions can influence light scattering. If the light scattering in the material changes, this also leads to a changed remission when the treated area is illuminated. As demonstrated in the example above, treated and untreated areas are virtually identical in their morphology, particularly in relation to the crystal phases present. Therefore, the remission in a product according to the invention does not change between a treated and an untreated area or at most changes very slightly. In a further development of the invention, it is therefore provided, without limitation to the exemplary embodiment explained above, that the reflectance of the first region for visible light differs from the reflectance of the second region by a maximum of absolute 20%, preferably by a maximum of absolute 10%, particularly preferably by a maximum of absolute 5 % differs. The light scattering also increases in the first area, if at all, only slightly by less than 5% in absolute terms.
Die Röntgenbeugungsmessungen wurden an einer Probe vorgenommen, bei der nur eine Aufhellung ohne Volumenänderung vorgenommen wurde. Bei dem Verfahren mit lokaler Verformung ist aufgrund der stärkeren Erwärmung von einer deutlicheren Zunahme des Keatit-Phasengehalts auszugehen. Bei einer Probe, bei welcher eine deutlich hervortretende lokale Erhöhung erzeugt wurde, kann auch visuell eine leichte Zunahme der Streuung im Bereich der Erhöhung beobachtet werden. Da die Lichtstreuung im Allgemeinen durch Keatit-Mischkristalle hervorgerufen wird, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein höherer Anteil an Keatit-Mischkristall im Glaskeramik-Material in und unterhalb der Erhöhung 20 bei LAS-Glaskeramiken ein Merkmal eines hergestellten erfindungsgemäßen GlaskeramikArtikels. Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung ist also ein Glaskeramikartikel aus Aluminosilikat-Glaskeramik, vorzugsweise aus Lithium-Aluminosilikat-Glaskeramik vorgesehen, bei welchem das Glaskeramik-Material an der lokalen Erhöhung 20 einen höheren Gehalt an Keatit-Mischkristall aufweist, als ein zur lokalen Erhöhung benachbarter zweiter Bereich 16.The X-ray diffraction measurements were carried out on a sample in which only brightening was carried out without a change in volume. In the method with local deformation, due to the As warming increases, the keatite phase content increases significantly. For a sample in which a clearly prominent local elevation was created, a slight increase in scattering in the area of the elevation can also be visually observed. Since light scattering is generally caused by keatite mixed crystals, according to one embodiment of the invention, a higher proportion of keatite mixed crystals in the glass ceramic material in and below the
Bei der Ausführungsform mit durch Vanadiumoxid volumengefärbter Glaskeramik und einer gleichzeitig mit der lokalen Erhöhung erzielten Transmissionssteigerung ergibt sich als besonders vorteilhafter Effekt auch eine bis in den blauen Spektralbereich reichende Anhebung der Transmission. Dies ermöglicht es, den aufgehellten Bereich auch für blau leuchtende, durch die Glaskeramik hindurch strahlende optische Anzeigen nutzen zu können.In the embodiment with glass ceramic volume-colored by vanadium oxide and an increase in transmission achieved at the same time as the local increase, a particularly advantageous effect also results in an increase in transmission reaching into the blue spectral range. This makes it possible to use the brightened area for blue-lighting optical displays that shine through the glass ceramic.
volumengefärbten, 4 mm dicken erfindungsgemäßen Glaskeramik-Platte als Funktion der Wellenlänge. Die Kurve 151 in
Transmissionsgrad eines benachbarten, unbehandelten Bereichs 16. Anhand der beiden Kurven wird ersichtlich, dass die spektrale Transmission im gesamten Spektralbereich zwischen 420 Nanometern und 780 Nanometern im behandelten Bereich 15 deutlich erhöht ist. Dies ist von Vorteil, wenn weniger der Farbton beeinflusst, sondern die Durchsicht verbessert werden soll, um etwa gezielt Bereiche des Glaskeramik-Kochfelds für leuchtende oder auch nicht leuchtende Anzeigeelemente durchsichtiger zu machen oder allgemein Fenster, insbesondere Sichtfenster einzufügen. 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 420 Nanometern und 780 Nanometern höher als in einem benachbarten, zweiten Bereich.
volume-colored, 4 mm thick glass ceramic plate according to the invention as a function of wavelength. The
Transmittance of an adjacent,
Bemerkenswert am spektralen Transmissionsgrad gemäß
Die spektrale Transmission wurde an einer Probe gemessen, bei welcher nur eine Aufhellung, jedoch keine Erhöhung erzeugt wurde. Da die Aufhellung in gleichem oder sogar in stärkerem Maße beim Erzeugen einer erhabenen Struktur oder Erhöhung durch lokaler Einwirkung elektromagnetischer Strahlung und Erwärmung über die Glastemperatur erfolgt, gilt das Ausführungsbeispiel gemäß
The spectral transmission was measured on a sample in which only a brightening but no increase was produced. Since the brightening occurs to the same or even greater extent when creating a raised structure or elevation through local exposure to electromagnetic radiation and heating above the glass temperature, the exemplary embodiment applies
Nachfolgend sind die Farben, gemessen an den behandelten und unbehandelten Bereichen 15, 16 in Durchleuchtung der 4 mm dicken Glaskeramik-Platte für verschiedene Farbmodelle (xyY, Lab, Luv) und verschiedene Normlichtquellen aufgelistet: Normlichtart A
Bei den Farbmodellen Lab, xyY und Luv bezeichnen die Parameter L, beziehungsweise Y jeweils die Helligkeit. Der Parameter Y im xyY-Farbmodell korrespondiert dabei bei der Verwendung der Normlichtart C oder Normlichtart D65 zur Transmission τvis im sichtbaren Spektralbereich und aus dem Vergleich der Y-Werte kann die Transmissionssteigerung ermittelt werden. Anhand der oben angegebenen Werte zeigt sich, dass die Transmission im sichtbaren Spektralbereich um mindestens einen Faktor 2,5 angehoben wird. Generell ist hierbei zu beachten, dass die Transmission auch vom Brechwert und der Dicke der durchleuchteten Glaskeramik-Kochfläche abhängt. Generell kann aber gesagt werden, dass gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Transmission im sichtbaren Spektralbereich zwischen 380 und 780 Nanometern bezogen auf eine Dicke von 4 Millimetern um mindestens einen Faktor 2,5 angehoben wird.In the color models Lab, xyY and Luv, the parameters L and Y respectively denote the brightness. When using the standard illuminant C or standard illuminant D65, the parameter Y in the xyY color model corresponds to the transmission τ vis in the visible spectral range and the increase in transmission can be determined from the comparison of the Y values. The values given above show that the transmission in the visible spectral range is increased by at least a factor of 2.5. In general, it should be noted that the transmission also depends on the refractive index and the thickness of the illuminated glass ceramic cooking surface. In general, however, it can be said that, according to a further development of the invention, the transmission in the visible spectral range between 380 and 780 nanometers is increased by at least a factor of 2.5 based on a thickness of 4 millimeters.
Die Einfärbung durch Vanadiumoxid, V2O5, wie sie auch bei den vorstehend besprochenen Ausführungsbeispielen der
Als primärer Redoxpartner fungiert das Läutermittel, was sich aus Mössbauer-Untersuchungen an Sb- und Sn-geläuterten Zusammensetzungen ergibt. Beim Keramisieren wird ein Teil des Sb3+ bzw. Sn2+ im Ausgangsglas in die höhere Oxidationsstufe Sb5+ bzw. Sn4+ überführt. Es wurde angenommen, dass das Vanadium in reduzierter Oxidationsstufe als V4+ oder V3+ in den Keimkristall eingebaut wird und dort durch Elektronen-Charge-Transfer-Reaktionen intensiv färbt. Als weiterer Redoxpartner kann auch TiO2 die Einfärbung durch Vanadiumoxid verstärken. Neben der Art und Menge der Redoxpartner im Ausgangsglas hat nach der
Es ist aber auch möglich, dass das reduzierte V4+ oder V3+ nicht oder nicht ausschließlich in die Keimkristalle, sondern möglicherweise auch in eine andere strukturelle Umgebung, etwa in den Hochquarz-Mischkristall oder in Cluster eingebaut wird.However, it is also possible that the reduced V 4+ or V 3+ is not or not exclusively incorporated into the seed crystals, but possibly also into another structural environment, such as the high quartz mixed crystal or into clusters.
Mit der Erfindung wird nun diese Einfärbung lokal durch die Einstrahlung hochenergetischer Strahlung und Erwärmung der Glaskeramik verändert.With the invention, this coloring is now changed locally by exposure to high-energy radiation and heating of the glass ceramic.
Dies kann mit der Beeinflussung des farbgebenden Charge-Transfer-Prozesses in Verbindung gebracht werden. Da der hypothetische Elektronentransfer zwischen Donator- und Akzeptorzentren beim Charge Transfer für die Absorption maßgeblich ist, ist anzunehmen dass durch die einwirkende hochenergetische Strahlung und Aufheizung hier eine strukturelle Änderung an den Zentren erfolgt. Diese strukturelle Änderung vermindert die Häufigkeit/Wahrscheinlichkeit der Elektronentransfer-Übergänge und damit die Absorption.This can be associated with the influence on the color-producing charge transfer process. Since the hypothetical electron transfer between donor and acceptor centers is crucial for absorption during charge transfer, it can be assumed that a structural change occurs at the centers due to the high-energy radiation and heating. This structural change reduces the frequency/probability of electron transfer transitions and thus the absorption.
Wegen der Sensibilität, mit der die Vanadin-Einfärbung auf Sauerstoff-Partialdruck und Redoxprozesse bei der Keramisierung reagiert, können hierfür konkurrierende Wertigkeitswechsel in Frage kommen. Das heißt, die Strahlung in Verbindung mit der Erwärmung kann Elektronen von den Donator- oder Akzeptorzentren möglicherweise entfernen und diese damit für den Charge Transfer Prozess passivieren.Because of the sensitivity with which the vanadium coloring reacts to oxygen partial pressure and redox processes during ceramization, competing changes in value can come into question. This means that the radiation combined with heating can potentially remove electrons from the donor or acceptor centers, thereby passivating them for the charge transfer process.
Die Beobachtung dass sich die verminderte Einfärbung durch thermische Behandlung wieder rückgängig machen lässt unterstützt die Hypothese. Die thermodynamisch stabilere strukturelle Situation der Zentren lässt sich wiederherstellen. Damit wird die Häufigkeit der farbgebenden Charge-Transfer-Übergänge wieder erhöht.The observation that the reduced coloring can be reversed by thermal treatment supports the hypothesis. The thermodynamically more stable structural situation of the centers can be restored. This increases the frequency of the color-producing charge-transfer transitions again.
Beim Vergleich der
Die Höhe der lokalen Erhebung 20 liegt weiterhin im Bereich von 0,025 bis 0,3 Millimetern. Im Speziellen liegt die Höhe bei dem in
Eine solche Anzeige kann insbesondere auch mit einem Bedienelement gemäß
Die lokalen Erhöhungen 20 können in besonders vorteilhafter Weise auch verwendet werden, um die Wärmeleitung zwischen einem Gargefäß 37 und der Oberfläche der Glaskeramik zu reduzieren. Dies ist beispielsweise dann günstig, wenn als Heizelement 34 ein Induktionsheizelement verwendet wird. In diesem Fall wird das Gargefäß heißer als die Glaskeramikplatte. Demgemäß ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Glaskeramik-Kochfeld 40 eine Kochzone 35 mit lokalen Erhöhungen 20 aufweist, so dass durch die lokalen Erhöhungen 20 die Kontaktfläche eines auf der Kochzone aufgestellten Gargefäßes 37 erniedrigt und zwischen dem Boden des Gargefäßes 37 und der Oberfläche der Glaskeramikplatte 1 ein Luftspalt 38 geschaffen wird.The
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- GlaskeramikelementGlass ceramic element
- 3, 53, 5
- Seite von 1Page of 1
- 99
- LaserquelleLaser source
- 1111
- Faserfiber
- 1313
- Laser-ScannerLaser scanner
- 1515
- aufgehellter Bereichbrightened area
- 1616
- zu 15 benachbarter, nicht aufgehellter Bereichto 15 adjacent, not brightened area
- 2020
- lokale Erhebunglocal survey
- 2222
- Bereich mit erniedrigter Dichte.Area with reduced density.
- 2424
- konkave Krümmungconcave curvature
- 2525
- konvexe Krümmungconvex curvature
- 3030
- Vertiefungdeepening
- 3333
- Sensorsensor
- 3434
- HeizelementHeating element
- 3535
- Kochzonecooking zone
- 3737
- Gargefäßcooking vessel
- 3838
- Luftspaltair gap
- 4040
- Glaskeramik-KochfeldGlass ceramic hob
- 9090
- Laserstrahllaser beam
- 130130
- fokussierende Optikfocusing optics
- 151151
-
spektraler Transmissionsgrad eines mit einem Laser behandelten Bereichs 15 von 1,spectral transmittance of an
area 15 treated with a laser of 1, - 161161
-
spektraler Transmissionsgrad eines benachbarten, unbehandelten Bereichs 16 von 1.spectral transmittance of an adjacent,
untreated area 16 of 1.
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