具有功能涂层的陶瓷的制作方法
【专利说明】具有功能涂层的陶瓷
[0001] 本发明设及由具有功能层的陶瓷-基底制成的材料复合体及其制造和用途。特别 是本发明还设及优选具有光学功能层的透明陶瓷-基底。
[0002] 对许多光学应用如遮盖透镜、光学系统中的保护透镜、扫描仪窗，均需无强光学色 散的光学系统，即其必须是基本上无色的。与此相反，在设计领域和装饰领域或还在滤光领 域中却追求或需要有针对性的着色。因此，该有针对性的配色(色散)几乎是所有光学构件 的重要的材料特性。沉积无着色的抗反射层是非常困难的。为此，大多需对层材料和基底特 定适配W及需要多层结构。
[0003] 通常，光学构件由玻璃、玻璃陶瓷或塑料构成，较罕见的也由单晶的蓝宝石(Ah〇3-陶瓷)构成，玻璃和塑料通常具有低的强度、耐溫性和耐刮性。玻璃除运些缺点外还具有大 的重量、易破碎和大多显示有色的混浊性。相反，塑料具有低的硬度且部分吸水。无机的单 晶体的制造成本高且因此常无利可图。
[0004] 为改进上述基底的光学特性或满足各种不同的功能，可对玻璃、塑料、玻璃陶瓷和 单晶体涂W光学功能层。
[0005] 该功能层满足与使用领域相适配的和适度的功能。存在各种各样的使用可能性。 该光学层可用不同的涂覆法沉积，如由蒸气相沉积(PVD-法和CVD-法）W及通过例如溶胶-凝胶-法或旋涂-法W施加液体(溶胶）。特别是也可借助于热转化(氧化)制造光学功能层。
[0006] W专口适于光学的涂覆法对光学使用目的基底进行涂覆是已知的。由于玻璃和塑 料的低耐溫性，涂覆溫度对玻璃最大可约为500 °C，对塑料最大可约为200 °C。因此，该涂 覆溫度和由此向涂层的能量输入由上述所限定。
[0007] 该能量输入是可控的，并且例如通过较高的涂覆溫度或通过等离子体或离子轰击 而增加。通过较高的能量输人，会对该层特性例如层密度或层密实性、层粘附性或耐刮性产 生有利的影响，所W希望尽可能高的能量输入，例如也可参见DE 102004027842 A1。
[000引在用于切削工具的硬质层的情况下，对基底-层-复合体的层粘附性存在比多种光 学应用而言更高的要求。因此，高的能量输入在此是有利和力求的。
[0009] 因此，本发明的目的是提供由基底和功能涂层制成的改进型材料复合体。
[0010] 该目的通过使用具有功能涂层的陶瓷-基底实现，其中该陶瓷-基底在最高约1200 °〇下不改变其特性，特别是光学特性。基于运种特性，也可采用向基底-层-复合体中实现明 显更高能量输入的涂覆方法。
[0011] 本发明的功能涂层包含至少一个功能层或由其组成，其中该功能层例如可具有光 学功能、热功能、机械功能、化学功能或运些功能的组合。
[0012] 本发明中的陶瓷-基底特别意指多晶陶瓷。但此术语也应包括单晶的基底如蓝宝 石-基底。除在原始态是由陶瓷粉末组成的单晶体之外，陶瓷的特征在于由陶瓷粉末的制造 法，该陶瓷粉末通过任何种类的压制工艺、浆料诱注工艺或挤出工艺成形成基底，并接着或 同时借助造型通过烧结来硬化。该陶瓷-基底优选至少99体积％是结晶的。特别强调玻璃陶 瓷制造法和产物不应列入此概念。
[0013] 运里提及的由陶瓷-基底和功能涂层制成的材料复合体可W是无支撑的含涂层的 陶瓷或可w是复杂构件的部件，例如建筑设备的部件如作为窥视玻璃或也可代替防弹玻璃 板的部件。
[0014] 与现有技术已知的由玻璃、玻璃陶瓷或塑料制成的基底相反，陶瓷-基底具有高的 耐溫性、强度和刚性。该陶瓷-基底具有高的层内应力，由此，在涂覆时不发生陶瓷-基底的 变形。因此，涂层可在高溫和/或高能量输入下进行沉积而不损伤该基底。
[0015] 与玻璃基底和塑料基底相比，陶瓷-基底的另一优点在于，在基底和涂层之间有更 好的粘附性。可认为，该更好的粘附性归因于材料-配对物之间的陶瓷键合。
[0016] 玻璃-基底和特别是塑料-基底是易受化学侵蚀的。通过与湿式化学介质接触，该 所施加的层可撕裂或剥离。在陶瓷-基底上的涂层由于化学键合而不会遭受或明显更少地 遭受侵蚀。
[0017] 与单晶体如蓝宝石相比，多晶陶瓷的优点是制造简单且易机械加工。因此其也明 显更有利。此外，蓝宝石-单晶体的缺点是双折射型，即光学上呈各向异性。相反，多晶陶瓷 如尖晶石是单折射型且光学上呈各向同性。
[0018] 按本发明的一个特别优选的实施方案，该陶瓷-基底和/或功能涂层和/或材料复 合体是透明的。运类材料复合体可用作所有透明的涂层基底的替代物，但其具有上述优点。 [00 19]例如，厚度为小于100叫1，优选小于1叫1，特别优选小于0.5叫1和非常特别优选小 于0.15 μπι的具有无色的光学功能层的材料复合体，在420-650 nm波长范围内的RIT(真实 直线透射率)的波动幅度小于10 %，优选小于5 %和特别优选小于1 %。
[0020] 本发明中术语"无色"表示不吸收光。其是在可见的视觉(VIS)范围内不与电磁福 射相互作用的物体。关于由陶瓷-基底和功能涂层制成的复合材料，其意指该材料复合体不 反射和/或吸收VIS-范围内的光，因此，不呈现泛色(化rbstich)或有色混浊或显示着色。
[0021] 由于该涂层面上的RIT的微小波动，实现了品质上优质的功能涂层。如果该材料复 合体是无色的，则其特别适合光学应用。例如对希望是天然色调的照相应用，具有运种复合 材料的光学构件可避免颜色的不真实。
[0022] 原则上，功能涂层当然也可包含至少一个功能层，该功能层吸收性、反射性或散射 性地选择，即依赖波长地限制电磁波的透射。运种选择特别优选在VIS-范围内进行。
[0023] 在本发明的另一优选实施方案中，该功能涂层可包含至少一个具有降低反射作用 的功能层。降低反射作用应意指，该由陶瓷-基底和功能涂层制成的材料复合体比无功能涂 层的陶瓷-基底具有更高的RIT。下列关系式适用： 民 ITmax = 1 - Rmax Rmax = 1 - 2x ((roftt - nas) / (nm + roftt)) Rmax =最大反射 Nf睹=环境介质的折射率 MS =材料复合体的折射率。
[0024] 本发明的另一优选实施方案包含至少一个具有提高反射作用的功能层，W致该由 陶瓷-基底和功能涂层制成的材料复合体比无功能涂层的陶瓷-基底具有更高的反射性。满 足下列关系式： Rmax = 1 - 2x ((roftt - nas) / (nm + roftt)) Rmax =最大反射 Nf睹=环境介质的折射率 MS =材料复合体的折射率。
[0025] 具有运类涂层的陶瓷-基底或多或少呈反射性，并特别可应用于加有机械、热或化 学强负荷的部件的表面构造。
[0026] 该功能涂层也可由含多个功能层的组合构成，运些功能层特别选自上述的功能 层。运类功能涂层例如可用作多层-抗反射-层。
[0027] 本发明的一个特别优选的实施方案的特征在于，在该材料复合体上很少可见指 纹。例如可如下实现，即该材料复合体具有其折射率为1.38-1.55，优选1.45-1.50的层作为 最外层。由此，该层-折射率类似于脂质或皮肤油脂的折射率。通过该功能涂层的折射率与 皮肤油脂的折射率(n=l.48)相适配，就可实现明显限制表面上的指纹的可见度。通过运种 适配可衡消例如由皮肤接触所引起的干扰效应。
[0028] 前述的功能涂层可用原则上已知的方法施加到陶瓷-基底上。该待使用的方法与 现有技术已知的方法的差别在于，对陶瓷-基底，特别是透明的陶瓷-基底进行涂覆，其中进 入该涂层中的较高能量输入导致该功能涂层的品质改进。该功能涂层例如可借助于PVD-法、溶胶-凝胶-法、盘式旋涂（Sp in-On-Di sk)-法、PACVD-法或CVD-法沉积在该陶瓷-基底 上。当然，也可采用用于不同功能层的方法的组合。
[0029] 特别优选是，该至少一个功能层是借助于溶胶-凝胶-法施加，并在300-1200 °C， 优选500-700 °C的溫度下进行赔烧。该方法在品质上提供了优质的涂层，并是相对有利的。
[0030] 因此，按本发明的优选制造方法是:借助于PVD和CVD由蒸气相的沉积W及溶胶-凝 胶-涂覆或旋涂-涂覆W及先前施加的金属层的热转化。
[0031] 如果使用耐溫的基底，则该热CVD-法是一种可用高能量输入来使层沉积的方法。 通常在900-1200 °C的溫度下进行层沉积。等离子体增强的CVD-法如PACVD可在50-500 °C 的溫度下进行层沉积。
[0032] 用于沉积光学层的PVD-法通常达到约450 °C的溫度。为提高能量输入，在此方法 中，特别是在电弧-PVD-法中，在涂覆期间存在使用等离子增强和/或离子-轰击的可能性。 该等离子增强或离子-轰击导致该所施加层的致密化。
[0033] 用高能量输入制造涂层的另一可能性是使用溶胶-凝胶-法作为涂覆法。该施加在 基底上的溶胶-膜经施涂和干燥后在炉中赔烧，W致可通过赔烧溫度实现能量输入。在使用 玻璃或玻