本发明涉及一种包括玻璃陶瓷部件的板状物品、特别是载体,特别是用在热、物理和/或化学制造过程中,其具有至少一个用于优选地平坦地支撑待加工的物品的支撑面。
本发明还涉及一种用于制造具有玻璃陶瓷部件的板状物品、特别是载体的方法,板状物品特别是用在热、物理和/或化学制造过程等中,其具有至少一个用于优选地平坦地支撑待加工的物品的支撑面,其中,玻璃陶瓷部件由玻璃前体或玻璃陶瓷的前体通过陶瓷化制成。
背景技术:
用于热应力应用的板状或盘状材料、特别是由玻璃陶瓷制成的很多年来已为人所知并且例如用作壁炉或烤箱观察窗或用作炉灶面。由玻璃陶瓷制成的板或盘也在工业过程中用作垫板。这种由玻璃陶瓷制成的支撑板,其也称为支撑件或安置板,例如用在需要快速的温度变化或高温的过程中。它们用在化学和物理制造过程中,在这些过程中,除了快速的温度变化和高温外,必要时它们还暴露于腐蚀性的化学物质。由于玻璃陶瓷对这种环境影响的高抵抗性性能,尤其是其低的热膨胀,使它成为优选的支撑件材料。在其中玻璃陶瓷用作支撑板的制造过程的示例是oled制造、太阳能电池制造以及半导体产业。
在由玻璃陶瓷制成的支撑板的使用中,经常设置连续的过程,在这些过程中,待加工的基板尤其可以平坦地放在承支撑件或安置件上。平放在支撑件或安置件上的基板移动通过一个或多个连续的制造单元。在这种情况下,将基板供应至一个或多个制造过程,例如,材料沉积、热处理等。
对支撑板存在各种不同的要求,这些要求可以根据预期的制造过程而变化。因此,在待加工的基板放到支撑板上时以及在输送速度改变时,不允许滑动或仅在允许的范围内滑动。这需要支撑件或安置件的特殊的表面性质,该表面性质导致在支撑板的支撑面和放在其上的基板之间足够高的摩擦系数。对支撑板的平坦度也存在高的要求,这些要求即使在高于例如600℃的高温和快速的温度变化仍然保持不变。此外,支撑板必须能够承受在温度变化期间产生的应力,这限定了对支撑板的热膨胀系数和/或弯曲强度的要求。支撑板必须确保要求的热量传递至待退火的材料有效地进行。为此,必须例如调节其厚度,使得其可以具有均匀的作用,例如在由于底部和顶部热量而出现的可能的温度梯度的情况下。支撑板不会或仅在非常有限的程度内将异物带入制造过程中或转移到放在其上的基板上。这样的异物例如可以从支撑材料中释放出来或吸附在其表面上。因此,支撑板应没有开放的孔,如在陶瓷中常常是这种情况。这种开放的孔例如可以导致吸水增加,而水在温度过程和真空过程中又释放出来并且影响工艺流程。而且,在主要的过程条件下,没有物质或仅有少量的物质(例如移动离子)从支撑板迁移到位于其上的基板中。
相反,应该尽可能地阻止异物从过程环境以及从放在其上的基板渗入到支撑板的材料中,因为这会改变支撑板的材料性能并且由此妨碍重复使用。异物可以从过程中主要的氛围、用于制造的材料(例如涂层材料)以及放在其上的基板转移到支撑板。钠钙玻璃常常用作待加工的基板,其具有约12%至16%碱离子含量的相对较高比例的移动离子。这些移动离子容易扩散到支撑板中,尤其在较高的温度。它们迁移到支撑板的表面区域中并且由此改变其化学组成,这可能导致物理性质改变。在由玻璃陶瓷、例如由las玻璃陶瓷(铝硅酸锂玻璃陶瓷)制成的支撑板的情况下,碱离子的扩散导致在一定时间之后并且根据存在的温度、离子浓度、玻璃陶瓷的组成和过程的氛围其近表面的区域中的热膨胀系数改变。随着温度变化、特别是在冷却期间,这导致支撑板的不希望的翘曲。这种翘曲可以转移到放上的基板,或者导致基板在输送期间相对于支撑板滑动。此外,支撑板必须承受在操作中常见的机械负载,这要求支撑板具有足够高的弯曲强度。
由玻璃陶瓷制成的盘或板大量地用作炉灶面。一般地,这种由玻璃陶瓷制成的盘或板具有表面涂层,特别是用于标记特定的表面区域或用于印刷徽标。也可以施加掩膜层,使得例如在由玻璃陶瓷制成的盘或板的背离观察者的侧面上附接的部件是不可见的,或者避免照明装置的散射光。
施加到玻璃陶瓷上的涂层在此可以具有许多不同的功能,特别是也施加例如以产生一定的光学外观,例如哑光或者有光泽的金属表面。在这种情况下,涂层除了具有相当的美学效果外,通常还具有许多的功能特性,特别是在相应的应用领域的背景下。
德国专利申请公开文献de10338165a1涉及一种具有黑色外观装饰的玻璃陶瓷炉灶面。为此,将装饰涂料施加到黑色着色的玻璃陶瓷板上并烧制,其含有在玻璃陶瓷上无色地熔化的玻璃熔液以及比例在0wt.%至10wt.%的范围的黑色颜料。以这种方式获得具有非常低的粗糙度和深黑色外观的层。对于作为用于制造过程的支撑板的应用,低的粗糙度导致在支撑板和放在其上的基板之间低的静摩擦和滑动摩擦。因此基板在制造过程期间、例如在放上时或在输送速度改变时会容易地滑动,由此基板对于随后的制造步骤不正确的定向,或者碰撞相邻地放在支撑板上的基板。
de102004002766b4公开了一种设计为炉灶面或壁炉或烤箱观察窗的玻璃陶瓷板,该玻璃陶瓷板具有至少一个无光泽的区域,其中,无光泽的区域具有粗糙度ra≤0.6μm。无光泽的区域由硼硅玻璃的印刷层形成,其具有>750℃的高的软化点、<7·10-6k-1的低的热膨胀系数和与玻璃陶瓷材料相差超过0.03的折射率。通过在丝网印刷介质中粘合的具有粒度d99<10μm的玻璃粉末并且烧制借助于丝网印刷施加的层,例如在陶瓷化期间,来进行生产。通过在印刷层烧制期间所建议的的温度加载、所用的玻璃粉的粒度分布以及丝网印刷浆料的制备,实现了相对较低的粗糙度,该粗糙度对于用作炉灶面的应用是有利的,但是对于用作制造过程期间快速移动基板的载体来说太低。
德国专利申请公开文献de102011115379a1示出了一种具有触觉特性的涂覆的玻璃或玻璃陶瓷基板。为此,将一层施加到基板上,该层包含嵌入到形成基质的材料中的无机颗粒和/或聚硅氧烷基颗粒,由此产生可感觉到的表面结构。如此制成的层的粗糙度优选处在ra=0.2至ra=1.2μm之间的范围。因此,对于作为支撑板的应用,在支撑板和放在其上的基板之间可以实现的良好的静摩擦和滑动摩擦系数,从而可以避免基板在制造过程期间滑动。缺点是必须将颗粒引入层中。这些颗粒具有与基质和基础材料不同的膨胀系数,这会导致层的一部分脱落,特别是在高温和温度变化下。除了显著地降低支撑板的弯曲强度的事实之外,如此分离的层组成进入到通常需要高纯度的环境条件的制造过程中并且会例如由于积聚至待加工的基板而导致生产不当。此外,异物会从颗粒中蒸发出来并进入制造过程中或迁移到放在其上的基板中。
实用新型专利文献de202012012372u1同样公开了一种具有通过涂层实现的触觉特性的涂覆的玻璃或玻璃陶瓷基板。de102014220457a1描述了一种用于制造涂覆的盘状基板、例如玻璃陶瓷的方法。在这种情况下,将掺有颗粒的玻璃粉末施加到基板的一侧上并熔化。与玻璃粉末相比,颗粒和基板具有更高的软化点。因此,在用于熔化玻璃粉末的温度过程之后,颗粒形成突出于玻璃层的隆起,这导致粗糙的表面。在第二温度过程中,可以涂覆基板的相对侧。在这种情况下,基板位于第一层的由颗粒造成的隆起上并且因此不能与底板反应或粘附到底板上。具有颗粒的层的粗糙度特别地在ra为0.1至1.5μm之间的范围。对于作为在制造过程中的支撑板的应用,这种层也允许在支撑板和放在其上的基板之间形成良好的摩擦系数,其中也存在如前面描述的由在层中使用颗粒产生的同样的缺点。
日本文献jp(a)2005-49050涉及一种具有玻璃质涂层的玻璃陶瓷炉灶面。颗粒熔化到由硼硅玻璃制成的涂层的玻璃基质中。这些颗粒突出于玻璃层的表面并且有利地导致放在玻璃陶瓷炉灶上的炊具的增加的静摩擦和滑动摩擦。
de102016216442a1公开了一种由玻璃或玻璃陶瓷制成的用作炉灶面的涂覆的基板及其制造方法。在这种情况下,形成玻璃质涂层,使得对放上的锅的低的滑动摩擦系数。用于制造玻璃质涂层的玻璃原料具有d90为10nm至50μm的粒径。
文献de102010023407a1公开了一种用于制造光伏元件的玻璃陶瓷物品。该玻璃陶瓷物品可以用作特别是薄膜太阳能电池的基板、用作这样的基板的支撑板或也用作炉子或处理室的衬里。通过规定玻璃陶瓷的至少当前的水含量和na2o和k2o含量的限度,实现了在高温下的对腐蚀性氛围的高耐化学性以及对半导体的性能有害的物质的低释放。该玻璃陶瓷物品优选地具有小于100nm的粗糙度rms(均方根),并且可以设置有例如由sio2制成的防扩散涂层。低的粗糙度不利地导致基板在输送速度变化时在支撑板上滑动。
de102010006232a1公开了一种高性能的玻璃陶瓷和一种用于制造这种高性能玻璃陶瓷的方法。该高性能玻璃陶瓷包括至少三种结构,这些结构由非晶形的区域以及高石英混合晶相和热液石英混合晶相形成。为了制造高性能玻璃陶瓷,提出了一种温度过程,其中,在最高温度tmax不设置保持时间或仅设置短的保持时间,其中,在温度过程期间一部分先前形成的高石英混合晶相转变为热液石英混合晶相。因此获得具有高的耐机械性和耐化学性的玻璃陶瓷。
为了增大在玻璃陶瓷载体和放上的基板之间的静摩擦和滑动摩擦,已知借助于压缩空气射束通过固体喷丸使玻璃陶瓷载体的表面粗糙。在这种情况下,例如使用磨碎的硼硅玻璃作为喷丸。有利地,在玻璃陶瓷载体的陶瓷化之前进行表面处理,因为在陶瓷化之后处理会导致玻璃陶瓷载体的强度显著降低。
技术实现要素:
本发明的目的在于提供一种板状物品、特别是板状载体,其能够将待加工的物品输送通过制造过程。在这种情况下,应避免在该过程期间待加工的物品的滑动。同样,应至少在很大程度上避免在制造过程中带入异物以及由于制造过程改变板状物品的化学和物理性质。板状物品应有利于均匀的温度分布。
本发明的目的还在于提供一种用于制造这种板状物品的方法。
本发明的再一个目的在于板状物品的用途。
本发明的目的分别通过独立权利要求的主题来实现。有利的实施例和改进方案在从属权利要求中给出。
因此,本发明提供了一种包括玻璃陶瓷部件的板状物品、特别是板状载体,特别是用在热、物理和/或化学制造过程中,其具有至少一个用于优选地平坦地支撑待加工的物品的支撑面,其中,至少板状物品的支承面由均质层形成,该均质层由与玻璃陶瓷部件连接的硼硅玻璃制成,并且该层具有借助于触觉测量确定的在0.7μm至4.5μm之间的范围、优选地在1.2μm至4.0μm之间的范围的平均粗糙度ra和借助于触觉测量确定的在2.0μm至45μm之间的范围、优选地在6μm至41μm之间的范围的平均粗糙深度rz。
意外地发现,在用硼硅玻璃涂覆玻璃陶瓷部件时通过适当的过程控制,可以实现支撑面的粗糙度,粗糙度对于放在支撑面上的待加工的基板的足够高的静摩擦系数和滑动摩擦系数,以将基板输送通过制造设备,而基板不会相对于板状物品滑动。特别地,不需要将在层烧制期间不熔化的颗粒引入到层基质中。因此,涂层由均匀的硼硅玻璃组成。通过烧制,在硼硅玻璃和玻璃陶瓷部件之间实现良好的附着性。硼硅玻璃具有低的热膨胀。因此,该层相对于玻璃陶瓷部件在膨胀行为方面的差异很小。硼硅玻璃是热中性的。这意味着,由于硼硅玻璃和玻璃陶瓷的热膨胀系数的小的差异,不会出现高的应力并且因此不会出现临界应力,这有助于硼硅玻璃层在玻璃陶瓷部件上的良好的附着性。还表明,在使用中,硼硅玻璃层的性质(例如密度或孔隙率)没有变化或仅有很小的变化,使得周期性的温度-时间负荷不会导致板状物品的连续变形。玻璃陶瓷部件和硼硅玻璃层的良好的附着性和在热膨胀方面相对较小的差异导致即使在高的温度和温度变化下也没有部分从该层上脱落。可以避免贝壳状破裂,在贝壳状破裂中,由于不同的膨胀行为和由此引起的应力,裂纹在层下面和在表面附近在玻璃陶瓷部件内扩散,并导致涂层和玻璃陶瓷的部分脱开和不允许的强度降低。该玻璃陶瓷部件即使在高温或快速变化的温度下也具有高的尺寸稳定性。因此,板状物品的支撑面在其预期的使用期间保持非常平坦。由此避免了放上的基板滑动,滑动在不平坦的支撑面的情况下是可能的。
硼硅玻璃即使在高温下也具有出色的耐化学性。这确保了没有或仅有少量的异物从硼硅玻璃层释放到位于上面的基板或释放到制造过程中。还确保了硼硅玻璃不吸收或仅吸收少量的来自制造过程的物质并由此改变其化学和/或物理性质。
硼硅玻璃还形成下面的玻璃陶瓷部件的缓冲层或收集层。该层避免玻璃陶瓷的成分以有害的量进入制造过程中或转移到位于上面的基板。硼硅玻璃层还防止来自制造过程或来自位于上面的基板的物质以不允许的量扩散到玻璃陶瓷中并影响其化学和/或物理性质。这尤其适用于玻璃陶瓷的热膨胀系数,因此热膨胀系数即使在近表面的区域中也保持在对于热过程是绝对必要的并且对于玻璃陶瓷是典型的低值。
通过支撑面的在0.7μm至4.5μm之间的范围的平均粗糙度和在2.0μm至45μm之间的范围的平均粗糙深度rz,实现在支撑面与位于上面的基板之间的良好的静摩擦和滑动摩擦。同时,确保了基板不会由于支撑在层的隆起上(特别是在热制造过程中)而粘附在板状物品上。通过粗糙的表面产生大量的点状的支撑点。因此,与光滑的支撑面相比,粗糙的支撑面和基板之间的实际接触在较小的区域上发生。物质从硼硅玻璃层到基板中的本来就非常小的直接迁移以及反向的迁移由此限制在相对较小的区域并且相应地在其范围上额外地受到限制。
通过将平均粗糙度ra限制在0.7μm至1.3μm之间的范围并且将平均粗糙深度rz限制在6.0μm至41μm之间的范围,可以使实现的静摩擦和滑动摩擦适应在制造过程中的要求。在此,位于该范围内的较低的平均粗糙度ra和平均粗糙深度rz满足为了快速改变输送速度而可实现的静摩擦和滑动摩擦的要求。如此选择平均粗糙度ra和平均粗糙度深度rz的上限,使得可靠地避免对位于上面的基板或硼硅玻璃层的任何损伤。在这种情况下,表面的粗糙度的限制确保对板状物品的简化的清洁。
平均粗糙度ra和平均粗糙深度rz的数据与触觉测量相关,当前使用mahr公司的测量设备marsurfm300和rd18,测量距离为17.5mm,测量力为0.00075n以及探头为2μm。这种测量方法是与制造相关的控制的可能性。不同的测量方法、例如借助白光干涉测量法会导致不同的值,并且因此需要相应地转换。
特别优选地,可以规定,层的rz与ra的比例在3至15之间的范围、优选地在5至10之间的范围。如在试验中已经发现的那样,当平均粗糙深度rz与平均粗糙度ra成适当的比例时,支撑层与基板的静摩擦和滑动摩擦可以调整到对许多制造过程而言最佳的值。在这种情况下,在3至15之间的范围的比例在制造技术上容易产生。将比例限制在5至10之间的范围在制造技术上是复杂的,但是导致更明确的静摩擦系数和滑动摩擦系数。
根据优选的实施例,可以规定,板状物品的与支撑面相对的面和/或边缘与支撑面相对应地被涂覆。如果与支撑面相对的面涂覆有硼硅玻璃,则其也可以用作支撑面。板状物品因此可以有利地双侧使用。特别优选地,该层与玻璃陶瓷部件之间在膨胀行为方面的差异很小。玻璃陶瓷部件和硼硅玻璃层在热膨胀方面的小的差异导致即使在高温和温度变化下也没有任何部分从该层上脱落。在单侧涂层的情况下,涂层和基板的热膨胀系数的尽可能小的差异还导致避免或减小玻璃陶瓷中的应力。如果板状物品的边缘也被涂覆,则这些边缘防止机械和化学攻击。以这种方式也可以在很大程度上在支撑面外部防止玻璃陶瓷部件和其周围环境之间的物质交换。该涂层可以施加在所有面上,或者施加在部分区域上。此外,区域可以配有图案/文字。基板可以具有凹部如孔或其他几何形状。
通过由具有在3.5μm至12μm之间的范围的粒径d50和在5μm至45μm之间的范围的粒径d90的硼硅玻璃粉末制成的层,可以实现支撑面所要求的粗糙度。意外的发现,在烧制具有上述粒径分布的硼硅酸盐玻璃粉末时,获得在所要求的和先前描述的范围内的硼硅玻璃层的表面的粗糙度。发明人认为,在烧制硼硅玻璃期间通过适当的工艺控制,优选地较小的颗粒熔化而较大的颗粒延迟熔化。此外会形成团聚体,其同样延迟熔化。由此,在烧制硼硅玻璃层期间,在较大颗粒或团聚体的区域中形成隆起,而在没有团聚体的较小颗粒的区域中形成较小的层厚度。由此形成了硼硅玻璃层的相对粗糙的表面。
通过由至少两种具有不同粒度的硼硅酸盐玻璃粉末部分的混合物制成的层,可以以目标的方式调节支撑面的粗糙度,第一粉末部分具有在2μm至7μm之间的范围的粒径d50和在3μm至20μm之间的范围的粒径d90,而第二粉末部分具有在12μm至25μm之间的范围的粒径d50和在15μm至50μm之间的范围的粒径d90,。获得硼硅玻璃粉末的粒径的双峰分布。由此增强了缓慢熔化的较大颗粒和形成的团聚体以及较快熔化的较小颗粒的效果。
有利地,可以规定,硼硅玻璃层的厚度在1μm至20μm之间的范围,优选地,硼硅玻璃层的厚度在5μm至15μm之间的范围,特别优选地,硼硅玻璃层的厚度在7μm至12μm之间的范围。这样形成的层足够厚,以至少在很大程度上防止物质迁移到玻璃陶瓷部件中或从玻璃陶瓷部件中迁移出来。同时,该层选择得足够薄,以减小或最小化由于玻璃陶瓷部件和硼硅玻璃层不精确匹配的膨胀系数而引起的应力并且防止不允许的强度降低。由此可以防止层的分离。
通过硼硅玻璃层的热膨胀系数为小于4.5*10-6/k,优选地小于3.5*10-6/k,特别优选地为3.3*10-6/k,可以避免板状物品的翘曲,特别是在高的且快速的温度变化下。通过层材料的低的热膨胀和由此实现的硼硅玻璃层的热膨胀系数与玻璃陶瓷部件相比较小的差异,即使在高温和快速的温度变化下,也确保板状物品的平坦度的高要求。而且,由于热膨胀系数的小的差异,在层和玻璃陶瓷部件内的机械应力的形成至少保持很小。因此可以避免在层和玻璃陶瓷部件中由机械应力引起的裂纹。这导致板状物品的高的强度。避免了硼硅玻璃层的分离。
根据本发明的优选的实施例变形,可以规定,在层的硼硅酸盐玻璃的加工点va和软化点ew之间的差大于300℃,优选地大于350℃,特别优选地大于400℃,最优选地大于450℃。加工点va对应于玻璃具有104dpas的粘度时的温度,而软化点ew对应于玻璃的粘度为107.6dpas时的温度。为了实现所希望的粗糙度,有利的是,将烧制硼硅玻璃层的温度设置在硼硅玻璃的软化点ew和加工点va之间。为了实现硼硅玻璃层对玻璃陶瓷部件的附着性,超过软化点ew是重要的。当不超过加工点va时,保持层的足够的粗糙度。在这种情况下,可以通过在烧制层时出现的最高温度tmax与加工点va之间的间隔来影响层的粗糙度。因此,大的间隔导致高的粗糙度而小的间隔导致低的粗糙度。优选地,使用所谓的长玻璃,其具有在软化点ew和加工点va之间大的温度间隔。在这种长玻璃中,过程波动对所获得的硼硅玻璃层的平均粗糙度ra和平均粗糙深度rz仅具有小的影响。
玻璃陶瓷部件由铝硅酸盐玻璃陶瓷形成,并且通过透射光谱法测量,铝硅酸盐玻璃陶瓷的水含量至少为每升玻璃陶瓷体积0.04摩尔,和/或在铝硅酸盐玻璃陶瓷中na2o和k2o的含量之和至多为2wt.%,可以实现玻璃陶瓷部件在高温下对腐蚀性氛围的高耐化学性以及玻璃陶瓷部件尤其与待加工的半导体的良好的相容性。这种玻璃陶瓷例如在文献de102010023407a1中公开,并且可以以在那里描述的形式用作根据本发明的板状物品的玻璃陶瓷部件。玻璃陶瓷部件也可以通过如在ep1837312a1中或在ep1873314a1中所公开的玻璃陶瓷形成。
特别优选地,可以规定,玻璃陶瓷部件在其外表面处和在其面向硼硅玻璃层的表面处具有非晶形结构,所述非晶形结构具有优选地至多10体积%的微晶含量,并且玻璃陶瓷部件向内与非晶形结构相邻具有主要部分为高石英混合晶的结构,或玻璃陶瓷部件在玻璃陶瓷部件的内部与非晶形结构相邻具有主要部分为高石英混合晶的结构,并且在此之后接着在玻璃陶瓷部件的内部具有主要部分为热液石英混合晶的结构,或玻璃陶瓷部件向内与非晶形结构相邻具有主要部分为热液石英混合晶的结构。以高石英混合晶为主要相的玻璃陶瓷具有非常低的热膨胀。具有外部高石英混合晶相和内部热液石英混合晶相的玻璃陶瓷及其制造例如在申请人的文献de102010006232a1中描述,并且可以用作根据本发明的板状物品的玻璃陶瓷部件。它具有高的耐机械性和耐化学性。以热液石英为主要相的玻璃陶瓷在热方面是非常稳定的。
如果规定,板状物品具有通过根据en1288第5部分(r45)的双环法测量的至少60mpa、优选地至少80mpa、特别优选地至少100mpa的平均弯曲强度,则该板状物品具有用于在各种制造过程中使用的足够的机械强度。相比之下,在通过喷砂工艺产生上述粗糙度值的支撑板中,实现的平均弯曲强度通常仅为50mpa。
本发明涉及方法的目的通过以下来实现:研磨具有在3.5μm至12μm之间的范围的粒径d50和在5μm至45μm之间的范围的粒径d90的硼硅玻璃粉末;将粉末本身或与优选地有机助剂组合施加到玻璃陶瓷部件或玻璃陶瓷部件的前体的至少一侧上形成支撑面;和将玻璃陶瓷部件或玻璃陶瓷部件的前体与施加的硼硅玻璃粉末一起加热到高于硼硅玻璃的软化点以上的最高温度tmax并且烧制硼硅玻璃,使得层具有借助于触觉测量确定的在0.7μm至4.5μm之间的范围、优选地在1.2μm至4.0μm之间的范围的平均粗糙度ra和具有借助于触觉测量确定的在2.0μm至45μm之间的范围、优选地在6μm至41μm之间的范围的平均粗糙深度rz。
硼硅玻璃粉末在其玻璃颗粒在特定的尺寸分布(在3.5μm至12μm之间的范围的d50和在5μm至45μm之间的范围的d90)意外地允许形成具有在0.7μm至4.5μm之间的范围的平均粗糙度ra和在2.0μm至45μm之间的范围的平均粗糙深度rz的硼硅玻璃层。通过对硼硅玻璃层的烧制进行合适的并且优化的过程控制,可以将平均粗糙度ra限制到在0.7μm至1.3μm之间的优选的范围,并且将平均粗糙深度rz限制到在2.0μm至45μm之间的同样优选的范围内。所实现的粗糙度在扩展的并且特别是在限制的区域中导致支撑面相对于位于上面的基板形成静摩擦和滑动摩擦,这允许在制造过程期间板状物品的高的加速和减速,而放在其上的基板不会相对于板状物品移动。根据本理论,当烧制硼硅层时,首先较小的玻璃颗粒熔化,而较大的颗粒或由颗粒形成的团聚体延迟熔化。通过适当的温度控制,在层的烧制时以这种方式获得硼硅玻璃层的粗糙的表面。在硼硅玻璃的已知的软化点的情况下,在层的烧制期间选择的温度以及在退火过程期间超过软化点的持续时间的长度,都影响所实现的粗糙度。由于在硼硅玻璃层的烧制期间超过了硼硅玻璃的软化点ew,因此实现了硼硅玻璃层对玻璃陶瓷部件的良好的附着性。
通过向硼硅玻璃粉末添加优选地有机助剂,可以产生玻璃熔液,该玻璃熔液可以通过已知的液体涂覆方法施加。优选地,玻璃熔液借助于丝网印刷来施加。然而,也可以考虑提供胶版印刷或移印。其他可能的液体涂覆方法是喷涂、浸涂或辊涂、贴花印刷、刮涂、流动涂覆、旋涂法、借助于喷墨打印机的打印或3d打印法。通过制造含有硼硅玻璃粉末的合适的调色剂,也可以提供用于施加硼硅玻璃层的激光打印方法。
通过将玻璃陶瓷部件或玻璃陶瓷部件的前体与施加的硼硅玻璃粉末一起加热到低于硼硅玻璃的加工点va的最高温度tmax,可以获得硼硅玻璃层的粗糙的表面。在高于加工点va的最高温度tmax形成光滑的表面,光滑的表面不适合作为移动基板的支撑面。
如果规定将玻璃陶瓷部件或玻璃陶瓷部件的前体与施加的硼硅玻璃粉末一起加热到最高温度tmax,该最高温度比硼硅玻璃的软化点ew高50℃至450℃、优选地70℃至400℃、特别优选地100℃至350℃,则在硼硅玻璃层和玻璃陶瓷部件之间实现良好的附着性。
特别优选地,可以规定,将玻璃陶瓷部件或玻璃陶瓷部件的前体与施加的硼硅玻璃粉末一起加热到最高温度tmax,该最高温度比硼硅玻璃的加工点低va低50℃至450℃、优选地100℃至400℃、特别优选地150℃至350℃。如果最高温度tmax接近加工点va,则形成具有相对较小的粗糙度的硼硅玻璃层。如果在最高温度tmax和加工点va之间的间隔很大而最高温度tmax不超过加工点va,则获得具有高的粗糙度的层。在此重要的是,最高温度tmax高于软化点ew。通过tmax比加工点va低50℃至450℃的温度范围实现支撑面的粗糙度,对于许多应用其导致对放上的基板的合适的附着性。通过低于加工点va优选地100℃至400℃、更优选地150℃至350℃的较小的温度范围,实现更均匀的粗糙度,由此获得在支撑面和与放上的基板之间的确定的摩擦。
通过研磨具有在2μm至7μm之间的范围的粒径d50和在3μm至20μm之间的范围的粒径d90的第一粉末部分,研磨具有在12μm至25μm之间的范围的粒径d50和在15μm至50μm之间的范围的粒径d90的第二粉末部分,将粉末部分混合并本身或与优选地有机助剂组合施加到玻璃陶瓷部件或玻璃陶瓷部件的前体的至少一个形成支撑面的侧面上,并且将玻璃陶瓷部件或玻璃陶瓷部件的前体与施加的硼硅玻璃粉末一起加热到高于硼硅玻璃的软化点并烧制硼硅玻璃,可以在要求的范围内调节支撑面的粗糙度。
板状物品的特别成本有利的制造方法可以通过以下实现:将粉末本身或与优选地有机助剂组合施加到作为玻璃陶瓷部件的玻璃质前体的毛坯玻璃上,并在陶瓷化过程中烧制硼硅玻璃以将毛坯玻璃转化成玻璃陶瓷部件或玻璃陶瓷部件的玻璃陶瓷前体。优选地,通过熔化过程、随后的热成型、裁切和边缘加工,获得作为玻璃陶瓷部件的玻璃质前体的毛坯玻璃。有利地,硼硅玻璃层的烧制在玻璃陶瓷部件的总归需要的陶瓷化期间在共同的温度过程中进行。因此,不需要单独的温度步骤来熔化硼硅玻璃。
优选地,可以规定,毛坯玻璃的陶瓷化和硼硅玻璃的同时烧制根据以下的温度过程进行:
-在33至50分钟内从室温加热到750℃至850℃、优选地790℃,
-在750℃至850℃、优选地790℃维持14至30分钟的保持时间,
-在24至30分钟内从750℃至850℃、优选地790℃加热到900℃至1200℃(最高温度),
-在最高温度维持7至10分钟的保持时间,
-在10分钟至30分钟内从900℃至1200℃冷却到720℃至820℃,优选地在30分钟内从900℃冷却到750℃或在10分钟内从910℃冷却到800℃,
-快速冷却到室温。
特别优选地,可以规定,毛坯玻璃的陶瓷化和硼硅玻璃的同时烧制根据以下的温度过程进行:
-在33至50分钟内从室温加热到750℃至850℃、优选地790℃,
-在750℃至850℃、优选地790℃维持14至30分钟的保持时间,
-在24至30分钟内从750℃至850℃、优选地790℃加热到900℃至910℃,
-在900℃至910℃维持7至10分钟的保持时间,
-在10分钟到30分钟内从900℃至910℃冷却到720℃至820℃,优选地在30分钟内从900℃冷却到750℃或在10分钟内从910℃冷却到800℃,
-快速冷却到室温。
在这种情况下,相对低的最高温度和在相应的最高温度tmax的短的保持时间导致相对高的平均粗糙度深度rz,而高的最高温度和在该最高温度tmax的长的保持时间导致相对低的平均粗糙深度rz。
另一个实施例基于:将粉末本身或与优选地有机助剂组合施加到玻璃陶瓷部件的玻璃陶瓷的前体上,并在陶瓷化过程中烧制硼硅玻璃,以将玻璃陶瓷前体转变成玻璃陶瓷部件,其中,将玻璃陶瓷前体的第一晶相至少按比例地进一步陶瓷化成玻璃陶瓷部件的第二晶相。因此,可以想到的是,首先在第一陶瓷化步骤中,由在其制造中先前描述的、裁切和边缘加工的毛坯玻璃制造出具有例如高石英混合晶(hqm)作为主要晶相的玻璃陶瓷前体。然后可以将硼硅玻璃粉末或由此产生的玻璃熔液施加到玻璃陶瓷前体上。在另一个陶瓷化步骤中,随后将至少一部分主要的高石英混合晶转变为热液石英混合晶相。在这种情况下,热液石英混合晶相优选地在玻璃陶瓷部件的内部区域中形成,并且在向外过渡到具有高石英混合晶作为主要晶相的区域内,并且最后过渡到玻璃陶瓷的典型的非晶形区域中。这种由至少三种结构形成的玻璃陶瓷可以在陶瓷化期间通过适当的温度控制影响其性能,如透射率、强度和热膨胀,并且对作为安置件或支撑件的相应要求进行优化。在这种情况下,有利地,硼硅玻璃层的烧制在总归要设置的第二陶瓷化步骤期间进行。
玻璃陶瓷前体的陶瓷化和硼硅玻璃的同时烧制优选地根据以下的温度过程进行,可以使玻璃陶瓷部件和硼硅玻璃层的性能适应于板状物品的要求:-在30至40分钟内、优选地33分钟内从室温加热到750℃至850℃、优选地790℃,
-在750℃至850℃、优选地790℃维持20至50分钟、优选地30分钟的保持时间,
-在25分钟至35分钟、优选地32分钟内从750℃至850℃、优选地790℃加热到1050℃至1150℃、优选地1100℃,
-在1050℃至1150℃、优选地1100℃维持5至15分钟、优选地7分钟的保持时间,
-快速冷却到室温。
根据优选的实施例变型,可以规定,将粉末本身或与优选地有机助剂组合施加到玻璃陶瓷部件上,并随后根据以下温度过程进行硼硅酸盐玻璃的烧制:
-在38至50分钟内从室温加热到750℃至850℃、优选地790℃,
-在750℃至850℃、优选地790℃维持14至30分钟的保持时间,
-在24至30分钟内从750℃至850℃、优选地790℃加热到900℃至910℃,
-在900℃至910℃维持7至10分钟的保持时间,
-在10分钟至30分钟内从900℃至910℃冷却到720℃至820℃,优选地在30分钟内从900℃冷却到750℃或在10分钟内从910℃冷却到800℃,
-快速冷却到室温。
根据该方法变型,将硼硅玻璃粉末施加到已经完成陶瓷化的玻璃陶瓷部件上。因此,为烧制硼硅酸盐玻璃而设置的温度过程不必遵循适当的陶瓷化所需要的条件。该温度过程可以相应地优化,以在预先规定的范围内形成支撑面的粗糙的表面。
优选地,可以规定,在烧制硼硅玻璃时,优选地在玻璃陶瓷部件的陶瓷化期间,最高温度tmax至多保持两分钟,或者优选地在达到最高温度tmax之后直接冷却,而没有在最高温度tmax维持保持时间,和/或为了达到最高温度tmax,进行大于10k/分钟、特别优选地在14和36k/分钟之间的加热速率。通过在最高温度tmax短的停留时间或优选地快速的加热时间,实现硼硅玻璃的较大颗粒或颗粒团聚体延迟并且至少不完全熔化。由此形成了板状物品的希望的粗糙的支撑面。
通过在第一涂覆过程中用硼硅玻璃粉末涂覆玻璃陶瓷部件或玻璃陶瓷部件的前体的第一侧面并且在随后的第一温度过程中进行烧制,并且随后用硼硅玻璃粉末涂覆玻璃陶瓷部件或玻璃陶瓷部件的前体的与第一侧面相对的第二侧面并且在另一个温度过程进行烧制,可以由硼硅玻璃层实现板状物品的双侧涂覆。在烧制施加到第一侧面的硼硅玻璃时,可以将玻璃陶瓷部件或其前体放置在与第一侧面相对的第二侧面上。为了烧制施加到第二侧面的硼硅玻璃,然后可以将玻璃陶瓷部件或其前体放置到已经涂覆和烧制的第一侧面上。
特别有利地,可以规定,在第一温度过程期间,将玻璃质前体陶瓷化成玻璃陶瓷部件,并且同时烧制施加到玻璃质前体的第一侧面上的硼硅玻璃,而在另一个温度过程中,烧制施加到玻璃陶瓷部件的第二侧面上的硼硅玻璃,或在第一温度过程期间,将玻璃质前体陶瓷化成玻璃陶瓷部件的玻璃陶瓷前体,并且同时烧制施加到玻璃质前体的第一侧面上的硼硅玻璃,而在另一个温度过程中,将玻璃陶瓷前体陶瓷化成玻璃陶瓷部件,并且同时烧制施加到玻璃陶瓷前体的第二侧面上的硼硅玻璃。
可以制造双侧涂覆的板状物品。在陶瓷化步骤期间硼硅玻璃的同时烧制导致板状物品的低的生产成本。如果硼硅玻璃的烧制分开地进行,则可以在烧制期间优化温度控制,用于在该侧面上形成具有希望的粗糙度的硼硅玻璃层。例如,如果在第一侧面上的硼硅玻璃在陶瓷化步骤期间烧制,而在第二侧面上的硼硅玻璃分开地烧制,则可以调节在第二侧面上的所需要的表面粗糙度,而例如具有在陶瓷化期间烧制的硼硅玻璃层的第一侧面由于高温而具有较小的粗糙度。然后,第二侧面形成支撑面,在使用板状物品时,待加工的物品放置在该支撑面上。施加在相对的第一侧面上的硼硅玻璃层用于玻璃陶瓷部件的表面密封。
在涂覆之前通过至少对玻璃陶瓷部件或玻璃陶瓷部件的前体的面向板状物品的支撑面的表面进行机加工、特别是研磨和/或抛光,可以获得非常平坦的板状物品。
在涂覆之前,借助于压缩空气射束通过固体喷丸至少对玻璃陶瓷部件或玻璃陶瓷部件的前体的面向板状物品的支撑面的表面进行加工,优选地,在涂覆之前,借助于压缩空气射束通过硼硅颗粒作为喷丸至少对玻璃陶瓷部件或玻璃陶瓷部件的前体的面向板状物品的支撑面的表面进行加工,可以进一步影响支撑面的粗糙度。通过将喷丸施加到表面,获得表面的微结构。微结构叠加在形成的硼硅玻璃层的表面结构上,由此实现所需要的支撑面的粗糙度。
前述的板状物品可以优选地用作借助于热、化学和/或物理制造工艺来加工的物品的支撑板,特别是用在陶瓷、太阳能、半导体、电子或制药产业中。
附图说明
以下参考实施例和附图更详细地解释本发明。在附图中,相同的附图标记表示相同的或相应的元件。
附图示出了:
图1示意性、未按比例示出了具有单侧涂层的板状载体形式的板状物品的横截面图,
图2示出了具有双侧涂层的图1中示出的板状物品,
图3示出了图1中标记的区域的放大视图,
图4示出了载体形式的矩形板状物品的俯视图,
图5示出了载体形式的圆形板状物品的俯视图,
图6示出了硼硅玻璃层的元素硼的深度分布的示意图,
图7示出了在钠钙玻璃中的元素硼的深度分布的示意图,
图8示出了在钠钙玻璃中的元素钠的深度分布的示意图,以及
图9是涂覆的和喷砂的板状物品的强度的威布尔图。
具体实施方式
图1示意性、未按比例示出了具有单侧涂层(层30)的板状载体10形式的板状物品的横截面图。层30施加到玻璃陶瓷部件20上。它形成板状载体10的背离玻璃陶瓷部件20的支撑面11。层30由硼硅玻璃形成。在这种情况下,优选地使用具有3.3*10-6/k的热膨胀系数的硼硅玻璃,如例如由dwklifescience公司以商品名
层30的厚度在1μm至20μm之间的范围,优选地在5μm至15μm之间的范围,特别优选地在7μm至12μm之间的范围。因此,它明显小于玻璃陶瓷部件20的厚度,而玻璃陶瓷部件的厚度在当前情况下在2mm至6mm之间的范围。在未按比例表示的图1以及图2中,层30相对于玻璃陶瓷部件20放大地示出。
在图3中放大地示出了iii标记的区域。
图2示出了具有双侧涂层的图1中示出的板状物品。可以想到的是,将硼硅玻璃层30围绕地布置并且因此布置在玻璃陶瓷部件20的边缘上。由于双侧涂层,板状载体10的两个相对的表面分别形成支撑面11。通常也可能的是,边缘保持未被涂覆或仅物品的部分边缘被涂覆。
图3示出了图1中用圆圈标记的区域iii的放大视图。在这里也选择示意性、未按比例的原理图。
从图3中可以看出,由硼硅玻璃层30形成的支撑面11具有有利的、优选地根据本发明引入的粗糙度。
图4示意性示出了载体10形式的矩形板状物品的俯视图,并且图5示意性示出了载体10形式的圆形板状物品的俯视图。在每种情况下,选择投向载体10的支撑面11的视角。
图1至5的板状载体10在热、物理或化学制造过程中用作支撑板或安置板。在这种情况下,它们例如用于支撑平放在板状支撑件10的支撑面11上的基板。在这种情况下,可以在板状载体10上布置一个或多个基板。然后,板状载体10与一个或多个放上的基板一起移动通过一个或多个制造单元。在这种情况下,将基板供应至各个生产工艺,例如化学或物理涂覆工艺。这样的工艺通常在高温和变化的温度在限定的氛围下进行。环境条件的特征在于化学腐蚀性的物质。板状载体10在制造步骤期间应尽可能被动地起作用。板状载体10应不将任何不希望的异物带入相应的制造单元中或直接转移到基板。同时,任何用于生产的材料(板状载体10在其使用期间暴露于其中)都不应改变板状载体的性能。
玻璃陶瓷,例如铝硅酸锂玻璃陶瓷(las玻璃陶瓷),在具有高的耐热性和耐温度变化性的同时,对腐蚀性的化学物质具有高的耐化学性。它们是形状稳定地、特别是就其平坦度而言以高的尺寸精度来制造并且具有足够高的强度。因此,对于许多制造过程,玻璃陶瓷适合作为支撑板或安置板。
板状载体10的外形可以适应相应的任务。因此,,不同的轮廓(如在图4和图5中示例性示出的矩形和圆形的板状载体10)以及不同的外部尺寸和材料厚度都是可能的。
在制造过程期间,板状载体10与放上的基板以变化的速度一起移动。在这种情况下,需要使放上的基板不会由于发生的加速和减速而相对于板状载体10移动其位置。在将多个基板布置在板状载体10上并且不允许彼此滑动时或必须将基板位置精确地供应到制造过程中时,尤其如此。在高的加速下或在不利的材料配对下,可能发生作为支撑板的玻璃陶瓷和位于上面的基板之间的静摩擦力不足以使基板位置精确地位于支撑板上而移动通过制造过程。
因此,有利地规定,作为板状载体10的支撑和成形元件的玻璃陶瓷部件20设置有层30,层30具有限定的粗糙度,如图3中示意性示出的。由于支撑面11的粗糙设计,实现了在板状载体10和放上的物品、例如平放的基板之间的改善的附着性。由此板状载体10与放上的基板可以以快速变化的速度被引导通过生产设备,而基板不会相对于板状载体10滑动。同时,借助粗糙的支撑面11,可以观察到放上的基板的改善的均匀加热。
层30必须满足各种不同的要求。它必须具有足够高的温度稳定性。即使在快速的和高的温变化下它也必须确保与玻璃陶瓷部件20的良好附着性。通过层30形成的支撑面11的粗糙度和表面特性必须这样设计,使得对于放上的物品、特别是放上的基板,实现足够高的防滑性。在制造过程之后,必须可以轻松地移除放上的物品。因此,不允许物品、尤其是基板通过粘附、粘合、熔接等粘着在支撑面11上。层30不具有孔隙率或仅具有非常低的孔隙率,例如以保持低的水吸附或其他异物的吸附。为了不将水或异物无意地引入制造过程中,这是必要的。在预期的制造过程期间,层30必须对反应气体具有非常高的耐化学性。这也适用于可能的高温,例如600℃。在这些制造过程期间,没有任何异物从层30中逸出。层30应尽可能地缓冲迁移的离子并防止从层30往回迁移。此外,层应具有良好的耐磨性,以防止因磨损而使异物进入制造过程中。最后并且同样重要的是,层30应具有良好的可加工性,并且尽可能在制造玻璃陶瓷部件20的退火过程中同时烧制,以保持尽可能低的生产成本。
通过由硼硅玻璃形成层30,有利地实现了层30的这些性质。硼硅玻璃具有高的耐热性和耐化学性。可以无孔地制造硼硅玻璃层30。它的热膨胀系数非常低,例如为3.3*10-6/k,使得在低的层厚度,即使在快速的高的温度变化,在该层中或在位于下面的玻璃陶瓷部件中也不会引起过高的机械应力,而高的机械应力会导致该层和玻璃陶瓷材料的部分的裂纹和贝壳状破裂。
有利地,层30在支撑面处具有在0.7μm至4.5μm之间的范围、优选地在0.7μm至1.3μm之间的范围的平均粗糙度ra,以及在2.0μm至45μm之间的范围、优选地在6.0μm至41μm之间的范围的平均粗糙深度rz。所述值在此例如借助于触觉测量来确定。在以此方式形成的支撑面11中,在板状载体10和放上的物品、尤其是放上的基板之间实现良好的附着性。平均粗糙度ra表明了表面上的测量点到中心线的平均距离,该中心线在相应距离内与当前轮廓相交,使得相对于中心线的轮廓偏差之和最小。为了确定平均粗糙深度rz,对于7个测量距离,确定了测量的轮廓的最大值和最小值的差。根据由此获得的差,对于中间的五个测量距离,将平均值确定为平均粗糙深度rz。
在下表中汇总了支撑面11的有利的粗糙度。借助于mahr公司的测量设备marsurfm300和rd18在17.5mm的测量距离、0.00075n的测量力和2μm的探头下,主要在待测试范围的边缘确定了平均粗糙度ra和平均粗糙深度rz:
在前两列中给出的范围包括后面给出的较低的粗糙度和较高的粗糙度的范围。为了避免在制造过程中放上的基板在板状物品上滑动,需要较低的粗糙度,而在制造过程中移动板状物品和位于其上的基板。下限值由这样的事实得到:在未处理的表面上放上的玻璃不会粘附在基板上。
在较高的粗糙度的范围,一方面避免了放上的基板的滑动;另一方面,导致对在板状物品上放上的基板的改善的均匀加热。基板上的均匀的温度分布是许多应用的基本要求。
如在试验中已经表明的,除了平均粗糙度ra和平均粗糙深度rz的绝对值之外,它们的比例尤其与在支撑面11和放上的物品之间所获得的静摩擦相关。当rz与ra的比例在3至15之间的范围、优选地在5至10之间的范围时,实现良好的静摩擦和滑动摩擦。
意外地发现,当硼硅玻璃层30由具有在3.5μm至12μm之间的范围的粒径d50和在5μm至45μm之间的范围的粒径d90的硼硅玻璃粉末制成时,可以制造这样的粗糙表面。发明人认为,较大的颗粒或颗粒团聚物相对于较小的颗粒延迟熔化。在烧制温度仅稍高于所使用的硼硅玻璃的软化点的情况或在较高温度下短的停留时间的情况,尤其如此。由此形成在延迟熔化的颗粒或团聚体的区域中具有隆起的粗糙的表面。
如果使用具有双峰粒度分布的硼硅玻璃粉末,则可以实现支撑面11的粗糙度的特别精确的调节。如果将具有在2μm至7μm之间的范围的粒径d50和在3μm至20μm之间的范围的粒径d90的第一粉末部分与具有在12μm至25μm之间的范围的粒径d50和在15μm至50μm之间的范围的粒径d90的第二粉末部分混合并烧制,则在支撑面11与放上的物品之间实现良好的静摩擦。
用于单峰和双峰粒度分布的合适的粒度分布总结在下面的表1中,而硼硅玻璃层的合适的厚度总结在表2中。
表1
表2
在优选的实施例的简单设计方案中,首先制造玻璃陶瓷部件。玻璃陶瓷部件优选地形成为铝硅酸锂玻璃陶瓷。通过选择的制造方法,玻璃陶瓷部件20可以具有高石英混合晶作为主要晶相,该晶相朝着玻璃陶瓷部件20的边缘过渡到非晶形的边缘层。也可以考虑使用具有热液石英作为主要晶相的玻璃陶瓷部件20。同样可以使用这样的玻璃陶瓷,该玻璃陶瓷在其中心具有主要具有热液石英混合晶的区域,该区域朝着玻璃陶瓷部件20的边缘过渡到具有高石英混合晶作为主要相的区域中并且随后过渡到玻璃质区域中。玻璃陶瓷部件20的晶体结构由其化学成分和在陶瓷化期间选择的温度曲线决定。在玻璃陶瓷部件20上施加硼硅玻璃粉末。硼硅玻璃粉末可以与优选地有机助剂混合并且借助于液体涂覆法施加到玻璃陶瓷部件20上。涂覆首先在玻璃陶瓷部件20的一侧上进行。随后,在单独的温度过程中将硼硅玻璃粉末熔化并烧制。由此获得单侧涂覆的板状载体10,如图1中所示。在另一个制造步骤中,也可以在玻璃陶瓷部件20的相对侧上施加硼硅玻璃粉末或其制成的玻璃熔液并烧制。以这种方式获得具有两个粗糙的支撑面11的板状载体10。板状载体10因此可以有利地双侧使用。
还可以想到的是,在用于制备玻璃陶瓷部件20的陶瓷化过程期间对硼硅玻璃进行至少一次烧制。为此,将硼硅玻璃粉末或由其制成的玻璃熔液施加到玻璃陶瓷部件20的玻璃质或玻璃陶瓷前体上并在陶瓷化过程期间烧制。从玻璃质前体出发,可以在陶瓷化工艺中制备具有主要是高石英混合晶的玻璃陶瓷部件20。也可能并且已知的是,在组合的温度处理中,从玻璃质前体出发,首先制备主要是高石英混合晶,该高石英混合晶随后至少按比例地转化为热液石英混合晶。由此可以制造具有与相应的实施例适应的不同的性能的玻璃陶瓷部件20。
在优选的实施例中,玻璃陶瓷部件具有以下组成作为las玻璃陶瓷。数据基于氧化物以重量百分比给出:
以及必要时具有总含量最大为2wt.%的化学精制剂添加物,如as2o3、sb2o3、ceo2和硫化合、卤化物,以及必要时在透明的彩色玻璃陶瓷的情况下通过添加含量最大为1.5wt.%的着色组分,如v、mo、cr、mn、fe、co、cu、ni、se、s化合物,而形成深暗色。
为了对硼硅玻璃层30进行陶瓷化并且同时进行烧制,在一个实施例变型中设置了陶瓷化程序,其中,最高温度tmax至多保持两分钟,或者优选地,在达到最高温度tmax后直接进行冷却。在这种情况下,优选地使用用于达到最高温度tmax的加热速率,该加热速率大于10k/分钟并且优选地在14和36k/分钟之间。通过快速的加热时间和在最高温度tmax下短的停留时间,确保硼硅玻璃粉末的较大颗粒或团聚物没有熔化或没有完全熔化并且形成支撑面11的所希望的粗糙表面。
硼硅玻璃层30的可能的实施例变型由以下组成:
根据确定硼硅玻璃层30的基本粗糙度的玻璃粉末的粒度,在烧制硼硅玻璃层30期间,低的最高温度tmax和/或在最高温度tmax下短的保持时间导致平均粗糙深度rz具有高的值。相应地,在烧制硼硅玻璃层30期间,高的最高温度tmax和/或在最高温度tmax下长的保持时间导致平均粗糙深度rz具有低的值。在这里重要的是所使用的硼硅玻璃的软化点ew和加工点va。在加工点va处,玻璃具有104dpas的粘度,而在软化点ew处玻璃粘度为107.6dpas。在烧制硼硅玻璃层30期间,应如此选择最高温度tmax,使得它处在硼硅玻璃的软化点ew和加工点va之间:
ew<tmax<va。
最高温度tmax必须高于软化点ew,否则硼硅玻璃层30不会对玻璃陶瓷部件20形成任何附着性。如果在烧制硼硅玻璃层30期间最高温度tmax处于加工点va附近,那么在其他相同的加工条件(保持时间、玻璃粉末的粒度分布和组成)下产生层的低粗糙度。通过最高温度tmax与加工点va之间大的间距,粗糙度增加。
当最高温度tmax比硼硅玻璃的软化点ew高50℃至450℃、优选地70℃至400℃、特别优选地100℃至350℃时,实现硼硅玻璃层30在玻璃陶瓷部件20上的良好的附着性。
当选择最高温度tmax比硼硅玻璃的加工点va低50℃至450℃、优选地100℃至400℃、特别优选地150℃至350℃时,支撑面11的粗糙度处在要求的范围内。
长的硼硅玻璃,其软化点ew和加工温度va之间具有大的温度间距,优选地适合于制造硼硅玻璃层30。这种长玻璃具有这样的优点:小的过程波动对获得的层30的平均粗糙深度rz和平均粗糙度ra没有影响或仅有小的影响。
图6示出了硼硅玻璃层30的元素硼的深度分布的示意图。为此,相对于深度轴40和强度轴41绘制了第一硼深度分布42和第二硼深度分布43。
在图6、图7和图8中示出的深度分布借助于tof-sims(飞行时间二次离子质谱仪)记录。在这种情况下,从不同深度的表面测量的强度形成用于被证明的元素在那里存在的比例的量度。为了提高曲线的可比性,将曲线的测量值逐点地归一化为各自的总强度(点对点归一化)。
在图6中所示的硼深度分布42、43是在具有硼硅玻璃层30的参照玻璃陶瓷(第一硼深度分布42)和具有硼硅玻璃层30但在650℃退火超过300小时的同类玻璃陶瓷(第二硼深度分布43)上记录的。在这种情况下,分别测量了硼硅玻璃层中b+的浓度分布随深度的变化。退火导致在表面附近b+强度减少,而在朝着更大的深度b+强度增加。然而,在参照玻璃陶瓷上和在650℃退火超过300小时的玻璃陶瓷上的硼硅玻璃层30的b+分布没有显示出任何重大的差异。因此,可以认为,相对较少的硼从硼硅玻璃层30蒸发。因此预期在其中使用板状载体10的制造单元中的氛围不会被蒸发的硼污染。
图7示出了在钠钙玻璃中的元素硼的深度分布的示意图。第三硼深度分布44在作为参照的未处理的钠钙玻璃上记录。第四硼深度分布45示出了在钠钙玻璃样品上的b+深度分布,该钠钙玻璃样品在650℃退火超过100小时期间支撑在具有施加的硼硅玻璃层30的板状载体10上。第五硼深度分布46在钠钙玻璃上测量,该钠钙玻璃在650℃超过300小时后支撑在涂覆有硼硅玻璃的板状载体10上。该实验模拟了在使用板状载体10期间来自硼硅玻璃层30的硼是否从层30扩散到放上的基板中,基板在此情形下由常用的钠钙玻璃形成。
仅在退火的钠钙玻璃样品的第一单层中才可以看到增大的b+信号,其中,强度随着退火的持续而增加。考虑到与传统的制造工艺相比,样品在硼硅玻璃层上的支撑时间非常长,可以认为,在板状载体10上放上的基板中没有发生硼的明显的掺入。
图8示出了在钠钙玻璃中的元素钠的深度分布的示意图。在此,将钠钙玻璃在涂覆有硼硅玻璃的板状载体10上在650℃放置100小时(第二钠深度分布48)和300小时(第三钠深度分布49),然后与未退火的参照样品(第一钠深度分布47)相比确定na+的深度分布。与测验的参照样品相比,在高温下支撑在板状载体10上显示出在表面附近钠的贫化。因此,不应认为碱迁移到板状载体10上放上的基板中。
根据这些分析,硼硅玻璃层30形成良好的缓冲层,该缓冲层阻止或最小化在玻璃陶瓷与在板状载体10上放上的基板之间的物质交换。
图9示出了涂覆的和喷砂的板状物品的弯曲强度的威布尔图。为此示出了相对于对数划分的纵坐标50和对数划分的横坐标51的弯曲强度测量的测量点52、54。沿着纵坐标50绘制失效概率而沿着横坐标51绘制弯曲强度。由第一测量点52形成第一回归线53而由第二测量点54形成第二回归线55。
在板状物品上确定第一测量点52和相关的第一回归线53,该板状物品的表面借助于压缩空气射束通过固体喷丸粗糙化。在板状物品上测量第二测量点54以及由此获得的第二回归线55,该板状物品的粗糙的支撑面11相应地通过硼硅玻璃层30形成。在这些样品中,在两个侧面上并且因此也在应力负载侧面上设置粗糙的表面。
从示意图中可以看出,板状物品、特别是其支撑面11由粗糙的硼硅玻璃层30形成的板状载体10,具有比对比样品显著更高的弯曲强度,对比样品的粗糙度借助于压缩空气射束通过固体喷丸产生。
附图标记列表
10板状载体;
11支撑面;
20玻璃陶瓷部件
30层
40深度轴
41强度轴
42第一硼深度分布
43第二硼深度分布
44第三硼深度分布
45第四硼深度分布
46第五硼深度分布
47第一钠深度分布
48第二钠深度分布
49第三钠深度分布
50纵坐标
51横坐标
52第一测量点
53第一回归线
54第二测量点
55第二回归线