用于改变玻璃陶瓷几何结构的方法和根据该方法制造的经涂层的玻璃陶瓷件的制作方法

用于改变玻璃陶瓷几何结构的方法和根据该方法制造的经涂层的玻璃陶瓷件的制作方法
【专利摘要】本发明提出用于在玻璃陶瓷元件(1)上制造凸起的结构的方法，其中，射线穿过玻璃元件(2)或玻璃陶瓷元件(1)并且对此至少部分地被吸收，使得玻璃元件(2)或玻璃陶瓷元件(1)在经电磁辐射照射的区域中被加热并且被加热超过玻璃化转变温度，并且其中，在加热之后结束照射，使得加热的区域再次冷却到周围的玻璃或玻璃陶瓷材料的温度，并且其中，通过加热实现玻璃或玻璃陶瓷的体积改变，该体积改变引起表面的局部突起，并且其中该状态在冷却经加热的区域时被冻结，使得在冷却之后保留突起(20)形式的表面变形，其中，在玻璃元件(2)的情况下，玻璃元件(2)在通过温度处理产生突起(20)之后进行陶瓷化并进而转变成玻璃陶瓷元件(1)。
【专利说明】
用于改变玻璃陶瓷几何结构的方法和根据该方法制造的经涂 层的玻璃陶瓷件
技术领域
[0001] 本发明涉及用于优选局部地改变玻璃陶瓷几何结构的方法以及具有以在表面上 的凸起的形式的局部改变几何结构的玻璃陶瓷。对此，玻璃陶瓷在至少一个表面上可包括 涂层。
[0002] 对此应使用优选在可见光的波长范围（380nm-780nm)中染色的材料(和进而通常 也在红外线范围中染色的材料）、例如玻璃和玻璃陶瓷（毛坯玻璃状态或已经陶瓷化）。对 此，通过局部的和在时间上有限地暴露于电磁辐射作用、例如具有Ιμπι波长的二极管激光器 的以CW模式的激光辐射和不强烈聚焦的优选具有大于400μπι射束直径的激光射束来改变几 何结构。
【背景技术】
[0003] 根据现有技术对由玻璃陶瓷制成的构件的几何结构进行局部改变有三种不同的 变型方案：
[0004] 第一，可通过将第二部件加入到原来的构件中来产生几何结构的增大。对此可使 用所有的接合方法，例如钎焊、焊接和粘接。对此的缺点是需要两个构件。此外，接合位置通 常在光学上有干扰作用或形成断裂起始棱边。而且复杂的几何结构提高（圆的、倒圆等)仅 可困难地通过额外的构件接合。
[0005] 第二，局部的几何结构减小可通过（局部地）以机械方式去除材料来实现。对此可 使用磨削和铣削方法。对此出现的表面损坏可导致机械强度下降。而且在去除区域中的表 面的改变(磨削或抛光面)会在光学上有干扰作用。此外，以这种方式仅可困难地制造局部 凸起的结构，因为对此必须去除非常多的周围材料。
[0006] 第三，在W02012/134818中描述了一种方法，根据该方法通过超短脉冲激光器在UV 范围中在高透明的玻璃中局部地产生非常有限的色心，其此时作为自增强效应始终更好地 与UV辐射联接并因此实现加热作用，加热作用最终导致小的局部非常有限的凸起形式的在 微米范围中的几何结构改变。
[0007] 在此，复杂的超短脉冲激光器的缺点是，其必须先满足以下条件，玻璃总的来说要 联接。而且自增强效应导致不受控的加热并且导致无法掌握的控制问题。另一缺点是仅可 使用在UV范围中足够透明的玻璃。

【发明内容】

[0008] 因此，本发明的目的是局部地形成整体式玻璃陶瓷构件的几何结构变化。此外期 望的是，具有局部的几何结构变化的玻璃陶瓷构件或产生的玻璃陶瓷件至少也部分地具有 层或涂层，例如装饰层。
[0009] 此外本发明的目的是产生玻璃陶瓷件的局部的几何结构变化，该变化不会阻碍之 后的涂层。此外，本发明的目的是局部地产生整体式玻璃陶瓷构件的几何结构变化，该构件 已经至少部分地包括层或至少部分地被涂层。
[0010] 之后为了产生可触到的突起或凹入无需再进行接合或机械加工，该突起或凹入除 了触觉感知以外还实现了一定的视觉感知。
[0011] 因此可以提供任意类型的玻璃陶瓷构件上的可触觉感知的几何结构划分。
[0012] 克服了接缝的缺点，即视觉外观和一种或多种会导致断裂的、附加的构件棱边。 [0013]本发明尤其实现了：
[0014] -在不损害表面的情况下产生几何结构的变化，
[0015] -建立局部的、优选点形或线形的突起，
[0016] -在玻璃陶瓷构件上建立可触到的结构，而对此没有明显限制印刷可行性。
[0017] 目的实现方案
[0018] 为了实现玻璃陶瓷的几何结构改变，根据本发明提高玻璃陶瓷的温度，该温度通 常提高到玻璃化转变温度Tg以上，然后进行有针对性的通常非常快速的冷却。玻璃陶瓷在 进行几何结构改变之后在表面上至少部分地施加层，或者在进行几何结构改变之前就在其 表面上已经至少部分地包括层或涂层。
[0019] 对此，不仅材料表面而且材料体积都被加热，以使效果可见并且不能过度加热表 面。为了实现局部的几何结构改变，于是对此也局部地在体积中实现温度升高。
[0020] 这可通过在这种波长范围中的电磁辐射来进行，即，玻璃或玻璃陶瓷具有对所入 射的电磁福射的至少部分透射率。
[0021] 由此不仅在表面而且在一部分或整个厚度(在体积中）引入能量，使得获得均匀的 效果，在理想的情况下该效果除了局部的几何结构改变之外对构件的几何结构没有影响。
[0022] 如果辐射密度和吸收率的乘积足够高，那么出现局部的突然的温度提高并进而出 现体积改变。
[0023] 根据本发明，特别地提供了一种用于在玻璃陶瓷元件上制造凸起的结构的方法， 在该方法中用电磁辐射在表面的局部区域中照射玻璃元件或玻璃陶瓷元件，其中，射线穿 过玻璃元件或玻璃陶瓷元件并且对此至少部分地被吸收，使得玻璃陶瓷元件在经电磁辐射 照射的区域中被加热并且被加热超过玻璃化转变温度，并且其中，在加热之后结束照射，使 得加热的区域再次冷却到周围的玻璃或玻璃陶瓷材料的温度，并且其中，通过加热实现玻 璃或玻璃陶瓷的体积改变，该体积改变引起表面的局部突起，并且其中该状态在冷却经加 热的区域时被冻结，使得在冷却之后保留突起形式的表面变形。令人惊奇的是，在玻璃陶瓷 中的这种体积改变通过该方法以简单的方式实现，这种体积改变具有非常低或甚至为零的 温度膨胀系数a 2Q-6Q()。通常，这种玻璃陶瓷的温度膨胀系数α2〇-6(Χ)最高在2 · HT6K'在玻璃 元件的情况下，玻璃元件在产生突起之后通过温度处理进行陶瓷化并进而转变成玻璃陶瓷 元件。因此对于玻璃元件也使用所谓的毛坯玻璃，其具有能够转变成玻璃陶瓷的组分。对此 特别合适的是锂铝硅酸盐玻璃和镁铝硅酸盐玻璃。
[0024] 通过该方法可制造玻璃陶瓷件，在其中在表面中存在至少一个局部的突起，其中 最小的横向尺寸具有至少0.05mm的长度，并且其中局部突起具有在玻璃厚度的0.5%至 20%的范围中的高度，其中突起和周围的玻璃陶瓷材料是整体式的并且具有相同的组分， 并且其中根据本发明的一个改进方案玻璃陶瓷材料在突起之下具有比在突起周围的材料 更小的密度。局部突起的高度可为0.005至0.5毫米。该方法不仅应用在玻璃陶瓷上，而且应 用在玻璃上，其中由此获得相应的玻璃产品。如果首先在玻璃元件中产生局部突起，所述玻 璃元件之后被陶瓷化，那么可在陶瓷化期间补偿密度差，使得前述密度差不是一个强制性 的特征。
[0025]已经令人惊奇地发现，玻璃或玻璃陶瓷材料在产生突起之前就可以已经在表面上 至少部分地包括层或涂层。玻璃陶瓷材料例如可至少部分地包括装饰层。装饰层可例如设 置在玻璃或玻璃陶瓷材料的表面上、优选使用侧面上，以除了通过局部改变的几何结构产 生的可触觉感知的外观以外还产生可视觉感知的外观。对此，玻璃或玻璃陶瓷件在局部地 改变几何结构之前就可已经至少部分地包括层。
[0026]优选可借助已知的成本有利的方法、如通过刮板进行的丝网印刷方法、移印或喷 墨印刷在玻璃或玻璃陶瓷材料的至少一个表面上产生这种层。
[0027] 在本发明的一个改进方案中，也可在产生局部突起之后使根据本发明制造的玻璃 产品或根据本发明制造的玻璃陶瓷件至少局部地具有层。
[0028] 因此通过本发明可制造至少部分涂层的玻璃产品或玻璃陶瓷件，其包括局部突 起。在一个特别有利的实施方式中，局部突起和层的布置可相互协调，使得玻璃产品和玻璃 陶瓷件的可触觉感知的和视觉的特性彼此补充，以形成例如可在触觉上和视觉上简单感知 的操作区或功能区。功能区例如可以是加热区。
[0029] 在本发明中的玻璃陶瓷尤其是这种材料，在其中晶体份额高于其余玻璃相份额。 这优选是指体积和质量份额。优选地，晶体份额为至少60重量百分比。对本发明来说合适的 是例如由DE102004050263B4得知的玻璃陶瓷。在该玻璃陶瓷中，高石英混晶的份额优选在 60重量％至70重量％的范围中。对于本发明合适的其他玻璃陶瓷也可以具有更高的晶相重 量份额和/或体积份额。通过选择辐射源和引入能量的形式，几何结构改变的区域可以具有 点形、线形或面形。
[0030] 点形的辐射使得可以在突起的设计中具有许多选择。"点形"在本文中自然意味着 辐射区域始终还占据一定的小的区域。适合的尺寸特别是在直至玻璃或玻璃陶瓷元件的两 倍厚度的范围中。
[0031] 于是根据方法的一个改进方案，电磁辐射集中到外部尺寸为玻璃厚度的10%至 200%的区域上。优选地，该区域是圆形或椭圆形，但是在个别情况下可借助合适的光学装 置、如固定光学器件也可构造成线形，其中在此情况下线宽应不大于玻璃或玻璃陶瓷元件 的两倍厚度，优选不大于其厚度。线的几何结构和长度是任意的并且可以是开放式或闭合 式。由此借助相应的固定光学器件可制造例如直线、曲线、环或其他的几何元件，而无需移 动激光器或工件。
[0032] 在点形地引入能量的情况下，当移动辐射源或移动构件时几何结构改变的区域可 具有任意形状。以这种方式可例如在构件的表面上制造突起形式的字母、标志或三角形、四 角形或任意其他几何形状。
[0033] 在点形突起中几何形状改变的尺寸可达到0.05mm或以上、优选0.5mm、至3mm的直 径，以及在线形突起的情况下可达到0.05mm或以上、优选0.5mm、至3mm的线宽并且线长是任 意的。
[0034]于是根据本发明的一个改进方案，电磁辐射照射的点形区域在玻璃或玻璃陶瓷元 件的表面上运动，以产生表面积大于点形区域的表面积的突起。
[0035]作为辐射源可使用UV辐射源、具有钨丝的IR发射器、激光源、如二极管激光器、纤 维激光器或其电磁辐射可以至少部分地穿过玻璃陶瓷材料的其他辐射源。
[0036]根据待处理的玻璃陶瓷材料在辐射源的波长范围中的吸收率来选择正确的辐射 源。
[0037] 特别优选地，通过红外线激光器、优选二极管激光器作为辐射源进行加热。
[0038] 对于陶瓷化的赛兰玻璃陶瓷或一般的锂铝硅酸盐玻璃陶瓷合适的是例如波长在 近红外范围附近、例如在IMi范围中的二极管激光器。在该波长中4mm厚的玻璃陶瓷板的透 射率在50%和80%之间，从而足够多的射线穿过整个板厚度，以在能量引入的位置上均匀 地在板的厚度上加热板。
[0039]因此在足够高的功率的情况下，在几秒内在能量引入的位置上实现大于700°C的 温度。
[0040] 为了产生局部突起，即对此也局部地在体积中引起温度提高。这通过在这种波长 范围中的电磁辐射来进行，在该波长范围中玻璃或玻璃陶瓷具有针对入射的电磁辐射的部 分透射率。由此不仅在表面上，而且在玻璃陶瓷元件的整个厚度或部分体积中引入能量。
[0041] 如果辐射密度和吸收率的乘积足够高，那么出现(局部的）突然的温度提高并进而 出现体积改变。如果乘积过大，仅加热表面并进而过度加热并且在体积中的效果不够大。如 果乘积过小，那么加热过慢并且该效果或者根本不出现或者不再局部明显地限定，即效果 模糊。
[0042] 因此，根据本发明的一个改进方案，电磁辐射的辐射密度或功率密度和/或玻璃陶 瓷材料的吸收系数k选择成，功率密度和吸收系数k的乘积P至少为P = 0.35(W/mm3)*(l/ mm)。根据本发明的另一改进方案，为了避免仅在表面上的加热，吸收系数对此应为不高于 2/d，其中d是玻璃或玻璃陶瓷元件的厚度。
[0043]优选地，电磁辐射以至少2.5W/mm2的平均功率密度照射到玻璃或玻璃陶瓷元件的 待加热的区域上，以实现足够快速的加热。
[0044] 为了获得具有陡的斜面的突起，其可在触觉上良好地被感知，有利的是，非常快速 地加热，使得在玻璃或玻璃陶瓷材料中在垂直于照射方向的方向上产生陡的温度梯度。该 温度梯度于是引起在突起之下的较低密度的区域和周围材料之间的相应清晰的界限，该界 限又导致局部变形。因此优选的是，以至少20K每秒的温度提升来进行加热。在用于玻璃陶 瓷的初始玻璃(毛坯玻璃）中快速的温度提升也是有利的，从而快速地穿过成核的温度范围 并进而抑制提前的陶瓷化。该成核的温度范围在典型的毛坯玻璃、尤其如锂铝硅酸盐玻璃 中处于从700°C至800°C的范围中。通常优选的是，在加热期间在少于20秒内就穿过该温度 范围。
[0045] 为了在产生突起之后有利于将层施加到玻璃元件或玻璃陶瓷材料上，还可有利的 是，整个侧面构造成不太陡的，使得实现突起的更加平滑的几何轮廓。
[0046] 因此，突起的平滑的几何轮廓的特点是平缓的半径过渡部、突起的小的总高度或 平的斜度。已经发现特别有利的是，突起的高度hi与总宽度bl的比例在小于0.2、优选小于 0.1的范围中，总宽度包括突起的宽度b2和可能的围绕突起的凹陷部的宽度。此外有利的 是，围绕突起的凹陷部的深度h2与突起的高度h 1的比例小于0.5。最后有利的是，突起的宽 度b2与总宽度bl的比例在0.1和1之间。因此下面的比例式是有利的：
[0047] hl/bl〈0.2,特别有利的是hl/bl〈0.1;
[0048] h2/hl<0.5；
[0049] l>b2/bl>0.1〇
[0050] 对此，高度和深度分别从相应的表面开始测量。
[0051] 以这种方式可特别有利地使用如丝网印刷这样的标准装饰方法，以对根据本发明 制造的玻璃制品或根据本发明制造的玻璃陶瓷件进行涂层。已经发现，对此使用的刮板可 非常好地在产生的凸起上移动。由此能够特别简单地将具有大约o.lmm或更小的层厚的薄 层施加到玻璃制品或玻璃陶瓷件上。
[0052]在另一实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷材料在产生凸起结构之前就已经在表面上至 少部分地包括层或涂层。优选地，在相同的表面上也提供凸起结构。根据本发明的方法还实 现了在这种情况下产生凸起结构。在此有利的是，高温影响区具有小的横向扩展。尤其需要 确保保持到该层的足够距离，以不要过度加热该层，这会导致损坏。因此对于产生凸起的结 构所需的高温影响区应优选保持无层或无涂层。本发明提供以下优点，高温影响区可保持 得非常窄，使得在高温影响区的区域中的层的中断是几乎看不见的。
[0053]对此通常还有利的是，预先加热玻璃或玻璃陶瓷元件。以这种方式可缩短处理时 间并进而还实现了陡的温度梯度。预先加热尤其在玻璃元件中产生局部突起时是有利的， 以减小在冷却之后的机械应力。通常优选地，在表面的局部区域中用电磁辐射照射玻璃元 件或玻璃陶瓷元件以产生突起形式的表面变形之前，将玻璃或玻璃陶瓷元件预热到至少 300 °C、优选至少400 °C的温度。
[0054]将板冷却到室温之后，在能量引入的位置上的体积大于辐射处理之前。
[0055]可可选地，在冷却之后进行热的再处理步骤。通过这个再处理步骤，之前的加热所 引起的拉应力可以消除。而且可通过热的再处理步骤对产生的透射率进行精调。
[0056]热的再处理的可行的变型方案是：
[0057]-借助电磁辐射、优选借助激光进行第二加热步骤，由此将体积加热到应力消除温 度并且保持在该温度。
[0058] -在普通的炉中、例如冷却炉中进行热学的再加热和应力消除。
[0059] 通常，对于玻璃或玻璃陶瓷板，优选在使用侧面上产生局部突起，以产生可在触觉 上感知的结构。因此在一侧具有球形突起(knob)图案的玻璃或玻璃陶瓷元件中，局部突起 优选施加在光滑的侧面上。
[0060] 能量引入的区域不仅可通过能量辐射成型进行，而且可以通过对待处理的板进行 额外标记来进行，使得玻璃或玻璃陶瓷元件的不需要改变的部分有效地被保护以免被射线 击中。能够实现由圆的射线光斑射线成型到方形的或线性的照射区域中并且因此实现有限 的局部几何结构区域的同时辐射的光学器件可以有利方式用于根据本发明的方法。
[0061 ]该方法相对于现有技术的优点在于，只需要一个整体式构件，而无需进行组分的 任何调整、接合或加工处理。而且，可使整体式构件至少部分地包括层或涂层。该方法非常 快速(在几秒的量级中）、灵活度高并且非常适合大范围的几何结构和应用。
[0062]还可处理三维变形的构件。在玻璃陶瓷的情况下，根据该方法的对构件的处理不 仅可在陶瓷化步骤之前进行而且可以在陶瓷化步骤之后进行。
[0063] 本发明可用于例如下列应用：
[0064] -在玻璃陶瓷炉灶面上的烹饪区标记或控制元件的分界线，还例如用于所谓的"敏 感群体"，以在炉灶面上以触觉结构提供与安全相关的信息；
[0065] -将1维(条)或2维（点阵)条码施加到产品（例如小瓶/注射器）的表面上以持久地 标识；
[0066] -将容量刻度或填充高度标识或其他的标识施加到产品（例如小瓶、容器、管）的玻 璃壁上；
[0067] -将可见的设计元件施加到平面玻璃(例如建筑玻璃)上，如公司徽标或几何元件 (作为方向标志、逃生路径的箭头），
[0068] -通过在玻璃表面上的凸起的徽标持久地可靠地识别产品，
[0069] -将象形图、字母、几何对象施加到用于手机盖板或其他电子设备的触屏应用中，
[0070] -为视力有障碍的人们例如在炉灶面上形成感测结构，
[0071] -减小锅底和玻璃陶瓷炉灶面的接触面积，由此尤其在感应炉灶面中提供热绝缘，
[0072] -在凹陷部、尤其凹形成型或凹陷的控制元件中形成触觉结构，
[0073]在表面上、优选在使用侧面上产生这样的区，其具有不仅在触觉上而且在视觉上 可感知的性质。
【附图说明】
[0074] 下面根据实施例和附图详细阐述本发明。在附图中相同的附图标记表示相同或相 应的元件。
[0075] 在其中：
[0076] 图1示出了用于实施根据本发明的方法的布置，
[0077] 图2示出了根据本发明的玻璃陶瓷元件的示意性截面，
[0078] 图3示出了用于制造玻璃陶瓷的毛坯玻璃的光谱透射率曲线，
[0079] 图4示出了体积染色的玻璃陶瓷板的沿着垂直于局部凸起的纵向延伸的位置坐标 的透射率曲线图，
[0080] 图5示出了体积染色的玻璃陶瓷的变亮的区域和未改变的区域上的X射线衍射光 谱，
[0081] 图6示出了玻璃陶瓷板的经处理和未处理的区域的光谱透射率，
[0082]图7示出了凸起的高度轮廓，
[0083]图8示出了在图2中示出的实施方式的改进方案，
[0084]图9示出了玻璃陶瓷炉灶面，
[0085] 图10示出了具有局部突起的玻璃陶瓷元件的照片，以及
[0086] 图11示出了沿着横向越过在图10中示出的元件的局部突起的一部段的外形扫描，
[0087] 图12示出了具有环形的局部突起的玻璃元件的照片，以及
[0088] 图13示出了在图12中示出的玻璃元件上沿着横向越过局部突起的一个部段的外 形扫描，
[0089] 图14示出了具有两个彼此套嵌的环形突起的玻璃陶瓷元件的照片，
[0090] 图15示出了在图14中示出的玻璃陶瓷元件的外形扫描，
[0091] 图16示出了在图2中示出的实例的具有相对而置的突起的变型方案，
[0092] 图17示意性地示出了在图2中示出的实例的具有相对而置的突起的另一实施方 式，其中一侧包括涂层，
[0093] 图18示意性地示出了在图2中示出的实例的具有相对而置的突起的另一实施方 式，其中一侧包括涂层，该涂层也包括突起，以及
[0094] 图19示意性地示出了包括具有有利的几何结构的尺寸的突起的实施方式。
【具体实施方式】
[0095] 根据图1阐述根据本发明的方法的实施例。将在此以陶瓷化的玻璃陶瓷板形式的 具有50mm X 50mm尺寸和4mm厚度的玻璃陶瓷元件1(具有高石英混晶作为主晶相的锂错娃 酸盐玻璃陶瓷）以朝向二氧化硅陶瓷衬底7的侧面5放置在泥浆浇铸中制造的具有100mm X IOOmm尺寸和30mm厚度的二氧化硅陶瓷衬底7上。二氧化硅陶瓷衬底7和玻璃陶瓷板保持在 室温下。在该布置上安装具有焦距为250mm的聚焦光学器件130的激光扫描仪13,使得激光 射束90垂直于玻璃陶瓷板的表面地射出。在焦点中，激光射束的直径为1.5mm。由石英 (QUARZAL?)衬底7和玻璃陶瓷板构成的布置安置在焦平面中。将在900nm和IlOOnm波 长之间的激光辐射通过纤维11供给到激光扫描仪13。对此，例如提供在OW和3000W之间的可 调功率的laserline公司的二极管激光器用作激光源9。
[0096] 激光扫描仪此时例如被编程，使得以lm/s的速度行驶直径为40mm的圆。在激活激 光源9之后，以1000W的输出功率和30s的持续时间局部地照射玻璃陶瓷板。然后关闭激光器 9并且将玻璃陶瓷板暴露在空气中进行冷却。在照射的区域中可明显看出并触摸到在玻璃 陶瓷板上的凸起的圆。板的其余部分在几何结构上保持不变。这涉及平整度和局部厚度改 变。
[0097] 不限于上述实施例，优选进行快速冷却。这是有利的，从而冻结体积变化的效果。 因此在本发明的改进方案中规定，玻璃陶瓷在加热之后以至少IK每秒、优选至少5K每秒、特 别优选至少IOK每秒的冷却速率至少在从最大温度至低于最大温度100K的温度范围内被冷 却。
[0098] 可替代地，代替玻璃陶瓷元件1也可使用玻璃元件2。玻璃元件2然后在产生凸起的 结构之后进行陶瓷化。
[00"]玻璃元件或玻璃陶瓷元件可在产生凸起的结构之前就已经包括一个层或涂层。这 例如可以是装饰层，其施加在玻璃制品2或玻璃陶瓷元件1的表面上、优选在相应的使用侧 面上。该层例如可以特别成本有利地借助如丝网印刷法、移印或喷墨印刷这样的已知方法 形成。
[0100] 高温影响区的小的横向扩展使得该层扩展接近未变形区域。但是应保持高温影响 区到该层的足够距离，以不要过度加热该层，其会导致损坏。因此对于产生凸起的结构所需 的高温影响区应优选保持无层或无涂层。
[0101] 然而为了在产生突起之后有助于将层施加到玻璃元件或玻璃陶瓷材料上，也可有 利的是，形成不太陡的斜面，从而实现突起的相当缓和的几何结构曲线。
[0102] 因此突起的缓和的几何结构曲线的特征是缓和的半径过渡部、突起的小的总高度 或低的斜度。以这种方式可特别有利地使用如丝网印刷这样的标准装饰方法，以对根据本 发明制造的玻璃制品或根据本发明制造的玻璃陶瓷件进行涂层。已经发现，对此使用的刮 板可非常好地在产生的突起上移动。由此能够特别简单地将具有大约0. lmm、0.01mm、 0.005mm或更小层厚的薄层施加到玻璃制品或玻璃陶瓷件上。
[0103] 依据根据本发明的方法的一个优选的实施方式，玻璃或玻璃陶瓷元件可在电磁辐 射的照射之前、优选在如图1的实例中所示的激光辐射之前进行预热。该预热是有利的，从 而快速达到对于产生凸起的结构所期望的温度。特别是在玻璃元件2变形时在此实现了以 下优点，即，快速穿过晶核形成的温度范围，使得抑制提前的陶瓷化。对此特别是还使得在 冷却之后出现的机械应力最小化，因为降低了为了变形所需的温度上升。优选预热到至少 300°C的温度。在图1中所示的实例中设有加热源8,以预热基板。例如也可使用辐射源用作 加热源，但是辐射源不是局部地而是大面积地照射和加热玻璃或玻璃陶瓷元件，以进行预 热。根据一个实施例，在借助激光器局部地进一步加热并且以突起形式变形表面之前，将玻 璃元件2或玻璃陶瓷元件1预热到在400°C至500°C的范围中的温度。
[0104] 图2示出了根据本发明的玻璃陶瓷元件1的截面。通过用激光器9或与在玻璃陶瓷 材料中的输出功率和吸收率方面等效的另一辐射源进行快速加热，在侧面3上产生局部增 高或突起20,或凸起的结构。与周围的玻璃陶瓷材料相比，其中所述周围的玻璃陶瓷材料扩 展入突起20的区域中的玻璃陶瓷材料，在冷却时冻结的体积变化使得区域22具有降低的密 度。该区域22可如在图2中所示的实例那样延伸直至侧面5,该侧面与具有突起20的侧面3相 对而置。
[0105] 通过根据本发明的方法产生的突起或者说局部突起20具有带有倒圆的边缘的特 征轮廓。尤其是如还在图2中示意性示出的那样，突起20的边缘具有凹形的曲面24,其朝向 突起中间的方向过渡到凸形的曲面25中。
[0106] 如果代替玻璃陶瓷元件使用玻璃元件并且在表面变形并且产生突起20之后才进 行陶瓷化，那么可在陶瓷化时至少部分地平衡密度差异。在这种情况下不存在区域22或其 密度至少不明显地区别于周围的玻璃陶瓷材料。
[0107] 图3示出了所谓的毛坯玻璃的光谱透射率曲线。该毛坯玻璃可通过陶瓷化转变成 锂铝硅酸盐玻璃陶瓷。进行透射率测量的玻璃元件具有4毫米的厚度。为了辐射穿过玻璃元 件2并对此至少部分地吸收，在500纳米至2700纳米范围中的波长特别合适。在3200纳米至 4200纳米范围中的波长同样也可以，因为该玻璃在该光谱范围中也具有高透射率，其允许 辐射穿透。
[0108] 还令人惊奇的是，在体积染色的玻璃陶瓷元件1中除了改变表面也可实现局部颜 色改变。尤其可在突起20的区域中局部地提高光透射率。在体积染色的材料上的这种颜色 变化可在通过可染色的金属离子在特别用氧化钒染色的玻璃陶瓷上得到证实。
[0109] 因此，在本发明的改进方案中不限于特殊示出的实施例地规定，玻璃陶瓷件的玻 璃陶瓷通过可染色的金属离子进行体积染色，其中，对玻璃陶瓷的染色在局部突起的区域 中与在邻近局部突起20的第二区域中不同，使得在局部突起20的区域中的吸收系数小于第 二区域的吸收系数并且因此在局部突起20上的在可见光谱范围中的整体光透射比第二区 域的整体光透射更高。
[0110] 在本发明中体积染色的玻璃陶瓷理解为色心或可染色的离子分布在材料中的材 料。因此它们不像色素中那样局部地以可染色的微晶的形式集中。同染料类似，可染色的离 子或色心由此溶解在玻璃或玻璃陶瓷中，而色素分散在材料中。因此虽然体积染色影响透 射，但是不影响散射，与之相反，色素本身是散射颗粒。但是不能排除可能额外存在的色素。
[0111] 根据本发明的方法也非常好地适合局部地削弱以氧化钒进行体积染色的玻璃陶 瓷件的染色效果。因此在此情况下，在局部区域中通过加热提高在380纳米和780纳米之间 的可见光谱范围中的透射。因此根据本发明的一个实施方式，设有以氧化钒进行体积染色 的玻璃陶瓷元件，在其中在根据本发明处理的区域中、即在形成局部突起的位置上，相比于 相邻的未经处理的第二区域提高了在可见光谱范围中的整体透射。
[0112] 以这种方式可以简单的方式例如在否则看起来暗淡的玻璃陶瓷炉灶面中产生具 有较高透射的窗口。在这种窗口之下也可安装显示装置，观察者能够穿过局部突起看见来 自该显示装置的光。窗口作为通过根据本发明的方法制造的变亮区域的特别优选的形式理 解为由相邻的未变亮的第二区域的至少三个侧面或其圆周的至少50%包围的区域。优选 地，变亮的第一区域完全地由第二区域或未变亮的玻璃陶瓷材料包围。
[0113] 典型地，出现透射提升的温度在玻璃陶瓷的粘度在1014dPas时的温度之上。如果没 有加热到粘度具有10 7'6dPa*s的值的软化温度，那么也可在没有形状改变的情况下实现变 亮。因此，根据加热，可形成局部突起和额外地形成仅变亮的区域。
[0114] 为了实现足够暗淡的染色，优选的是，玻璃陶瓷包含至少0.005、优选至少0.01重 量百分比的氧化钒。
[0115] 对此，根据本发明的一个实施方式，玻璃陶瓷通过可染色的离子、优选通过氧化钒 染色，使得玻璃陶瓷在第二区域的可见光谱范围中的整体光透射最高为5%、优选最高为 2.5%〇
[0116] 如果在毛坯玻璃、即，在玻璃元件2中已经产生局部突起，那么通常不会实现局部 变亮，因为暗淡的染色只有在陶瓷化期间出现。但是如果期望，也可通过另一加热步骤再次 实现局部变亮。
[0117] 图4示出这种通过氧化钒进行体积染色的玻璃陶瓷样品的透射率曲线图，在其中， 通过根据本发明的方法制造以脊或隆起部的形式的局部突起20。位置坐标的方向垂直于脊 的纵向方向延伸。局部突起20的轮廓也在加热玻璃陶瓷引起的退色部和进而伴随的相对于 突起旁边的相邻的第二区域的透射率提高部上可见。当透过玻璃陶瓷样品来看时，局部突 起的区域看起来相应明显更亮。对此也可以在选择加热时的更平缓的温度梯度时在没有根 据本发明的突起20的情况下仅产生退色或变亮。如果在一个区域中在没有体积变化的情况 下仅产生变亮部，那么在此不同于上面所述，功率密度和吸收系数k的乘积P保持地更小。对 于该乘积优选值至少为？ = 〇.25(胃/1111]13)*(1/1111]1)。
[0118] 通过该方法获得了例如以炉灶面形式的体积染色的整体式玻璃陶瓷件，该炉灶面 具有第一区域，对玻璃陶瓷的染色在第一区域中与相邻的第二区域不同，从而第一区域的 吸收系数小于相邻的第二区域16的吸收系数并因此在第一区域的可见光谱范围中的整体 光透射高于相邻的第二区域的整体光透射，其中在第一区域的玻璃陶瓷中的光散射通常相 对于在第二区域的玻璃陶瓷中的光散射提高不高于绝对值的20%、优选提高不高于绝对值 的10%、特别优选提高不高于绝对值的5%、特别优选提高不高于绝对值的1%。因此在第一 区域的玻璃陶瓷中的光散射基本等于相邻的具有未改变的光透射的第二区域的光散射。在 第一区域中的光散射小于第二区域的光散射的情况下光散射的上限也提高不高于绝对值 的20%。随着可能微弱提高的光散射，没有引起可见效应。光散射是整个入射强度减去直接 透射的光、菲涅尔反射和吸收光的部分。绝对的、以百分比给出的散射提高是指散射光在光 束透射中的部分。如果在第二区域中的散射的光强度的部分例如是总强度的3%，那么在第 一区域中提高绝对值的5 %意味着在第一区域中的散射的光强度的部分是3 % +5 % = 8 %。 在本发明中所使用的术语透射、散射、吸收和反射(remission)相应于根据DIN5036-1的定 义并且能够通过根据ISO 1536810的测量标准确定。所述第一区域额外地具有根据本发明 的局部突起20。可以在没有突起的情况下制造一个或多个另外的第一区域。具有上述给出 的数值的略微改变的光散射的效果也可存在于没有体积染色的玻璃陶瓷或没有通过根据 本发明的处理导致的颜色改变的玻璃陶瓷中。
[0119] 整体光透射是指在波长范围、例如波长在380和780纳米之间的可见光谱范围中平 均的光透射率。光透射率是光透射作为波长的函数，其以百分比值表达。如果没有说是光透 射率，那么光透射在本说明书中是指整体的光透射。透射变化的程度可在最初的透射率上 加上绝对值的0.1%直至高于绝对值的50%。优选地，特别是在染成暗色的玻璃陶瓷中在第 一区域20中的可见光谱范围中的透射率相对于相邻的第二区域16提高至少2倍。在图4中所 示的实例中，在局部突起的区域中的透射率相比于未变亮的与突起20相邻的区域16提高大 于3倍。
[0120] 本发明的该实施方式的另一特征是，入射的波长无需与实现效果的波长、即，出现 透射变化的波长一致。因此，在本发明中能够例如在红外线波长范围中在Iym波长下辐射， 因为在该波长范围中在玻璃陶瓷中存在吸收带。但是得到的效果例如可在380nm和780nm之 间的可见范围中并且由于在玻璃中存在的元素和化合物的物理化学反应在该区域中在一 个或多个波长下引起透射变化。
[0121]在体积染色的玻璃陶瓷的情况下引入局部突起20和/或变亮部时在改变的或处理 的区域中仅获得很小的结构变化。
[0122]图5对此示出了例如通过根据图1所述方法获得的整体式玻璃陶瓷元件上的X射线 衍射光谱。所研究的玻璃陶瓷是经氧化钒体积染色的锂铝硅酸盐玻璃陶瓷，例如用于炉灶 面。X射线衍射用于比较通过激光照射而变亮的区域15和相邻的未变亮的区域16的晶相、晶 相份额和晶粒大小。额外地通过菱形、方形或圆形表示不同晶相的相对强度。对此方形表示 高石英混晶（HQMK)的X射线衍射峰值、菱形表示锂铝硅酸盐或热液石英混晶（KMK、 IOLiAlSi3O8)的X射线衍射峰值并且圆形表示同样显示在玻璃陶瓷中的锆钛酸(ZrTiO 4)的X 射线衍射峰值。对此，曲线150是在变亮的区域、即根据本发明处理的区域上的X射线衍射光 谱并且曲线160是相邻的未改变的区域16的X射线衍射光谱。如可看出的那样，该曲线实际 上是重合的，除了为了说明而具有不同偏移。在更精确地评估X射线衍射峰值的强度时作为 唯一得到热液石英混晶份额的少许提升。结果再次总结在下表中：
[0124] 对于在以"校正"表示的列中的吸收校正使用玻璃陶瓷的化学组分和假定密度P = 2.5g/cm3〇
[0125] 根据上述表格和图5,高石英混晶相的份额在测量误差之内没有变化。只有热液石 英混晶份额显示出变化，该变化由于该晶相很小的份额而对玻璃陶瓷的微观结构没有明显 影响。这意味着，即使玻璃陶瓷元件的处理区域和未处理区域对此没有明显结构差异，那么 根据一个改进方案，铝硅酸盐玻璃陶瓷、尤其锂铝硅酸盐玻璃陶瓷的根据本发明处理的区 域相对于相邻的未处理的区域可检测到更高份额的热液石英混晶。
[0126] 晶相和/或其份额的改变可影响光散射。如果材料中的光散射改变，这也导致在照 明处理的区域时的改变的反射。如在上述实例中所示，经处理和未处理的区域在其形态学 中、尤其在存在的晶相方面实际上相同。因此在根据本发明的产品中，当比较经处理和未处 理的区域时，反射没有改变或可能仅有微小改变。因此在本发明的改进方案中，不限于前述 实施例地规定，第一区域对于可见光的反射与第二区域的反射相差最高为绝对值的20%、 优选最高为绝对值的10%、特别优选最高为绝对值的5%。而且光散射在第一区域中仅略微 增加，如果有的话，那么在任何情况下都少量地增加少于绝对值的5%。如上所述，玻璃陶瓷 的组分优选通常如此选择，即，晶体份额或晶相份额高于其余玻璃相的份额。对此，根据本 发明的一个实施方式，高石英混晶的份额在最高70重量％、优选在60和70重量％之间。
[0127] 具有这种性质的玻璃陶瓷可通过基于以重量％表示的下列氧化物的组分制造：

3.8_6 〇
[0130] 在样品上进行X射线衍射测量，在其中仅在没有体积变化的情况下进行变亮。在根 据本发明的具有局部变形的方法中，由于较强的加热可得到热液石英相份额的更明显增 加。在产生明显突出的局部突起的样品中也可用眼睛观察到在突起区域中的散射的轻微增 加。因为光散射通常由于热液石英混晶引起，因此根据本发明的一个实施方式，在LAS玻璃 陶瓷中在突起20中或之下的玻璃陶瓷材料中更高份额的热液石英混晶是根据本发明制造 的玻璃陶瓷件的一个特征。因此，根据本发明的该改进方案设有由铝硅酸盐玻璃陶瓷、优选 由锂铝硅酸盐玻璃陶瓷制成的玻璃陶瓷件，在其中，在局部突起20上的玻璃陶瓷材料具有 比与局部突起相邻的第二区域16更高份额的热液石英混晶。
[0131] 在具有通过氧化钒进行体积染色的玻璃陶瓷和同时通过局部突起实现透射率提 高的实施方式中获得了到达蓝色光谱范围中的充分的透射率提高作为特别有利的效果。这 实现了变亮的区域也可用于发蓝光的可照射穿过玻璃陶瓷的光学显示装置。
[0132] 图6对此示出了根据本发明处理的用氧化钒进行体积染色的4mm厚的玻璃陶瓷板 的光谱透射率作为波长的函数。在图6中的曲线151对此表示通过激光处理的区域的光谱透 射率，曲线161表示相邻的未经处理的区域16的光谱透射率。根据这两个曲线可以看出，在 处理的区域15中的在420纳米和780纳米之间的整个光谱范围中的光谱透射率明显更高。这 在不显著改变色彩的情况下改善透明度时是有利的，从而可选择性地使玻璃陶瓷炉灶面的 特定区域针对发光或不发光的显示元件而更透明或通常嵌入窗口、尤其可视窗口。因此，根 据本发明的一个改进方案并且不限于特殊实施例，在420纳米和780纳米之间的整个光谱范 围中的光谱透射率在第一区域中高于在相邻的第二区域中。
[0133] 在根据图6的光谱透射率上此外还可看出，在蓝色和绿色的光谱范围中的透射率 比在红色范围中相对明显更强地增加。例如，在500纳米处的透射率从0.0028上升到0.027， 即，提升了九倍多。在600纳米处，提升倍数较小并且在此为4.7。这刚好特别有利于在体积 染色的、特别通过氧化钒染色的玻璃陶瓷中改善对蓝色和/或绿色的显示元件或彩色显示 器的显示能力。因此，根据本发明的另一改进方案，经处理的区域与相邻的未处理的区域在 波长在400至500纳米的范围中的光谱透射率的比例大于在波长在600至800纳米的范围中。 在仅变亮、但是没有产生突起的样品上测量光谱透射率。因为在根据本发明通过局部暴露 于电磁辐射和加热到玻璃转化温度以上来制造突起结构或突起时以相同的或甚至更强的 程度进行变亮，所以根据图6的实施例也适用于根据本发明的玻璃陶瓷件。
[0134] 下面列出通过针对不同颜色模型（xyY、Lab、Luv)和不同标准光源透照4mm厚的玻 璃陶瓷板在处理的和未处理的区域15、16上测量的颜色：
[0135] 标准光类型A 区域16 区域?5 X 0.6307 0.5782
[0136] y 0,3480 0,3805 Y 1.7
[0137] 标准光类型D65 区域I6 区域15 X 0.5550 0,4773
[0138] y 0.3540 0.3752 Y 1.2 6.2 Ra -25.6 22.0
[0139] 标准光类型C 区域16 区域15 X 0.5545 0.4763
[0140] y 0.3495 0.3685 Y 1,2 6,3 黄度指数174,0 120.8
[0141] 标准光类型A 区域16区域15
[0142] I * 13.6 33：,2 a*. 23...2 24.2 b* 19.1 27.7
[0143] (：* 30.0 36.8
[0144] 标准光类型D65 区域16 区域15 L=M(U) 3().?)
[0145] a* 20.8 20.2 b* 13.8 22.9 c* 25.0 30.5
[0146] 标准光类型C 区域16 区域15 T* 10.8 30.2
[0147] Γι* 20.1 19.2 b* 14.1 23.2 c* 24.5 30.1
[0148] 标准光类型A 区域M 区域15 L* 13,6 33 2
[0149] π* 30,3 45.3 v* I >.9 4,3
[0150] 标准光类型D65 区域16 区域I 5 I* 10 6 30.0
[0151] U* 22.6 36.6 V* 7.0 1 8.5
[0152] 标准光类型C 区域16 区域15 T* 10.8 30.2
[0153] u* 22.9 36.7 V* 7,：8 20.3
[0154] 在颜色模型Lab、xyY和Luv中，参数L或Y分别表示亮度。在使用标准光类型C或标准 光类型D65时，在xyY颜色模型中的参数Y对此对应于在可见的光谱范围中的透射T vls并且从 Y值的比较中求出透射增加。根据上述数值显示出，在可见光谱范围中的透射提高了至少 2.5倍。通常对此可注意到，透射也取决于透照的玻璃陶瓷炉灶面的折射率和厚度。但是一 般可建议，根据本发明的一个改进方案，在厚度为4毫米、在380和780纳米之间的可见光谱 范围中的透射率提高了至少2.5倍。
[0155] 如前面所述的图4和6的实施例那样的通过氧化钒V 2 0 5的染色还由 DE102008050263B4公开，根据其染色机制为复杂的工艺。为了使氧化钒转变到可染色的状 态中，根据该文献前提是进行氧化还原反应。在可结晶的原始玻璃中V 2O5还相对弱地染色并 且引起轻微绿色。在陶瓷化过程中发生氧化还原反应，钒还原并且氧化还原对被氧化。
[0156] 澄清剂用作初级氧化还原对，这由在Sb和Sn澄清的组分上进行的穆斯堡尔研究示 出。在陶瓷化过程中，在原始玻璃中的Sb3+或Sn 2+分别转变为更高的氧化态Sb5+或Sn4+。假设 钒以还原的氧化态、例如V 4+或V3+合并入晶种中并且在此通过电子电荷转移反应明显染色。 作为另一氧化还原对TiO 2也可通过氧化钒强化染色。除了在原始玻璃中的氧化还原对的类 型和量以外，根据DE102008050263B4,在熔化时在玻璃中被调节的氧化还原态也产生影响。 低的氧分压、即调节成还原态的熔体例如通过高的熔化温度加强了氧化钒的染色效果。
[0157] 但是也可能的是，还原的V4+或V3+没有或不排他地合并到晶种中，而是也可合并到 其他的结构环境中，例如高石英混晶或晶簇(Cluster)中。
[0158] 借助本发明此时通过照射高能射线并且加热玻璃陶瓷来局部地改变染色。
[0159] 这可与提供颜色的电荷转移过程的影响相结合。因为假设的在电荷转移时在供体 中心和受体中心之间的电子转移对于吸收是决定性的，所以假设通过施加的高能射线并且 加热在此对中心进行结构改变。该结构改变降低了电子转移的频率/概率并进而降低吸收。
[0160] 由于在陶瓷化过程中钒染色对氧分压和氧化还原过程反应的敏感度，在此可考虑 竞争的化合价变化。就是说，辐射与加热的结合可将电子从供体中心或受体中心中尽可能 地去除并且进而使电子对于电荷转移过程钝化。
[0161] 该假设得到了如下观察的支持:通过热处理可再次反转还原的染色。可以恢复中 心的在热动力学方面更稳定的结构态。因此再次提高了提供颜色的电荷转移的频率。
[0162] 图7示出了突起20的光学测量的高度轮廓，在突起上也测量了在图4中所示的透射 率曲线。在图示中可观察到，在横坐标和纵坐标上的尺寸选择地明显不同，以明显显示局部 突起的形状。在纵坐标轴上的刻度线示出了大约16.5μπι的间距。也可明显看出，在突起20的 边缘处的凹形弯曲部24，其朝中间过渡到凸形弯曲部25中。
[0163] 在比较图4和图7的情况下得出，透射率曲线的半最大值全宽度大于突起20的半最 大值全宽度。这因为与突起的形成相比，体积染色的玻璃陶瓷的变亮或通常来说颜色变化 已经在更低的温度下进行。由此，变亮甚至在由于辐射时的温度范围而不再有体积变化的 位置处发生。因此，在本发明的改进方案中，不限于特殊的在图4和图7中所示的实施例，在 局部突起20的区域中的整体的光透射的透射率曲线的半最大值全宽度大于局部突起20本 身的半最大值全宽度。
[0164] 局部突起20的高度还位于0.025至0.8毫米、优选至0.3毫米的范围中。特别地，在 图7中示出的实例中的高度在大约100微米。该高度的突起可通过触觉被很好地感知，这在 高度过小时不再实现。另一方面，过大的超过0.3毫米的高度由于体积变化而导致在材料中 的应力，该应力可对玻璃陶瓷件的强度有不利的影响。特别优选地，突起20的高度在50μπι至 150μπι的范围中。但是尤其在点状突起的情况下也可在没有明显强度损失的条件下产生所 说的0.8毫米的高度。如果突起被加入玻璃元件2中，该玻璃元件之后进行陶瓷化，那么存在 的应力在陶瓷化期间消除。因此也可轻松实现所说的0.8毫米的突起高度。
[0165] 图8示出了在图2中所示的实施方式的变型方案。在该变型方案中，在侧面3上将凹 陷部30设置到玻璃或玻璃陶瓷元件的表面中。然后通过根据本发明的方法在该凹陷部中产 生局部突起20。凹陷部例如可在陶瓷化之前通过热成型或也可在陶瓷化之前或之后通过侵 蚀过程产生。一种优选的应用是尤其在玻璃陶瓷炉灶面上的控制元件，其通过凹陷部30标 记。这种凹陷的或凹形的控制元件用于使得控制元件或其位置可通过触觉被感知。通过局 部突起可产生额外的触觉结构。尤其这种局部突起也可代替表示控制元件功能的印刷部。 在此提供的优点是，在此尤其以符号形式的局部突起20相比于印刷部更耐磨损。优选地，为 控制元件使用触敏开关。对此可在凹陷部之下例如布置合适的传感器33,该传感器检测手 指对在凹陷部中的玻璃陶瓷的触摸。合适的例如是电容传感器。而且在凹陷部30中的表面 上可布置合适的传感器，以提供触敏开关。
[0166] 图9示出了具有玻璃陶瓷板1的玻璃陶瓷炉灶面40作为本发明的应用，玻璃陶瓷板 具有至少一个根据本发明制造的局部突起20。根据本发明的实施方式规定，在体积染色的 玻璃陶瓷中引入突起20的同时可实现透射提升。对此，在玻璃陶瓷板1之下的显示元件、尤 其是自发光的显示元件可被看到。因此，在本发明的一个实施方式中规定，玻璃陶瓷板1通 过能染色的金属离子进行体积染色，其中，在局部突起的区域中或突起20的区域中玻璃陶 瓷的染色不同于在局部突起20的旁边的第二区域16,使得在局部突起20的区域中的吸收系 数小于第二区域16的吸收系数并且进而在可见的光谱范围中在局部突起20上的整体光透 射高于第二区域16的整体光透射。优选自发光的显示装置23布置在第一区域15之下，其光 线穿过第一区域15可见。
[0167] 根据另一实施方式，突起20在陶瓷化之前产生。之后通过第二温度处理步骤产生 在突起区域中的变亮，通过第二温度处理步骤实现上述的退色。
[0168] 这种显示尤其也可与根据图8的控制元件结合，使得提供具有可触觉感知的局部 突起20的自发光的触敏开关。
[0169] 局部突起20可以特别有利的方式进行应用，以降低在烹饪容器37和玻璃陶瓷的表 面之间的热传导。这例如在使用感应加热元件作为加热元件34的情况下是有利的。在这种 情况下烹饪容器比玻璃陶瓷板更热。因此，在本发明的改进方案中规定，玻璃陶瓷炉灶面40 具有带有局部突起20的烹饪区35,使得通过局部突起20降低烹饪容器37在烹饪区上的接触 面并且在烹饪容器37的底部和玻璃陶瓷板1的表面之间提供空隙38。
[0170] 根据本发明制造的凸起的结构或局部突起20通常具有特别而有利的形状，该形状 在图7所示的实例中由于基本不精确的测量和小的测量区段仅可大致地看出。
[0171] 图10对此示出了根据本发明的具有局部突起20的玻璃陶瓷元件1的照片，在此以 直线的线形突起的形式。
[0172] 图11示出了表面或表面轮廓的外形扫描，其沿着图10中所示的箭头借助测量探头 测量。整个的测量长度为45mm。玻璃陶瓷样品显示出轻微拱曲，使得图11的表面轮廓的测量 的高度值朝样品中间提升。外形扫描通过具有探测头的轮廓仪测量。
[0173]如根据表面轮廓明显看出的那样，突起20融合到凹陷的边缘19中。不限于特殊的 示出的实例，根据本发明的另一方案设有在表面中存在至少一个局部突起20的玻璃陶瓷件 1，其中，最小的横向尺寸具有至少〇.〇5mm的长度，并且局部突起具有0.025至0.8毫米范围 内的高度，其中，突起和周围的玻璃陶瓷材料是整体式的并且具有相同组分，并且突起20被 凹陷的边缘19包围。换句话说，突起20过渡到相对于玻璃陶瓷元件的表面凹陷的沟槽中。凹 陷的边缘19和突起20的体积对此也可尽可能地几乎或完全补偿。因此，不限于该实施例，根 据本发明的一个实施方式规定，局部突起20和凹陷的边缘19的体积相差最高2倍、优选相差 最高1.5倍。
[0174] 因此总之，不需要或仅需要很小的体积增加并进而在突起20的区域中也没有或仅 伴随有很小的密度减小。由此机械应力也仅很小。这尤其对以局部突起20的形式的变形被 引入玻璃元件中并且玻璃元件之后进行陶瓷化的情况适用。在陶瓷化过程中，保留的机械 应力完全地或至少几乎完全地被消除。因此，根据本发明的一个优选的实施方式，玻璃陶瓷 元件1在局部突起20的区域中具有小于15MPa、优选小于I OMPa的机械应力。
[0175] 术语"突起"或其近义词"凸起"以及"凹陷部"如在本说明书中所使用的那样，分别 是指玻璃或玻璃陶瓷元件的包围突起或凹陷部的表面水平。
[0176] 此外，如同样根据图11可看出的那样，凹陷部和突起的最小曲率半径通常也是类 似的。但是此外，根据本发明的一个改进方案，突起20的最小曲率半径大于凹陷部19的最小 曲率半径。
[0177] 根据本发明的一个改进方案，突起20的最小曲率半径和凹陷部19的凹形弯曲的最 小曲率半径相差最高3.5倍、优选相差最高2.5倍。对此，尤其突起20的最小曲率半径定位在 凸形弯曲上并且凹陷部19的最小曲率半径定位在表面的凹形弯曲上。根据本发明产生的突 起20的典型的最小曲率半径对此在0.5和IO毫米之间、优选在1.5毫米和8毫米之间。
[0178] 在图11中示出了具有凹陷的边缘19的沟槽的两个最小曲率半径RI、R3和突起20的 最小曲率半径R2的横向位置作为实例。
[0179] 通常通过3点法从外形扫描的测量值中确定局部曲率半径。对此确定矢量
[0180]
[0181] 其表示在外形或表面轮廓的三个点A、B、C之间的连接矢量。在前面示出的描述中， 外形点A、B、C分别具有三个坐标。但是该方法如图11作为实例示出的那样同样可以用在二 维的外形扫描上，例如通过使z坐标轴A Z、BZ、CZ都等于零。
[0182] 然后通过根据公式（1)的矢量可由矢量的绝对值形成量
[0185] 然后通过点A、B、C得到曲率半径作为圆的半径
[0183]
[0184]
[0186]
[0187] 为了获得更精确的曲率半径值，也可通过曲率半径的对不同的点A、B、C的多个三 次方求平均。
[0188] 对于在图11中所示的实例此时得到曲率半径
[0189] Rl =6.47mm；
[0190] R2 = 11.58mm 和
[0191] R3 = 6.18mm〇
[0192] 突起20的最小曲率半径R2虽然大于沟槽或凹陷的边缘19的最小曲率半径，但是所 有的半径都处于相同的数量级中并且在半径之间的差小于2倍。
[0193] 图12和图13示出了根据本发明的突起20的另一实例，该突起通过凹陷的边缘19或 沟槽形的凹陷部转变到周围的表面中。在该实例中，玻璃元件2的表面成形有环形突起20。 玻璃元件2然后可进行陶瓷化，以获得玻璃陶瓷元件。图13示出了类似于图11的沿着穿过圆 环形突起20的中点延伸的路径的外形扫描。该路径在图12的照片中作为箭头示出。外形扫 描在关于圆环形突起的中心在直径的另一端相对而置的点上两次穿过突起20。与此对应， 外形扫描显示两个最大值。通过上述方法再次从外形扫描中求出凹陷的边缘(半径R1、R3) 和突起20(半径R2、R4)的最小曲率半径。在该实例中对于所得到半径为：
[0194] Rl=8.8mm;
[0195] R2 = 6.1mm;
[0196] R3 = 6.2mm；
[0197] R4 = 5.7mm〇
[0198] 凹陷的边缘19和突起20的最小曲率半径在此仅略微不同。根据该测量值差别小于 1.5倍。
[0199] 在两个实施例中突起20构造成线形的，即，一次以直线的形式并且一次以环形作 为圆线。通常线形的突起20特别优选，以例如标记操作元件或更常见地标记在玻璃陶瓷元 件上的区域。例如在玻璃陶瓷炉灶面中可如在图9中所示的实例那样布置显示器元件或传 感器、尤其用于控制面板开关的传感器。根据本发明的突起20在此也还用作热绝缘部。例如 热的烹饪容器与玻璃陶瓷材料在传感器或显示器的区域中的接触被避免，使得玻璃陶瓷被 更慢地加热。由此保护显示装置23或传感器以免过度加热并且如此绝缘的区域保持足够 冷，以可以用手触摸。
[0200] 凹陷的边缘19有特别的优点。在凹陷的边缘19的最低点和突起20的最高点之间的 高度差通过边缘的高度来增加。由此突起20比相同高的从平面中提升的突起可通过触觉和 视觉更明显地感知。此外还避免了例如通过在炉灶面上滑动烹饪容器而损坏突起的风险。
[0201] 如根据该实例可看出，凹陷的边缘19通常具有另一个对视觉和触觉的感知性特别 有利的特性。因为凹陷的边缘19从平的表面区域朝突起20的方向首先平缓下降，从而之后 从最低点开始更陡地过渡到突起20中。而且，凹陷的边缘19的斜面的不同陡度还导致凹陷 的边缘的最低点朝突起的方向错开地布置。换句话说，在本发明的改进方案中，凹陷的边缘 19关于其最低点具有非对称的截面，其中从最低点到突起20的平均陡度的绝对值大于从最 低点开始离开突起20的平均陡度。换句话说，凹陷的边缘19从最低点开始具有两个斜面，其 中指向突起的斜面比另一斜面更陡。通常最低点也是具有最小曲率半径的点或具有最小曲 率半径的点至少位于最低点的附近。而且该形状导致更好的可见性和感知性，因为表面朝 最低点更平缓地下降并进而不太明显地进行，从而使得突起可更明显地感知和可见。
[0202] 通过本发明可相对于其表面轮廓产生几乎任意形状的突起20。在图14和15中对此 示出了另一实例。在环形突起中，如在所示的实例中那样这些突起也可相互嵌接。在该实例 中在玻璃元件中，在具有正方形或通常方形轮廓的外部的环形突起20中产生内部的圆环形 突起20并且玻璃元件之后陶瓷化成玻璃陶瓷元件1。如还在所示的实例中那样，在相互嵌接 的环形突起20中各个环具有不同的高度。有利的是，还如该实例所示那样，高度朝中间增加 或内环具有比外环更大的高度。这例如在玻璃陶瓷炉灶面中简化了烹饪容器在变形部上的 滑动。
[0203] 如果为了加热以产生突起而使用电磁辐射、优选激光，其穿透玻璃或玻璃陶瓷，那 么整个体积在射入和射出位置之间受到加热。这在使用反射辐射的底层的情况下更适用。 以这种方式可在板形的玻璃或玻璃陶瓷元件中制造相对而置的突起20,因为两个相对而置 的表面被加热。
[0204] 图16对此示意性地示出了相应的板形的在两个侧面3、5上具有相对而置的突起20 的玻璃陶瓷元件1。
[0205] 在图17中示意性地示出了图16中所示的板形的在两个侧面3、5上具有相对而置的 突起20的玻璃陶瓷元件1，其中一侧面3设有层17。通过构造产生的突起20的形状，其特征是 平缓的半径过渡部、突起的小的绝对高度和小的侧向伸展，可通过丝网印刷刮板加工，刮板 在突起上移动。由此可能的是，借助特别低成本的丝网印刷方法在产生突起20之后将涂层 17施加到玻璃陶瓷元件1上。层施加可以这种方式直至开始的变形部附近。因此可特别有利 地使用如丝网印刷这样的标准装饰方法，以施加尤其也可是装饰层的层17。
[0206] 以这种方式可在根据本发明的制造突起之后将用于产生特定的可见的外观的层、 尤其是装饰层或功能层、例如防划层或不粘层施加到玻璃陶瓷元件1上。之后施加层的优点 是，当产生突起时不会损坏层。以这种方式也可施加非常敏感的层。
[0207] 在图18中示意性地示出了板形的在两个侧面3、5上具有相对而置的突起20的玻璃 陶瓷元件1的另一实施例，其中，一侧面3设有层18。施加在该侧面3上的层在该实例中也包 括突起20的区域以及凹陷的边缘19的区域。突起的形状使得可以在边缘和突起上印刷，使 得该侧面3可完全地设有层。以这种方式可在玻璃陶瓷元件已经设有期望的突起之后非常 良好地在玻璃陶瓷元件上产生高达大约〇.1_厚的装饰结构或整面印刷图案。
[0208] 优选地，侧面3是玻璃陶瓷元件1的使用侧面。
[0209] 代替在产生突起之后施加层，也可在该工序之前施加层。换句话说，也可行的是， 对至少部分地已经涂层的玻璃陶瓷元件1配置根据本发明的突起。在此需要注意，高温影响 区不具有层或涂层，因为由于热效应会损害层。因为根据本发明高温影响区可保持得非常 窄，所以有利的是，仅相应地需要从层中排除玻璃陶瓷元件1的表面上的窄的区域中的层。 通常高温影响区的伸展对应于暴露于电磁辐射的区域，即在玻璃元件或玻璃陶瓷元件的表 面上的点形构造的区域。
[0210] 层与激光光斑的距离通常取决于层的耐高温性，其中需要注意，不要过度加热层。 对此不仅需要注意玻璃或玻璃陶瓷的预热温度，而且还有在直接加热的变形区域的附近区 域中通过热传导提高的温度。在装饰涂层、例如在变形之前施加的陶瓷的装饰颜色的情况 下，这些温度不是特别重要，这样的涂层可以承受高达900°C的温度。而如果还有其他的层， 例如防划伤层、用于遮盖散射光的底面层、防反射层、反射层或红外反射层，那么它们通常 都具有较差的耐高温性。因此在此需要更加谨慎并且应当选择相应较大的距离。
[0211]突起20可构造成点形或线形。突起20的尺寸在点形突起的情况下可实现0.05mm或 以上、优选0.5mm至3mm的直径，以及在线形突起的情况下实现线宽为0.05mm或以上、优选 0.5mm至3mm和任意的线长。
[0212]最后图19示意性地示出了包括具有有利的突起宽度和高度的尺寸的突起的实施 方式，该尺寸显示出对于突起的平滑几何走向的有利的几何比例。
[0213]特别有利地已证实，突起的高度hi与总宽度bl的比例在小于0.2、优选小于0.1的 范围中，总宽度包括突起的宽度b2和可能的围绕突起的凹陷部的宽度。此外有利的是，围绕 突起的凹陷部的深度h2与突起的高度hi的比例小于0.5。最后有利的是，突起的宽度b2与总 宽度bl的比例在0.1和1之间。因此下面的比例式是有利的：
[0214] 111/131〈0.2，特别有利的是111/131〈0.1
[0215] h2/hl〈0.5
[0216] l>b2/bl>0.1〇
[0217] 对此，高度和深度分别从玻璃或玻璃陶瓷元件的相应表面开始测量。
[0218] 对此宽度bl取决于激光光斑的直径。因此对于构造具有平缓的半径过渡部的平滑 几何走向来说，有利的几何比例取决于在玻璃或玻璃陶瓷元件的表面上的激光光斑尺寸。
[0219] 以这种方式可制造玻璃陶瓷件，其在同一表面上不仅包括层而且包括局部突起。 由此可例如在用作炉灶面的玻璃陶瓷件的表面上构造特定的区域，例如控制区域或烹饪 区，使得其可触觉或视觉感知。
[0220] 附图标记列表
[0221 ] 1玻璃陶瓷元件
[0222] 2玻璃元件
[0223] 3、5 1、2 的侧面
[0224] 7二氧化硅陶瓷衬底
[0225] 8加热源
[0226] 9激光源
[0227] 11 纤维
[0228] 13激光扫描仪
[0229] 15变亮的区域
[0230] 16与15相邻的、未变亮的区域
[0231] 17层
[0232] 18层
[0233] 19凹陷的边缘、沟槽
[0234] 20局部突起、突起
[0235] 22具有减小的密度的区域
[0236] 23显示装置
[0237] 24凹形弯曲部
[0238] 25凸形弯曲部
[0239] 30凹陷部
[0240] 33传感器
[0241] 34加热元件
[0242] 35烹饪区
[0243] 37烹饪容器
[0244] 38 空隙
[0245] 40玻璃陶瓷炉灶面
[0246] 90激光束
[0247] 130聚焦光学器件
[0248] 151 1的通过激光处理的区域15的光谱透射率
[0249] 161 1的未经处理的区域16的光谱透射率
【主权项】
1. 用于制造至少部分涂层的且具有凸起结构的玻璃陶瓷元件（1)的方法，其包括： 用电磁辐射在表面的局部区域中照射玻璃元件（2)或玻璃陶瓷元件（1)，其中，射线穿 过所述玻璃元件（2)或玻璃陶瓷元件（1)并且由此至少部分地被吸收，使得所述玻璃元件 (2)或玻璃陶瓷元件（1)在经电磁辐射照射的区域中被加热并且被加热超过玻璃化转变温 度；以及在加热之后结束照射，使得加热的区域再次冷却到周围的玻璃或玻璃陶瓷材料的 温度，并且其中，通过加热实现玻璃或玻璃陶瓷的体积改变，该体积改变引起表面的局部突 起，并且其中该状态在冷却经加热的区域时被冻结，使得在冷却之后保留以突起(20)形式 的表面变形，其中，在玻璃元件(2)的情况下，玻璃元件(2)在产生突起(20)之后通过温度处 理进行陶瓷化并进而转变成玻璃陶瓷元件(1)。2. 根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于，在产生表面的局部突起之后将层施 加到所述玻璃陶瓷元件(1)上。3. 根据前述权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃元件(2)或玻璃陶瓷元件（1) 在产生局部突起之前在表面上就已经至少局部地包括层。4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电磁辐射聚焦到直径为小于 所述玻璃元件(2)或玻璃陶瓷元件(1)的两倍厚度、优选小于其厚度的点形区域上;和/或 所述点形区域在所述玻璃元件(2)或玻璃陶瓷元件（1)的表面上运动，以产生表面积大 于所述点形区域的表面积的点形突起。5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电磁辐射以至少2.5W/mm2的平 均功率密度照射到所述玻璃元件(2)或玻璃陶瓷元件(1)的待加热的区域上。6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过红外线激光器作为辐射 源进行加热。7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，以至少20K每秒的温度提升来 进行加热。8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括，在表面的局部区域中用电磁辐射 照射所述玻璃元件(2)或玻璃陶瓷元件（1)以产生突起(20)形式的表面变形之前，将所述玻 璃元件(2)或玻璃陶瓷元件(1)预热到至少300°C的温度。9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括，玻璃或玻璃陶瓷在加热之后以至 少1K每秒、优选至少5K每秒、更优选至少10K每秒的冷却速率至少在从最大温度直至低于最 大温度100K的温度范围内进行冷却。10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括，在冷却之后进行热的再处理步 骤，尤其用于消除拉应力，其中，热的再处理步骤优选包括下列步骤中的至少一个： -借助电磁辐射进行第二加热步骤； -在炉中进行热学再加热和去应力。11. 玻璃陶瓷件（1)，其包括在至少一个表面上的层，在所述玻璃陶瓷件中在表面中存 在至少一个局部突起(20)，其最小的横向尺寸具有至少0.05mm的长度，并且其中局部突起 具有在玻璃陶瓷厚度的〇. 5 %至20 %的范围中的高度，其中突起和周围的玻璃陶瓷材料是 整体式的并且具有相同的组分。12. 玻璃陶瓷件（1 )，其优选是根据前一项权利要求所述的玻璃陶瓷件，在所述玻璃陶 瓷件中在表面中存在至少一个局部突起(20)，其最小的横向尺寸具有至少0.05mm的长度， 并且其中局部突起具有在玻璃陶瓷厚度的0.5%至20%的范围中的高度，其中突起(20)和 周围的玻璃陶瓷材料是整体式的并且具有相同的组分，并且其中所述突起(20)被凹陷的边 缘(19)包围。13. 根据前一项权利要求所述的玻璃陶瓷件，其特征在于，具有下面特征中的至少一 个： -突起(20)的最小曲率半径和凹陷部（19)的最小曲率半径相差最高3.5倍、优选相差最 尚2 · 首， -突起(20)的最小曲率半径在0.5和10毫米之间、优选在1.5毫米和8毫米之间。14. 根据前两项权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷件，其特征在于， 局部突起(20)和凹陷的边缘(19)的体积相差最高2倍、优选相差最高1.5倍。15. 根据前三项权利要求12-14中任一项所述的玻璃陶瓷件，其特征在于，凹陷的边缘 (19)相对于其最低点具有非对称的截面形状，其中从最低点到突起(20)的平均斜率的绝对 值大于从最低点开始离开突起(20)的平均斜率的绝对值。16. 根据前述权利要求11-15中任一项所述的玻璃陶瓷件，其特征在于，所述层包括装 饰层。17. 根据前述权利要求11-16中任一项所述的玻璃陶瓷件，其特征在于，所述突起的边 缘具有凹形弯曲部(24)，其朝向突起的方向过渡到凸形弯曲部(25)中。18. 根据前述权利要求11-17中任一项所述的玻璃陶瓷件，其特征在于，所述玻璃陶瓷 材料具有高石英混晶作为主晶相，其中，所述玻璃陶瓷材料在突起中具有比玻璃陶瓷的包 围突起的区域中更高的热液石英混晶的份额。19. 根据前述权利要求11-18中任一项所述的玻璃陶瓷件，其中，所述玻璃陶瓷件的玻 璃陶瓷通过可染色的金属离子进行体积染色，其中，对玻璃陶瓷的染色在局部突起的区域 中与邻近局部突起(20)的第二区域(16)中不同，使得在局部突起(20)的区域中的吸收系数 小于第二区域（16)的吸收系数并且因此局部突起(20)的在可见光谱范围中的整体光透射 比第二区域(16)的整体光透射更高。20. 根据前两项权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷件，其特征在于，第二区域（16)的玻 璃陶瓷的可见光谱范围中的整体光透射为不高于5%、优选为不高于2.5%。21. 根据前三项权利要求18-20中任一项所述的玻璃陶瓷件，其特征在于，整体光透射 的透射率曲线的半最大值全宽度大于局部突起(20)的半最大值全宽度。22. 根据前述权利要求11-21中任一项所述的玻璃陶瓷件，其特征在于，在局部突起的 区域中的玻璃陶瓷的光散射相对于邻近局部突起的第二区域（16)的玻璃陶瓷中的光散射 提尚不尚于绝对值的20%、优选提尚不尚于绝对值的5%。23. 根据前述权利要求11-22中任一项所述的玻璃陶瓷件，其包括铝硅酸盐玻璃陶瓷、 优选锂铝硅酸盐玻璃陶瓷，其中，在局部突起(20)处的玻璃陶瓷材料具有比邻近局部突起 的第二区域(16)更高份额的热液石英混晶。24. 根据前述权利要求11-23中任一项所述的玻璃陶瓷件，其特征在于，表面中存在有 凹陷部，优选构造为凹陷部的控制元件，其中至少一个局部突起(20)布置在所述凹陷部中。25. 包括根据前述权利要求11-24中任一项所述的玻璃陶瓷件的以玻璃陶瓷板形式的 玻璃陶瓷炉灶面(40)。26. 根据前一项权利要求所述的玻璃陶瓷炉灶面(40)，其中，所述玻璃陶瓷板（1)通过 可染色的金属离子进行体积染色，其中，对玻璃陶瓷的染色在局部突起的区域中与在邻近 局部突起(20)的第二区域(16)中不同，使得在局部突起(20)的区域中的吸收系数小于第二 区域（16)的吸收系数并且因此在局部突起(20)上的在可见光谱范围中的整体光透射比第 二区域（16)的整体光透射更高，并且其中，在第一区域（15)之下布置有优选自发光的显示 元件，其发射可穿过所述第一区域(15)被看到的光。27. 根据前两项权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷炉灶面(40)，其包括烹饪区（35)，所 述烹饪区（35)具有局部突起(20)，使得通过局部突起(20)降低烹饪容器(37)在烹饪区上的 接触面并且在烹饪容器(37)的底部和玻璃陶瓷板(1)的表面之间提供空隙(38)。28. 根据前三项权利要求25-27中任一项所述的玻璃陶瓷炉灶面(40)，其特征在于，所 述层布置在使用侧面上;和/或 所述层包括装饰层。
【文档编号】C03B23/02GK106007345SQ201610171612
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】O·莫勒, M·斯皮尔
【申请人】肖特股份有限公司