DE112017001306T5

DE112017001306T5 - Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit gekrümmter Form

Info

Publication number: DE112017001306T5
Application number: DE112017001306.2T
Authority: DE
Inventors: Moriji Nozaki; Toshitaka Yagi; Yutaka Yamashita; Naoyuki Goto
Original assignee: Ohara Inc
Current assignee: Ohara Inc
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-12-20
Also published as: JP2017190265A; CN109071303B; JP6685597B2; TWI724153B; US20210206684A1; TW202124302A; WO2017179401A1; CN109071303A; KR102291897B1; TW201806889A; TW202216619A; KR20180130516A; TWI818239B

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form umfasst einen Verformungsschritt des Verformens zumindest eines Teils einer Glasplatte in eine gekrümmte Form durch eine externe Kraft, die auf die Glasplatte einwirkt, während die Temperatur der Glasplatte innerhalb eines ersten Temperaturbereichs gehalten und Kristalle aus der Glasplatte präzipitiert werden. Beim Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form nach Anspruch 1 ist der erste Temperaturbereich [At - 40] °C bis [At + 40] °C ist, wobei At (°C) eine Fließgrenze der Glasplatte.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form.
Verwandter Stand der Technik
Um die Designflexibilität von Smartphones zu erhöhen, werden seit Kurzem Glaselemente mit gekrümmten Formen für Deckgläser und Gehäuse von Smartphones verwendet. Bei der Herstellung eines solchen Glaselements ist es in Bezug auf die Herstellungskosten vorteilhaft, eine gekrümmte Form durch thermische Verarbeitung einer Glasplatte zu bilden. Ein solches Glaselement muss eine hohe Bruchfestigkeit aufweisen, sogar wenn es einem äußerlich bedingten Stoß ausgesetzt ist. Aus diesen Gründen muss Glas, das für Glaselemente für Deckgläser und Gehäuse von Smartphones verwendet wird, eine hohe mechanische Festigkeit und eine ausgezeichnete thermische Verarbeitbarkeit aufweisen und üblicherweise fällt die Wahl auf chemisch gefestigtes Glas. Die mechanische Festigkeit von chemisch gefestigtem Glas ist jedoch nicht ausreichend hoch.
Nicht nur chemisch gefestigtes Glas, sondern auch Saphir wird als Material zur Verwendung als Deckgläser untersucht. Auch wenn Saphir eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, handelt es sich um einen einzelnen Kristall und somit ist er mittels thermischer Verarbeitung schwer in eine gekrümmte Form zu bringen und kann nur durch mechanische Verarbeitung wie z. B. Schleifen oder Polieren in eine gekrümmte Form gebracht werden. Da die maschinelle Bearbeitbarkeit von Saphir viel schlimmer als jene von Glas ist, ist die Herstellung eines Deckglases unter Verwendung von Saphir kostspielig.
Die PTL 1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Deckglases für ein Mobiltelefondisplay.
Liste der Referenzschriften
Patentliteratur
PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2014-94885
Kurzdarstellung der Erfindung
Ein Material, das eine höhere mechanische Festigkeit als chemisch gefestigtes Glas bereitstellt, ist kristallisiertes Glas. Kristallisiertes Glas ist ein Material, das erhalten wird, indem amorphes Glas erhitzt wird, um zahlreiche Kristalle im Inneren des Glases zu präzipitieren. Da die Kristalle präzipitiert werden, können die physikalischen Eigenschaften von kristallisiertem Glas besser als die physikalischen Eigenschaften von Rohglas vor Präzipitation von Kristallen sein. Kristallisiertes Glas, das bei diversen Anwendungen zum Einsatz kommt, wird je nach Verwendungszweck unter kontrollierter Präzipitation von Kristallen hergestellt.
Wenn eine Platte aus kristallisiertem Glas durch thermische Verarbeitung in eine gekrümmte Form gebracht werden kann, kann ein ausgezeichnetes Glaselement für ein Deckglas oder ein Gehäuse eines Smartphones erhalten werden.
Kristallisiertes Glas, in dem Kristalle präzipitiert sind, weist jedoch eine schlechte thermische Verarbeitbarkeit auf und ist schwierig in eine gekrümmte Form zu verarbeiten. Sogar wenn kristallisiertes Glas thermisch verarbeitbar ist, kann die Kristallisation durch die Hitze während der thermischen Verarbeitung fortschreiten und kann das kristallisierte Glas in manchen Fällen getrübt werden, wodurch es seine Transparenz verliert. Somit ist es schwierig, sowohl eine gewünschte Form als auch eine gewünschte Höhe der Kristallpräzipitation zu erzielen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines günstig herstellbaren kristallisierten Glaselements, das eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, das sowohl die Form als auch die Höhe der Kristallpräzipitation erzielt, die für den Verwendungszweck geeignet sind, und das eine gekrümmte Form aufweist, insbesondere in der Bereitstellung eines günstig herstellbaren kristallisierten Glaselements, das sich für eine Verwendung als Deckglas oder Gehäuse eines Smartphones eignet und das eine gekrümmte Form aufweist.
Die Erfinder haben umfassende Studien durchgeführt, um herauszufinden, dass die oben beschriebenen Probleme mit einem kristallisierten Glas gelöst werden können, das bei einer kontrollierten Kristallisationsrate während der Wärmebehandlung unter Präzipitation von Kristallen aus einer Glasplatte in eine gekrümmte Form verformt werden kann, wodurch die vorliegende Erfindung erreicht wird. Spezifische Aspekte der Erfindung sind wie folgt.
(Aspekt 1)
Ein Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form, umfassend einen Verformungsschritt des Verformens zumindest eines Teils einer Glasplatte in eine gekrümmte Form durch eine externe Kraft, die auf die Glasplatte einwirkt, während eine Temperatur der Glasplatte innerhalb eines ersten Temperaturbereichs gehalten und ein Kristall aus der Glasplatte präzipitiert wird.
(Aspekt 2)
Das Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form gemäß Aspekt 1, wobei der erste Temperaturbereich [At - 40] °C bis [At + 40] °C ist, wobei At (°C) eine Fließgrenze der Glasplatte ist.
(Aspekt 3)
Das Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form gemäß Aspekt 1 oder 2, wobei die Glasplatte eine Zusammensetzung aufweist, die in Mol-% auf Oxidbasis enthält:

30,0 % bis 70,0 % einer SiO₂-Komponente,
8,0 % bis 25,0 % einer Al₂O₃-Komponente,
0 % bis 25,0 % einer Na₂O-Komponente,
0 % bis 25,0 % einer MgO-Komponente,
0 % bis 30,0 % einer ZnO-Komponente, und
0 % bis 10,0 % einer TiO₂-Komponente und einer ZrO₂-Komponente insgesamt.

(Aspekt 4)
Das Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form gemäß Aspekt 3, wobei die Glasplatte eine Zusammensetzung aufweist, die in Mol-% auf Oxidbasis insgesamt enthält:

1 % bis 10,0 % der TiO₂-Komponente.

(Aspekt 5)
Das Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form gemäß Aspekt 3 oder 4, wobei die Glasplatte eine Zusammensetzung aufweist, die in Mol-% auf Oxidbasis enthält:

1 % bis 10,0 % der ZrO₂-Komponente.

(Aspekt 6)
Das Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form gemäß einem der Aspekte 1 bis 5, wobei die Glasplatte eine Kristallpräzipitation bei einer Temperatur im Bereich von [Tg] °C bis [At + 50] °C durchläuft, wobei Tg (°C) ein Glasübergangspunkt der Glasplatte ist.
(Aspekt 7)
Das Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form gemäß einem der Aspekte 1 bis 6, wobei im Verformungsschritt ein Umformwerkzeug in einer Richtung angeordnet wird, in der eine externe Kraft auf die Glasplatte einwirkt, und sich die Glasplatte dem Umformwerkzeug anpasst, wodurch zumindest ein Teil der Glasplatte in eine gekrümmte Form verformt wird.
(Aspekt 8)
Das Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form gemäß einem der Aspekte 1 bis 7, wobei zumindest ein Teil der externen Kraft die Schwerkraft ist, die auf die Glasplatte einwirkt.
(Aspekt 9)
Das Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form gemäß einem der Aspekte 1 bis 8, wobei zumindest ein Teil der externen Kraft eine Kraft ist, die durch ein auf einer Deckfläche der Glasplatte platziertes Gewicht auf die Glasplatte ausgeübt wird.
(Aspekt 10)
Das Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form gemäß einem der Aspekte 1 bis 9, wobei zumindest ein Teil der externen Kraft eine Kraft ist, die durch ein Presselement auf die Glasplatte ausgeübt wird.
(Aspekt 11)
Das Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form gemäß einem der Aspekte 1 bis 10, ferner umfassend einen langsamen Abkühlschritt des Verringerns der Temperatur der verformten Glasplatte nach dem Verformungsschritt.
(Aspekt 12)
Das Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form gemäß einem der Aspekte 1 bis 11, ferner umfassend einen Kristallisationsschritt des weiteren Präzipitierens eines Kristalls aus der verformten Glasplatte nach dem Verformungsschritt, während eine Temperatur der verformten Glasplatte innerhalb eines zweiten Temperaturbereichs gehalten wird.
(Aspekt 13)
Das Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form gemäß Aspekt 12, ferner umfassend einen langsamen Abkühlschritt des Verringerns der Temperatur der verformten Glasplatte nach dem Kristallisationsschritt.
(Aspekt 14)
Ein kristallisiertes Glaselement, das eine gekrümmte Form aufweist und das bei einer Dicke von 0,5 mm eine Lichtdurchlässigkeit bei einer Wellenlänge von 410 nm von 86 % oder mehr aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein kristallisiertes Glaselement bei geringen Herstellungskosten bereitgestellt werden, das sowohl die Form als auch die Höhe der Kristallpräzipitation erzielt, die für den Verwendungszweck geeignet sind, und das eine gekrümmte Form aufweist. Das kristallisierte Glaselement mit einer gekrümmten Form, das von der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, weist eine hohe mechanische Festigkeit auf. Das kristallisierte Glaselement mit einer gekrümmten Form, das mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, kann eine hohe Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Lichtbereich erzielen.
Das kristallisierte Glaselement mit einer gekrümmten Form, das mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, eignet sich für eine Verwendung als Deckglas eines Smartphones, als Gehäuse eines Smartphones, als Deckglas einer Uhr, als HUD-Substrat (Headup-Display-Substrat) zur Verwendung im Fahrzeug, als Deckglas für einen Nahinfrarotsensor und außerdem als Komponente z. B. einer elektronischen Vorrichtung und einer mechanischen Vorrichtung.
Figurenliste

1 zeigt Veranschaulichungen einer beispielhaften Ausführungsform eines Verformungsschritts der vorliegenden Erfindung aus der Richtung gesehen, aus der ein Teilbereich einer Glasplatte ersichtlich ist. „(a)“ ist eine Veranschaulichung vor Verformung und „(b)“ ist eine Veranschaulichung nach Verformung.
2 zeigt Veranschaulichungen einer beispielhaften Ausführungsform des Verformungsschritts der vorliegenden Erfindung aus der Richtung gesehen, aus der ein Teilbereich einer Glasplatte ersichtlich ist. „(a)“ ist eine Veranschaulichung vor Verformung und „(b)“ ist eine Veranschaulichung nach Verformung.
3 zeigt Veranschaulichungen einer beispielhaften Ausführungsform des Verformungsschritts der vorliegenden Erfindung aus der Richtung gesehen, aus der ein Teilbereich einer Glasplatte ersichtlich ist. „(a)“ ist eine Veranschaulichung vor Verformung und „(b)“ ist eine Veranschaulichung nach Verformung.
4 zeigt Veranschaulichungen einer beispielhaften Ausführungsform des Verformungsschritts der vorliegenden Erfindung aus der Richtung gesehen, aus der ein Teilbereich einer Glasplatte ersichtlich ist. „(a)“ ist eine Veranschaulichung vor Verformung und „(b)“ ist eine Veranschaulichung nach Verformung.
5 zeigt Veranschaulichungen einer beispielhaften Ausführungsform des Verformungsschritts der vorliegenden Erfindung aus der Richtung gesehen, aus der ein Teilbereich einer Glasplatte ersichtlich ist. „(a)“ ist eine Veranschaulichung vor Verformung und „(b)“ ist eine Veranschaulichung nach Verformung.
6 zeigt Veranschaulichungen einer beispielhaften Ausführungsform des Verformungsschritts der vorliegenden Erfindung aus der Richtung gesehen, aus der ein Teilbereich einer Glasplatte ersichtlich ist. „(a)“ ist eine Veranschaulichung vor Verformung und „(b)“ ist eine Veranschaulichung nach Verformung.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für ein kristallisiertes Glaselement mit einer gekrümmten Form, das mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für ein kristallisiertes Glaselement mit einer gekrümmten Form, das mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird. Gekreuzte Linien sind Hilfslinien, die ein besseres Verständnis für die Form vermitteln.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für ein kristallisiertes Glaselement mit einer gekrümmten Form, das mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird.

Bezugszeichenliste

G: Glasplatte
1: Stützelement
2: Umformwerkzeug
3: Randabschnitt des Umformwerkzeugs
4: Umformwerkzeug
5: Gewicht
6: Presselement

Beschreibung von Ausführungsformen
Ein Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Verformungsschritt des Verformens zumindest eines Teils einer Glasplatte in eine gekrümmte Form durch eine externe Kraft, die auf die Glasplatte einwirkt, während die Temperatur der Glasplatte innerhalb eines ersten Temperaturbereichs gehalten wird und Kristalle aus der Glasplatte präzipitiert werden. Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlich beschrieben.
[Schritt des Herstellens einer Glasplatte]
Zunächst wird eine amorphe Glasplatte hergestellt. Die Glasplatte wird vorzugsweise so geformt, dass sie nach Verformung eine gewünschte Form oder eine Form ähnlich der gewünschten Form aufweist.
Die Oberfläche der Glasplatte kann auf Hochglanz poliert sein oder kann eine Oberfläche im Zustand wie nach dem Schleifen sein.
Das Material für die Glasplatte kann ein Glas sein, das beim Erhitzen eine Kristallpräzipitation durchläuft, d. h. ein Rohglas aus kristallisiertem Glas.
Die Zusammensetzung des Rohglases unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, ein Glas mit einer Zusammensetzung, die in Mol-% auf Oxidbasis
30,0 % bis 70,0 % einer SiO₂-Komponente,
8,0 % bis 25,0 % einer Al₂O₃-Komponente,
0 % bis 25,0 % einer Na₂O-Komponente,
0 % bis 25,0 % einer MgO-Komponente,
0 % bis 30,0 % einer ZnO-Komponente, und
0 % bis 10,0 % einer TiO₂-Komponente und einer ZrO₂-Komponente insgesamt enthält, wird jedoch bevorzugt, da ein solches Glas ein kristallisiertes Glaselement mit hoher mechanischer Festigkeit und hoher Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich bereitstellen kann und durch thermische Verarbeitung auf einfache Weise in eine gekrümmte Form zu verformen ist.
Das Rohglas mit der obigen Zusammensetzung wird infolge einer Kristallisation zu einem kristallisierten Glas mit zumindest einer Kristallphase, die aus RAl₂O₄, RTi₂O₅, R₂TiO₄, R₂SiO₄, RAl₂Si₂O₈ und R₂Al₄Si₅O₁₈ ausgewählt ist (wobei R zumindest eines ist, ausgewählt aus Zn, Mg und Fe).
Was die SiO₂-Komponente betrifft, so ist der untere Grenzwert davon mehr bevorzugt 50 % und ist der obere Grenzwert davon mehr bevorzugt 65 %.
Was die Al₂O₃-Komponente betrifft, so ist der untere Grenzwert davon mehr bevorzugt 8 % und ist der obere Grenzwert davon mehr bevorzugt 16 %.
Was die Na₂O-Komponente betrifft, so ist der untere Grenzwert davon mehr bevorzugt 3 % und ist der obere Grenzwert davon mehr bevorzugt 17 %.
Was die MgO-Komponente betrifft, so ist der obere Grenzwert davon mehr bevorzugt 15 %.
Was die ZnO-Komponente betrifft, so ist der obere Grenzwert davon mehr bevorzugt 16 %.
Was den Gesamtgehalt der TiO₂-Komponente und der ZrO₂-Komponente betrifft, so ist der untere Grenzwert davon mehr bevorzugt 0,5 % und ist der obere Grenzwert davon mehr bevorzugt 10 %, am meisten bevorzugt 6 %.
Um durch thermische Verarbeitung einfach in eine gekrümmte Form verformbar zu sein und um ein kristallisiertes Glaselement mit hoher mechanischer Festigkeit und hoher Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich bereitzustellen, kann das Rohglas zusätzlich dazu, dass es die obige Zusammensetzung aufweist, wie nachstehend beschrieben gestaltet sein.
Die Zusammensetzung des Rohglases kann 1 % bis 10,0 % der TiO₂-Komponente enthalten.
Die Zusammensetzung des Rohglases kann 1 % bis 10,0 % der ZrO₂-Komponente enthalten.
In der Zusammensetzung des Rohglases kann das Molverhältnis von Komponenten [Al₂O_3/(MgO + ZnO)] auf Oxidbasis ausgedrückt 0,5 oder mehr und 2,0 oder weniger betragen.
In der Zusammensetzung des Rohglases kann das Molverhältnis von Komponenten [TiO₂/Na₂O] auf Oxidbasis ausgedrückt 0 oder mehr und 0,41 oder weniger betragen.
In der Zusammensetzung des Rohglases kann das Molverhältnis von Komponenten [MgO/Na₂O] auf Oxidbasis ausgedrückt 0 oder mehr und 1,60 oder weniger betragen.
In der Zusammensetzung des Rohglases kann das Molverhältnis von Komponenten [ZnO/MgO] auf Oxidbasis ausgedrückt 0 oder mehr und 1,50 oder weniger betragen.
In der Zusammensetzung des Rohglases kann der Gesamtgehalt der MgO-Komponente und der ZnO-Komponente in Mol-% auf Oxidbasis 1,0 % oder mehr und 30,0 % oder weniger betragen.
Die Zusammensetzung des Rohglases kann enthalten:

0 % bis 25,0 % einer B₂O₃-Komponente,
0 % bis 10,0 % einer P₂O₅-Komponente,
0 % bis 20,0 % einer K₂O-Komponente,
0 % bis 10,0 % einer CaO-Komponente,
0 % bis 10,0 % einer BaO-Komponente,
0 % bis 8 % einer FeO-Komponente,
0 % bis 10,0 % einer ZrO₂-Komponente,
0 % bis 5,0 % einer SnO₂-Komponente,
0 % bis 10,0 % einer Li₂O-Komponente,
0 % bis 10,0 % einer SrO-Komponente,
0 % bis 3 % einer La₂O₃-Komponente,
0 % bis 3 % einer Y₂O₃-Komponente,
0 % bis 5 % einer Nb₂O₃-Komponente,
0 % bis 5 % einer Ta₂O₅-Komponente, und
0 % bis 5 % einer WO₃ - Komponente.

Die Glasplatte durchläuft vorzugsweise eine Kristallpräzipitation bei einer Temperatur im Bereich von [Tg] °C bis [At + 50] °C, wobei Tg (°C) ein Glasübergangspunkt der Glasplatte ist und At (°C) eine Fließgrenze der Glasplatte ist. Wenn die Glasplatte eine Kristallpräzipitation in diesem Temperaturbereich durchläuft, wird ein kristallisiertes Glaselement mit einer gekrümmten Form mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise erhalten. Um mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein kristallisiertes Glaselement mit einer gekrümmten Form auf einfache Weise zu erhalten, durchläuft die Glasplatte mehr bevorzugt eine Kristallpräzipitation im Temperaturbereich von [At - 20] °C bis [At + 20] °C.
Die Glasplatte wird z. B. wie nachstehend beschrieben hergestellt. Im Spezifischen werden Rohmaterialien gleichmäßig miteinander vermischt, so dass der Gehalt der oben beschriebenen Komponenten jeweils innerhalb vordefinierter Bereiche liegt. Die gemischten Rohmaterialien werden in einem Platin- oder Quarztiegel platziert und bei einer Temperatur im Bereich von 1300 °C bis 1540 °C für 5 bis 24 Stunden in einem Elektroofen oder einem Gasofen geschmolzen, um eine Glasschmelze bereitzustellen, und die Glasschmelze wird durch Rühren homogenisiert. Die gemischten Rohmaterialien können in einem Schamottesteinwannenofen geschmolzen werden, um eine Glasschmelze bereitzustellen. Danach wird die Glasschmelze auf eine geeignete Temperatur abgekühlt und danach in einem Formteil in Block- oder Säulenform gegossen. Das in Block- oder Säulenform gegossene Glas wird langsam abgekühlt und danach einer Schneidverarbeitung und Schleifverarbeitung unterzogen, wodurch das Glas in eine Plattenform geformt wird. Alternativ kann die Glasplatte hergestellt werden, indem die Glasschmelze, die durch Rühren homogenisiert wurde, unter Verwendung eines Prozesses wie z. B. eines Float-Prozesses oder eines Slit-Down-Draw-Prozesses direkt in eine Plattenform geformt und danach langsam abgekühlt wird.
[Verformungsschritt]
Der Verformungsschritt ist ein Schritt des Verformens zumindest eines Teils einer Glasplatte in eine gekrümmte Form durch eine externe Kraft, die auf die Glasplatte einwirkt, während die Temperatur der Glasplatte innerhalb eines ersten Temperaturbereichs gehalten wird und Kristalle aus der Glasplatte präzipitiert werden. Dieser Schritt ist für die vorliegende Erfindung wesentlich.
Die hergestellte Glasplatte wird in einem Ofen erhitzt, so dass ein Teil der Glasplatte gestützt oder gehalten wird. Indem nur ein Teil der Glasplatte und nicht die ganze Glasplatte gestützt oder gehalten wird, wird die durch Erhitzen erweichte Glasplatte durch eine auf diese einwirkende externe Kraft in eine gekrümmte Form verformt.
Im Ofen wird die Temperatur der Glasplatte innerhalb des ersten Temperaturbereichs gehalten.
Der erste Temperaturbereich beträgt vorzugsweise [At - 40] °C bis [At + 40] °C, wobei At (°C) eine Fließgrenze der Glasplatte ist, da die Glasplatte in diesem Bereich in eine gekrümmte Form verformt werden kann, während Kristalle aus der Glasplatte präzipitiert werden. Der untere Grenzwert des ersten Temperaturbereichs ist vorzugsweise nicht weniger als [Tg] °C, wobei Tg (°C) ein Glasübergangspunkt der Glasplatte ist. Der untere Grenzwert des ersten Temperaturbereichs ist mehr bevorzugt [At - 30] °C, am meisten bevorzugt [At - 20] °C. Der obere Grenzwert des ersten Temperaturbereichs ist mehr bevorzugt [At + 30] °C, am meisten bevorzugt [At + 20] °C.
Wenn das Rohglas in Mol-% auf Oxidbasis
30,0 % bis 70,0 % der SiO₂-Komponente,
8,0 % bis 25,0 % der Al₂O₃-Komponente,
0 % bis 25,0 % der Na₂O-Komponente,
0 % bis 25,0 % der MgO-Komponente,
0 % bis 30,0 % der ZnO-Komponente, und
0 % bis 10,0 % der TiO₂-Komponente und der ZrO₂-Komponente enthält, ist der erste Temperaturbereich vorzugsweise 705 °C bis 790 °C. Wenn der erste Temperaturbereich innerhalb dieses Bereichs liegt, wird die Glasplatte auf einfache Weise in eine gekrümmte Form verformt. Wenn die erste Temperatur innerhalb dieses Bereichs liegt, wird außerdem tendenziell die Höhe der Kristallpräzipitation erzielt, die eine hohe Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich bereitstellt und die gleichzeitig eine hohe mechanische Festigkeit bereitstellt. Der untere Grenzwert des ersten Temperaturbereichs beträgt mehr bevorzugt 715 °C, am meisten bevorzugt 720 °C. Gleichermaßen beträgt der obere Grenzwert des ersten Temperaturbereichs mehr bevorzugt 780 °C, am meisten bevorzugt 770 °C.
„a“ in 1 bis 6 veranschaulicht jeweils eine Ausführungsform, bei der ein Teil der Glasplatte vor Verformung im oben beschriebenen Ofen gestützt oder gehalten wird. Wie veranschaulicht, kann die Glasplatte durch Stützen eines Teils der Glasplatte durch eine externe Kraft, die auf die Glasplatte einwirkt, in eine gekrümmte Form verformt werden.
Bei der in 1(a) gezeigten Ausführungsform werden Kantenabschnitte der Glasplatte von Stützelementen 1 gestützt.
Bei der in 2(a) gezeigten Ausführungsform werden Kantenabschnitte der Glasplatte durch Randabschnitte eines Umformwerkzeugs 2 gehalten.
Bei jeder der in 3(a) und 4(a) gezeigten Ausführungsformen werden Kantenabschnitte der Glasplatte durch die Randabschnitte des Umformwerkzeugs 2 mit einer konkaven Form gestützt.
Bei der in 5(a) gezeigten Ausführungsform werden Kantenabschnitte der Glasplatte durch das Umformwerkzeug 2 mit einer konkaven Form auf einer schrägen Fläche, die die konkave Form bildet, gestützt. Diese Ausführungsform wird dahingehend bevorzugt, dass Kanten der Randabschnitte des Umformwerkzeugs 2 nicht in Kontakt gelangen, um die Oberflächentextur der Kantenabschnitte der Glasplatte aufzurauen.
Bei der in 6(a) gezeigten Ausführungsform wird der Mittelteil der Glasplatte auf dem Mittelteil eines Umformwerkzeugs 4 mit einer konvexen Form gestützt.
Die externe Kraft, die auf die Glasplatte einwirkt, kann Schwerkraft, eine Kraft, die durch ein auf der Deckfläche der Glasplatte platziertes Gewicht auf die Glasplatte ausgeübt wird, eine Kraft, die durch ein Presselement auf die Glasplatte ausgeübt wird oder eine Resultante dieser Kräfte sein. Anders ausgedrückt kann zumindest ein Teil der externen Kraft Schwerkraft, eine Kraft, die durch ein auf der Deckfläche der Glasplatte platziertes Gewicht auf die Glasplatte ausgeübt wird, oder eine Kraft, die durch ein Presselement auf die Glasplatte ausgeübt wird, sein.
1, 2, 5 und 6 zeigen jeweils eine Ausführungsform, bei der die Glasplatte durch die auf die Glasplatte einwirkende Schwerkraft verformt wird.
4 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Kraft, die durch ein auf der Deckfläche der Glasplatte platziertes Gewicht 5 auf die Glasplatte ausgeübt wird, zur Verformung der Glasplatte beiträgt. Das Gewicht 5 übt die Kraft durch die Wirkung der Schwerkraft auf die Glasplatte aus.
Das Material für das Gewicht kann z. B. aus Sinterkörpern und Hartmetallen ausgewählt sein, die vorwiegend aus SiC, Kohlenstoff, NiCrAl-Legierung, duktilem Gusseisen, Edelstahl und Wolfram zusammengesetzt sind. Eine Oberfläche des Gewichts, die mit der Glasplatte in Kontakt gelangt, ist vorzugsweise z. B. mit einem kohlenstoffhaltigen Film wie z. B. einem Film aus diamantähnlichem Kohlenstoff, einem Film aus hydriertem amorphen Kohlenstoff (a-C:H-Film), einem Hartkohlenstofffilm oder einem Film aus tetrahedralem amorphen Kohlenstoff (taC-Film) oder mit einem Edelmetalllegierungsfilm versehen, da ein kristallisiertes Glaselement mit einer glatten Oberflächenstruktur auf einfache Weise erhalten wird und ein Verschmelzen des Gewichts mit dem kristallisierten Glaselement auf einfache Weise verhindert wird.
Die Form des Gewichts ist vorzugsweise derart, dass das kristallisierte Glaselement durch Übertragung der Form eine gewünschte Form erhält.
3 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine durch ein Presselement 6 ausgeübte Kraft zur Verformung der Glasplatte beiträgt. Das Presselement 6 nimmt eine von einer nicht gezeigten Energiequelle erzeugte Kraft auf und übt die Kraft auf die Glasplatte aus.
Das Material für das Presselement kann z. B. aus Sinterkörpern und Hartmetallen ausgewählt sein, die vorwiegend aus SiC, Kohlenstoff, NiCrAl-Legierung, duktilem Gusseisen, Edelstahl und Wolfram zusammengesetzt sind. Das Material für das Presselement weist vorzugsweise eine hohe Wärmebeständigkeit auf. Eine Oberfläche des Presselements, die mit der Glasplatte in Kontakt gelangt, ist vorzugsweise z. B. mit einem kohlenstoffhaltigen Film wie z. B. einem Film aus diamantähnlichem Kohlenstoff, einem Film aus hydriertem amorphen Kohlenstoff (a-C:H-Film), einem Hartkohlenstofffilm oder einem Film aus tetrahedralem amorphen Kohlenstoff (taC-Film) oder mit einem Edelmetalllegierungsfilm versehen, da ein kristallisiertes Glaselement mit einer glatten Oberflächenstruktur auf einfache Weise erhalten wird und ein Verschmelzen des Presselements mit dem kristallisierten Glaselement auf einfache Weise verhindert wird.
Die Form des Presselements ist vorzugsweise derart, dass das kristallisierte Glaselement durch Übertragung der Form eine gewünschte Form erhält.
Auch wenn das Umformwerkzeug nicht wesentlich ist, wird bevorzugt, dass das Umformwerkzeug in einer Richtung angeordnet wird, in der eine externe Kraft auf die Glasplatte einwirkt, um zumindest einen Teil der Glasplatte in eine gekrümmte Form zu formen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass, wenn die Temperatur der Glasplatte innerhalb des ersten Temperaturbereichs liegt, sich die Glasplatte erweicht und sich an das Umformwerkzeug anpasst und folglich eine gewünschte Form auf einfache Weise erhalten wird. „b“ in 2 bis 6 zeigt jeweils eine Ausführungsform, bei der zumindest ein Teil der Glasplatte durch Anpassung an das Umformwerkzeug in eine gekrümmte Form umgewandelt wurde.
Das Material für das Umformwerkzeug kann z. B. aus Sinterkörpern und Hartmetallen ausgewählt sein, die vorwiegend aus SiC, Kohlenstoff, NiCrAl-Legierung, duktilem Gusseisen, Edelstahl und Wolfram zusammengesetzt sind. Das Material für das Umformwerkzeug weist vorzugsweise eine hohe Wärmebeständigkeit auf. Eine Oberfläche des Umformwerkzeugs, die mit der Glasplatte in Kontakt gelangt, ist vorzugsweise z. B. mit einem kohlenstoffhaltigen Film wie z. B. einem Film aus diamantähnlichem Kohlenstoff, einem Film aus hydriertem amorphen Kohlenstoff (a-C:H-Film), einem Hartkohlenstofffilm oder einem Film aus tetrahedralem amorphen Kohlenstoff (taC-Film) oder mit einem Edelmetalllegierungsfilm versehen, da ein kristallisiertes Glaselement mit einer glatten Oberflächenstruktur auf einfache Weise erhalten wird und auch auf einfache Weise vom Werkzeug zu trennen ist.
Die Form des Umformwerkzeugs ist vorzugsweise derart, dass das kristallisierte Glaselement durch Übertragung der Form eine gewünschte Form erhält.
Die Zeitdauer des Verformungsschritts, d. h. die Zeitdauer, in der die Temperatur der Glasplatte innerhalb des ersten Temperaturbereichs gehalten wird, variiert je nach Zusammensetzung des Rohglases und kann somit entsprechend angepasst werden.
Wenn die Zusammensetzung des Rohglases in Mol-% auf Oxidbasis
30,0 % bis 70,0 % der SiO₂-Komponente,
8,0 % bis 25,0 % der Al₂O₃-Komponente,
0 % bis 25,0 % der Na₂O-Komponente,
0 % bis 25,0 % der MgO-Komponente,
0 % bis 30,0 % der ZnO-Komponente, und
0 % bis 10,0 % der TiO₂-Komponente und der ZrO₂-Komponente insgesamt enthält, beträgt die Zeitdauer des Verformungsschritts vorzugsweise 10 Minuten oder mehr und 60 Minuten oder weniger. Wenn die Zeitdauer des Verformungsschritts innerhalb dieses Bereichs liegt, wird die Glasplatte auf einfache Weise in eine gekrümmte Form verformt. Wenn die Zeitdauer des Verformungsschritts innerhalb dieses Bereichs liegt, wird tendenziell die Höhe der Kristallpräzipitation erzielt, die eine hohe Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich bereitstellt und die gleichzeitig eine hohe mechanische Festigkeit bereitstellt. Die Zeitdauer des Verformungsschritts beträgt mehr bevorzugt 15 Minuten oder mehr und 50 Minuten oder weniger, noch mehr bevorzugt 15 Minuten oder mehr und 45 Minuten oder weniger.
[Kristallisationsschritt]
Die Kristallisationsschritt ist ein optionaler Schritt. Der Kristallisationsschritt ist ein Schritt des weiteren Präzipitierens von Kristallen nach dem Verformungsschritt aus der verformten Glasplatte, während die Temperatur der verformten Glasplatte innerhalb eines zweiten Temperaturbereichs gehalten wird. Der Kristallisationsschritt kann durchgeführt werden, wenn die Höhe der Kristallpräzipitation aus der Glasplatte während des Verformungsschritts aufgrund des Designs des Herstellungsprozesses nicht die gewünschte Höhe der Kristallpräzipitation erreicht. Die Verformung der Glasplatte wurde im Verformungsschritt vollendet. Im Kristallisationsschritt wird die Glasplatte nicht verformt und die Höhe der Kristallpräzipitation steigt.
Der obere Grenzwert des zweiten Temperaturbereichs ist geringer als der obere Grenzwert des ersten Temperaturbereichs.
Der zweite Temperaturbereich ist vorzugsweise [Tg] °C oder höher, um die Kristallisation zu fördern, und vorzugsweise [At] °C oder niedriger, um das Präzipitieren von Kristallen aus der Glasplatte zu ermöglichen, ohne dass es zu einer Trübung des Materials kommt, wobei Tg (°C) ein Glasübergangspunkt der Glasplatte ist und At (°C) eine Fließgrenze der Glasplatte ist.
Wenn die Zusammensetzung des Rohglases in Mol-% auf Oxidbasis
30,0 % bis 70,0 % der SiO₂-Komponente,
8,0 % bis 25,0 % der Al₂O₃-Komponente,
0 % bis 25,0 % der Na₂O-Komponente,
0 % bis 25,0 % der MgO-Komponente,
0 % bis 30,0 % der ZnO-Komponente, und
0 % bis 10,0 % der TiO₂-Komponente enthält, ist der zweite Temperaturbereich vorzugsweise [Tg] °C bis [At] °C. Wenn der zweite Temperaturbereich innerhalb dieses Bereichs liegt, können Kristalle aus der Glasplatte präzipitiert werden, ohne dass eine Verformung bewirkt wird. Mehr bevorzugt ist der zweite Temperaturbereich [Tg] °C bis [At - 20] °C, um eine gleichmäßige Kristallisation im Inneren des Materials zu ermöglichen.
[Langsamer Abkühlschritt]
Der langsame Abkühlschritt ist ein Schritt des Entfernens der Spannung der verformten Glasplatte und wird nach dem Verformungsschritt oder dem Kristallisationsschritt durchgeführt. Der langsame Abkühlschritt wird durch Verringern der Temperatur der Glasplatte, die den Verformungsschritt oder den Kristallisationsschritt durchlaufen hat, auf eine vordefinierte Zieltemperatur in einer vordefinierten Abkühlrate durchgeführt. Die Abkühlrate beträgt vorzugsweise 50 °C/h oder mehr und 200 °C/h oder weniger, da die Spannung im Inneren der Glasplatte bei einer solchen Abkühlrate ausreichend entfernt werden kann und der Schritt nicht übermäßig lange dauert. Mehr bevorzugt beträgt die Abkühlrate 15 °C/h oder mehr und 80 °C/h oder weniger. Die Zieltemperatur beträgt vorzugsweise [Tg - 200] °C. Der untere Grenzwert der Temperatur beim langsamen Abkühlen beträgt vorzugsweise [Tg - 300] °C, mehr bevorzugt [Tg - 250] °C, noch mehr bevorzugt [Tg - 200] °C.
Nach dem langsamen Abkühlschritt wird die Glasplatte aus dem Ofen genommen und darf auf natürliche Weise auf Raumtemperatur abkühlen.
Die Temperaturbedingungen und die Zeitbedingungen im Verformungsschritt und im Kristallisationsschritt können so gestaltet sein, dass die relative Dichte der Glasplatte nach den Schritten des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung eine relative Zieldichte ist. Die relative Zieldichte wird ermittelt, indem vorab eine relative Dichte gemessen wird, die die Höhe der Kristallpräzipitation für ein gewünschtes kristallisiertes Glaselement bereitstellt.
[Chemische Festigung]
Um die chemische Festigkeit des kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form, das mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, weiter zu erhöhen, kann eine Druckspannungsschicht gebildet werden. Das kristallisierte Glaselement mit einer gekrümmten Form, das mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, weist aufgrund präzipitierter Kristalle an sich hohe mechanische Eigenschaften auf und kann durch Bilden einer Druckspannungsschicht außerdem mit einer höheren Festigkeit versehen werden.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Bilden einer Druckspannungsschicht ist ein chemischer Festigungsprozess, bei dem eine alkalische Komponente, die in einer Oberflächenschicht des kristallisierten Glaselements vorhanden ist, eine Austauschreaktion mit einer alkalischen Komponente mit einem größeren Ionenradius durchlaufen darf, um eine Druckspannungsschicht in der Oberflächenschicht zu bilden. Alternativ kann ein thermischer Festigungsprozess, bei dem das kristallisierte Glaselement erhitzt und danach abgeschreckt wird, oder ein Ionenimplantationsprozess, bei dem Ionen in eine Oberflächenschicht des kristallisierten Glaselements implantiert werden, verwendet werden.
Der chemische Festigungsprozess kann z. B. gemäß der nachstehenden Verfahrensweise durchgeführt werden. Das kristallisierte Glaselement wird für 0,1 bis 12 Stunden mit einer Salzschmelze in Kontakt gebracht oder in diese getaucht, wobei die Salzschmelze durch Erhitzen eines kalium- oder natriumhaltigen Salzes wie z. B. Kaliumnitrat (KNO₃) , Natriumnitrat (NaNO₃) oder eines Verbundsalzes davon, auf 350 °C bis 500 °C erhalten wird. Dies bewirkt eine Ionenaustauschreaktion zwischen einer Lithiumkomponente (Li⁺-Ion) oder einer Natriumkomponente (Na⁺-Ion), die in einer Glasphase nahe der Oberfläche vorhanden ist, und einer Natriumkomponente (Na⁺-Ion) oder einer Kaliumkomponente (K⁺-Ion), die eine alkalische Komponente mit einem größeren Ionenradius ist. Folglich wird eine Druckspannungsschicht auf der Oberfläche des kristallisierten Glaselements gebildet.
[Kristallisiertes Glaselement]
Das kristallisierte Glaselement, das mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, weist bei einer Dicke von 0,5 mm eine Lichtdurchlässigkeit bei einer Wellenlänge von 410 nm unter Berücksichtigung des Reflexionsverlusts von 86 % oder mehr auf.
BEISPIELE
Ein kristallisiertes Glaselement mit einer gekrümmten Form wurde unter Verwendung des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Zunächst wurde eine Glasplatte hergestellt, die als Rohglas des kristallisierten Glaselements diente. Rohmaterialien wie z. B. Oxide, Hydroxide, Carbonate, Nitrate, Fluoride, Chloride, Hydroxide und Metaphosphorsäureverbindungen, die den Rohmaterialien für jede Komponente entsprachen, wurden ausgewählt und diese Rohmaterialien wurden in einem Zusammensetzungsverhältnis jedes Beispiels, das in Tabelle 1 bis Tabelle 3 gezeigt ist, abgewogen und gleichmäßig miteinander vermischt. Die gemischten Rohmaterialien wurden danach in einem Platintiegel platziert und je nach Schmelzefestigkeit der Glaszusammensetzung bei einer Temperatur im Bereich von 1300 °C bis 1550 °C für 5 bis 24 Stunden in einem Elektroofen geschmolzen. Danach wurde die Glasschmelze durch Rühren homogenisiert, danach gegossen, z. B. in ein Formteil, und langsam abgekühlt, um einen Glasrohblock zu bilden.
In den Tabellen ist der Glasübergangspunkt des Rohglases als „Glasübergangspunkt Tg (°C)“, die Fließgrenze als „Fließgrenze At (°C)“ und die relative Dichte des Rohglases als „Relative Dichte des Rohglases“ ausgewiesen.
Der hergestellte Block wurde geschnitten und geschliffen, um eine rechteckige Glasplatte von 150 mm x 70 mm mit einer Dicke von 0,55 mm zu erhalten. Die Glasplatte wurde danach poliert, um eine Hochglanzoberfläche zu erhalten. Die polierte Glasplatte weist eine Dicke von 0,50 mm auf.
Die Glasplatte wurde dem Verformungsschritt wie in 3 gezeigt unterzogen. Ein Edelstahlmaterial (SUS 304) wurde als Material für ein Umformwerkzeug und ein Presselement verwendet.
Die Form des Umformwerkzeugs ist konkav, um ein kristallisiertes Glaselement zu bilden, wie in 7 gezeigt, und ist im Grundriss rechteckig. Der Boden des konkaven Abschnitts des Umformwerkzeugs ist 58 mm x 160 mm und flach. Die Tiefe des konkaven Abschnitts des Umformwerkzeugs beträgt 5 mm. Zylindrische Innenflächen mit Radien von 5 mm erstrecken sich von Längsseiten des Bodens des Umformwerkzeugs, um Seitenwandabschnitte des Umformwerkzeugs zu bilden.
Die Form des Presselements ist eine konvexe Form, die sich mit der Form des Umformwerkzeugs paart.
Die Glasplatte wurde gemeinsam mit dem Umformwerkzeug in einem Ofen platziert, wobei die Längsseitenkanten der Glasplatte durch Längsseitenkanten des Umformwerkzeugs gestützt wurden. Im Ofen wurde mit dem Presselement eine Kraft von 3,236 N (330 gf) auf die Deckfläche der Glasplatte ausgeübt. Die Temperatur im Ofen wurde so geregelt, dass die Temperatur der Glasplatte innerhalb des ersten Temperaturbereichs lag.
In Tabelle 1 ist die Temperatur im Ofen während des Verformungsschritts als „Temperatur (°C) während des Verformungsschritts“ ausgewiesen, ist die Zeitdauer des Verformungsschritts als „Zeitdauer (min) des Verformungsschritts“ ausgewiesen, ist die Temperatur im Ofen für die Glasplatte während des Kristallisationsschritts als „Temperatur (°C) während des Kristallisationsschritts“ ausgewiesen, ist die Zeitdauer des Kristallisationsschritts als „Zeitdauer (min) des Kristallisationsschritts“ ausgewiesen, ist die Rate der Verringerung der Ofentemperatur während des langsamen Abkühlschritts als „Abkühlrate (°C/h)“ ausgewiesen, ist die Endtemperatur (Zieltemperatur) im Ofen im langsamen Abkühlschritt als „Zieltemperatur (°C)“ ausgewiesen, ist die in der Glasplatte präzipitierte Kristallphase als „Kristallphase“ ausgewiesen, ist die relative Dichte des kristallisierten Glases als „Relative Dichte des kristallisierten Glases“ ausgewiesen und ist die Lichtdurchlässigkeit des kristallisierten Glaselements (0,50 mm dick) unter Berücksichtigung des Reflexionsverlusts bei Wellenlängen von 410 nm, 500 nm und 700 nm als „Durchlässigkeit (400 nm) (%)“, „Durchlässigkeit (500 nm) (%)“ bzw. „Durchlässigkeit (700 nm) (%)“ ausgewiesen. Sind in der Tabelle unter der Spalte „Temperatur während des Kristallisationsschritts“ keine Temperaturdaten angeführt, so bedeutet dies, dass der Kristallisationsschritt nicht durchgeführt wurde.
Der Glasübergangspunkt (Tg) und die Fließgrenze (At) der Glasplatte wurden wie folgt gemessen. Ein Rundstangenprüfkörper mit einer Länge von 50 mm, einem Durchmesser von 4 ± 0,5 mm und der gleichen Zusammensetzung wie die Glasplatte wurde hergestellt. Die Temperatur und die Prüfkörperdehnung des Prüfkörpers wurden unter Verwendung eines Bruker AXS TD5000SA Hochtemperatur-Wärmedehnungsmessers gemäß dem Standard JOGIS08-2003, „Measuring Method for Thermal Expansion of Optical Glass“, der Japan Optical Glass Manufacturers' Association gemessen. An den Prüfkörper wurde eine Messlast von 0,098 N (10 gf) in Längsrichtung angelegt. Der Glasübergangspunkt (Tg) wurde gemäß JOGIS08-2003 anhand einer Wärmeausdehnungskurve ermittelt, die durch Messen der Temperatur und der Prüfkörperdehnung erhalten wurde. Die Fließgrenze wurde als Temperatur, bei der der Prüfkörper unter der Messlast sich nicht mehr ausdehnt und sich zu erweichen und zusammenzuziehen beginnt, definiert.
Die Temperatur im Ofen ist eine Temperatur, die mit einem an der Innenwand des Ofens angebrachten Thermoelement gemessen wird. Bei einem Vorabexperiment wurde die Temperatur im Ofen gelesen und unmittelbar danach wurde die Temperatur der Glasplatte im Ofen mit einem Strahlungsthermometer gemessen, wobei ein Temperaturunterschied von ± 3 °C festgestellt wurde. Bei den Beispielen der vorliegenden Erfindung wurde die Temperatur im Ofen gemessen, da die Temperatur der Glasplatte nicht direkt mit einem Strahlungsthermometer gemessen werden konnte, da ein Umformwerkzeug und ein Presselement vorhanden waren.
Was die Kristallphase betrifft, so wurde die präzipitierte Kristallphase in der Glasplatte nach dem Herstellungsprozess anhand des Winkels eines Peaks identifiziert, der in einem Röntgenbeugungsmuster auftrat, das unter Verwendung eines Röntgenbeugungsanalysators (X'PERT-MPD, hergestellt von Philips) und optional unter Verwendung eines TEM EDX (JEM2100F, hergestellt von JEOL Ltd) erhalten worden war.
Die Lichtdurchlässigkeit wurde unter Verwendung einer separat hergestellten Probe, die jedem Beispiel entsprach, gemessen. Im Spezifischen wurde ein Rohglas mit der gleichen Zusammensetzung wie jene jedes Beispiels hergestellt, in eine auf Hochglanz polierte Parallelplatte mit einer Dicke von 0,5 mm geformt und unter den gleichen Temperaturbedingungen und Zeitbedingungen wie beim Verformungsschritt, Kristallisationsschritt und langsamen Abkühlschritt in jedem Beispiel wärmebehandelt, um die Probe herzustellen.

Die spektrale Lichtdurchlässigkeit der hergestellten Probe wurde gemäß dem Standard JOGIS02-2003, „Measuring Method for Color-Degree of Optical Glass“ der Japan Optical Glass Manufacturers' Association gemessen, um die Durchlässigkeit bei Wellenlängen von 410 nm, 500 nm und 700 nm zu ermitteln. [Tabelle 1]

Mol-%	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4
SiO₂	58,4	58,4	58,4	58,4
P₂O₅
B₂O₃
Al₂O₃	11,6	11,6	11,6	11,6
K₂O
Na₂O	15,5	15,5	15,5	15,5
MgO	10,3	10,3	10,3	10,3
CaO
ZnO
ZrO₂
TiO₂	4,2	4,2	4,2	4,2
SnO₂
Sb₂O₃
Gesamt	100	100	100	100
Al₂O₃/(MgO + ZnO)	1,13	1,13	1,13	1,13
TiO₂/Na₂O	0,27	0,27	0,27	0,27
MgO/Na₂O	0,66	0,66	0,66	0,66
ZnO/MgO	0	0	0	0
MgO + ZnO	10,3	10,3	10,3	10,3
Glasübergangspunkt Tg (°C)	650	650	650	650
Fließgrenze At (°C)	747	747	747	747
Spezifische Dichte von Rohglas	2,540	2,540	2,540	2,540
Temperatur (°C) während des Verformungsschritts	750	730	710	750
Zeitdauer (min) des Verformungsschritts	30	30	30	30
Temperatur (°C) während des Kristallisationsschritts	-	-	700	700
Zeitdauer (min) des Kristallisationsschritts	-	-	90	30
Abkühlrate (°C/h)	100	50	300	150
Zieltemperatur (°C)	450	450	450	450
Kristallphase	MgAl₂O₄	MgAl₂O₄	MgAl₂O₄	MgAl₂O₄
Kristallphase	MgTi₂O₄	MgTi₂O₄	MgTi₂O₄	MgTi₂O₄
Spezifische Dichte von kristallisiertem Glas	2,543	2,545	2,545	2,545
Durchlässigkeit (410 nm) (%)	90,1	89,5	89,8	89,3
Durchlässigkeit (500 nm) (%)	90,5	90,3	90,3	90,1
Durchlässigkeit (700 nm) (%)	91,5	91,2	91,3	91,1

[Tabelle 2]

Mol-%	Beispiel 5	Beispiel 6	Beispiel 7	Beispiel 8
SiO₂	58,4	58,4	61	54,78
P₂O₅				0,5
B₂O₃
Al₂O₃	11,6	11,6	12,7	14,8
K₂O			2,5	2
Na₂O	15,5	15,5	7,6	11
MgO	10,3	10,3	5,9
CaO
ZnO			8,5	14,7
ZrO₂			1,1	1
TiO₂	4,2	4,2		1,2
SnO₂			0,7
Sb₂O₃				0,02
Gesamt	100	100	100	100
Al₂O₃/(MgO + ZnO)	1,13	1,13	0,88	1,00
TiO₂/Na₂O	0,27	0,27	0	0,11
MgO/Na₂O	0,66	0,66	0,78	0
ZnO/MgO	0	0	1,44
MgO + ZnO	10,3	10,3	14,4	14,7
Glasübergangspunkt Tg (°C)	650	650	650	640
Fließgrenze At (°C)	747	747	750	740
Spezifische Dichte von Rohglas	2,540	2,540	12,588	2,707
Temperatur (°C) während des Verformungsschritts	750	760	730	730
Zeitdauer (min) des Verformungsschritts	30	30	30	30
Temperatur (°C) während des Kristallisationsschritts	-	-	700	720
Zeitdauer (min) des Kristallisationsschritts			90	30
Abkühlrate (°C/h)	100	300	300	50
Zieltemperatur (°C)	450	450	450	440
Kristallphase	MgAl₂O₄	MgAl₂O₄	ZnAl₂O₄	ZnAl₂O₄
Kristallphase	MgTi₂O₄	MgTi₂O₄	MgAl₂O₄	MgAl₂O₄
Spezifische Dichte von	2,545	2,546	2,610	2,7323
kristallisiertem Glas
Durchlässigkeit (410 nm) (%)	89,3	89,0	89,8	89,5
Durchlässigkeit (500 nm) (%)	90,1	90,0	90,3	90,1
Durchlässigkeit (700 nm) (%)	91,1	91,0	91,3	91,1

[Tabelle 3]

Mol-%	Beispiel 9	Beispiel 10	Beispiel 11
SiO₂	57,68	55,38	57,608
P₂O₅	0,6	0,5
B₂O₃	3,7	2,9
Al₂O₃	11,2	10,5	12,697
K₂O			1,664
Na₂O	4,2	4,3	11,873
MgO	12,9	10,3	5,917
CaO	1,2	1,1
ZnO	4	10,4	8,457
ZrO₂			1,106
TiO₂	4,5	4,6
SnO₂			0,678
Sb₂O₃	0,02	0,02
Gesamt	100	100	100
Al₂O₃/(MgO + ZnO)	0,66	0,51	0,88
TiO₂/Na₂O	1,07	1,07	0
MgO/Na₂O	3,07	2,40	0,50
ZnO/MgO	0,31	1,01	1,43
MgO + ZnO	16,9	20,7	14,374
Glasübergangspunkt Tg (°C)	670	670	650
Fließgrenze At (°C)	720	700	733
Spezifische Dichte von Rohglas	2,588	2,730	2,612
Temperatur (°C) während des Verformungsschritts	730	710	700
Zeitdauer (min) des Verformungsschritts	30	30	90
Temperatur (°C) während des Kristallisationsschritts	-	700	700
Zeitdauer (min) des Kristallisationsschritts		30	60
Abkühlrate (°C/h)	100	50	50
Zieltemperatur (°C)	470	470	450
Kristallphase	ZnAl₂O₄	ZnAl₂O₄	ZnAl₂O₄

	MgAl₂O₄	MgAl₂O₄	MgAl₂O₄
Spezifische Dichte von kristallisiertem Glas	2,615	2,762	2,648
Durchlässigkeit (410 nm) (%)	90	89,8	90,0
Durchlässigkeit (500 nm) (%)	90,5	90	90,5
Durchlässigkeit (700 nm) (%)	91,3	91,2	91,1

Bei den Beispielen 1 bis 11 wurden die Glasplatten jeweils unter Anpassung an das Umformwerkzeug verformt und kristallisierte Glaselemente mit einer gekrümmten Form wurden in kurzer Zeit erhalten. In den erhaltenen kristallisierten Glaselementen waren die gewünschten kristallisierten Phasen in den gewünschten Kristallhöhen präzipitiert und die kristallisierten Glaselemente hatten eine hohe Lichtdurchlässigkeit.
Das in Beispiel 5 erhaltene kristallisierte Glaselement wurde für 15 Minuten bei 450 °C in KNO₃-Salzschmelze getaucht und eine Druckspannungsschicht wurde durch einen chemischen Festigungsprozess in der Oberfläche des kristallisierten Glaselements gebildet. Die Dicke der Druckspannungsschicht wurde unter Verwendung eines FSM-6000LE Glasoberflächenspannungsmessers, hergestellt von Luceo Co., Ltd., gemessen. Die Druckspannungsschicht hatte eine Dicke von 7 µm und eine Oberflächenspannung von 1010 MPa.
Das in Beispiel 6 erhaltene kristallisierte Glaselement wurde für 5 Minuten bei 450 °C in KNO₃-Salzschmelze getaucht und eine Druckspannungsschicht wurde durch einen chemischen Festigungsprozess in der Oberfläche des kristallisierten Glaselements gebildet. Die Dicke der Druckspannungsschicht wurde unter Verwendung eines FSM-6000LE Glasoberflächenspannungsmessers, hergestellt von Luceo Co., Ltd., gemessen. Die Druckspannungsschicht hatte eine Dicke von 4 µm und eine Oberflächenspannung von 950 MPa.
Das in Beispiel 4 erhaltene kristallisierte Glaselement wurde für 6 Stunden bei 450 °C in KNO₃-Salzschmelze getauscht und eine Druckspannungsschicht wurde durch einen chemischen Festigungsprozess in der Oberfläche des kristallisierten Glaselements gebildet. Die Dicke der Druckspannungsschicht wurde unter Verwendung eines FSM-6000LE Glasoberflächenspannungsmessers, hergestellt von Luceo Co., Ltd., gemessen. Die Druckspannungsschicht hatte eine Dicke von 58 µm und eine Oberflächenspannung von 1050 MPa.
Vorstehend wurden diverse Ausführungsformen und/oder Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben, für den Fachmann ist es jedoch ein Leichtes, diverse Modifikationen an diesen beispielhaften Ausführungsformen und/oder Beispielen vorzunehmen, ohne sich wesentlich von den neuen Lehren und Wirkungen der vorliegenden Erfindung zu entfernen. Aus diesem Grund fallen diese diversen Modifikationen in den Umfang der vorliegenden Erfindung.
Der Inhalt der Literatur, die in dieser Beschreibung und in der japanischen Patentanmeldung angeführt ist, auf der die Priorität der vorliegenden Anmeldung gemäß dem Pariser Übereinkommen basiert, ist hierin in seiner Gesamtheit berücksichtigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 201494885 [0005]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form, umfassend einen Verformungsschritt des Verformens zumindest eines Teils einer Glasplatte in eine gekrümmte Form durch eine externe Kraft, die auf die Glasplatte einwirkt, während eine Temperatur der Glasplatte innerhalb eines ersten Temperaturbereichs gehalten und ein Kristall aus der Glasplatte präzipitiert wird.
Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form nach Anspruch 1, wobei der erste Temperaturbereich [At - 40] °C bis [At + 40] °C ist, wobei At (°C) eine Fließgrenze der Glasplatte ist.
Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Glasplatte eine Zusammensetzung aufweist, die in Mol-% auf Oxidbasis enthält: 30,0 % bis 70,0 % einer SiO₂-Komponente, 8,0 % bis 25,0 % einer Al₂O₃-Komponente, 0 % bis 25,0 % einer Na₂O-Komponente, 0 % bis 25,0 % einer MgO-Komponente, 0 % bis 30,0 % einer ZnO-Komponente, und 0 % bis 10,0 % einer TiO₂-Komponente und einer ZrO₂-Komponente insgesamt.
Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form nach Anspruch 3, wobei die Glasplatte eine Zusammensetzung aufweist, die in Mol-% auf Oxidbasis insgesamt enthält: 1 % bis 10,0 % der TiO₂-Komponente.
Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Glasplatte eine Zusammensetzung aufweist, die in Mol-% auf Oxidbasis enthält: 1 % bis 10,0 % der ZrO₂-Komponente.
Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Glasplatte eine Kristallpräzipitation bei einer Temperatur im Bereich von [Tg] °C bis [At + 50] °C durchläuft, wobei Tg (°C) ein Glasübergangspunkt der Glasplatte ist.
Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei im Verformungsschritt ein Umformwerkzeug in einer Richtung angeordnet wird, in der eine externe Kraft auf die Glasplatte einwirkt, und sich die Glasplatte dem Umformwerkzeug anpasst, wodurch zumindest ein Teil der Glasplatte in eine gekrümmte Form verformt wird.
Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zumindest ein Teil der externen Kraft die Schwerkraft ist, die auf die Glasplatte einwirkt.
Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest ein Teil der externen Kraft eine Kraft ist, die durch ein auf einer Deckfläche der Glasplatte platziertes Gewicht auf die Glasplatte ausgeübt wird.
Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zumindest ein Teil der externen Kraft eine Kraft ist, die durch ein Presselement auf die Glasplatte ausgeübt wird.
Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend einen langsamen Abkühlschritt des Verringerns der Temperatur der verformten Glasplatte nach dem Verformungsschritt.
Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend einen Kristallisationsschritt des weiteren Präzipitierens eines Kristalls aus der verformten Glasplatte nach dem Verformungsschritt, während eine Temperatur der verformten Glasplatte innerhalb eines zweiten Temperaturbereichs gehalten wird.
Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Glaselements mit einer gekrümmten Form nach Anspruch 12, ferner umfassend einen langsamen Abkühlschritt des Verringerns der Temperatur der verformten Glasplatte nach dem Kristallisationsschritt.
Ein kristallisiertes Glaselement, das eine gekrümmte Form aufweist und das bei einer Dicke von 0,5 mm eine Lichtdurchlässigkeit bei einer Wellenlänge von 410 nm von 86 % oder mehr aufweist.