DE1946343A1

DE1946343A1 - Verfahren zur Behandlung von Glas oder vitrokristallinem Material

Info

Publication number: DE1946343A1
Application number: DE19691946343
Authority: DE
Inventors: Emile Plumat
Original assignee: Glaverbel Belgium SA
Current assignee: AGC Glass Europe SA
Priority date: 1968-09-12
Filing date: 1969-09-12
Publication date: 1970-03-19
Also published as: BG20326A3; DK140280C; LU56869A1; YU233069A; NO126314B; ES371394A1; DK140280B; YU32901B; IL32978A; GB1276186A; FI50330B; CS173563B2; SE356498B; CH513085A; ES393723A1; RO57073A; NL6913961A; US3785792A; CA956114A; AT309715B

Description

'«-Ά Γε NTAN WALTE
CiI. MOLLER-BORg . DlPL-INQ. GRAU*

DR. MANITZ. DR. DEUFEL G 2012

« MÖNCHEN 2* ROBERT-KOCH^T* f

«-ο... l2.Sep.B69

GLAVERBEL

166, Chaussee de la HuIpθ

Wateimael-Boitsfort/BELGIEN

Verfahren zur Behandlung von-Glas oder vitrokristallinem Material

Prioritäten.* Luxemburg v. 12. Sept. 1968 Nr. 56 869 und

Großbritannien v. 25» Juni 1969 Hr₀ 32 148/69

Sie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Körpers aus Glas oder vitrokristallinem Material, bei welchem eine oder mehrere überzugsschiohten auf den.Körper aufgebracht werden, und Korper_? welche mit diesem Verfahren behandelt wurden«,

Oberflächen-Überzüge werden manchmal auf Körper besonderen Materials aufgebracht, um den Körper im Hinblick auf seine optischen, mechanischen, elektrischen, chemischen oder physikalischen Eigenschaften zu verändern«. Es ist z.B. bekannt, dünne Schichten auf Glasartikel aufzubringen, um ihre optischen Eigenschaften zu verändern.

Überzugsschichten können durch verschiedene Methoden auf einen Körper aufgebracht werden, z«B. durch Bedampfen im Vakuum, Kathodenzerstäubung oder thermische Zersetzung einer Verbindung an dem Körper. Z.B. können Dämpfe von Halogenverbindungen auf die iu überziehende Oberfläche aufgebracht werden, wobei diese Oberfläche auf erhöhte Temperaturen erwärmt ist, so daß die Dämpfe sich lersetsen und mit dem atmosphärischen Sauerstoff Qocydüberiüee bilden·

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Jedoch können Schichten, welche durch diese konventionellen Verfahren aufgebracht werden, in manchen Fällen ziemlich leicht durch Berührung oder Reibung entfernt werden« Oft ist die Haftung der Überzüge ungleichmässlg und sie sind für Beschädigungen an bestimmten Stellen des überzogenen Körpers besonders anfällig. Darüber hinaus sind die optischen Eigenschaften einer Schicht; oder eines Systems von Schichten, die beispielsweise einen Interferenzfilter bilden, oftmals von ungenügender Gleichmässigkeit. Es* verhält sich ähnlich mit dem elektrischen Widerstand von elektrisch leitfähigen Überzügen, welche durch die konventionellen Verfahren aufgebracht wurden: der tf id erstand swert pro Flächeneinheit 1st nicht der gleiche . an allen Stellen der Oberfläche. Es wurde auch gefunden» daß '.fasser aus der Atmosphäre manchmal das Material der Schicht, sogar unter einer Schutzschicht angreifen kann, und Hegenbogenf arben erscheinen schneller an einigen Stellen als an anderen»

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren, welches wenigstens einige dieser Probleme löste

Gemäß der Erfindung wird ein Körper aus Glas oder vitrokristallinem Material in einem Verfahren behandelt, bei welchem wenigstens eine Substanz veranlaßt wird, in wenigstens einen Teil des Körpers einzudringen, aus wenigstens einem damit in Berührung stehenden Medium, > wobei die Temperatur während und nach dem Eindringen geregelt wird, und wodurch Oberflächen-Druckspannungen in einem Teil des Körpers hervorgerufen oder erhöht werden, und wenigstens eine ÜberBugsschicht auf wenigstens einen Teil des Körpers aufgebracht wird, der solohe Oberflächen-Druckspannungen aufweist·

ι Es wurde gefunden, daß die Haftung einer Schicht auf einem Körper aus Glas oder vitrokristalllnea Material merklich verbessert wird, wenn die Oberfläche, welche die Schicht aufnehmen βoll, eine erhöht· Druckspannung aufweist oder in den Zustand einer Druckspannung ge-

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,,^,.Z₁₁,. ^; ÖAD ORlGiNAL

bracht wurde, &·Β. vena Bie verfeatlgt wurde durch des Eindringen einer Substens durch die Oberfläche und ü«eignete Regelung der Temperatur während und neon diesem Eindringen.) Verfahren zur Hervorrufuag oder zur Erhöhung von <n>exdtl&ohen»Dmokspaimungen sind bekannt als Verfahren sur chemischen Temperuag. Die Ursache der verbesserten Haftung ist nicht bekannt, es iat jedoch möglich, daß die Durchführung eines chemischen leisperierungsyerfahrens, das die Oberfläche in einen Zustand der Oberflächen-Sruakspanmmg bringt, oder die Oberfläohen«-uruokspannung erhöht» unregelmässigkeiten der Oberfläche vermindert und so eine bessere Haftung vermittelte

Im Falle eines ESrpers aus vitrakristallinen Material, bei welchem nicht alle Phasen eine BIffusion im selben Ausmaß erlauben, ergibt die Erfindung die besten Ergebnisse, wenn die Phase, welche das Bindiffundieren einer groseen oder der grüßten Menge uubstans aus dem damit in Berührung stehenden Medium erlaubt, gut Über die Oberfläche des Körpers verteilt 1st. In einem solchen Fall wird der Zustand der Druckspannung als Ergebnis dee Dlffueionsprosesses dennoch sehr oder weniger gleiobaässlg sein.

Der KEtrp«r, welcher gemäß der Erfindung behandelt wird, lann ein hergestellter Artikel oder ein Teil eines aoiohen Artikels sein« κ·B. kann der behandelte Körper aua Glas,oder vitrokristallinem Material ein Überzug auf einea Substrat sein, dessen Zueammenaeteung verschieden ist von derjenigen des tibersttgee, · Der Körper kann während der ganeen Befeenaisng fest seine Jedoch ist es» wie später näher erklärt wird, möglich» daß »ur ^nfUhrung der Substans in den Körper als Teilschritt der Temperierung der Körper gesohaolsen ist₀ So kann s»fi. diese Einführung in Falls einer flachen Glasscheibe während der Herstellung des Glases erfolgen«

ein« Substans in einen EBrper aus ai«a oder vitrokristallinein Material «us einem damit in Berührung stehenden Kedlurn eintritt«

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kann die Substanz in bestimmten Fällen in Form von Atomen oder· Molekülen in den Körper eindringen, jedoch tritt die Substanz in den '■' meisten Fällen in Form von Ionen in den Körper ein.

Gewöhnlich beoteht das chemische Tempern in einem Austauschen von Ionen des Körpers durch Ionen aus dem damit in Berührung stehenden toediumc Es ist z»Eo möglich, Druckspannungen. durch Substitution von Ionen in den ausseren Schichten des Körper« durch Ionen, welche einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten ergeben, her» vorzurufen, und zwar bei einer.Temperatur, welche genügend hoch ist und ausreichend lange aufrechterhalten wird, um ein« ..Ent· . spannung . zu erlauben und den Körper anschliessend zu kühlen· ' Andererseits können überfläohen-Druckspannungen dadurch hervorgerufen werden, daß in den äusseren Schichten des Körpers Ionen durch grössere Ionen ersetzt werden, während die Oberflächenschicht des Körpers' eich auf erhöhter Temperatur befindet, wobei jedoch diese Temperatur zu niedrig ist, um praktisch keine oder wenigst ens eine vollständige üpannungsrelaxation während der Zeit zu erlauben, in welcher die Temperatur aufrechterhalten wird; der Körper kann dann auf Normaltemperatur gekühlt werden, so daß die induzierten Spannungen eingefroren werden«, Darüber hinaus ist es möglich» Oberflächen-Druckspannungen hervorzurufen» indem Ionen veranlaßt werden in den Körper durch seine Oberfläche aus dem damit in Berührung stehenden Medium unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes einzudringen, ohne gleichseitige Bewegung von Ionen aus den Körper in das damit In Berührung stehende Medium.

In einer bevorzugten AuefUhrungafo» des Verfahren« geaäi derEsrfiadung besteht das chemische Tempern aus eines lonenauataaeoh swleohec Ionen der Oberflächenschicht dee Körpers und Ionen aus wenigsten· einem Medium, mit welchem der Körper in Berührung steht. Die Haftung eines anechlieesend aufgebrachten Ühersuges wird dadurch suverläesig und gleiohmässig über die ganze behandelte Oberfläche erhöht.

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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens besteht das chemische Tempern aus einem Austausch zwischen Ionen des Körpers und Ionen, welche auf der Oberfläche des Körpers einen geringeren Ausdehnungskoeffizienten hervorrufen, wobei dieser Austausch bei einer Temperatur durchgeführt wird, bei welcher eine bpannungsrelaxation im Körper stattfinden kann. Ein Beispiel eines Austausches dieser Art chemischer Temperungebehandlung ist die Substitution von 'Natriumionen in einem Glaskörper durch Lithiumionen bei einer Temperatur höher als die untere Entspannungstemperatur des Glases· Wenn sich das Glas abkühlt, kommt die Oberfläche in einen Zustand von Druckspannungen, well die Oberflächenschichten dazu neigen, sich weniger zu kontrahieren wie die angrenzenden inneren Schichten. Bine Diffusion dieser Art hat den Vorteil, sehr schnell und deshalb wirtschaftlich zu sein. '

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführnngsfoni des Verfahrens besteht die Diffusion aus einem Austausch zwischen Ionen des Körpers und grösseren Ionen bei einer Temperatur und während einer Zeitdauer, daß eine vollständige Kela^zatlon der erzeugten Spannungen nicht stattfinden kann. Ein Beispiel dieser Art von chemischer Temperungebehandlung ist ein Austausch zwischen Hatrlumionen eines Glaskörpers und Kaliumionen bei einer Temperatur unterhalb der Bnt-r spannungstemperatur (annealing point) des Glases· Duron diese Art des Ionenaustausches können sehr beachtliche Druckspannungen erzeugt werden· *

Daren dae chemische Tempern wird nicht nur die Haftung einer aneohliessend aufgebrachten Uberzugssohioht oder Uberzugesohiohten verbessert, sondern auch andere Eigenschaften· Ss wurde z.B. gefunden, daß eine Schicht aus Gold, die auf einem ohemisch getemperten Körper niedergeschlagen wurde, schon bei geringerer Dicke elektrisch leitend wird als wenn das Gold ohne vorheriges chemisches Tempern der zu beschichtenden Oberfläche aufgebracht worden wäre· Der VIderstand

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pro Flächeneinheit der leitenden Schicht wird durch die chemische Temperungsbehandlunü auch einheitlicher gemacht»

Eb kann s.B. durch Ellipsoaetrie gezeigt werden» daß auch der Brechungsindex einer dielektrischen Schicht, welche auf einer chemisch getemperten Oberfläche abgeschieden wurde» einheitlicher isto

Ein weiterer Fortschritt der Erfindung liegt in der lateaohe, daß Uberzugseohichten durch verschiedene Verfahren mit einem geringeren Risiko des Bruches durch thermo-mechanieohe Spannungen nufgebracht werden können. Dieser Fortschritt wird besonders beim Überziehen von Glas deutlich. Ss ist z.B. möglich, Überzüge durch Aufdampfen im Vakuum oder Kathodenzerstäubung oder durch ein Verfahren aufzubringen, bei welchem der Körper In eine lösung einer organo* metallischen Verbindung getaucht wird und dann einer Wärmebehandlung unterzogen wird» bei welcher sioh in situ ein Metalloxyd-Ufeereug bildet.

Infolge der chemischen Temperungsbehandlttng können Spuren unerwünschter Substanzen auf der zu beschichtenden Oberfläche zurückbleiben, ZoBo Spuren von Reaktionsprodukten, wie Produkten einer Reaktion zwischen dem Körper und dem zur chemischen Temperung benutzten Behandlungsmedium. Vorteilhafterweise wird Tor dem Aufbringen des oder der Schichten wenigstens ein Teil solcher Reaktionsprodukte oder Rückstände entfernt.

Besonders vorteilhaft wird wenigstens ein Teil aller Rückstände mit Hilfe einer sauren Lösung entfernt. Eine Lösung dieser Art entfernt schnell und wirksam alle Reaktionsprodukte von der Oberfläche. Diese Säurebehandlung Termlndert weiteriiin Jegllolie Heigung iur Hegenbogenf arbenblldung.Eb wurde z.B. gefunden»daß eine Sohlcht au·TiO₃₇

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die nach der Säurebehandlung auf einem chemisch getemperten Glas niedergeschlagen wurde, eine sehr wirkungsvolle Barriere gegen atmosphärischen Wasserdampf bildet»

Die Verankerung des Überzuges' oder der Überzüge kann weiterhin durch Behandlung der beschichtenden Oberfläche mit. einer passenden Konditionlerungseubstanz verbessert werden. Besonders vorteilhafte Konditionierungssubetanzen sind Lösungen, welche ein oder mehrere Ionen der folgenden Kiemente enthalten: Zink, Chrom, Kupfer, Aluminium, Palladium. Die unter Druckspannungen' gebrachte Oberfläche braucht nicht vollständig bedeckt sein} auch eine Schicht von EJonditioülerungSBubetanz mit einer Dicke von weniger als einer monömölekularen Sohloht reicht aus, und in dieses Falle bewirkt der Zustand von Druckspannung der Oberfläche und die Verminderung von Unregelaäsaigkeiten der Oberfläche weiter die Gewährleistung einer befriedigender») Haftung »wischen der aufzubringenden Schicht und der Oberfläche des Artikel··

Die Zusammensetzung des Überzuges oder der überzüge« welche auf den chemisch getemperten Körper aufgebracht sind, kann ac sein, daß ein Ionenaustausch zwischen dem Überzug oder den Übersügun und der getemperten Oberfläche stattfinden kann. Vails solch ein Ionenaustausch stattfindet, ist* die Verankerung des Überzuges oder der überzüge auf der Oberfläche weiterhin verbessert·

Wenn die Überzugsschicht oder Schichten eine Oberfläche bilden, Welche bessere mechanische Eigenschaften hat als die beschichtete Oberfläche des Körpers, erhöht das chemische Tempern den Effekt der Beschichtung und umgekehrt: der überzug schützt die getemperte Oberfläche des Körpers vor Beschädigungen, die die Bruchlast des Körpers vermindern wurden, während das chemische Tempern die Schutzeigenechaftcn des Überzuges verbessert., Deshalb haben die beiden Behandlungen einen kombinierten Effekt, welcher grosser ist als die Summe der Effekte der 13inzelbehandlungen_o Die Neigung zum Altern, das ist ein progressiver Verlust der mechanischen Eigenschaften, wird

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vermindert, weim der auf ded Körper aufgebrachte Überzug oder die

■ · - - ' Überzüge eine Oberflliche mit besseren mechaniechen Eigenschaften als die beschichtete Oberfläche des Körpers ergibto

Es ist vorteilhaft, einen oder mehrere überzugeschicViten au'zubrir.-gen_f welche wenigstens eine der folgenden Verbindungen enthalten: TiO₂, SiO₂, Ai₂O₃, Cr₂O₃, Pe₂O₃Y ZrO₂, (Pa₃O₅, V₂O₅, .¹MK, *₂°3' CeO₂, ZnO, SiC₉ TiN, TaC, ZrC, BgO, TiC_f AlB, B₄C, Zirkon, Beryll, Topas, ZnCrO₄, ZrB₂O Schichten, die aus diesen Verbindungen gebildet wurden, schützen die Oberfläche gegen mechanische Schäden und Bildung von ftegenDOgenfarben.

Um die ganzen Vorzuge dee Schützen durch den Überzug zu verwirklichen, sollte die Überzugsschicht oder Schichten auf gebracht werden bevor der Körper irgendeiner erwähnenswerten Handhabung unterzogen wurde· Vorzugsweise wird die Überzugsschicht <xler die Schichten unmittelbar nach oder wenigstens innerhalb weniger Minuten nach Durchführung der chemischen Teuerung aufgebrachte

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Behandlungen zur Erzeugung von Druckspannungen ouf der zu überziehenden Oberfläche und der Abscheidung der Überzugssohicht oc er Schichten möglicherweise zusammen mit dem dazwischen liegenden Reinigen.und/ oder der oder den Vorbehandlungen kontinuierlich aufeinanderfolgend vorgenommen, um das/Risiko eirier Verunreinigung der Oberfläche durch zwischenzeitliche Handhabung oder als Ergebnis einer unkontrollierten De-Alkalisation des Körpers nach der chemischen Behandlung (Z₀B. duroh.den Einfluß einer feuchten Atmosphäre), auf ein Kinimufc zu begrenzen. ■ - ■».,-,"-*■:■ .■■■-■■■- ■■·-■ - *' ■

Wenn der Überziehvorgang solcher Art ist, daß er bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird, ist es Vorteilhaft, die überzugeechichir oder Schichten:unmittelbar nach deüi chemischen Tempern und bevor> der

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Artikel abgekühlt let, aufzubringen. Dieses Verfahren hat den Vorteil _r wesentlicher Energieeihsparung und einer Verminderung der in der ÜberzugBBChicht oder den Schlohten hervorgerufenen Spannungen, und ergibt somit eine verbesserte Haftung.

Die Erfindung let besonders, jedoch keineswegs ausschließlich gedacht zur Behandlung und Beschichtung von Glas in Sohelbenfora. Bein Behandeln einer Glasscheibe kann dme oheaiaohe Tempern und da« Überziehen auf der ganzen Scheibe oder cur auf Teilen davon sue Beispiel den Kanten der Scheibe, wo Gläsbruch oft, in Berührung mit harten Körpern vorkommt, vorgenommen werden.

Die Srfindurg betrifft auch andere Produkte, die ganz oder teilweise auB Glas oder vitrokristallinem Material hergestellt sind, weiches duroh ein hier beschriebenes Verfahren behandelt wurden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der keineswegs be- -schränkenden Beispiele sowie der beigefügten Zeichnung beschrieben.

Figo 1. zeigt eine Einrichtung but Messung der Vlderetasdefäbigkelt von auf eine Unterlage abgeschiedenen Schichten gegenüber Reibung, und .

Figo 2 let ein soheaatisoher Ausschnitt aus einer Einrichtung sur Durchführung des Verfahrene nach dieser Srflndung·

Beispiel 1

Eine Sohelbe aus Hatron-Kalkglas wurde in eine* Bad aus Kalluanltrat 20 Stunden lang bei 45O⁰C getempert, so IeJ die Druokaipamtanf vm den Faktor 12 erhöht wurde·

Nach dieser Behandlung betrug die Hohs-Härt· des Olaets 5_r6» Bins Schicht aus ZrOp mit einer Dicke von 1500 Ä wurde durch Eintauchen

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der Scheibe in ein Bad aus Zirkonacetat und anBchliessendes Erhitzen auf 30O⁰C In Luft, zur Erzeugung eines Zirkonoxydfilmes, aufgebracht» Diese Schicht mit einer Härte von 8,0 wurde dem Reibungetest mit Hilfe des Geräteo nach Abbildung t unterworfen» Eine Relbeelnriohtung 1 aus i'ilz, der mit schmirgelndem Ceroxydpulver imprägniert war» wurde mit einen Druok von 200 g/cm auf das Glas aufgesetzt. hit Hilfe Ton βνei rotierenden Bewegungseinriohtungen, angedeutet durch Pfeile 3 und 4, gleitet die Rsibeinriohtung 1 eohnell Über die Mitt· dee Glases 2* welche »Afc der Schicht. 5 Ubarsogsn 1st und weniger eohnell Über die anderen Bereiche, in dem Verhältnis ale letztere weiter vom Zentrum entfernt sind. Eb wurde beobachtet, daß eine Fläche von 3 cm Durchmesser im Zentrum des Glases nach einem Test ton 10 Hinuten Dauer abgeechabt war. In einem Vergleichstest mit einem gleichartigen Glasstüok, das einen gleichartigen Überzug trug, jedoch vor dem überziehen.nicht chemisch getempert war, wurde eine zentrale Fläche von 8 cm Durchmesser in 10 Minuten abgeschabt·

Bine Soheibe au« Titrokrlstallinea Material der folgend«! Zusammen-•etaung (Gewo

SiO₂ 48 #

Al₂Oj 32 *

Ha₂O 10 %

OaO 2 J6 .

TiO₂ 8 Jt_? .

wurde einer Behandlung unterworfen, bei welcher K⁺-I on en durch Nationen ersetzt wurden· Zu diesem Zweck wurde die Scheibe 24 Stunden lang bei 500⁰O in ein Bad von KHO, getaucht. Die Bruchspannung in

ο dar chemisch gehärteten Soheibe war 56 kg/ia , d_oh. dreimal höher als diejenige der nicht-gehärteten Scheibe»

Schichten von Gold verschiedener Dicke wurden in bekannter Technik durch Aufdampfen im Vakuum auf gehärtete Scheiben und auf nioht-ge-

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härtete Scheiben des gleichen Materials aufgebrachte Durch Teste wurde festgestellt, daß eine Goldachioht von nur 80 α Dicke, welche auf dem chemisch getemperten vitrokristallinen Material aufgebracht waren, elektrisch leitend waren, während die Goldsohichten, welche auf dem ungetemperten Material aufgebracht waren, und eine Dicke von weniger als 120 $ hatten, keine elektrische Leitfähigkeit aufwiesen«

Der Flächenwideretand einer Goldschioht von 150 Ä, aufgebracht auf zwei weitere Stücke des gleichen vitrökristallinen Materials, wobei eines der Stücke chemisch getempert war, wurde an verschiedenen Stellen der Scheibe gemessen. Der Widerstandswert variierte willkürlich von stelle zu Stelle der Soheibe. Eine mittlere, quadratische Abweichung von 1 % bzw. 4 9> wurde für die vorgetempeVte bzwc die nicht-vorgetemperte Soheibe geeossen. Darüber hlnaue haftete die Goldschicht auf der getemperten Soheibe besser ale auf der ungetemperten Scheibe.

Beispiel 3

Li , K** oder Rb -Ionen wurden gegen Natriumionen eines Stückes aus' Natron-Kaik&lae ausgetauscht, durch Behandlung in einem Bad aue flüssigen Salzen, welche die entsprechenden Ionen enthielten. Verschiedenartige Schichten wurden auf diesen Glasetücken und auf gleichartigen Glaoatücken, welohe nicht chemisch getempert waren, aufgebracht, durch Eintauchen der Glasstücke.in ein Bad aus organo« metallischem Material und nachfolgender Oxydation dee Überzuges in Luft oder durch Entgasung im Vakuum. Vergleichende fieibungeteete wurden mit Hilfe des in Beispiel 1 beschriebenen Qerfctee durohge-

2 · ■ führte Nach 10 Minuten und einem Druck von 2OÖ g/(m wurde beobacb' nt, daß die Durchmesser der abgeschabten Zonen variierten, tntaprechena der Art de· Ionenaustauscher, welcher die Ablagerung der Schicht beeinflußt hatte und «ntsprechend der Art d«r Schicht. Die·· Durchmesser in cm Bind in den entsprechenden Spalten der folgenden Tab.I. in welcher auch die Ergebnisse an unüetempertem Glas aufgeführt sind,

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dargestellte

Cab

Schicht	Durch chemisches Tempern eindiffundierte Ionen Xi⁺ K⁺ Hb⁺	3	5	ungetempertee Glas
ZrO₂	4	7	9	θ
SiO₂	6	3 3	4 3 .	12
Al₂O₃ ThO₂	4 5	3	4	7 11
BeO	3	7	5	7
MgO	8	15	10	12
Au	16	14	'12	26
Ag	16	2	3	28
Sic	1	3	4	,6
ZrSiO₄	2	10

In allen Fällen wurde eine Verbesserung im Vergleich su ungetempertem Glas beobachtete

Aus weiteren Tests, welche durchgeführt wurden, ergab aioh deutlich» daß ähnlich gute Ergebnisse erhalten werden, wenn Schichten aiae Cr₂O₅₉ ^e₃O₅, Ta₂O₅₁ V₂O₅, YgOj, CeO₂, ZnO, TiH, TaC, ZnQ, BgG, AlB, B-Ο, Topas, ZnCrO. und ZrB₂ aufgebracht worden waren·

Beispiel 4

Eine Schicht aus TiO₂ wurde auf eine Scheibe aus aorosilikatglee aus der Dampf phase auf gebracht« Zu diesem Zweck wurden mit des Glas in Berührung gebracht ₀ welches bei eiaer von 45O⁰C in einer Luftatmosphäre gehalten wurde· 2ffaah der Behandlung wurde der Brechungsindez der Schicht durch SIlipeoafttTie an 20 Stellen der Oberflüche dieses Glases gemessen· Eine andere Scheibe des gleichen Glases wurde zunächst einem Ka⁺ - K⁺«Austausch in ein Bad von KNO.* bei 400⁰C unterworfen,, Nach der Austauschbehand

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BAD ORfGINAL

lung wurde dieoe zweite Glasscheibe 10 Minuten lang in einer wäßrigen Lösung von 15 f^a ^₂ ⁰⁰A ^{lul(i 2} '* ^ ^e^^el*» wonach eine Schicht von TiO₂ in der gleichen Weis© wie auf die ungehärtete Glasscheibe aufgebracht und der· Brechungsindex dieser Schicht in der gleichen Weise an 20 verschiedenen Stellen gemessene Es wurde beobaohtet, daß die mittlere, quadratische Abweichung des Brechungsindex der Schicht auf dem unbehandelten Glas doppelt so groß war als die Ab- - weichung des Index für das getemperte Glas· Darüber hinaus haftete die TiO₂-Schicht besser auf dem getemperten Glaso

Beispiel 5

Nachdem ein Stück Natron-Kalkglae durch Ionenaustausch in einem Bad aus KITO, behandelt worden war, wurde eine Schicht aus ZrOp nachdem gleichen, nassen Verfahren wie in Beispiel 1, aufgebrachte Die Schicht gab dem Glas eine befriedigende Widerstandefähigkeit gegen RegenbögenfarbenMlduae und eine Mohs-Härte von 8,0₀ In Vergleichetesten wurde gefunden, daß die Haftung der Schicht weiterhin verbessert werden konnte durch Entfernen von Rückstandsprodukten des Ionenaustausches vor dem Niederschlagen der Zirkonoxydschisht» Se wurde beobachtet, daß sowohl die Widerstandefähigkeit gegen IrI-Bi er en als auch die Haftung des Überzuges auf dem Glas verbessert wurden» wenn das Abwaschen mit einer sauren Lösung erfolgte. Wenn das Abwaschen mit Flußsäure erfolgte» mußte das überzogene Glas Tage lang In einer feuchten Atmosphäre bei 45⁰G gehalten werden, bie das Irisieren ebenso stark war wie in 18 Tagen bei einer gleichartigen Glasscheibe, die in derselben Weise gehärtet, jedoch vor dem Auftragen der Überzugsschicht nicht abgewaschen worden war· Der in Beispiel 1 beschriebene Reibungstegt entfernte den übersug in einem Bereich von 2 cm Durchmesser von dem Glas, welches vor dem überziehen abgewaschen worden war» Der gleiche Test, angewandt auf das andere Glasstück entfernte den überzug von einer Fläche mit 3 cm Durchmesser₀

OeMmISOS

Beispiel 6

Natron-Kolkglae wurde nach der Pütsburgh-Methode gezogen. Der Meniskus m Pufl des gesogenen Olaefeandes In der Ziehkammer uad die Oberfläche dee in Richtung dee iteniekue messenden Glaeea ren in Eontakt alt einer Schicht w<s& gesohnolsenem Salz der folgenden Zusammensetzung*

Li₂CO₃	6 f.
LiGl	4 *
HaNO,	$0£

Infolge dieses Kontaktes zwischen decs Glas und dem geschmolzenen balz wurden Natriumionen im Glas durch Lithiumionen ersetzt, welche der Oberflache des Glases einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten verliehen_t als derjenige des Glases in den inneren Schichten des Bandes. In der Oberfläche des gezogenen Glases waren 10 ?ί der Alkallmetallionen Lithiumionen·

In der Höhe, wo das gezogene Glas in der Ziehkaamer eine Temperatur, von 500⁰G hatte, passierte das Glas zwischen zwei Waisen hinduroh» weiche kontinuierlich mit geschmolzenem Kaliumnitrat befeuchtet wir-». den» Während dieser zweiten Behandlung wurden 5 ^ der Alkaliionen in der Oberfläche des Glases durch Kaliumionen ersetzt· Das gezogene Glas wurde dann im Laufe der Herstellung getempert. Die Druckspannungen in den äusseren Schichten des gezogenen Glases betrugen nach dem Kühlen bis zu 20 kg/r~

Eine Schicht aus TiO₂ wurde aus der Dampfphase auf das gesogene getemperte Glas aufgebracht. Zum Vergleich wurde eins gleichartige Schicht aus TiO₂ in ähnlicher Weise auf eine Qlasprobe derselben Zusammensetzung und in der gleichen Weise aufgebracht, jedoch ohne Temperung duroh weglassen der Behandlung Mit den zwei flüssig« Medien. Ke wurde gefunden, daß die Haftung der TiO₂-SOhIdLt auf dem getemperten Glas riel besser war als die Haftung der TlO^-Schicht

-U-

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BAD ORIGINAL

auf deai ungetemperten Glas« So wurde bei Durchführung vergleichender Heibungsteste mit Hilfe des in Beispiel 1 beschriebenen Gerätes und bei Benutzung eines Druckes von 200 g/cm und einer Versuchezeit von 10 Hinuten ein Durchmesser der abgeschabten Zone von 6 cm für das überzogene und getemperte Glas jedoch von 12 em für das überzogene ungetemperte Glas- festgestellt·

Beispiel 7

Ratron-Kalkglas wurde In dar SlehBaaohlne gesogen und getempert wie in Beispiel 6, jedoch wurde ein elektriaohea TaId der *ur Grenzfläche zwischen dem Glas und dar Lithium enthaltenden Salsmlsohung angelegt ,und zwar mit Hilfe von zwei Elektroden, wobei eine in der Sohioht aus geschmolzenem Salz und die andere In dem geschmolzenen Glas unterhalb des Bodens des gesogenen.Glasbandaa angebracht waren. Die elektrische Feldstärke betrug 50 Volt/cm· Das elektrische Feld beschleunigte die Diffusion von Llthluolonan In das Glas, so daß diese Ionen tiefer in das Glas eindrangen als in Abwesenheit des., elektrischen Feldes· Die anfänglich in der Oberflächenschicht des geschmolzenen Glases vorhandenen Hatriumionen wurden in Richtung dar In dam Bad aus geacbatolsenem Olaa angeordneten Kathode abgelenkt· Während der Kühlung dea gezogenen Glaabandes erhielt seine Oberfläche geringere Druckspannungen Infolge der Differenz der Ausdehnung akoeffi miauten daa Olases in den Oberflloheiieehlofeteit «no? Glaaes in, den inneren SohlQhten dea Bandea· Ea wurde jedoch gefunden, daß diese geringen Druckspannungen auareiohea» ua die Haftung einer Schicht aus Hp₂ auf dem Glaa merklich au verbessern. Diese Verbesserung wurde deutlich gemacht durch Aufbringen einer Schicht von TiO₂ auf das getemperte Glas und eine gleichartige Schicht aue 71O₂ auf ein in der gleichen Weise hergestelltes Olaamaater* daa jedoch nicht getempert war und Prüfung der verschiedenen Muster durch' den in Beispiel 1 beschriebenen Reibungstesto

Die Aufeinanderfolge der in den obigen Beispielen beschriebenen Operationen kann diskontinuierlich oder kontinuierlich erfolgen«,

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Dae kontinuierliche Verfahren, welches dae Risiko yon Beschädigung zwischen den verschiedenen Operationen vermindert, kann in der Vorrichtung durchgeführt werden, welche nachstehend beschrieben wird«,

2 zeigt die Vorrichtung sohematisch« Seine Wände 25 sind aus einem Material hergestellt, welches den Temperaturen und den während der Behandlung verwendeten Substanzen widerstellte Ein Artikel, Z₉B. eine Glasscheibe 7, die durch einen Träger 8, der durch Transporteinrichtungen (sieht gegeigt), wie Ketten oder ähnliches belegt WiTd, tritt in ein Abteil 26 ein, nachdem der Teil 9 ^nIt Hilfe dee

W nebeeystene 10 geöffnet wurde. In dem Abteil 26 wird das ,Glas durch elektrische Widerstände 11 aufgeheizt, bis ee die zur Härturißsbehandlung notwendige Teaperatur erreicht hato Dann wird ein Teil 12 angehoben und dae Glas in das Abteil 27 gefahren, wo es mit Hilfe der Rühren 13, die ein« grease Ansah! von Löchern 14 aufweisen, mit flüssigem KHO- besprüht wird«, Ein Tank 15 sammelt das herabflieseende flüssige Sale, welches mittels einer Pumpe durch einen Filter (nicht (jeseigt) durch ein Köhrensystem 16 zum Einlaß 17 zurückgefordert wird. Aa Knde dieser Behandlung wird das Abteil 18 geöffnet und , die Glasscheibe in das Abteil 28 bewegt, wo das restliche Salz herabfließt und in welchem die Scheibe gekühlt wird, eventuell mit Hilfe der Einrichtungen 19,durch welche eine Kühlflüssigkeit fließt_β Wenn

J-. die Scheibe die erforderliche Temperatur erreicht, wird ein Teil 20 gehoben, damit daa Glas in das Abteil 29 gefahren werden kann, in . welchem ein System von Sprührohren 21, ähnlich dem bystem im Abteil 27f die Scheibe mit einer sauren Lösung, die Flußsäure enthält, besprüht | die saure Lösung wird im Tank 31 gesammelt und nötißenfallB eurüakgefUhrte Die bchelbe 7 wird dann in das Abteil 30 gefahren, in den ein Tank; 22 angeordnet ist, welcher Zirkonacetat enthält. Die Scheibe wird in diese Lösung getaucht und wieder herausgesogen, wonach die Scheibe in das Abteil 6 bewegt wird, Indem die aufgebrachte Schicht durch eine Behandlung in Luft bei der durch die

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SAD ORIGINAL

ft

Heizelemente 23 erzeugten temperatur oxydiert wird.

Die Scheibe, die alle erforderlichen Behandlungssohritte durchlaufen hat, verläßt die Sehandlungsanla^·,nachdem eine Tür 24 geöffnet worden ist»

Scheiben aus Matron-Khlfrglaa, wie in Beispiel 5» wurden in der zuvor beschriebenen Weise behandelt, einige kontinuierlich und einige diskontinuierlich· Es wurde beobachtet, daß die Haftung besser war in den fällen, wo die Scheiben einer kontinuierlichen Behandlung unterzogen worden waren; wenn der Abriebtest an solchen Scheiben durchgeführt wurde, hatte die abgeschabte Zone einen Durchmesser von nur 1c»_t während in ähnlichen Tests an Scheiben, die einer diskontinuierlichen Behandlung untersagen worden, waren, der Durchmesser der abgeschabten Zone 2 ca betrug·

natürlich 1st die Erfindung nicht auf die beschriebenen und illustrierten, beispielhaften AusfUhrungsformen beschränkt, sondern Änderungen können vorgenommen werden, ohne den Bereich der Erfindung zu Überschreiten. '

Die Erfindung umfaßt alle Körper aus glasartigem oder vitrokristallinem Material, das Oberflächen-Druckspannungen in wenigstens dem Teil des Körpers aufweist, welcher eine Oberfläohenbesohichtung trägt,und bei welchem die Konzentration bestimmter Ionen im Oberflächenbereioh dieser Teile höher ist als die Konzentration dieser Ionen in seinen inneren Teilen. Das Vorhandensein dieser Kennzeichen zeigt an, daß ein Behandlungsverfahren gemäß der Erfindung wie hier beschrieben angewandt worden lst₀ Insbesondere betrifft die Erfindung alle genannten Körper, welche Natriumionen enthalten und bei welchen wenigstens ein Teil des Körpers, welcher die Oberflächenbesohiohtung. trägt, eine höhere Konzentration von Kaliuaionen 4b Oberflächenbereioh vergleichsweise mit den inneren Bereichen aufweist,,

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Ein Körper nach dieser Erfindung, vie sie oben definiert let, ζ·Β· ein Körper in Form einer Scheibe aue gesogenem Glafl kann Mit wenigstens einer anderen Scheibe aus einem Material» β·Β· einer anderen Scheibe aus überzogenen Glas gemäß dieser Brfindung rerbunden werden, vm ein Laminat zu bilden» Die Erfindung betrifft «nah alle eoiahen Laminate· Sine derartige Verbindung kann mit EiIfβ einer Inneren Zwlaohenlagt ron Kunststoff vorgewMMn werden·

Die Erfindung betrifft auch ein Doppelfenster, welches ans Ib eil Abstand angeordneten Scheiben besteht, wotoei wenigstens eine dieser³ Scheiben aus einen Überzogenen Körper, wie oben definiert, besteht· fe Die Scheiben können in einem festen Abstand Bueinander angeordnet sein, um eine integrierte Doppelglaa-üinheit z\x bilden· Bei einem Doppelfenster nach dieser Krfindung wird der Überzug auf der Innensöito einer Geheibe durch diese oder «ine gegenüberlieeende Scheibe Geschützte

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ÖÄD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche:

1β Verfahren zur Behandlung eines Körpers auB Glas oder vitrökristallinem Materials_r bei welchem wenigstens eine überzugsechicht auf den Körper aufgebracht wird_f dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Substanz veranlaßt wird, in wenigstens einen Teil dee Körpers aus wenigstene einem damit in Berührung stehenden iiediua einzudringen, die Temperatur während und nach die β em Eindringen geregelt wird und Oberflächen-Druckspannungen in dleees Teil dee Körpers hervorgerufen oder erhöht werden, und wenigstens eine Überzugs8chicht auf wen! ge tens einen Teil dee Körpers, welcher solche Oberflächen-Druckepannuneen aufweist, aufgebracht wirdo

2o Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper einen überzug auf einer Unterlag« bildet, deren Materialtueametnsetzune verschieden ist von derjenigen des Körpers.

3, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenneelchnet, daß der Körper ein Pertigerzeugnis ist» . .

4ο Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche_t dadurch gekennzeichnet, daß ein Ionenaustausch swlechen dem Körper und den damit in Berührung stehenden Medium oder den Medien durchgeführt wird.

5o Verfahren nach Anspruch A_t dadurch gekenneelohnet, daß der Ionenaustausch im Eindringen von Ionen in den Körper beeteht, welche den Oberflächenschichten dee Körpers einen niedrigeren Ausdehnung*- koeffiaienten rerleihen.

G₈ Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenneelehnet, daß der Ionenaustausch in eine« Ersatz von Ionon des Körpers durch grosser* Ionen besteht_o

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7c Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen des oder der Üherzugssohichten der Körper behandelt wird und wenigstens ein< Teil irgend- > welcher Rückstandsprodukte der Reaktion sswischen dem Körper und dem Medium oder den Medien, welche mit dem Kurper zur Durchführung des Ionenaustaueches in Berührung gebracht wurde, entfernt wordene

6« Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zurückgebliebene Reaktionsprodukte wenigstens teilweise mit Hilfe einer sauren Lösung entfernt werden₀

9o Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch¹ gekennzeichnet» daß der Körper vor dom Aufbringen der Ubereugssohicht oder der Überzugssohiohteh mit einem Stoff behandelt wird, welcher eine bessere Haftung dor Schicht oder dor Schichten auf dos Körper sicherstellt· , .

TO₀ Verfahren nach Anspruch 9» dadurch golcezmsolohnot, daß dor Stoff, welcher benutzt wird, im eine gute Haftung «u furdorn ata· einer Lösung besteht, die Ionen von wenigstens einem &i? B—onto' Sn, Al, Cu, Pd oder Cr enthält,

11 ο Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dom Körper aufgebrachte Schicht odor Schichten eine Oberfläche mit besseren mechanischen Eigenschaft«! ergibt, als die Überzogono Oberfläche des Körpern,

12. Verfahren nach Anspruch 1I₉ dadurch gekenneoiobnoi« daß auf den Körper wenigstens eine Schicht aufgebracht wisd, welche wenigstens eine der folgenden Verbindung« tathilt ι TiO^, SiO^» Al₂O₃, Cr₂O₃, Po₂O₃, ZrO₂, Ϊβ₂°5· ^V2°5· ¹^V *2°3^{f Ce0}2* ^Ζβ0>
8iG· TIN, TaC, ZrC, B₂C, TlC, AlB, B,C, Zirkon, Beryll»ϊορ*·, ZnCrO.,

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BAD ORtGINAu

13= Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufeinanderfolge der verschiedenen Behandlungen kontinuierlich durchgeführt wird»

14o Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht oder die Schichten vor dem vollständigen Abkühlen des Körpers nach dem Bindringen ein·« Stoffes in den. Xörper vorgenommen wird»

15» ■■ Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet r daß ale Körper einer Glasscheibe behandelt wird.

16o Körper aus Glas oder vitrokr ist allin·· Material, dadurch gekennzeichnet, daß er Oberflächendruckspannungen in wenigstens einem Teil aufweist, wo er einen Oberflächenüberzug besitzt, und die Konzentration gewisse Ionen in einem Oberfläohenbereich dieses Teils höher ist als die Konzentration solcher Ionen in einem inneren Bereich des Körpers·

17» Körper nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet_t daß er Natriumionen enthält und wenigstens ein Teil des Körpers, wo dieser einen Oberflächenüberzug aufweist, der Körper eine höhere Konzentration an Kaliumionen in einem Oberflächenbereich hat als In einem Inneren Bereich desselben·

18» Körper nach Anspruch 16 oder 17« dadurch gekennzeichnet, daß er in Form einer Verbundanordnung vorliegt, dl» wenigstens einen Körper in Form einer Scheibe aus beschichtetem Glas gemäß Anspruch 16 oder 17 aufweist, die an wenigstens eine andere Scheibe gebunden ist.

19· Körper nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß er aus wenigstens zwei Glasscheiben besteht, die an eine Kunststoffscheibe gebunden sind, wobei wenigstens eine der Scheiben ein beschichte« ter Körper gemäß Anspruch 16 oder 17 i*t«

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20. Körper nach einem der Ansprüche 16 oder 17» dadurch gekennzeichnet, daß er in Form eines Doppelfenstern auegebildet ist, das in räumlich getrennter Anordnung Glasscheiben enthält, von denen wenigstens eine ein beschichteter Körper nach Anspruch 16 oder 17 is.fr _β

21. . Körper nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß er nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 behandelt ist.

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