KR20220085027A - 반투명 또는 투명 마모 방지 코팅, 이러한 마모 방지 코팅을 갖는 기재 및 그의 제조 방법 - Google Patents
반투명 또는 투명 마모 방지 코팅, 이러한 마모 방지 코팅을 갖는 기재 및 그의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220085027A KR20220085027A KR1020210178124A KR20210178124A KR20220085027A KR 20220085027 A KR20220085027 A KR 20220085027A KR 1020210178124 A KR1020210178124 A KR 1020210178124A KR 20210178124 A KR20210178124 A KR 20210178124A KR 20220085027 A KR20220085027 A KR 20220085027A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- substrate
- wear coating
- coating
- wear
- glass
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 366
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 326
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 230
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 5
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims abstract description 98
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000005457 Black-body radiation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 claims description 64
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 53
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 23
- 238000010411 cooking Methods 0.000 claims description 22
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 22
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 claims description 19
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid group Chemical class C(CC(O)(C(=O)O)CC(=O)O)(=O)O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 14
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 11
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 9
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 241000428199 Mustelinae Species 0.000 claims description 7
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 6
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 5
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 5
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 5
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N chromium(6+) Chemical compound [Cr+6] JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims description 5
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 5
- 125000005498 phthalate group Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 5
- 230000036541 health Effects 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 4
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012267 brine Substances 0.000 claims description 3
- 239000003599 detergent Substances 0.000 claims description 3
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 3
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 235000011054 acetic acid Nutrition 0.000 claims 1
- 125000000218 acetic acid group Chemical group C(C)(=O)* 0.000 claims 1
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 claims 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 26
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 23
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 22
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 22
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 description 17
- 239000006128 CERAN Substances 0.000 description 16
- 239000006112 glass ceramic composition Substances 0.000 description 16
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Natural products CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 11
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 5
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 5
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000005354 aluminosilicate glass Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M potassium fluoride Chemical compound [F-].[K+] NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000006018 Li-aluminosilicate Substances 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 3
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 3
- 239000005398 lithium aluminium silicate glass-ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000002468 ceramisation Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000004851 dishwashing Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000000168 high power impulse magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- -1 oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 235000003270 potassium fluoride Nutrition 0.000 description 2
- 239000011698 potassium fluoride Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017109 AlON Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007817 Olea europaea Species 0.000 description 1
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- HZVVJJIYJKGMFL-UHFFFAOYSA-N almasilate Chemical compound O.[Mg+2].[Al+3].[Al+3].O[Si](O)=O.O[Si](O)=O HZVVJJIYJKGMFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012048 reactive intermediate Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006120 scratch resistant coating Substances 0.000 description 1
- 230000003678 scratch resistant effect Effects 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UVGLBOPDEUYYCS-UHFFFAOYSA-N silicon zirconium Chemical compound [Si].[Zr] UVGLBOPDEUYYCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/22—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
- C03C17/225—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/3411—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
- C03C10/0018—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents
- C03C10/0027—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents containing SiO2, Al2O3, Li2O as main constituents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/22—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/22—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
- C03C17/23—Oxides
- C03C17/245—Oxides by deposition from the vapour phase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/3411—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials
- C03C17/3417—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials all coatings being oxide coatings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/3411—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials
- C03C17/3429—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/3411—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials
- C03C17/3429—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating
- C03C17/3435—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating comprising a nitride, oxynitride, boronitride or carbonitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C4/00—Compositions for glass with special properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
- C03C2217/21—Oxides
- C03C2217/214—Al2O3
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
- C03C2217/21—Oxides
- C03C2217/22—ZrO2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
- C03C2217/21—Oxides
- C03C2217/23—Mixtures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
- C03C2217/21—Oxides
- C03C2217/24—Doped oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/70—Properties of coatings
- C03C2217/78—Coatings specially designed to be durable, e.g. scratch-resistant
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/90—Other aspects of coatings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2218/00—Methods for coating glass
- C03C2218/10—Deposition methods
- C03C2218/15—Deposition methods from the vapour phase
- C03C2218/154—Deposition methods from the vapour phase by sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2218/00—Methods for coating glass
- C03C2218/30—Aspects of methods for coating glass not covered above
- C03C2218/365—Coating different sides of a glass substrate
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
본 발명은 기재용 반투명 또는 투명 마모 방지 코팅에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 반투명 또는 투명 마모 방지 코팅을 갖는 기재 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
마모 방지 코팅은 적어도 기재의 일부 영역에서 기재의 적어도 하나의 표면 상에 제공되고, 표준 광원 A 또는 표준 광원 C를 사용하거나 또는 온도가 2,500 K 내지 10,000 K인 흑체 복사를 사용하여 확산 반사로 측정시에 광 조사 하에서 14 미만, 바람직하게는 7 미만, 가장 바람직하게는 4 미만의 CIELAB 색 표시계에서의 채도(C*)를 갖는다.
또한, 마모 방지 코팅은 380 nm 내지 780 nm 파장의 가시광 파장 스펙트럼에서 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 75%, 가장 바람직하게는 적어도 80%의 광 투과율을 나타낸다.
마모 방지 코팅은 적어도 기재의 일부 영역에서 기재의 적어도 하나의 표면 상에 제공되고, 표준 광원 A 또는 표준 광원 C를 사용하거나 또는 온도가 2,500 K 내지 10,000 K인 흑체 복사를 사용하여 확산 반사로 측정시에 광 조사 하에서 14 미만, 바람직하게는 7 미만, 가장 바람직하게는 4 미만의 CIELAB 색 표시계에서의 채도(C*)를 갖는다.
또한, 마모 방지 코팅은 380 nm 내지 780 nm 파장의 가시광 파장 스펙트럼에서 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 75%, 가장 바람직하게는 적어도 80%의 광 투과율을 나타낸다.
Description
본 발명은 기재용 반투명 또는 투명 마모 방지 코팅에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 반투명 또는 투명 마모 방지 코팅을 갖는 기재 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
물품, 예를 들어 도구의 표면을, 예를 들어 스크래치에 의한 손상으로부터 보호하기 위한 다양한 코팅이 선행 기술에 의해 공지되어 있다. 티타늄 기재의 경질 물질층 시스템은 예를 들어 문서 DE 11 2014 001 619 A에 제시된 바와 같이 알려져 있다. 상기 층 시스템은 높은 내마모성을 제공한다. 추가의 도구용 경질 물질층이 예를 들어 DE 10 2017 102 642 A1 또는 DE 10 2012 107 129 A1에 개시되어 있다.
많은 경질 물질 코팅, 예를 들어 도구의 경우에 광학 특성이 중요시되지 않지만, 해당 물품이 내스크래치성을 높이거나 마모를 방지하기 위해 표면에 마모 방지 코팅이 제공되어야 하는 유리 또는 유리 세라믹과 같은 기재인 경우에는 상황이 다르다.
이러한 유리 세라믹 기재는 예를 들어 조리용 패널 및 조리 기구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조리용 패널의 상부 표면에 있는 마모 방지 코팅은 수년 동안 사용한 후에도 레인지 상판(cooktop)의 뛰어난 외관이 유지되도록 보장할 수 있다. 문헌 DE 10 2011 081 234 A1은 유리 세라믹 기재 상의 이러한 경질 물질 코팅을 기술하고 있다.
추가의 층 시스템은 예를 들어 문서 EP 2 994 784 B1 또는 WO 2017/048700 A1에 설명되어 있다.
그러나, 단점은 코팅 및 기재의 열팽창 계수가 서로 약간만 달라야 한다는 것이다. 또한, 유리 세라믹은 열팽창 계수가 매우 낮기 때문에, 적합한 코팅의 수가 크게 제한된다. 예를 들어, 질화알루미늄 또는 질화붕소를 기재로 하는 경질 물질층은 종종 너무 높은 열팽창 계수를 나타내기 때문에, 이들은 유리 세라믹 기재를 코팅하는 데 사용할 수 없거나 사용하기가 어려울 수 있다. 따라서, 유리 세라믹 기재의 경우, 코팅의 팽창 계수는 ± 5×10-6 K-1을 초과하지 않아야 한다.
따라서, 내스크래치성을 증가시키거나 마모를 방지하기 위한 코팅은 단지 높은 경도만 갖지는 않아야 한다. 오히려, 특히 탄성(영률(Young's modulus)), 표면 거칠기, 기재 및 코팅의 상이한 열팽창 계수로 인한 층 응력, 및 기재의 표면 특성과 같은 다른 특성이 상응하게 코팅된 기재의 내스크래치성 코팅 또는 마모 방지 코팅의 품질에 중요한 요소이다.
또한, 예를 들어 유리 또는 유리 세라믹 물품의 적절하게 코팅된 표면은 높은 내스크래치성 외에도, 제조 및 추후 사용 둘 모두에서 발생하는 마모 및 인열 및 연마 부하에 대한 높은 내성을 나타내는 것이 바람직하다.
유리 또는 유리 세라믹용 마모 방지 코팅에 대한 또 다른 문제는 이러한 코팅 또는 이러한 코팅이 제공된 기재, 예를 들어 조리용 패널이 또한 특정 광학 특성도 충족해야 한다는 것이다. 예를 들어, 마모 방지 코팅의 높은 투명도는 특정 응용 분야에서 요구될 수 있다.
따라서, 기계적 충격에 대한 보호에 추가하여 높은 투명도를 나타내는, 유리 또는 유리 세라믹으로 만들어진 기재와 같은 기재에 대한 마모 방지 코팅을 갖는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 한 목적은 한편으로는 내스크래치성이고 마모로부터 표면을 보호하지만, 다른 한편으로는 또한 투명하거나 적어도 반투명한 코팅을 제공하는 것이다.
높은 내스크래치성 외에도, 마모 방지 코팅은 또한 마모 및 연마 하중, 및 환경적 영향에 대한 증가된 내성을 나타내야 한다.
또한, 본 발명의 목적은 이러한 적어도 반투명 또는 투명한 마모 방지 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅된 기재를 제공하는 것이다. 여기서, 기재는 특히 유리 또는 유리 세라믹으로 만들어진 물품, 예를 들어 조리용 패널을 포함할 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상응하는 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 놀랍게도 독립항의 주제에 의해 간단한 방식으로 달성된다. 본 발명의 유리한 실시양태 및 개선 사항은 종속항의 주제에 포함된다.
제1 측면에 따르면, 본 발명은 적어도 반투명 또는 투명한 경질 마모 방지 코팅을 갖는, 유리 또는 유리 세라믹을 포함하거나 이로 제조된 기재에 관한 것으로서, 여기서 마모 방지 코팅은 기재의 적어도 하나의 표면에, 적어도 그의 일부 영역에서 또는 바람직하게는 그의 전체 표면 영역 상에 적용되거나 제공된다. 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 마모 방지 코팅은 또한 온도에 안정하다.
마모 방지 코팅은 표준 광원 A 또는 표준 광원 C의 광을 사용하거나 또는 색 온도가 2,500 K 내지 10,000 K인 흑체 복사 하에 리미션(remission)으로 측정시, 조명 하에서 14 미만, 바람직하게는 7 미만, 가장 바람직하게는 4 미만의 CIELAB 색 표시계에서의 채도(C*)를 갖는다. 표준 광원 D55, D65, 및 D75는 각각 5,500 K(D55), 6,500 K(D65), 및 7,500 K(D75)의 색 온도에서 흑체 방출기(black body emitter)에 상응한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 마모 방지 코팅은 표준 광원 A 및 C의 광, 또는 심지어 표준 광원 A 및 C 및 D55의 광을 사용하여, 또는 심지어 표준 광원 A 및 C 및 D55 및 D65의 광, 또는 심지어 표준 광원 A 및 C 및 D55 및 D65 및 D75의 광을 사용하여 리미션으로 측정시, 광 조사 하에서 14 미만, 바람직하게는 7 미만, 가장 바람직하게는 4 미만의 CIELAB 색 표시계에서의 채도(C*)를 갖는다. 이것은 마모 방지 코팅이 이러한 유형의 표준 광원 각각에 대해 그에 상응하는 낮은 채도를 갖는다는 것을 의미한다.
CIELAB 색 표시계의 채도 C*는 다음과 같이 정의된다:
여기서 a* 및 b*는 상기 시스템의 색 좌표이다. CIELAB 시스템에서의 색 좌표 L*, a*, 및 b*는 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지된 방식으로 CIE 색 표시계의 색 좌표 x, y 및 밝기 Y로 변환될 수 있다. 표준 광원 A는 x = 0.4476 및 y = 0.4074인 2,856 K에서의 진공 하의 플랑크(Planck) 흑체에 해당하고, 표준 광원 C는 x = 0.3101 및 y = 0.3162인 약 6,800 K에서의 평균 주광(mean daylight)에 해당한다.
또한, 마모 방지 코팅은 유리하게는 파장이 380 nm 내지 780 nm인 가시광 파장 스펙트럼에서 높은 투과율을 나타낸다. 마모 방지 코팅의 투과율은 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 75%, 가장 바람직하게는 적어도 80%이다.
이것은 예를 들어 사용자가 반대편으로부터, 즉 위로부터 기재를 보고 있더라도 사용자가 그 빛을 쉽게 인식할 수 있도록, 마모 방지 코팅으로 코팅된 기재 아래에 발광 또는 디스플레이 요소를 배열하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 발광 또는 디스플레이 요소로부터의 경고 표시가 보다 우수하고 보다 확실하게 인식될 수 있기 때문에, 사용자에 대한 우수한 가시성은 작동 안전성을 유리하게 향상시킬 수 있다.
마모 방지 코팅 및 기재를 통해 볼 수 있도록 마모 방지 코팅에 필요한 최소 광 투과율은 여기에서 심지어 98% 미만, 예를 들어 96% 이하, 또는 심지어 92% 미만일 수도 있다. 개별적인 경우에, 마모 방지 코팅의 특정 광 투과율을 기재의 광 투과율 및/또는 의도된 용도에 맞추는 것이 유리할 것이다. 원칙적으로, 본 발명의 목적을 위해 더 높은 투과율이 더 낮은 투과율보다 더 좋다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "반투명"은 가시광 파장 범위의 광 투과율이 적어도 60%인 것으로 가정하고, 따라서 광 투과율이 80% 이상인 경우를 "투명"이라고 지칭한다.
바람직한 실시양태에서, 마모 방지 코팅은 가시광 파장 스펙트럼에서 70% 내지 92%, 예를 들어 78% 내지 90%, 80% 내지 95%, 또는 예를 들어 82% 내지 98%, 또는 80% 내지 88%의 광 투과율을 나타낼 수 있다.
또 다른 유사한 바람직한 실시양태에서, 마모 방지 코팅은 가시광 파장 스펙트럼에서 적어도 80% 또는 적어도 85%, 적어도 88%, 적어도 90% 또는 심지어 적어도 92% 또는 95%의 광 투과율을 나타낼 수 있다.
이것은 380 nm 내지 780 nm의 파장의 가시광 파장 스펙트럼에서 매우 높은 광 투과율을 갖고 가시광 파장 스펙트럼에서 총 투과율이 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 75%, 가장 바람직하게는 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 88%, 90%, 92%, 95%(기재 자체가 가시광 파장 범위에서 상응하는 높은 광 투과율을 나타내는 경우)인 본 발명에 따라 코팅된 기재의 제공을 가능하게 한다.
그러나, 본 발명은 특히 보다 낮은 광 투과율을 나타내는 기재에 적어도 반투명한 마모 방지 코팅을 적용하는 것을 허용한다. 따라서, 공간색(volume-colored) 기재, 즉, 더 낮거나 전체적으로 낮은 광 투과율을 갖는 착색 유리 또는 유리 세라믹 상에 본 발명에 따른 마모 방지 코팅을 제공하는 것이 또한 본 발명의 범위에 속한다. 이들은 특히 40% 미만, 20% 미만, 10% 미만, 또는 훨씬 더 낮은, 예를 들어 0.5% 내지 8%, 또는 0.5% 내지 5%, 또는 1.5% 내지 3%의 광 투과율을 나타내는 암색 또는 검은색 기재, 즉 암색 또는 검은색 유리 또는 유리 세라믹일 수 있다.
상응하는 높은 광 투과율을 갖는 마모 방지 코팅이 이 경우에 선택되면, 보다 낮은 광 투과율을 나타내는 기재의 경우에도 마모 방지 코팅으로 코팅된 기재를 통해 발광 또는 디스플레이 요소의 가시성을 보장할 수 있다. 기재의 광 투과율이 낮을수록 마모 방지 코팅의 광 투과율이 더 높아야 함을 고려하여야 한다. 기재의 광 투과율이 예를 들어 20% 미만인 경우, 마모 방지 코팅의 광 투과율은 바람직하게는 적어도 80%, 보다 바람직하게는 적어도 85%, 가장 바람직하게는 적어도 90%이어야 한다.
마모 방지 코팅의 광 투과율은 다음과 같이 결정할 수 있다. 먼저, 코팅이 없는 기재의 광 투과율(τS)은 DIN EN 410에 따라 결정된다. 그런 다음, 코팅된 기재의 광 투과율(τC)는 DIN EN 410에 따라 결정되며, 코팅은 광원을 향한 기재의 측면에 배치된다. 그러면, 코팅의 광 투과율은 비율 τC/τS에 해당한다. 투과율 측정을 위해, 적어도 90%의 높은 투과율을 나타내는 4 mm 두께의 기재에 마모 방지 코팅을 적용할 수 있다.
이와 무관하게, 기재는 또한 상이한 광 투과율을 나타낼 수 있는 추가의 층 또는 영역을 가질 수 있다. 하나의 특정 실시양태에서, 기재는 마모 방지 코팅 반대편의 기재 표면 상에, 예를 들어 하부 코팅의 형태로 추가의 코팅을 포함할 수 있다. 유리하게는, 예를 들어 장식층 형태의 하부 코팅의 경우에 하부 코팅이 인간의 눈으로 사용자가 시각적으로 인식할 수 있어야 하는 특징을 포함하는 경우, 기재는 적어도 투명하도록 설계된다.
따라서, 본 발명은 하부 코팅, 예를 들어 장식층 형태의 하부 코팅과 조합된 경질 마모 방지 코팅을 갖는 기재를 제공하는 것을 가능하게 하고, 가시광 파장 스펙트럼에서 매우 높은 광 투과율은 사용자가 마모 방지 코팅이 제공된 기재의 표면을 볼 때 하부 코팅의 매우 미세한 패턴까지 인식할 수 있도록 만들 수 있다.
달리 말하면, 가시광 파장 스펙트럼에서 코팅된 기재의 매우 높은 광 투과율은 약 25 cm의 거리에서 코팅된 기재를 통해 볼 때 사람의 눈이 약 0.15 mm의 간격의 하부 코팅의 극히 미세한 패턴까지 볼 수 있도록 허용한다.
본 발명에 따른 마모 방지 코팅은 또한 색상 중성(color-neutral)이라는 사실에 의해서도 구별된다. 예를 들어, 하부 코팅과 함께, 상기 특성은 하부 코팅, 또는 하부 코팅 및 기재, 예를 들어 유리 세라믹의 조합, 또는 하부 코팅이 없는 기재의 경우 단지 기재, 예를 들어 유리 세라믹의 색채감(color impression)이 마모 방지 코팅의 색상에 의해 변경되지 않다는 이점을 갖는다.
보다 일반적으로, 본 발명에 따른 마모 방지 코팅이 있는 기재 및 마모 방지 코팅이 없는 기재에서 측정된, △Ep,v < 4, 바람직하게는 △Ep,v < 2, 가장 바람직하게는 △Ep,v < 1의 색상 차이는 이미 본 발명의 의미에서 색상 중성인 것으로 간주된다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명의 마모 방지 코팅은 기재 표면에 평행한 방향에서 가장 큰 비교적 높은 영률을 가질 수 있다. 고온에 반복적으로 노출되는 기재에 증착되는 경우 영률이 더 높을수록 마모 방지 코팅의 더 좋거나 더 높은 온도 저항성에 기여할 수 있다는 점에서 높은 영률이 유리하다.
이것은 온도가 증가함에 따라 영률이 다소 감소한다는 사실 때문이다. 다른 한편으로, 놀랍게도 더 높은 영률은 더 높은 온도에서 다소 감소하더라도 충분히 높은 영률이 여전히 제공된다는 것을 의미한다.
본 발명의 마모 방지 코팅은 적어도 100 GPa, 바람직하게는 적어도 250 GPa, 가장 바람직하게는 적어도 300 GPa의 영률을 갖는다. 추가의 바람직한 실시양태에서, 영률은 적어도 320 GPa, 적어도 350 GPa, 또는 적어도 370 GPa, 또는 심지어 적어도 400 GPa이다. 동시에, 본 발명에 따른 마모 방지 코팅의 영률은 700 GPa 이하, 바람직하게는 680 GPa 이하, 가장 바람직하게는 650 GPa 이하이다.
마모 방지 코팅의 높은 강성은 온도 부하의 경우, 특히 기재가 낮은 팽창 계수를 갖는 경우에 유리할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 마모 방지 코팅은 또한 예를 들어 유리 세라믹의 경우와 같이 낮은 열팽창 계수를 갖는 기재와 함께 특히 유리하게 사용될 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 기재는 반투명, 투명 또는 투광성(translucent), 무색 또는 공간색 세라믹화 가능 유리 또는 유리 세라믹을 포함한다.
여기서, 유리는 용융 공정에 의해 생성되고 X선 비정질 구조를 갖는 물질을 의미하는 것으로 이해된다.
유리 세라믹이라는 용어는 먼저 세라믹화될 수 있는 유리 또는 녹색 유리를 생성하고 후속 세라믹화에 의해 유리 세라믹으로 전환함으로써 제어된 결정화에 의해 용융 유리로부터 생성될 수 있는 물질을 지칭한다.
공간색은 380 내지 780 nm의 가시 스펙트럼 범위의 색을 나타낸다. 공간색은 색을 부여하는 금속 이온에 의해 달성될 수 있으며, 이러한 색을 부여하는 이온은 녹색 유리 또는 유리 세라믹에 용해된다. 성분이 세라믹화 가능한 녹색 유리를 포함하는 경우, 녹색 유리는 광학 특성을 변경하기 위해 전자기 복사에 노출된 후 세라믹화 공정에 의해 유리 세라믹으로 전환될 수 있다.
사용될 수 있는 기재는 일반적으로 유리, 바람직하게는 보로실리케이트 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다석회 유리, 합성 석영 유리("융합 실리카" 유리로도 알려짐), 리튬 알루미노실리케이트 유리 및 광학 유리를 포함한다. 사파이어 또는 불화칼륨 결정과 같은 광학 응용을 위한 결정이 또한 기재로서 사용될 수 있다. 또한, 유리 세라믹, 바람직하게는 리튬 알루미노실리케이트 유리 세라믹이 사용될 수 있다.
열팽창이 낮은 유리 및 유리 세라믹은 내열충격성을 증가시키기 때문에 이를 사용하는 것이 바람직하다. 유리의 경우, 열팽창 계수 α20-300은 따라서 바람직하게는 2×10-6 K-1 내지 7×10-6 K-1의 범위, 보다 바람직하게는 2.5×10-6 K-1 내지 5×10-6 K-1의 범위, 가장 바람직하게는 3×10-6 K-1 내지 4.5×10-6 K-1의 범위이다. 이러한 유형의 유리를 포함하는 기재는 특히 유도 가열 요소가 있는 조리 기구에 적합하다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 기재는 유리 세라믹, 특히 -1×10-6 K-1 내지 2.5×10-6 K-1의 범위, 보다 바람직하게는 -0.5×10-6 K-1 내지 2.2×10-6 K-1의 범위, 가장 바람직하게는 -0×10-6 K-1 내지 2.0×10-6 K-1의 범위의 열팽창 계수 α20-300을 갖는 유리 세라믹이다. 유도 가열 요소가 있는 조리 기구에 특히 바람직한 기재는 1.5×10-6 K-1 내지 2.5×10-6 K-1의 범위, 보다 바람직하게는 1.7×10-6 K-1 내지 2.2×10-6 K-1의 범위, 또는 심지어 1.8×10-6 K-1 내지 2.1×10-6 K-1의 범위의 열팽창 계수 α20-300을 갖는 유리 세라믹을 포함한다. 예를 들어, LAS(리튬 알루미노실리케이트 유리 세라믹) 시스템을 기반으로 하는 유리 세라믹이 상기 기재로서 사용된다. 다른 유리 세라믹, 예를 들어 MAS(마그네슘 알루미노실리케이트 유리 세라믹) 시스템을 기반으로 하는 세라믹도 물론 사용될 수 있다.
열팽창 계수는 ISO 7991에 따라 결정할 수 있다.
낮은 열팽창 계수(CTE)는 코팅된 기재의 우수한 온도 저항을 얻을 수 있게 한다. 유리 또는 유리 세라믹의 팽창 계수의 절대값이 높을수록, 마모 방지 코팅의 응력 유발 파괴의 위험이 높아진다.
이것은 유리 또는 유리 세라믹을 열에 의해 또는 화학적으로 강화함으로써 상쇄될 수 있다. 이러한 강화는 유리의 표면에 압축 응력을 생성하여 열 응력을 상쇄한다.
이러한 유리 세라믹은 예를 들어 조리용 패널로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 마모 방지 코팅은 적어도 300℃, 바람직하게는 적어도 400℃ 이상의 온도에 대해 내구성 있게 내열성이기 때문에, 코팅은 또한 어떠한 문제도 발생하지 않으면서 레인지의 상판의 고온 영역에 적용하기 적합하다.
본 발명에 따른 마모 방지 코팅은 또한 큰 경도를 나타낸다. 예를 들어 베르코비치(Berkovich) 압자를 사용하여 10 mN의 시험력으로 DIN EN ISO 14577(마르텐스(Martens) 경도)에 따라 측정한 경도는 바람직하게는 적어도 5 GPa, 보다 바람직하게는 적어도 7 GPa, 가장 바람직하게는 9 GPa, 또는 심지어 11 GPa 또는 그 초과이다. 이에 비해, 처리되지 않은 유리 세라믹 표면은 약 3 내지 4 GPa의 마르텐스 경도를 나타내고, 이것은 본 발명에 따른 마모 방지 코팅의 경도보다 현저히 더 낮다.
이는 코팅의 내스크래치성이 그의 경도뿐만 아니라, 코팅이 기재에 얼마나 잘 부착되는지에 달려 있기 때문에 유용하다. 또한, 코팅 및 기재가 상이한 열팽창 계수를 나타내면, 코팅에 응력이 축적되고, 코팅에 균열이 생기거나 심지어 박편이 발생할 수 있다.
위에 특정된 영률을 갖는 코팅의 경우에, 임의의의 발생하는 응력이 보다 잘 흡수될 수 있고, 따라서 코팅이 기재에 더 잘 부착될 것이다.
본 발명에 따른 마모 방지 코팅을 포함하지 않는 유리 또는 유리 세라믹으로 만들어진 기재의 영률에 대한 비교 가능한 값은 약 40 내지 90 GPa이고, 유리 세라믹은 예를 들어 약 3 내지 4 GPa의 마르텐스 경도를 갖는다. 이것은 마모 방지 코팅의 우수한 기계적 특성을 보여준다.
본 발명자들은 고유 층 응력, 바람직하게는 압축 응력이 특정 범위에 있는 경우, 기재에 대한 본 발명에 따른 마모 방지 코팅의 매우 우수한 부착이 제공될 수 있음을 발견하였다. 이것은 상기 설명한 높은 영률과 층 응력의 상호작용에 의해 더욱 향상된다.
마모 방지 코팅의 고유 층 응력은 너무 높지 않아야 하고, 이것은 그렇지 않으면 열 응력에 노출될 때 마모 방지 코팅이 벗겨질 수 있기 때문이다. 이 위험은 1500 MPa 초과의 층 응력에서 보다 자주 발생하는 것으로 관찰되었다. 반면에, 고유 층 응력이 너무 낮으면, 전체 경도가 좋지 않을 것이다. 예를 들어, 이온 빔 기반 스퍼터링으로 일반적으로 달성되는 약 500 MPa 미만의 고유 층 응력은 너무 낮을 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에 따르면, 마모 방지 코팅의 고유 층 응력, 바람직하게는 압축 응력이 500 MPa 초과 내지 1500 MPa 미만, 바람직하게는 525 MPa 초과 및/또는 1000 MPa 이하, 가장 바람직하게는 550 MPa 초과 및/또는 750 MPa 이하일 때 특히 우수한 부착이 달성된다. 이것은 또한 마그네트론 스퍼터링과 같은 높은 증착 속도를 보이는 스퍼터-증착 공정이 마모 방지 코팅을 적용하기 위해 사용될 수 있다는 큰 이점을 제공한다. 이것은 상기 공정이 작동하기에 비교적 비용 효율적이라는 사실을 고려할 때 유리하다.
본 발명에 따른 마모 방지 코팅의 표면은 다음 물질 중 적어도 하나, 바람직하게는 모두에 대해 화학적으로 불활성일 수 있다: 물, 세정제, 예를 들어 아세트산 및 시트르산, 및 식품 제조에 사용되는 것과 같은 기타 물질, 특히 소금물. 본 발명의 맥락에서, 이는 마모 방지 코팅이 예를 들어 유리 표면과 유사하게 잠재적인 반응 파트너, 예를 들어, 공기, 세정제 또는 다른 물질, 예를 들어 소금물과 접촉할 때 전혀 또는 단지 무시 가능하게 작은 정도로만 반응한다는 것을 의미한다.
이러한 방식으로, 특히 유리하게는, 이러한 물질에 의해 공격받는 경우에도 마모 방지 코팅의 높은 투명도가 유지된다. 이것은 특정 기간에 걸쳐, 예를 들어 24시간에 걸쳐 잠재적인 반응 파트너에 노출된 마모 방지 코팅의 가시광 파장 스펙트럼에서의 광 투과율을 잠재적인 반응 파트너에 노출되지 않은 동일한 마모 방지 코팅의 가시광 파장 스펙트럼에서의 광 투과율과 비교하는 비교에 의해 입증될 수 있다.
잠재적인 반응 파트너, 예를 들어 아세트산 또는 시트르산에 대한 노출은 마모 방지 코팅 위에 액체 한 방울을 피펫팅하고, 예를 들어 24시간과 같은 의도된 시간 동안 덮음으로써 실온에서 유도될 수 있다.
본 발명에 따르면, 마모 방지 코팅은 가시광 파장 스펙트럼의 광 투과율 차이가 2% 또는 2% 포인트 미만, 바람직하게는 1% 포인트 미만, 가장 바람직하게는 0.5% 포인트 미만인 경우에 화학적으로 불활성인 것으로 간주될 것이다. 다시 말해서, 예를 들어 가시광 파장 스펙트럼에서 85%의 광 투과율을 나타내는 마모 방지 코팅은 상기 기재에 노출된 후에 가시광 파장 스펙트럼에서 적어도 83%, 바람직하게는 적어도 84%, 가장 바람직하게는 적어도 84.5%의 광 투과율을 여전히 나타낼 것이다.
추가의 바람직한 실시양태에 따르면, 마모 방지 코팅의 표면 및 가장 바람직하게는 마모 방지 코팅에는 건강에 유해한 물질이 전혀 존재하지 않는다. 이는 특히 비소, 안티몬, 납, 수은, 카드뮴, 6가 크롬 또는 비스무트뿐만 아니라, 가소제(프탈레이트) 또는 휘발성 유기 성분(VOC)을 포함하는 물질에 적용된다. 따라서, 특히 바람직한 실시양태에서, 마모 방지 코팅에는 피할 수 없는 미량을 제외하고는 비소, 안티몬, 납, 수은, 카드뮴, 6가 크롬 또는 비스무트뿐만 아니라, 가소제(프탈레이트) 및 휘발성 유기 성분(VOC)이 존재하지 않는다.
이것은 예를 들어 마모 방지 코팅이 준비되는 음식과 직접 접촉할 수 있는, 유리 또는 유리 세라믹으로 만들어진 조리용 패널 또는 조리 기구에 마모 방지 코팅이 적용되는 경우에 크게 유용하다. 이것은 마모 방지 코팅과 음식 사이의 접촉 영역에서 원치 않는 반응 또는 확산 과정으로 인한 건강 손상 및 위험을 방지할 수 있다.
마모 방지 코팅의 층 특성, 특히 높은 경도 및 높은 층 응력으로 인해, 단지 500 nm, 바람직하게는 적어도 800 nm, 가장 바람직하게는 적어도 1,000 nm의 층 두께만으로도 본 발명에 따라 기계적 보호를 달성하고, 따라서 기계적 응력, 마모 및 파열, 및 스크래치로부터 기재를 보호기에 이미 충분하다. 기술적으로, 더 얇은 마모 방지 코팅이 또한 예를 들어 100 nm 또는 심지어 50 nm까지 구현될 수 있다. 그러나, 이 경우 기계적 보호 기능이 손상될 수 있다. 최대 5,000 nm, 바람직하게는 3,500 nm 미만, 가장 바람직하게는 2,000 nm 미만의 보다 두꺼운 층이 또한 가능하며, 이는 기계적 충격에 대해 보다 양호한 보호를 제공하여 보다 긴 내구성을 제공하고, 예를 들어 조리용 패널의 경우 몇 년을 사용한 후에도 조리 표면의 뛰어난 외관을 제공한다. 그러나, 이 경우에는 마모 방지 코팅을 생산하기 위한 처리 시간이 더 길어지고 물질의 사용이 더 많아질 것이다.
이미 위에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 마모 방지 코팅은 내열성이 있고, 적어도 350℃, 바람직하게는 적어도 400℃, 가장 바람직하게는 적어도 500℃의 온도에 내구성 있게 저항하며, 따라서 상기 승온 부하 하에서도 마모 방지 코팅의 투명도 또는 다른 광학 특성의 손실 없이 사용될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "온도 안정성" 또는 "내열성"은 마모 방지 코팅이 적어도 100회의 사이클, 바람직하게는 적어도 1,000회의 사이클에 걸쳐 30분의 지속 시간 후에 가시광 파장 범위에서 그의 광 투과율 및/또는 다른 광학 특성에서 어떠한 현저한 변화도 나타내지 않을 것임을 의미하는 것으로 이해된다.
하나의 사이클은 실온으로부터 명시된 온도, 즉 350℃, 바람직하게는 적어도 400℃, 가장 바람직하게는 적어도 500℃로 마모 방지 코팅을 갖는 기재를 가열하는 것을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 의도한 온도에 도달할 때까지 온도를 분당 1℃ 내지 50℃ 상승시킨 후, 30분 동안 유지하고, 실온으로 냉각한다.
의도한 횟수의 사이클 후에, 마모 방지 코팅은 이러한 온도 사이클을 거치지 않은 마모 방지 코팅과 비교된다. 이 때, 마모 방지 코팅은 가시광 파장 스펙트럼에서 광 투과율의 차이가 4% 포인트 미만, 바람직하게는 2% 포인트 미만, 가장 바람직하게는 1% 포인트 미만인 경우 본 발명의 의미에서 온도 안정한 것으로 간주된다. 백분율은 절대 차이로 이해하여야 한다. 예를 들어, 2% 포인트의 변화는 80%로부터 78%로의 변화에 해당한다.
본 발명자들은 마모 방지 코팅이 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개, 가장 바람직하게는 3개 초과의 하위층을 포함하는 복수의 하위층 또는 층을 포함할 수 있음을 밝혀내었다. 이들 하위층 또는 층은 바람직하게는 서로의 상부에 중첩하거나 덮는 방식으로 적용되고, 바람직하게는 동일한 화학적 조성 및 형태를 가지며, 함께 마모 방지 코팅을 형성할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 마모 방지 코팅은 완전히 또는 실질적으로 비정질이며, 이는 전자 현미경 이미지에서 인식 가능한 구조를 볼 수 없음을 의미한다. 즉, X-선 회절 스펙트럼은 명확하게 눈에 띄는 어떠한 날카로운 간섭선도 나타내지 않을 것이다. 적어도, 마모 방지 코팅은 마모 방지 코팅에 0.001 중량% 내지 최대 2 중량%의 결정질 분율을 갖는 나노결정상 또는 분리체(segregation)를 포함할 수 있다.
존재할 수 있는 미세결정립은 바람직하게는 5 nm 이하, 바람직하게는 4 nm 이하의 평균 결정 크기를 가질 것인데, 그 이유는 더 큰 미세결정립은 광 투과율에 나쁜 영향을 미칠 수 있는 산란 효과를 유발할 수 있기 때문이다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 마모 방지 코팅은 완전히 또는 실질적으로 결정질이며, 이는 인식 가능한 구조가 전자 현미경 이미지에서 나타날 것임을 의미한다. 즉, X선 회절 스펙트럼에 명확하게 눈에 띄는 날카로운 간섭선이 나타난다.
결정 크기는 전자 현미경, 예를 들어 특히 투과 전자 현미경에 의해 결정될 수 있다. 결정성은 예를 들어 X선 회절 또는 전자 현미경에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 마모 방지 코팅은 다음 성분 중 적어도 하나에 기초한 적어도 하나의 경질 물질층이거나, 바람직하게는 이를 포함한다: 산화알루미늄, 산화규소지르코늄, 산화지르코늄, 질화규소, 질화규소지르코늄, 질화규소알루미늄, 질화알루미늄, 산질화규소, 산질화규소지르코늄, 산질화규소알루미늄, 산질화알루미늄.
상기 언급한 층은 순수한 층으로 제공될 수 있다. 그러나, 이들은 또한 추가의 성분, 예를 들어 하나 이상의 추가의 질화물, 산화물, 탄질화물, 산탄화물 및/또는 산질화물을 함유할 수 있으며, 이는 바람직하게는 원소 알루미늄, 규소, 붕소, 지르코늄, 티타늄, 니켈, 크롬, 텅스텐, 마그네슘, 몰리브덴, 아연 또는 망간의 상응하는 화합물이다. 본 발명에 따른 마모 방지 코팅은 화학 원소 O, N, C, Al, Si, Mg 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이들 추가의 성분은 0.001 중량% 내지 20 중량%, 예를 들어, 바람직하게는 0.01 중량% 내지 10 중량%, 가장 바람직하게는 0.1 중량% 내지 1 중량%의 비율로 포함될 수 있다.
이를 통해 경도, 층 응력, 영률 또는 내마모성, 예를 들어 연마에 대한 저항성과 같은 마모 방지 코팅의 특정 특성을 추가로 변경할 수 있다.
본 발명의 추가의 실시양태에 따르면, 코팅은 마모 방지 코팅에 더하여 추가의 층을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 추가의 실시양태에 따르면, 적어도 하나의 추가의 층이 기판의 표면과 마모 방지 코팅 사이에 적용될 수 있고, 상기 마모 방지 코팅은 알루미늄, 규소, 붕소, 지르코늄, 티타늄, 니켈, 크롬, 마그네슘, 몰리브덴, 아연, 망간 및 탄소로 이루어지는 원소의 군으로부터 선택되는 순수 금속 또는 합금 또는 질화물, 산화물, 탄화물, 산탄화물, 탄질화물 및/또는 산질화물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 추가의 층은 기재와 마모 방지 코팅 사이의 굴절률을 일치시키기 위해 광학 일치층(optical matching layer)을 포함할 수 있다.
추가의 층은 또한 확산 장벽층을 포함할 수 있거나, 또는 기재와 마모 방지 코팅 사이의 확산 과정을 감소시키거나 방지하기 위한 확산 장벽층으로서 설계될 수 있다.
추가의 층은 또한 기재와 마모 방지 코팅 사이에 배치될 수 있고 기재에 대한 마모 방지 코팅의 부착을 개선하는 부착 촉진층을 포함할 수 있다. 이는 기재와 마모 방지 코팅의 열팽창 계수가 크게 다를 경우에 특히 유리하다. 특히 유리한 것으로 입증된 부착 촉진층은 원소 알루미늄, 규소, 붕소, 지르코늄, 티타늄, 니켈, 크롬 및/또는 탄소의 순수 금속 또는 합금 또는 질화물, 산화물, 탄화물, 산탄화물, 탄질화물 및/또는 산질화물로 이루어진 층을 포함한다.
부착 촉진층은 발생할 수 있는 응력을 감소시킬 수 있으며, 적어도 기재에 대한 강한 화학 결합을 유도한다. 따라서, 기재의 열팽창 계수와 마모 방지 코팅의 각각의 근접한 일치가 필요하지 않다. 이에 따라, 매우 다양한 적합한 기재 물질을 사용할 수 있다. 증착은 예를 들어 PVD, CVD 또는 졸-겔 공정에 의해 달성될 수 있다.
유리하게는, 광학 일치층, 확산 장벽층 및/또는 부착 촉진층을 포함하는 이들 층은 380 nm 내지 780 nm의 가시광 파장 스펙트럼에서 광 투과율을 갖도록 설계되며, 이는 발명에 따른 마모 방지 코팅의 광 투과율에 근접한다. 따라서, 바람직하게는, 광학 일치층 및/또는 확산 장벽층 및/또는 부착 촉진층을 포함하는 상기 층의 가시광 파장 스펙트럼에서의 광 투과율은 마모 방지 코팅의 가시광 파장 스펙트럼에서의 광 투과율과 2% 포인트 이하, 바람직하게는 1% 포인트 이하, 가장 바람직하게는 0.5% 포인트 이하로 상이하다.
본 발명의 추가의 실시양태에 따르면, 예를 들어 마모 방지 코팅의 상부에 배치되는 커버층이 제공될 수 있다. 여기서, "상부에"는 기재로부터 시작하는 코팅의 구조와 관련하여 지칭되는 것으로, 다시 말하면, 마모 방지 코팅은 기재와 커버층 사이에 배치된다. 마모 방지 코팅에 커버층을 증착하면, 특정 특성, 예를 들어 시각적 외관 또는 특정 연마 매체에 대한 연마 특성을 변경할 수 있다.
본 발명의 한 실시양태는 커버층이 원소 알루미늄, 규소, 붕소, 지르코늄, 티타늄, 니켈, 및 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 질화물, 산화물, 탄질화물, 산탄화물 및/또는 산질화물에 의해 형성되는 것을 고려한다. 커버층은 복수의 상기 언급된 화합물로부터 혼합된 층으로서 또는 단일 화합물의 층으로서 제조될 수 있다. 커버층은 바람직하게는 스퍼터-증착에 의해 적용된다. 대안적으로, CVD 또는 졸-겔 기술을 사용할 수도 있다. 커버층은 예를 들어 SiOx 함유 층일 수 있다. 또한, 커버층의 굴절률 및 층 두께에 따라, 아래의 마모 방지 코팅의 반사 색상의 색상 위치 및/또는 반사 특성을 변경하는 것도 가능한다.
바람직한 실시양태에서, 커버층은 마모 방지 코팅에 적용될 수 있으며, 그의 산소 함량은 마모 방지 코팅의 산소 함량과 상이하다. 유리하게는, 커버층의 산소 함량은 평균적으로 마모 방지 코팅의 두께의 중간에서보다 또는 평균적으로 마모 방지 코팅의 2개의 대향 표면 사이의 중간 영역에서보다 더 높다. 산소 함량이 증가된 커버층은 또한 스퍼터-증착에 의해 적용될 수 있다.
대안적인 실시양태에서, 마모 방지 코팅은 바람직하게는 마모 방지 코팅의 두께의 중간에서보다 또는 마모 방지 코팅의 2개의 대향 표면 사이의 중간 영역에서보다 더 높은 산소 함량을 갖는 영역, 바람직하게는 기재 반대편의 표면 상의 영역을 포함할 수 있다. 마모 방지 코팅의 표면으로부터 측정할 때, 이 영역은 약 100 nm의 깊이, 바람직하게는 50 nm의 깊이, 특히 바람직하게는 최대 30 nm의 깊이까지 마모 방지 코팅 내로 돌출될 수 있다. 이 영역은 두께가 적어도 10 nm이어야 한다.
산소 함량이 증가한 마모 방지 코팅의 영역은 예를 들어 열처리 및/또는 화학적 처리, 예를 들어 산 처리에 의해 마모 방지 코팅에서, 바람직하게는 마모 방지 코팅의 외부에 형성될 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 증가된 산소 함량을 갖는 특정 커버층 또는 증가된 산소 함량을 갖는 마모 방지 코팅의 영역은 상기 언급된 여러 화합물의 혼합 층으로서 또는 하나의 화합물의 층으로서 형성될 수 있다.
따라서, 마모 방지 코팅 내에 형성된 산소 함량이 증가된 영역은 구배를 통해 실제 마모 방지 코팅으로 병합될 수 있다. 다시 말해서, 마모 방지 코팅의 산소 함량은 기재로부터 멀어지는 표면을 향한 마모 방지 코팅의 2개의 대향 표면 사이의 중간 영역의 산소 함량으로부터 원하는 산소 함량의 증가된 값까지 증가할 수 있고, 따라서 이 증가는 선형일 수 있다.
증가된 산소 함량을 갖는 상기 커버층 또는 상기 영역은 산에 대한 마모 방지 코팅의 내성 및/또는 내마모성을 추가로 증가시킬 수 있다.
산소 함량이 적어도 5%, 바람직하게는 적어도 10% 증가하면, 이미 좋은 결과를 얻은 것이다.
추가의 실시양태에서, 마모 방지 코팅은 탄소 함유 커버층을 가질 수 있다. 커버층의 탄소 함량은 마찰 계수의 감소를 가져오며, 이는 냄비를 조리용 패널에서 보다 쉽게 옮길 수 있기 때문에, 조리용 패널로 사용되는 코팅된 기재의 경우에 특히 유리하다. 또한, 연마 특성 및 연마 매체에 대한 코팅의 내성이 향상될 수 있다. 커버층은 예를 들어 탄화물 및/또는 흑연을 포함할 수 있다.
유리하게는, 커버층을 포함하는 상기 층은 또한 본 발명의 마모 방지 코팅의 것과 유사한, 380 nm 내지 780 nm의 가시광 파장 스펙트럼에서 광 투과율을 갖도록 설계된다. 따라서, 바람직하게는, 커버층을 포함하는 상기 층의 가시광 파장 스펙트럼에서 광 투과율은 마모 방지 코팅의 가시광 파장 스펙트럼에서의 광 투과율과 2% 포인트 이하, 바람직하게는 1% 포인트 이하, 가장 바람직하게는 0.5% 포인트 이하로 상이하다.
물론, 이것은 장식으로 의도되고 예를 들어 시각적으로 인식할 수 있는 패턴이 존재하는 커버층에는 적용되지 않는다. 이들 장식층의 광 투과율은 바람직하게는 달성하고자 하는 원하는 시각 효과에 기초한다.
본 발명의 추가의 실시양태에서, 마모 방지 코팅은 실온에서 전기 전도성이 아닌 적어도 하나의 영역을 포함할 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 이것은 마모 방지 코팅이 바람직하게는 4점 측정에 의해 측정될 때 적어도 1 kΩ/square, 바람직하게는 적어도 0.5 MΩ/square, 가장 바람직하게는 적어도 2 MΩ/square의 시트 저항을 갖는다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 높은 시트 저항은 특히 내마모성 코팅이 있는 기재 아래에 정전용량식 터치 센서(capacitive touch sensor)를 배열할 수 있게 하며, 그렇지 않으면 터치 센서는 사용이 불가능하거나, 기생 정전용량(parasitic capacitance) 때문에 코팅이 보다 높은 전도성을 갖는 경우에만 상당히 감소된 감도로 사용이 가능하게 될 것이다.
이것은 또한 마모 방지 코팅의 상응하게 높은 전기 저항을 고려할 때, 유도 코일에 의해 생성된 교류 자기장이 코팅에 의해 감쇠되거나 산란되지 않을 것이기 때문에, 마모 방지 코팅을 갖는 기재 아래에 유도 코일을 사용할 수 있게 한다.
교류 자기장의 산란은 예를 들어 1 kΩ/square 미만의 저항 및 자기장의 침투 깊이보다 작은 층 두께를 갖는 층에서 발생하며, 전체 시스템의 불량한 전자기 적합성을 초래한다. 유도 코일은 예를 들어 가열 요소로서 또는 무선 에너지 전송을 위해 제공될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시양태에서, 마모 방지 코팅의 표면은 적어도 그의 여러 부분에서 나방의 눈 구조와 같은 패턴화된 표면을 포함할 수 있다. 이것은 마모 방지 코팅의 표면이 마이크로구조 및/또는 나노구조, 바람직하게는 원추형 또는 피라미드형 나노구조를 포함한다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이들은 예를 들어 에칭, 플라즈마 공정, 예를 들어 PECVD(플라즈마 강화 화학 기상 증착) 또는 전자빔 리소그래피에 의해 생성될 수 있다. 이것은 표면에서 원치 않는 반사를 줄이는 데 도움이 된다.
고온 안정성으로 인해, 마모 방지 코팅 또는 상응하게 코팅된 기재는 다양한 뜨거운 영역에서, 예를 들어 유리 세라믹의 경우 조리용 패널로서, 또는 유리 시트의 경우 오븐 관찰 창으로서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 마모 방지 코팅 또는 이것으로 코팅된 기재의 추가의 적용 가능성은 일반적으로 높은 투과율이 영구적으로 중요한, 열 부하가 있거나 없는 기계적으로 응력을 받는 유리 표면을 포함한다.
본 발명에 따른 마모 방지 코팅의 가시광 파장 스펙트럼에서의 높은 광 투과율은 마모 방지 코팅이 본질적으로 사람의 눈에 보이지 않기 때문에, 그 아래에 있는 기재의 표면, 또는 유사한 투명 기재의 경우 그 아래에 있는 물품 또는 프린트가 사람의 눈에 계속 보인다는 큰 이점을 제공한다.
특히, 조리용 패널의 경우에, 유리 세라믹 표면에 장식이 인쇄되는 경우가 많다. 따라서, 본 발명의 추가의 실시양태에 따르면, 장식층이 기재 상에 적어도 부분적으로 제공되는 것이 또한 고려될 수 있다. 장식층은 기재의 상면 또는 하면에 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 마모 방지 코팅 또는 본 발명에 따른 마모 방지 코팅이 제공된 기재는 표면이 기계적 응력에 노출되고/되거나 높은 투명도가 요구되는 많은 기술 분야에서 사용될 수 있다.
물론, 이러한 목적을 위해, 본 발명에 따른 마모 방지 코팅으로 기재의 전체 표면을 완전히 덮고 이에 따라 그의 전체 표면적에 걸쳐 관련 표면을 코팅하거나, 또는 기계적 응력에 노출된 기재 표면의 일부만을 덮는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 마모 방지 코팅으로 코팅된 기재는 특히 광학 부품, 조리용 패널, 가열 패널, 핫플레이트, 유리 또는 유리 세라믹 조리대, 가정용 기기의 유리 또는 유리 세라믹 부품, 용광로 조망 창, 벽난로 조망 창, 오븐 조망 창, 냉장고 및 주방 전면용, 자동차 부문의 창 유리, 시계 유리, VR 또는 AR 안경과 같은 안경용, 또는 디스플레이, 예를 들어 태블릿 PC 또는 휴대폰용, 특히 터치 디스플레이로도 사용할 수 있다.
다른 예에는 심지어 바람에 의해 운반되는 모래로 인해 차량이 정지한 상태에서 및 앞유리가 모래로 덮인 상태에서 앞유리 와이퍼를 사용할 때 마모로 인해 판유리가 매우 쉽게 보이지 않게 되는 모래가 뒤덮은 지역에서 사용하기 위한 차량 판유리가 포함된다.
다른 적용 분야에는 예를 들어 스캐너 금전 등록기 판유리의 보호가 포함된다. 여기서, 제품이 유리 시트를 가로질러 드래그되면서 제품의 바코드가 스캔된다. 이러한 적용 분야에서, 투명한 스크래치 방지층은 사용 수명 연장을 연장하고, 사용 수명 연장에 의해 비용이 절감될 수 있다.
본 발명에 따라 코팅된 마모 방지 코팅 또는 기재는 특히 적어도 다음 단계를 포함하는 방법을 사용하여 제조될 수 있다:
(a) 표적을 포함하는 스퍼터-증착 장치에 기재를 제공하는 단계;
(b) 표적 영역당 8 내지 1000 W/cm2, 바람직하게는 10 내지 100 W/cm2 범위의 전력을 사용하여 표적으로부터 스퍼터링된 입자를 방출하는 단계.
스퍼터링된 입자가 단계 (b)에서 방출되기 전에, 스퍼터-증착 장치는 낮은 최종 압력으로 배기된다. 코팅 시스템의 최종 압력, 즉 코팅 공정이 시작될 수 있는 압력은 2×10-5 mbar 이하, 바람직하게는 심지어 1×10-6 내지 5×10-6 mbar 또는 그 미만의 범위의 압력이다. 낮은 최종 압력에서, 수증기 또는 휘발성 유기 성분(VOC)의 함량과 같은 외부 가스의 양이 최소화된다. 즉, 코팅 공정은 매우 깨끗한 분위기에서 수행된다. 이것은 적용된 층의 높은 수준의 순도를 보장한다.
따라서, 최대 10 at%, 가장 바람직하게는 최대 5 at%, 또는 심지어 최대 2 at%의 산소 함량을 갖는 코팅이 얻어질 수 있다. 이와 대조적으로, 종래의 스퍼터-증착 공정에서, 코팅은 적어도 5×10-5 mbar 범위의 최종 압력에서 수행되고, 따라서 증착된 코팅의 잔류 가스 함량이 이 경우에 더 높을 것이다.
스퍼터-증착 공정에서, 일단 본 발명에 따른 최종 압력에 도달하면, 공정 가스, 예를 들어 질소 함유 가스가 도입된다. 본 예에서, 전체 유동액 내의 질소의 비율은 적어도 30 vol%, 바람직하게는 적어도 40 vol%, 가장 바람직하게는 적어도 50 vol%이다. 스퍼터-증착 공정 동안 전체 유동액에서 질소의 비율을 제어하면, 예를 들어 식기 세척제 또는 세정제에 대한 증착된 층의 내화학성에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 화학 물질에 대한 층의 저항은 질소 함량이 증가함에 따라 증가한다.
단계 (b)의 코팅은 높은 스퍼터링 전력에서 실행된다. 본 발명에 따른 방법에서, 스퍼터링 전력은 8 - 1000 W/cm2, 바람직하게는 10 - 100 W/cm2이다. 본 발명의 한일 실시양태에서, 다음 스퍼터링 공정 중 하나가 사용된다: 마그네트론 스퍼터링, 특히 반응성 중간 주파수 마그네트론 스퍼터링, 아크 기반 스퍼터링, 즉, 진공 아크 코팅, 또는 고전력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(HiPIMS). 대안적으로 또는 추가적으로, 음의 전압 또는 교류 전압이 표적과 기재 사이에 유지될 수 있다. 코팅 공정은 대안적으로 또는 추가적으로 기재에 전압을 인가함으로써 보조될 수 있다. 그러나, 이온 빔을 사용하는 스퍼터링 공정은 몇 가지 이유로, 특히 대형 기재에 대해 본 발명에 따른 층을 생성하는 데 적합하지 않다.
한편으로, 이러한 공정은 생산 처리량이 낮아 경제적으로 수익성이 없다. 다른 한편으로, 이러한 기술로는 기재의 전체 표면에 걸친 층 두께의 충분한 균질성을 달성하기가 어렵다. 이러한 영향은 또한 기재 크기가 증가함에 따라 악화된다. 이러한 부적합한 기술에는 예를 들어 아르곤, 크세논 또는 크립톤에 의해 일반적으로 형성되는 이온 빔이 미리 결정된 패턴으로 표적 표면 위로 이동하는 이온 빔 스퍼터링이 포함된다. 또한, 여기에는 표적이 아니라 기재 표면에 이온 빔이 충돌하는 이온 보조 DC 스퍼터링도 포함되며, 이것은 일반적으로 산소 또는 질소 이온 빔을 사용하여 수행된다.
본 발명의 한 실시양태에 따르면, 스퍼터링에 의해 생성된 입자는 100℃ 초과, 바람직하게는 200℃ 초과, 가장 바람직하게는 300℃ 초과의 증착 온도, 즉 코팅 공정의 시작시 기재의 온도에서 증착된다. 낮은 공정 압력 및 높은 스퍼터링 전력과 함께, 이는 층의 성장, 특히 형태 및 결정화 정도를 특히 유리한 방식으로 제어할 수 있게 한다. 그러나, 보다 낮은 온도, 예를 들어 실온에서의 증착이 또한 가능하다. 이 실시양태에 따라 생성된 경질 물질층은 높은 내스크래치성과 같은 위에서 논의된 기계적 특성을 나타낸다.
실제로, 증착 온도는 바람직하게는 800℃를 초과하지 않아야 하고, 바람직하게는 600℃를 초과하지 않아야 하며, 가장 바람직하게는 400℃를 초과하지 않아야 한다. 더 높은 온도에서는 장치의 구조에 특히 내열성 물질을 사용할 필요가 있으며, 이는 경제적인 이유로 불리하다.
스퍼터-증착 공정은 기재 상의 연속 증착을 포함할 수 있다. 또한, 기재가 하나 이상의 코팅 공급원(예를 들어, 마그네트론)을 통과하여 여러 번 공급되는 것은 스퍼터-증착에서 일반적인 것이다. 이러한 경우, 코팅은 다수의 하위층으로 구성될 것이다. 각각의 하위층은 코팅 공급원을 통과하여 진행되면서 생성된다. 하위층은 예를 들어 전자빔 현미경에 의해 가시화될 수 있는 계면에 의해 서로 경계가 정해질 수 있다. 본 사례의 경우, 이러한 하위층 및 계면은 코팅의 광학적 또는 기계적 특성에 미미한 영향을 미칠 뿐이다. 따라서, 본 발명의 맥락에서, 복수의 이러한 하위층을 포함하는 코팅은 또한 청구항 1에 따른 마모 방지 코팅을 구성하는 것으로 이해된다.
대안적으로, 스퍼터-증착 공정은 또한 증착된 층이 코팅 대역 밖으로 이동할 때 공정으로 인해 발생하는 계면을 갖거나 상기 계면으로 이루어지도록 수행될 수 있다.
단계 (a)는 기재로서 예를 들어 유리 세라믹, 사파이어 유리, 보로실리케이트 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다석회 유리, 용융 실리카 유리, 리튬 알루미노실리케이트 유리, 광학 유리, 및/또는 광학적 목적을 위한 결정을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에서, 표적은 규소를 포함한다. 또한, 표적은 원소 알루미늄, 붕소, 지르코늄, 니켈, 크롬, 마그네슘, 아연, 망간, 텅스텐, 몰리브덴, 및 탄소 중 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다. 이러한 추가의 원소는 또한 본 발명의 맥락에서 도펀트로 지칭된다. 표적 내의 규소의 비율은 본 실시양태에서 바람직하게는 50 중량% 초과, 보다 바람직하게는 60 중량% 초과, 가장 바람직하게는 70 중량% 초과이다.
본 발명의 한 개선예에서, 단계 (a)는 장식층 및/또는 부착 촉진층을 갖는 기재를 제공하는 것을 포함한다. 예를 들어, 적어도 부분적으로 장식된 영역은 코팅될 수 있으며, 높은 적용 온도에서도 저항성을 유지할 것이다. 또한, 평평한 면은 임의의 광학적 변화 없이 코팅될 수 있으며, 우수한 기계적 저항을 나타낼 것이다.
대안적으로 또는 추가적으로, 커버층은 단계 (b) 이후의 방법 단계에서 마모 방지 코팅에 적용된다.
본 발명의 한 실시양태에 따르면, 부착 촉진층 및/또는 커버층은 알루미늄, 규소, 붕소, 지르코늄, 티타늄, 니켈, 크롬 및 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소의 질화물, 산화물, 탄화물, 탄질화물 및/또는 산질화물을 함유한다. 부착 촉진층 및/또는 커버층은 또한 특히 알루미늄, 규소, 붕소, 지르코늄, 티타늄, 니켈, 및 크롬 중 하나 이상을 함유하거나, 바람직하게는 이로 만들어지는 금속 층의 형태일 수 있다.
부착 촉진층 및/또는 커버층은 바람직하게는 마찬가지로 스퍼터-증착 공정을 사용하여 적용되지만, 다른 방법에 의해 생성될 수도 있다.
이제 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시양태를 통해 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 마모 방지 코팅으로 코팅된 기재의 개략도를 도시한 것이다.
도 2는 기재와 마모 방지 코팅 사이에 추가의 부착 촉진층이 있는 본 발명의 실시양태의 개략도를 도시한 것이다.
도 3은 마모 방지 코팅 상에 증착된 추가의 커버층이 있는 본 발명의 실시양태의 개략도를 도시한 것이다.
도 4는 추가의 부착 촉진층 및 추가의 커버층이 있는 본 발명의 실시양태의 개략도를 도시한 것이다.
도 5는 하부 코팅을 갖는 기재 상에 마모 방지 코팅이 있는 본 발명의 실시양태의 개략도를 도시한 것이다.
도 6은 대략 250 nm 내지 2,500 nm의 파장에서 본 발명에 따른 마모 방지 코팅으로 코팅된 5개의 추가의 기재의 스펙트럼 반사율을 보여준다.
도 7은 380 nm 내지 780 nm의 가시광 파장 범위의 파장에서 도 6의 기재의 스펙트럼 반사율을 보여준다.
도 8은 대략 250 nm 내지 2,500 nm의 파장에서 본 발명에 따른 마모 방지 코팅으로 코팅된 다양한 추가의 투명 기재의 스펙트럼 반사율을 보여준다.
도 9는 380 nm 내지 780 nm의 가시광 파장 범위의 파장에서 도 8의 기재의 스펙트럼 반사율을 보여준다.
도 2는 기재와 마모 방지 코팅 사이에 추가의 부착 촉진층이 있는 본 발명의 실시양태의 개략도를 도시한 것이다.
도 3은 마모 방지 코팅 상에 증착된 추가의 커버층이 있는 본 발명의 실시양태의 개략도를 도시한 것이다.
도 4는 추가의 부착 촉진층 및 추가의 커버층이 있는 본 발명의 실시양태의 개략도를 도시한 것이다.
도 5는 하부 코팅을 갖는 기재 상에 마모 방지 코팅이 있는 본 발명의 실시양태의 개략도를 도시한 것이다.
도 6은 대략 250 nm 내지 2,500 nm의 파장에서 본 발명에 따른 마모 방지 코팅으로 코팅된 5개의 추가의 기재의 스펙트럼 반사율을 보여준다.
도 7은 380 nm 내지 780 nm의 가시광 파장 범위의 파장에서 도 6의 기재의 스펙트럼 반사율을 보여준다.
도 8은 대략 250 nm 내지 2,500 nm의 파장에서 본 발명에 따른 마모 방지 코팅으로 코팅된 다양한 추가의 투명 기재의 스펙트럼 반사율을 보여준다.
도 9는 380 nm 내지 780 nm의 가시광 파장 범위의 파장에서 도 8의 기재의 스펙트럼 반사율을 보여준다.
바람직한 실시양태에 대한 다음의 상세한 설명에서, 명료성을 위해 동일한 참조 부호는 이들 실시양태에서 또는 이들 실시양태에 대해서 본질적으로 동일한 성분을 특정한 것이다. 그러나, 본 발명을 보다 잘 설명하기 위해, 도면에 제시된 바람직한 실시양태가 항상 일정한 비율로 도시된 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따라 코팅된 기재 (2)를 개략적으로 도시한 것이다. 여기서, 기재 (2)는 마모 방지 코팅 (1)으로 코팅된다.
마모 방지 코팅 (1)은 표준 광원 A 또는 표준 광원 C의 광을 사용하거나 또는 색 온도가 2,500 K 내지 10,000 K인 흑체 복사를 사용하여, 리미션으로 측정시, 광 조사 하에서 14 미만, 바람직하게는 7 미만, 가장 바람직하게는 4 미만의 CIELAB 색 표시계에서의 채도(C*)를 갖는다. 제시된 예시적인 실시양태에서, 채도 값은 예를 들어 표준 광원 A의 광을 사용할 때, 쇼트 아게(Schott AG, 독일 마인즈 소재)로부터 상품명 CERAN® HIGHTRANS eco로 이용 가능한 유리 세라믹 물질과 같은 투명 흑색 기재 상의 AlSiN 마모 방지 코팅에 대해 약 2.8이다.
또한, 마모 방지 코팅 (1)은 가시광 파장 스펙트럼에서 높은 투과율을 나타낸다. 따라서, 380 nm 내지 780 nm 파장의 가시광 파장 스펙트럼에서 마모 방지 코팅 (1)의 광 투과율은 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 75%, 가장 바람직하게는 적어도 80%이다. 또 다른 유사한 바람직한 실시양태에서, 마모 방지 코팅 (1)은 가시광 파장 스펙트럼에서 적어도 85%, 적어도 88%, 90%, 또는 심지어 92% 또는 95%의 광 투과율을 갖는다. 예시된 실시양태에서, 마모 방지 코팅 (1)은 가시광선 파장 스펙트럼에서 측정한 광 투과율이 약 90%이고, 이것은 예를 들어 소다석회 유리 상의 AlSiN 마모 방지 코팅의 광 투과율과 유사하고, 코팅이 없는 소다석회 유리의 광 투과율 92%는 코팅이 존재할 때 약 82.9%로 감소할 것이다.
본 발명의 맥락에서, 본 발명에 따른 마모 방지 코팅으로 코팅된 기재의 총 투과율, 즉 광 투과율이 코팅되지 않은 기재의 투과율과 30% 포인트 이하, 바람직하게는 20% 포인트 이하, 가장 바람직하게는 10% 포인트 이하로 상이하면, 광 투과율이 50% 초과인 기재에 대해 유리한 것으로 간주된다.
본 발명의 맥락에서, 본 발명에 따른 마모 방지 코팅으로 코팅된 기재의 총 투과율, 즉 광 투과율이 코팅되지 않은 기재의 투과율과 16% 포인트 이하, 바람직하게는 8% 포인트 이하, 가장 바람직하게는 4% 포인트 이하로 상이하면, 광 투과율이 5 내지 50%인 기재에 대해 유리한 것으로 간주된다.
본 발명의 맥락에서, 본 발명에 따른 마모 방지 코팅으로 코팅된 기재의 총 투과율, 즉 광 투과율이 코팅되지 않은 기재의 투과율과 2% 포인트 이하, 바람직하게는 1% 포인트 이하, 가장 바람직하게는 0.5% 포인트 이하로 상이하면, 광 투과율이 5% 미만인 기재에 대해 유리한 것으로 간주된다.
상기 차이는 코팅이 없는 기재와 코팅이 있는 기재의 광 투과율 사이의 계산 차이를 나타낸다.
한 실시양태에 따르면, 마모 방지 코팅 (1)의 높은 광 투과율은 마모 방지 코팅이 완전히 또는 실질적으로 비정질일 수 있다는 사실에 의해 촉진된다. 전반적으로, 실질적으로 비정질인 마모 방지 코팅 (1)의 결정질 비율은 0 중량% 내지 최대 2 중량%이다. 실질적으로 비정질인 마모 방지 코팅 (1)에 존재할 수 있는 미세결정립이 바람직하게는 5 nm 이하, 보다 바람직하게는 4 nm 이하의 평균 결정 크기를 갖는 경우 훨씬 더 유리하다.
기재 (2)는 높은 광 투과율을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 높은 광 투과성 기재 (2)의 광 투과율은 70% 내지 92% 범위, 특히 80% 내지 92% 범위일 수 있다.
그러나, 공간색 기재, 즉, 더 낮거나 전체적으로 낮은 광 투과율을 갖는 착색 유리 또는 유리 세라믹 상에 마모 방지 코팅을 제공하는 것이 또한 본 발명의 의미 내에 있다. 이들은 특히 암색 또는 검은색 기재 (2), 즉 암색 또는 검은색 유리 또는 유리 세라믹을 포함할 수 있다. 예를 들어, 착색된 기재 (2)는 0.5% 내지 70% 미만의 범위, 보다 특히 1% 내지 5%의 범위, 또는 20% 내지 40%의 범위, 보다 특히 25% 내지 35%의 범위의 광 투과율을 나타낼 수 있다.
광 투과율이 낮은 상기 공간색 기재 (2)의 경우, 코팅된 기재의 총 투과율이 코팅되지 않은 기재에 비해 단지 약간만 감소할 것이기 때문에, 본 발명의 마모 방지 코팅의 높은 광 투과율이 또한 큰 이점이다.
본 발명의 이러한 특정 이점은 예를 들어 장식이 기재 (2)의 상부 표면, 예를 들어 암색 또는 검은색 유리 세라믹에 인쇄될 때 발생하고, 이것은 그렇지 않으면 표면을 보호하기 위해 장식 위에 마모 방지 코팅이 적용될 경우 상기 상부 표면이 광 흡수성이 높은 마모 방지 코팅을 통해 보이지 않게 될 것이기 때문이다. 여기서, 기재 (2)의 상부 표면은 작동 동안 사용자와 마주하는 면을 의미한다. 따라서, 마모 방지 코팅의 높은 광 투과율로 인해, 사용자가 장식을 볼 수 있게 될 것이다.
또 다른 이점은 예를 들어 발광 또는 디스플레이 요소가 암색 또는 검은색 기재 (2) 아래에, 예를 들어 유리 세라믹 조리용 패널의 경우 조리 과정을 제어하기 위한 디스플레이에서 암색 또는 검은색 유리 세라믹 아래에 배열될 때 발생한다. 마모 방지 코팅의 광 흡수성이 높기 때문에, 결합된 기재 및 마모 방지 코팅의 총 광 투과율이 너무 낮고, 따라서 그러한 발광 또는 디스플레이 요소는 사용자가 기재를 통해 볼 때 더 이상 볼 수 없게 될 것이다.
마모 방지 코팅 (1)은 적어도 100 GPa, 바람직하게는 적어도 250 GPa, 가장 바람직하게는 적어도 300 GPa의 영률을 갖는다. 추가의 바람직한 실시양태에서, 영률은 적어도 320 GPa, 적어도 350 GPa, 또는 적어도 370 GPa, 또는 심지어 적어도 400 GPa이다. 이와 동시에, 본 발명에 따른 마모 방지 코팅 (1)의 영률은 700 GPa 이하, 바람직하게는 680 GPa 이하, 가장 바람직하게는 650 GPa 이하이다.
본 예에서 영률은 10 mN의 시험력을 사용하여 측정시에 CERAN® HIGHTRANS eco로 제조된 기재 상의 AlSiN 기반 마모 방지 코팅에 대해 309 GPa이다. 다른 물질 시스템에서는 그에 따라 상이한 영률이 얻어질 것이다.
마모 방지 코팅 (1)은 또한 큰 경도를 나타낸다. 10 mN의 시험력으로 DIN EN ISO 14577(마르텐스(Martens) 경도)에 따라 측정된 경도는 바람직하게는 적어도 5 GPa, 보다 바람직하게는 적어도 7 GPa, 가장 바람직하게는 9 GPa, 또는 심지어 11 GPa 이상이다. 본 예에서, 마모 방지 코팅 (1)은 대략 14.7 GPa의 경도를 갖는다.
영률에 대해 상기 언급된 값과 관련하여, 본 발명에 따른 높은 내스크래치성이 마모 방지 코팅 (1)에 대해 달성될 뿐만 아니라, 또한 기재 (2)에 대한 우수한 부착력도 달성된다.
또한, 마모 방지 코팅 (1)은 고유 층 응력, 바람직하게는 500 내지 1500 MPa 범위의 정의된 압축 응력에 의해 구별된다. 본 예에서, CERAN® HIGHTRANS eco로 제조된 기재 상의 AlSiN 기반 마모 방지 코팅 (1)은 약 820 MPa의 압축 응력을 갖는다.
도 2는 추가의 층 (3)이 기재 (2)와 마모 방지 코팅 (1) 사이에 배치된 추가의 예시적인 실시양태를 개략적으로 도시한 것이다. 추가의 층 (3)은 예를 들어 장식층 또는 부착 촉진층일 수 있다. 복수의 하위층, 예를 들어 장식층 및 부착 촉진층으로 이루어진 층 (3)이 또한 가능하다. 층 (3)은 전체 기재 상에 또는 그의 일부에만 제공될 수 있다. 여기서 마모 방지 코팅 (1)은 추가의 층 (3)의 상부에 배치되며, 즉, 추가의 층 (3)은 따라서 기재 (2)와 마모 방지 코팅 (1) 사이에 배치된다.
추가의 층 (3)으로서 부착 촉진층을 포함하는 실시양태에서, 층 (3)은 바람직하게는 Al로 선택적으로 도핑된 SiO2 층이다. 대안적으로, 상기 층은 예를 들어 Cr, Ni, SiON, TiO2, Al2O3로 이루어지는 층일 수 있다. 부착 촉진층의 조성에 따라, 상기 층은 예를 들어 기재 (2)의 열팽창 계수와 마모 방지 코팅 (1)의 열팽창 계수 사이에 있는 열팽창 계수를 가질 수 있다. 따라서, 부착 촉진층은 기재 (2)와 마모 방지 코팅 (1) 사이의 응력을 감소시킬 수 있다.
부착 촉진층은 바람직하게는 1 내지 900 nm 범위, 보다 바람직하게는 1 내지 500 nm 범위, 가장 바람직하게는 1 내지 50 nm 범위의 두께를 갖는다. 예시적인 한 실시양태에 따르면, 코팅된 물품은 기재 (2)와 마모 방지 코팅 (1) 사이의 부착 촉진층 (3)으로서 50 nm의 층 두께를 갖는 Al2O3 코팅을 갖는다. 작은 층 두께는 광 투과율을 위한 요건을 충족하도록 허용하고, 따라서 코팅된 기재 (2)의 광 투과율이 손상되지 않는다.
추가의 층 (3)은 또한 기재 (2)와 마모 방지 코팅 (1) 사이의 굴절률을 일치시키기 위해 광학 적응층(optical adaptation layer)을 포함할 수 있다.
추가의 층 (3)은 또한 확산 장벽층을 추가로 포함할 수 있거나, 기재 (2)와 마모 방지 코팅 (1) 사이의 확산 프로세스를 감소시키거나 방지하기 위한 확산 장벽층의 형태일 수 있다.
적어도 확산 방지층, 부착 촉진층, 또는 광학 일치층의 경우에, 상기 추가층 (3)은 본 발명에 따른 마모 방지 코팅에 적합한 380 nm 내지 780 nm의 가시광 파장 스펙트럼에서의 광 투과율을 갖도록 유리하게 설계된다. 따라서, 바람직하게는, 상기 층 (3)의 가시광 파장 스펙트럼에서의 광 투과율은 마모 방지 코팅의 가시광 파장 스펙트럼에서의 광 투과율과 2% 포인트 이하, 바람직하게는 1% 포인트 이하, 가장 바람직하게는 0.5% 포인트 이하로 상이하다. 이러한 방식으로 달성할 수 있는 것은 가시광 파장 스펙트럼에서의 광 투과율이 추가의 층 (3)에 의해 손상되지 않거나, 적어도 유의하게 손상되지 않는다는 것이다.
장식층의 경우, 가시광 파장 스펙트럼에서의 상이한 광 투과율이 적용되는 패턴 또는 장식 특징이 제공될 수 있음은 물론이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시양태를 개략적으로 도시한 것이다. 여기서, 커버층 (4)은 마모 방지 코팅 (1)의 상부에 적용된다. 이 예시적인 실시양태에서, 커버층 (4)은 SiO2를 함유하고, 1 내지 100 nm의 층 두께를 갖는다. 가시광 파장 스펙트럼에서의 광 투과율과 관련하여, 층 (3)에 대해서 위에서 논의된 바와 동일한 내용이 상기 추가의 커버층 (4)에도 적용된다.
도 4는 코팅된 기재가 마모 방지 코팅 (1) 이외에, 추가의 층 (3) 및 커버층 (4) 둘 모두를 갖는 추가의 예시적인 실시양태를 도시한 것이다.
본 발명의 한 실시양태에 따르면, 커버층 (4)은 마모 방지 코팅 (1)의 산소 함량과 상이한 산소 함량을 가질 수 있다. 여기서, 유리하게는, 커버층 (4)의 산소 함량은 평균적으로 마모 방지 코팅 (1)의 두께의 중간에서보다 또는 평균적으로 마모 방지 코팅 (1)의 2개의 대향 표면 사이의 중간 영역에서보다 더 높다.
또 다른 실시양태에서, 마모 방지 코팅 (1)은 그의 산소 함량이 마모 방지 코팅 (1)의 두께의 중간에서보다 또는 마모 방지 코팅 (1)의 2개의 대향 표면 사이의 중간 영역에서보다 더 높은 영역을, 바람직하게는 기재 (2) 반대편의 표면 상에 포함할 수 있다. 이 영역은 마모 방지 코팅의 표면으로부터 측정될 때 약 100 nm의 깊이, 바람직하게는 50 nm의 깊이, 특히 바람직하게는 30 nm의 깊이까지 마모 방지 코팅 내로 확장될 수 있다.
마모 방지 코팅 (1)의 내산성 및/또는 내마모성은 커버층 (4) 또는 산소 함량이 증가된 상기 영역에 의해 추가로 증가될 수 있다.
따라서, 산소 함량은 바람직하게는 적어도 5%, 바람직하게는 적어도 10% 증가된다.
도 5는 하부 코팅 (6)을 추가로 포함하는, 기재 (2) 상의 마모 방지 코팅 (1)을 포함하는 본 발명의 실시양태의 추가의 개략도를 도시한 것이다. 예시적인 실시양태에서, 하부 코팅 (6)은 장식층의 형태이고, 따라서 장식 특징 및/또는 패턴을 포함한다.
가시광 파장 스펙트럼에서의 매우 높은 광 투과율로 인해, 본 발명은 마모 방지 코팅이 제공되는 기재의 표면을 볼 때 사용자가 볼 수 있는, 하부 코팅에 매우 미세한 패턴을 실현할 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 약 25 cm의 거리로부터 코팅된 기재를 통해 볼 때 약 0.15 mm 간격의 하부 코팅의 극히 미세한 패턴 또는 선까지도 식별할 수 있게 될 것이다.
예시적인 실시양태에서, 마모 방지 코팅 (1)은 기재 (2)의 전체 표면에 걸쳐 적용된다. 그러나, 마모 방지 코팅 (1)이 기재 (2)의 일부에만 제공되는 것도 가능하다.
예시적인 실시양태에서, 기재 (2)는 유리 세라믹이다. 그러나, 기재 (2)는 또한 반투명, 투명 또는 투광성, 무색 또는 공간색 유리, 특히 세라믹화 가능 유리 또는 유리 세라믹을 포함할 수 있다.
기재 (2)는 예를 들어 사파이어 유리, 보로실리케이트 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다석회 유리, 합성 석영 유리(융합 실리카 유리로도 알려짐), 리튬 알루미노실리케이트 유리 또는 광학 유리를 포함할 수 있다. 불화칼륨 결정 또는 유리 세라믹, 특히 LAS 유리 세라믹과 같은 광학적 적용을 위한 결정도 기재 (2)로서 사용할 수 있다.
예시된 실시양태에서, 기재 (2)는 ISO 7991에 따라 ±2×10-6 K-1 범위 내의 열 팽창 계수 α20-300을 갖는 LAS 유리 세라믹이다. 이러한 낮은 열 팽창 계수는 코팅된 기재의 우수한 내열성 달성을 허용한다.
마모 방지 코팅 (1)의 표면은 공기, 물, 세정제, 예를 들어 아세트산 및 시트르산, 및 식품 제조에 사용되는 것과 같은 다른 물질, 특히 염수에 대해 화학적으로 불활성이다.
마모 방지 코팅 (1)의 두 표면 영역을 비교할 때, 즉 잠재적인 반응 파트너, 예를 들어, 시트르산에 24시간 동안 노출된 제1 표면 영역 및 잠재적인 반응 파트너에 노출되지 않은 마모 방지 코팅 (1)의 비교 표면 영역을 비교할 때, 2% 포인트 미만, 바람직하게는 1% 포인트 미만, 가장 바람직하게는 0.5% 포인트 미만의 매우 작은 차이가 가시광 파장 스펙트럼에서의 광 투과율에서 관찰되었다.
예시적인 실시양태에서 시트르산인 잠재적인 반응 파트너에 대한 노출은 액체 한 방울을 마모 방지 코팅 위에 피펫팅하고 24시간 동안 시계 접시(watch glass)로 덮음으로써 실온에서 이루어졌다.
이것은 마모 방지 코팅 (1)이 잠재적인 반응 파트너에 의한 공격을 받더라도 그의 광학 특성을 유지한다는 것을 보여준다. 본 발명에 따르면, 마모 방지 코팅 (1)은 가시광 파장 스펙트럼에서의 광 투과율의 차이가 2% 포인트 미만, 바람직하게는 1% 포인트 미만, 가장 바람직하게는 0.5% 포인트 미만인 경우에 화학적으로 불활성인 것으로 간주된다.
마모 방지 코팅 (1)의 표면, 및 도시된 예시적인 실시양태에서 마모 방지 코팅 (1) 그 전체에 건강에 유해한 물질이 전혀 존재하지 않는다. 이것은 특히 비소, 안티몬, 납, 수은, 카드뮴, 6가 크롬 또는 비스무트를 포함하는 물질뿐만 아니라, 가소제(프탈레이트) 또는 휘발성 유기 성분(VOC)에도 적용된다. 따라서, 마모 방지 코팅 (1)에는 비소, 안티몬, 납, 수은, 카드뮴, 6가 크롬 및 비스무트뿐만 아니라, 가소제(프탈레이트) 및 휘발성 유기 성분(VOC)이 존재하지 않는다.
예시적인 실시양태에서 마모 방지 코팅 (1)은 1,000 nm의 두께를 갖는다. 그러나, 일반적으로 단지 500 nm, 바람직하게는 적어도 800 nm, 가장 바람직하게는 적어도 1,000 nm의 층 두께만으로도 본 발명에 따른 기계적 보호를 달성하여 기계적 부하, 마모 및 찢어짐, 및 스크래치로부터 기재를 보호하기에 충분하다.
최대 5,000 nm, 바람직하게는 3,500 nm 미만, 가장 바람직하게는 2,000 nm 미만의 마모 방지 코팅 (1)의 보다 두꺼운 실시양태가 또한 가능하며, 이는 기계적 충격에 대해 보다 양호한 보호를 제공하여 보다 긴 내구성을 제공하고, 예를 들어 조리용 패널의 경우 몇 년을 사용한 후에도 조리용 패널의 뛰어난 외관을 제공할 수 있다.
마모 방지 코팅 (1)은 적어도 100회의 사이클, 바람직하게는 적어도 1,000회의 사이클의 많은 사이클에 걸쳐 30분 동안 500℃의 고온에 노출될 때 그의 광학 특성, 특히 가시광 파장 범위에서의 광 투과율에 대한 어떠한 유의한 변경도 나타내지 않고, 따라서 본 발명의 의미에서 온도에 안정한 것으로 간주될 수 있다.
이를 위해, 마모 방지 코팅 (1)은 바람직하게는 분당 1℃ 내지 50℃, 예를 들어 분당 약 5℃의 온도 증가로 실온으로부터 500℃의 온도로 가열된 후, 30분의 지속 시간을 거치고, 실온으로 냉각된다. 여기서, 가시광 파장 스펙트럼에서 층의 광 투과율 편차는 5% 포인트 미만, 바람직하게는 2% 포인트 미만, 가장 바람직하게는 1% 포인트 미만인 것으로 관찰되었다. 이러한 배경을 감안할 때, 마모 방지 코팅 (1)은 본 발명의 의미 내에서 온도 안정성 또는 내열성으로 간주될 수 있다.
도 1에 도시된 실시양태에 따른 마모 방지 코팅 (1)은 알루미늄 규소 질화물(AlSiN)을 기반으로 하는 경질 물질층이다. 마찬가지로 바람직한 다른 실시양태는 AlN 또는 Si3N4를 기반으로 한다.
대안으로서, Al2O3, SiON, AlSiON, ZrO2, BN, TiAlON, MgAlO, MgAlON, 또는 AlON을 기반으로 하는 마모 방지 코팅 (1)도 가능하다.
"~을 기반으로 하는"이라는 용어는 층의 특성을 선택적으로 최적화하기 위해 층이 이들 성분 외에 추가의 성분, 특히 도펀트를 함유할 수 있음을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이 경우, 도핑 물질의 함량은 층의 50 중량% 미만, 바람직하게는 40 중량% 미만, 가장 바람직하게는 30 중량% 미만이다. 층의 화학량론은 도핑에 따라 변경될 수 있다.
이것은 경도, 영률, 또는 마모에 대한 저항성, 예를 들어 연마에 대한 저항성과 같은 마모 방지 코팅 (1)의 특정 특성을 조정할 수 있게 한다.
예를 들어, 마모 방지 코팅은 다음 원소 중 임의의 원소로 도핑될 수 있다: 질소, 산소, 탄소, 알루미늄, 규소, 붕소, 지르코늄, 티타늄, 니켈, 크롬, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 망간, 스칸듐, 이트륨, 또는 희토류 원소. 예를 들어, 이트륨은 코팅의 열 안정화를 위해 ZrO2 또는 BN과 함께 사용될 수 있다.
추가의 실시양태에서, 마모 방지 코팅 (1)은 바람직하게는 실온에서 전기 전도성이 아닌 영역을 포함한다. 보다 일반적으로, 4점 측정에 의해 측정될 때 적어도 1 kΩ/square, 바람직하게는 적어도 0.5 MΩ/square, 가장 바람직하게는 적어도 2 MΩ/square의 시트 저항이 본 발명의 맥락에서 유리한 것으로 간주된다.
유리 또는 유리 세라믹으로 제조된 투명 기재에 적용된, 본 발명에 따른 상이한 마모 방지 코팅의 다양한 특성이 예로서 아래에 예시될 것이다.
표 1은 상이한 투명 기재 상에 적용되는 다양한 마모 방지 코팅의 예시적인 실시양태뿐만 아니라, 수득된 코팅된 기재의 특성을 보여준다.
여기서, 마모 방지 코팅은 유리, 예를 들어 상업적으로 이용 가능한 소다석회 유리(표 1에서 "SL"로 지정됨)로 만들어지거나 이를 포함하는 또는 유리 세라믹 물질, 예를 들어 쇼트 아게(독일 마인즈 소재)로부터 CERAN HIGHTRANS® eco로 이용 가능한 유리 세라믹 물질(표 1에서 "GC"로 지정됨)로 만들어지거나 이를 포함하는 투명 기재에 적용된다.
유리 세라믹 물질은 약 1.5%의 광 투과율 Tvis을 갖는 공간색 유리 세라믹이다. 코팅되지 않은 소다석회 유리의 광 투과율은 약 92%이다. 표 1에 제시된 광 투과율은 흑색 표준물에 대해 측정된 각각의 코팅된 기재의 광 투과율을 제시한 것이다. 이것은 코팅되지 않은 기재와 비교할 본 발명의 마모 방지 코팅 (1)으로 코팅된 기재 (2)의 광 투과율의 작은 변화를 나타낸다.
또한, 각각의 코팅된 기재의 필수적인 색상 파라미터, 예를 들어 국제 표준 ASTM D1003에 따른 각각의 마모 방지 코팅의 표준 광원 D65에 대한 CIELAB 색 표시계의 각각의 색상 공간, 헤이즈 값, 즉 2.5° 초과의 각도에서의 산란 거동, 및 투명도, 즉 2.5° 미만의 각도에서의 산란 거동이 제공된다.
도 6 및 도 7은 코팅되지 않은 기재 및 본 발명에 따른 마모 방지 코팅으로 코팅된 5개의 추가의 투명 기재의 스펙트럼 반사율을 보여준다. 기재는 표 1에 제시된 기재, 즉 CERAN HIGHTRANS® eco 유리 세라믹 물질 또는 소다석회 유리이다.
도 6은 대략 250 nm 내지 2,500 nm의 파장 범위에서 코팅된 기재의 스펙트럼 반사율을 보여준다. 도 7은 380 nm 내지 780 nm의 가시광 파장 범위에서 코팅된 기재의 스펙트럼 반사율을 보여준다.
여기에는 다음과 같은 예시적인 실시양태가 포함된다:
1) AlSiN을 기반으로 하는 본 발명에 따른 마모 방지 코팅이 있는 CERAN HIGHTRANS® eco 유리 세라믹 물질("GC")(검정색 실선);
2) AlSiN을 기반으로 하는 본 발명에 따른 마모 방지 코팅이 있는 소다석회 유리("SL")(굵은 파선);
3) Si3N4를 기반으로 하는 본 발명에 따른 마모 방지 코팅(층 두께 1,200 nm)이 있는 소다석회 유리(가는 파선);
4) SiOxNy를 기반으로 하는 본 발명에 따른 마모 방지 코팅이 있는 소다석회 유리(파선-점선);
5) AlSiN:Mo를 기반으로 하는 본 발명에 따른 마모 방지 코팅이 있는 CERAN HIGHTRANS® eco 유리 세라믹 물질(점선).
예를 들어, 가시광 파장 스펙트럼에서, 스펙트럼 반사율은 약 30% 범위 내의 최대값 및 약 5% 범위 내의 최소값을 갖는 주기적인 프로파일을 나타낸다.
도 8 및 9는 AlSiN으로 제조된 본 발명에 따른 마모 방지 코팅으로 코팅된 3개의 추가의 투명 기재의 스펙트럼 반사율을 나타내며, 이들 예에서 기재는 유리 세라믹 물질 CERAN HIGHTRANS® eco이다.
도 8은 대략 250 nm 내지 2,500 nm의 파장 범위에서 기재의 스펙트럼 반사율을 보여준다. 도 9는 380 nm 내지 780 nm의 가시광 파장 범위에서 기재의 스펙트럼 반사율을 보여준다.
여기에는 다음과 같은 예시적인 실시양태가 포함된다:
1) 공동 스퍼터링에 의해 적용된, AlSiN(75:25)을 기반으로 하는 본 발명에 따른 마모 방지 코팅이 있는 CERAN HIGHTRANS® eco 유리 세라믹 물질(검은색 실선);
2) AlSiN(69:31)을 기반으로 하는 본 발명에 따른 마모 방지 코팅이 있는 CERAN HIGHTRANS® eco 유리 세라믹 물질(점선);
3) AlSiN(8:92)을 기반으로 하는 본 발명에 따른 마모 방지 코팅이 있는 CERAN HIGHTRANS® 에코 유리 세라믹 물질(파선).
표 2는 유리 세라믹 물질, 예를 들어 CERAN HIGHTRANS® eco 유리 세라믹 물질)로 만들어진 투명 기재에 적용된, AlSiN을 기반으로 하는 본 발명에 따른 다양한 마모 방지 코팅의 예시적인 실시양태뿐만 아니라, 이들의 기계적, 화학적 및 광학적 특성을 보여준다.
5개의 예시적인 실시양태는 모두 CERAN HIGHTRANS® eco 유리 세라믹 물질에 적용된 AlSiN 마모 방지 코팅을 포함한다. 컬럼의 예시적인 실시양태는 10:90의 Al:Si 비율에서 시작하여 42:58의 Al:Si 비율까지 각각의 Al:Si 비율이 상이하다. 따라서, 각각의 마모 방지 코팅에서 알루미늄 대 규소의 비율은 제1 예시적인 실시양태에서의 약 0.1로부터 약 0.2, 0.3, 0.5를 거쳐 제5 예시적인 실시양태에서의 약 0.7로 변한다. 더 높은 비율도 가능하다.
스크래치 방지는 마모 시험에 의해 시험되었다. 이 시험은 표면의 기계적 저항에 대한 정보를 얻기 위해 코팅된 기재에 대한 모래 입자의 영향을 분석하기 위해 사용된다. 코팅되지 않은 유리 세라믹의 마모 값은 5이다. 값이 "1"보다 작으면 마모 시험은 "우수"로 통과되었음을 의미한다. 표는 마모 값이 0.27 내지 최악의 경우 0.49인 예시적인 실시양태 8 내지 11의 코팅된 기재가 "우수"로 마모 시험을 통과하였음을 분명히 보여준다. 알루미늄의 비율이 보다 높은 예시적인 실시예 12에 따른 마모 방지 코팅만이 "양호"를 의미하는 1.01의 값에 도달한다. 따라서, 표에 나열된 모든 AlSiN 마모 방지 코팅은 마모 시험을 통과하였다. AlSiN 마모 방지 코팅의 두께는 실시양태에서 1,100 nm이었다.
코팅된 기재 표면을 일상적인 사용에서 기능할 수 있는 상이한 물질에 노출시킴으로써 내화학성을 시험하였다. 상기 물질에는 예를 들어 "사이돌"을 사용하는 유리 세라믹 세정제, 예를 들어 "팜올리브"을 사용하는 식기 세척제, 10% 시트르산 및 10% 아세트산과 같은 물질이 포함된다.
물질을 각각의 마모 방지 코팅에 피펫팅한 후, 이 영역을 실온에서 24시간 동안 덮었다.
표에 기록된 값 "0"은 모든 예시적인 실시양태에서 광 투과율 편차가 2% 포인트 미만이고, 따라서 시험을 통과하였음을 의미한다. 따라서, 예시적인 실시양태의 모든 마모 방지 코팅에 내화학성이 제공되고, 마모 방지 코팅은 화학적으로 불활성인 것으로 간주된다.
마지막으로, 표 2는 열 응력에 노출된 후, 각각의 마모 방지 코팅의 색상 안정성 △Ep,v를 제시한다. 코팅된 기재를 80시간 동안 390℃의 온도에 노출시키고, 75시간 동안 650℃의 온도에 노출시켰다. 표준 광원 D65를 사용하여 색상 안정성을 결정하였다. 이를 위해, 본 발명에 따른 마모 방지 코팅을 갖는 기재를 각각의 경우에 각각의 온도 영향 후에 마모 방지 코팅이 없는 또 다른 기재와 비교하였다. 결과는 한 가지 예외를 제외하고는 △Ep,v < 2의 매우 작은 색상 변화를 보여주지만, △Ep,v < 4의 색상 차이는 이미 본 발명의 의미 내에서 색상 중성인 것으로 간주된다.
이 경우에, 처음 4개의 예시적인 실시양태의 마모 방지 코팅은 미미한 색상 차이를 나타내고, 따라서 색상이 안정적인 것으로 간주될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 이러한 마모 방지 코팅은 마모 방지 코팅의 투명도 및/또는 색상 또는 다른 광학 특성의 어떠한 저하도 없이 적어도 350℃, 바람직하게는 적어도 400℃, 가장 바람직하게는 적어도 500℃의 온도에서 사용될 수 있다.
그 결과, AlSiN을 기반으로 하는 본 발명에 따른 마모 방지 코팅은 특히 2 이하, 바람직하게는 1.1 이하, 또는 심지어 0.7 이하의 Al:Si 비율에서 매우 우수한 기계적, 화학적 및 광학적 특성을 나타낸다.
표 3은 마찬가지로 AlSiN을 기반으로 하고 유리 세라믹 물질, 예를 들어 CERAN HIGHTRANS® eco 유리 세라믹 물질에 적용된 본 발명에 따른 2개의 마모 방지 코팅의 예시적인 실시양태 및 이들의 기계적 특성을 보여준다.
두 컬럼에 표시된 예시적인 실시양태는 그 각각의 Al:Si 비율이 상이하고, 제1 예시적인 실시양태에서 Al:Si 비율은 중량% 기준으로 25:75(Al:Si 비율 = 0.3)이고, 제2 실시양태에서는 Al:Si 비율이 33:67(Al:Si 비율 = 0.5)이다.
본 발명에 따른 이들 2개의 마모 방지 코팅의 기계적 저항은 5 mN의 적용된 시험력으로 DIN EN ISO 14577에 따른 마르텐스 경도 시험 절차를 사용하여 결정되었다. 측정된 마르텐스 경도는 본 발명의 제1 마모 방지 코팅의 경우 HM = 9.120 GPa이고, 본 발명의 제2 마모 방지 코팅의 경우 HM = 8.912 GPa이었다. 따라서, 본 발명에 따른 이들 마모 방지 코팅은 대략 3 내지 4 GPa인 처리되지 않은 유리 세라믹 표면의 경도와 비교하여 상당히 더 큰 경도를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 2개의 마모 방지 코팅의 영률이 명시되어 있는데, 제1 마모 방지 코팅의 경우 212 GPa이고 제2 마모 방지 코팅의 경우 209 GPa이었고, 따라서 이들은 100 GPa보다 상당히 더 크고, 100 GPa 이상의 영률은 이미 유리한 것으로 판명된 바 있다.
표 4는 AlSiN 및 ZrO2를 기반으로 하는 마모 방지 코팅의 층 응력을 보여준다.
본 발명에 따른 마모 방지 코팅의 2개의 추가의 예시적인 실시양태에 의해, 표 5는 상이한 유형의 표준 광원을 사용하여 조사될 때 블랙 트랩(black trap)에 대한 반사로 측정된 색상 위치를 최종적으로 보여준다.
본 발명에 따른 2개의 마모 방지 코팅은 제1 경우에 CERAN® HIGHTRANS eco 유리 세라믹 기재 상에 적용된 두께 1.1 μm의 AlSiN 마모 방지 코팅(Al/Si = 25/75), 및 제2 경우에 CERAN® HIGHTRANS eco 유리 세라믹 기재 상에 또한 적용된 두께 1.6 μm의 Si3N4 마모 방지 코팅이다.
제1 마모 방지 코팅의 경우 CIELAB 색 표시계에서의 채도(C*)는 2.24 내지 5.15로 밝혀졌으며, 제2 마모 방지 코팅의 경우에는 채도(C*)가 1.82 내지 1.98로 밝혀졌다.
측정된 모든 표준 광원, 즉 D55 / 10°, D65 / 10°, D75 / 10°, 및 A / 10°, C / 10° 및 F / 10°에서, 색상 위치는 14 미만인 요구되는 C*보다 훨씬 더 낮고, 또한 7 미만보다 더 낮다. 한 가지 예외를 제외하고, 이 값은 심지어 4 미만인 특히 바람직한 C* 값보다 더 낮다.
본 발명에 따른 마모 방지 코팅 (1) 또는 본 발명에 따른 마모 방지 코팅 (1)이 제공된 기재 (2)는 표면이 기계적 응력에 노출되고/되거나 높은 투과율이 가시광 파장 범위에서 요구되는 많은 기술 분야에서 사용될 수 있다.
따라서, 마모 방지 코팅 (1)으로 코팅된 기재 (2)는 특히 돋보기, 렌즈 또는 필터와 같은 광학 부품, 조리용 또는 가열 패널, 가열 플레이트, 핫플레이트, 유리 또는 유리 세라믹 조리대, 가정용 기기의 유리 또는 유리 세라믹 부품, 예를 들어 조리대 또는 조리용 패널, 용광로 조망 창, 벽난로 조망 창, 오븐 조망 창, 냉장고 및 주방 전면용, 자동차 부문의 창 유리, 시계 유리, VR 또는 AR 안경과 같은 안경용, 또는 디스플레이, 예를 들어 태블릿 PC 또는 휴대폰용, 특히 터치 디스플레이로도 사용할 수 있다.
1
마모 방지 코팅
2 기재
3 층
4 커버층
6 하부 코팅
2 기재
3 층
4 커버층
6 하부 코팅
Claims (19)
- 적어도 반투명 경질 마모 방지 코팅을 갖는 유리 또는 유리 세라믹을 포함하거나 이로 제조된 기재로서,
마모 방지 코팅이 적어도 기재의 일부 영역에서, 바람직하게는 기재의 전체 표면 영역에 걸쳐, 기재의 적어도 하나의 표면 상에 형성되고,
표준 광원 A 또는 표준 광원 C를 사용하거나 또는 온도가 2,500 K 내지 10,000 K인 흑체 복사를 사용하여, 리미션(remission)으로 측정시, 광 조사 하에서 14 미만, 바람직하게는 7 미만, 가장 바람직하게는 4 미만의 CIELAB 색 표시계에서의 채도(C*)를 갖고;
마모 방지 코팅이 380 nm 내지 780 nm 파장의 가시광 파장 스펙트럼에서 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 75%, 가장 바람직하게는 적어도 80%의 광 투과율을 나타내는 기재. - 제1항에 있어서, 마모 방지 코팅이 500 MPa 초과 1500 MPa 미만, 바람직하게는 525 내지 1000 MPa, 가장 바람직하게는 550 내지 750 MPa의 고유 층 응력, 바람직하게는 압축 응력을 나타내는 기재.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 마모 방지 코팅이 가시광 파장 스펙트럼에서 70% 내지 92%, 바람직하게는 78% 내지 90%, 가장 바람직하게는 80% 내지 88%의 광 투과율을 나타내는 기재.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기재가 반투명(semi-transparent), 투명 또는 투광성(translucent), 무색 또는 공간색(volume-colored) 세라믹화 가능 유리 또는 유리 세라믹을 포함하는 기재.
- 제4항에 있어서, 기재가 암색 또는 검은색이고, 기재가 20% 미만, 10% 미만, 0.5% 내지 8%, 또는 0.5% 내지 5%의 광 투과율을 나타내는 기재.
- 제5항에 있어서, 기재가 투명 또는 반투명이고, 마모 방지 코팅의 반대편 표면 상에 적어도 하나의 추가의 코팅, 바람직하게는 장식층, 가장 바람직하게는 하부 코팅의 형태를 포함하는 기재.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 마모 방지 코팅으로 코팅된 표면 영역에서, 두께가 4 mm인 기재 및 두께가 500 nm인 마모 방지 코팅에 대해 측정시, 기재가 380 nm 내지 780 nm 파장의 가시광 파장 스펙트럼에서, 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 75%, 가장 바람직하게는 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 88%, 90%, 92%, 95%의 총 투과율을 나타내는 기재.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 기재가 ±2×10-6 K-1 범위 내의 열 팽창 계수 α20-300을 갖는 유리 세라믹인 기재.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 10 mN의 시험력으로 DIN EN ISO 14577(마르텐스 경도)에 따라 측정시, 마모 방지 코팅의 경도가 적어도 5 GPa, 바람직하게는 적어도 7 GPa, 가장 바람직하게는 9 GPa, 또는 11 GPa인 기재.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 마모 방지 코팅의 표면이 물, 세정제, 예를 들어 아세트산 및 시트르산, 및 식품 제조에 사용되는 것과 같은 물질, 특히 소금물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 물질, 바람직하게는 모든 물질에 대해 화학적으로 불활성인 기재.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 마모 방지 코팅의 표면에 건강에 유해한 물질이 존재하지 않고, 특히 비소, 안티몬, 납, 수은, 카드뮴, 6가 크롬 또는 비스무트뿐만 아니라, 가소제(프탈레이트) 및 휘발성 유기 성분(VOC)이 존재하지 않는 기재.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 마모 방지 코팅의 경도 대 영률의 비율인 가소성 지수가 적어도 0.007, 바람직하게는 적어도 0.03, 가장 바람직하게는 > 0.1인 기재.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 마모 방지 코팅의 두께가 500 nm 내지 5,000 nm, 바람직하게는 적어도 800 nm, 가장 바람직하게는 적어도 1,000 nm, 바람직하게는 3,500 nm 미만, 가장 바람직하게는 2,000 nm 미만인 기재.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 마모 방지 코팅이 적어도 100회의 사이클, 바람직하게는 적어도 1,000회의 사이클에 걸쳐, 30분의 지속 시간 후에, 적어도 350℃, 바람직하게는 적어도 400℃, 가장 바람직하게는 적어도 500℃의 온도에 대해 내구성 있게 내열성인 기재.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 마모 방지 코팅이 완전히 또는 실질적으로 비정질이고, 마모 방지 코팅의 결정질 분율이 바람직하게는 0.001 중량% 내지 최대 2 중량%인 기재.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 마모 방지 코팅이 산화알루미늄, 산화규소지르코늄, 산화지르코늄, 질화규소, 질화규소지르코늄, 질화규소알루미늄, 질화알루미늄, 산질화규소, 산질화규소지르코늄, 산질화규소알루미늄, 산질화알루미늄의 성분 중 적어도 1종을 포함하는 기재.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 기재 표면과 마모 방지 코팅 사이에 배치된 추가의 층을 포함하고, 상기 추가의 층이 알루미늄, 규소, 붕소, 지르코늄, 티타늄, 니켈, 크롬, 텅스텐, 마그네슘, 몰리브덴, 아연 및 망간으로 이루어지는 원소의 군으로부터 선택되는 질화물, 산화물, 탄질화물, 산탄화물, 및/또는 산질화물로 형성되는 기재.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 마모 방지 코팅이 실온에서 전기 전도성이 아닌 적어도 하나의 영역을 포함하고, 시트 저항이 적어도 1 kΩ/square, 바람직하게는 적어도 0.5 MΩ/square, 가장 바람직하게는 적어도 2 MΩ/square인 기재.
- 돋보기, 렌즈 또는 필터와 같은 광학 부품으로서의, 조리용 또는 가열 패널로서의, 자동차 부문의 창 유리로서의, 시계 유리용, VR 또는 AR 안경과 같은 안경용, 오븐 조망 창 또는 벽난로 조망 창으로서의, 가정용 기기의 유리 또는 유리 세라믹 부품용, 예를 들어 조리용 패널 또는 조리대로서의, 냉장고 및 주방 전면용, 또는 디스플레이로서의, 예를 들어 태블릿 PC 또는 휴대폰용, 특히 터치 디스플레이로서의, 또는 모바일 전자 기기의, 예를 들어 태블릿 PC 또는 휴대폰용의 케이싱의 일부로서의, 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 코팅된 기재의 용도.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020133286.6A DE102020133286A1 (de) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Semitransparente oder transparente Verschleißschutzschicht, Substrat mit derartiger Verschleißschutzschicht und Verfahren zu deren Herstellung |
| DE102020133286.6 | 2020-12-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220085027A true KR20220085027A (ko) | 2022-06-21 |
Family
ID=78828086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210178124A KR20220085027A (ko) | 2020-12-14 | 2021-12-13 | 반투명 또는 투명 마모 방지 코팅, 이러한 마모 방지 코팅을 갖는 기재 및 그의 제조 방법 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4011845A1 (ko) |
| KR (1) | KR20220085027A (ko) |
| CN (1) | CN114620943B (ko) |
| DE (1) | DE102020133286A1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115616689A (zh) * | 2022-10-17 | 2023-01-17 | 苏州晶生新材料有限公司 | 一种耐磨光学镜片及制造方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5527596A (en) * | 1990-09-27 | 1996-06-18 | Diamonex, Incorporated | Abrasion wear resistant coated substrate product |
| DE102011081234A1 (de) | 2011-08-19 | 2013-02-21 | Schott Ag | Glaskeramik, die wenigstens teilweise mit einer Hartstoffschicht versehen ist |
| DE102012107129A1 (de) | 2012-08-03 | 2014-02-06 | Walter Ag | TiAIN-beschichtetes Werkzeug |
| DE102013102221B4 (de) * | 2013-03-06 | 2014-11-13 | Schott Ag | Kratzfester Glasgegenstand und Verfahren zur Herstellung kratzfester Oberflächen von Glasgegenständen |
| US9359261B2 (en) | 2013-05-07 | 2016-06-07 | Corning Incorporated | Low-color scratch-resistant articles with a multilayer optical film |
| US9684097B2 (en) * | 2013-05-07 | 2017-06-20 | Corning Incorporated | Scratch-resistant articles with retained optical properties |
| DE102014104799B4 (de) * | 2014-04-03 | 2021-03-18 | Schott Ag | Substrat mit einer Beschichtung zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung |
| CN107735697B (zh) | 2015-09-14 | 2020-10-30 | 康宁股份有限公司 | 减反射制品以及包含其的显示器装置 |
| EP3468931B1 (en) * | 2016-06-13 | 2023-05-10 | Corning Incorporated | Scratch-resistant and optically transparent materials and articles |
| DE102017102642A1 (de) | 2017-02-10 | 2018-08-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. | Hartstoffbeschichtete Körper aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik und Verfahren zur Herstellung derartiger Körper |
-
2020
- 2020-12-14 DE DE102020133286.6A patent/DE102020133286A1/de active Pending
-
2021
- 2021-12-09 EP EP21213484.5A patent/EP4011845A1/de active Pending
- 2021-12-13 KR KR1020210178124A patent/KR20220085027A/ko not_active Application Discontinuation
- 2021-12-14 CN CN202111528406.3A patent/CN114620943B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4011845A1 (de) | 2022-06-15 |
| CN114620943A (zh) | 2022-06-14 |
| CN114620943B (zh) | 2024-02-20 |
| DE102020133286A1 (de) | 2022-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104973797B (zh) | 耐刮涂层、具有耐刮涂层的衬底和该衬底的制造方法 | |
| US7018727B2 (en) | Transparent protective layer for a body | |
| MX2008002527A (es) | Pilas de recubrimiento delgadas, de baja emisividad (baja e) con capas antidifusion intermedias. | |
| KR20080106952A (ko) | 투명한 기판을 위한 높은 열-저항 저-방사율 다층 시스템 | |
| KR20130051521A (ko) | 열처리 가능한 저방사 유리 및 그 제조방법 | |
| US9884783B2 (en) | Coated glass ceramic plate | |
| CN111670170B (zh) | 玻璃陶瓷制品 | |
| US10526241B2 (en) | Scratch-resistant coatings with improved cleanability, substrates with scratch-resistant coatings with improved cleanability, and methods for producing same | |
| KR20220085027A (ko) | 반투명 또는 투명 마모 방지 코팅, 이러한 마모 방지 코팅을 갖는 기재 및 그의 제조 방법 | |
| JP5182102B2 (ja) | 調理器用トッププレート | |
| CN111670169B (zh) | 玻璃陶瓷制品 | |
| KR20220085022A (ko) | 중성색 마모 보호 코팅, 이러한 중성색 마모 보호 코팅을 가진 기판, 및 이의 제조 방법 | |
| CN113825733B (zh) | 玻璃陶瓷制品 | |
| CN113825734A (zh) | 玻璃陶瓷制品 | |
| KR20220143588A (ko) | 판형 유리 또는 유리 세라믹 부재, 그의 제조 방법 및 이의 용도 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |