衬底‑陶瓷‑层压件制造技术

本发明专利技术涉及衬底‑陶瓷‑层压件。本发明专利技术尤其涉及陶瓷层是功能层的衬底‑陶瓷‑层压件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及衬底-陶瓷-层压件。本专利技术尤其涉及陶瓷层是功能层的衬底-陶瓷-层压件。在本专利技术的范围内，“功能层”理解为包含陶瓷，尤其是多晶陶瓷的层，它在整个部件或由衬底和功能层制成的层压件方面具有功能。这一功能基本上不是载体功能或稳定化功能。这样的功能可以例如是机械方面的，例如抗刮强度，化学方面的，例如耐化学性，或热方面的，例如耐热性，或者光学方面的，例如滤光作用。该列举是不完全的，只是用来更进一步阐明本专利技术。基本上，涉及形成耐机械、耐化学或耐热的功能表面。这里，在衬底上施加包含陶瓷的层，在下文中也仅简称“陶瓷层”，其中该陶瓷层在使用由衬底和包含陶瓷的层制成的层压件的部件方面具有特别功能，或在这样的层压件方面具有特别功能。这时，该包含陶瓷的层相对薄，因此起承载作用的衬底材料用于合理的增强。从技术现状看，已知替代解决方案：这是指由单晶制成的化学和热钢化的薄玻璃或蓝宝石玻璃(在这里，同义词使用蓝宝石单晶或还只使用蓝宝石术语)。较新的研发是在玻璃衬底上施加非常薄的蓝宝石单晶层，即制造玻璃-蓝宝石-层压件(SOG＝玻璃上的蓝宝石)。另一个替代方案在于，在衬底上施加特别硬的层，例如DLC(类金刚石碳)层等。然而，尤其在例如借助于PVC-(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、溶胶-凝胶-涂覆等等用功能层涂覆衬底时，出现它们在各层和层组的厚度方面受到限制的问题。层厚度较大时，衬底和层之间的粘附强度对于某些应用不再足够；该涂层容易剥落。也许还由于厚度小，这些层是敏感的，尤其在涂层和衬底之间粘附的耐久性方面，但也在抗刮强度方面。钢化玻璃的替代品，例如Coming公司的“金刚玻璃”或Schott公司的Xensation，虽然通常具有超过500MPa的高强度，但具有耐刮性不足和/或耐化学性和耐热性不足的缺点。蓝宝石在光学上是双折射的，以使其在某些光学应用上具有缺点。在机械稳定性和热稳定性方面，蓝宝石是各向异性的。在高负荷下需要特别的设计，以使蓝宝石单晶的最合适的“面”或晶体面暴露于最大的负载方向。这可能导致如下后果，即必须培养非常大的单晶，以便能够在“正确方向”上制造切面。也因此，蓝宝石极其昂贵。此外，蓝宝石的莫氏硬度为9，因此非常难以处理。切割、研磨或抛光只能使用金刚石工具。因此，把蓝宝石衬底处理或制造成复杂的几何尺寸还很困难和昂贵。SOG-层压件，通常在3至6mm厚的化学钢化玻璃上的0.56mm厚的蓝宝石单晶层，能够产生成本较低且透明的耐磨层。但尽管如此，制造成本仍旧非常高。此外，仍存在双折射的问题，同样难以处理。蓝宝石玻璃通常借助于金刚石锯从较大的块锯出，且两侧必须抛光。对于这个应用，昂贵的抛光剂同样导致高成本。本专利技术的目的在于，提供可以比现有技术已知的相应部件成本更低廉地制造的具有功能表面的部件。此外，该部件优选还应该至少是部分透明的。该目的通过权利要求1的主题实现；本专利技术的有利实施方案可以由从属权利要求得出。据此，本专利技术的主题包含具有功能表面的部件。该部件特别优选地包含衬底和多晶功能层，其中该功能层包含或提供该功能表面。优选的是一个本专利技术的实施方案，其中功能层包含陶瓷，特别优选多晶陶瓷。根据本专利技术的部件的使用目的，衬底可以使用各种各样的材料。例如，可以使用塑料、玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷，但还可以使用复合材料和柔性材料，其中这一选择不应构成限制。对于以透明部件为前体条件的应用，玻璃尤其适合，但塑料也适合作为衬底材料。对于不希望或不要求透明的应用，该衬底当然还可以使用半透明的或不透明的材料。在本专利技术的意义上，透明陶瓷理解为在300nm、600nm和/或1500nm光波长下具有至少40％，优选至少60％的RIT(实际在线透射率(RealIn-LineTransmission))的陶瓷。以约为0.5°的非常窄的孔径角来测量材料的透射率，以从测量中排除散射光，然后对该测量值与这一材料的理论最大透射率求出比率。这时由此得出确定的RIT。在纯理论上，当存在完美的材料和由此制造完美的陶瓷时，透明度取决于厚度。然而，一旦陶瓷含有孔隙等，在孔隙的相界上出现散射效应，其随着陶瓷厚度的增大而越严重。这一效应导致透明度下降。因此，在本专利技术的范围内，术语“透明度”和“RIT”涉及厚度为50μm和100mm之间的陶瓷。根据应用，该功能层也可以包含透明、半透明或不透明的陶瓷。特别优选将透明陶瓷作为功能层，因为它们将玻璃和陶瓷的重要优点彼此结合。原则上可以使用所有透明的陶瓷，但尤其是尖晶石，和优选Al-Mg-尖晶石陶瓷、ZrO2陶瓷、AlON陶瓷、SiAlON-Al2O3陶瓷或Y-Al-Mg-O体系的混合氧化物陶瓷。与同样透明的衬底接合，这种部件可以用作非常昂贵的蓝宝石单晶应用的替代品。与蓝宝石相比，陶瓷功能层提供各种优点：蓝宝石玻璃由于其单晶结构，在光学、机械和化学上是各向异性的，即它们是光学上双折射的，并在所有其它特性方面具有优先方向。多晶陶瓷由于其不规则的结构，基本上是各向同性的。矿物是立方形的透明陶瓷也是如此，在光学方面亦是，即不存在双折射。在非立方形的透明陶瓷中，虽然存在双折射，但因为矿物的粒度为了形成透明度而必须低于100nm，在这些多晶材料中的双折射效应通常可忽略。陶瓷，尤其是尖晶石陶瓷的另一个优点是，在与蓝宝石玻璃相当的硬度下，可加工性是优异的。如果例如使用0.5至2mm厚的透明陶瓷(尖晶石)层作为功能层，则可以产生与在SOG复合体中相当的抗刮、耐化学和耐热的层。因为尖晶石陶瓷的处理时间(抛光至预定的表面品质)只需要蓝宝石玻璃相同处理所需要时间的约1/4，处理时间显著缩短，这导致成本明显更低。令人吃惊地发现，尽管这两者的莫氏硬度相同，(尖晶石)陶瓷比蓝宝石玻璃可明显更好地处理，这极有可能归因于陶瓷的多晶结构。猜测是，通过处理从陶瓷结构爆发出各晶体。爆发出晶体看起来比处理晶体结构本身更容易可行。陶瓷，尤其尖晶石陶瓷的另一个优点是，“微破损允许度”比同等厚度的蓝宝石玻璃更高，见图1。该图的左图展示透明尖晶石陶瓷，而右图展示蓝宝石玻璃。这两种材料都经受导致损坏的维氏硬度检验。在尖晶石陶瓷中的损坏基本上对应于维氏压头的压痕，而蓝宝石玻璃中的损坏由于剥落而进一步向周围扩展。此外，多晶陶瓷可以比蓝宝石玻璃更好地掺杂。该掺杂可以用来产生光学频带滤光器和着色，尤其在透明功能层中。掺杂度可为起始材料的最大5重量％。作为掺杂元素，可以考虑来自镧系元素、锕系元素系列的元素以及Fe、Cr、Co、Cu和其它已知的掺杂元素。可以用本专利技术的功能层制造的其它功能通常是耐机械、耐化学或耐热性，或刚才已描述的光学功能。尤其可以实现防反射作用、抗刮和/或防雾作用，其中根据材料，还可以用相同材料实现多种功能。按照本专利技术的一个特别优选的实施方式，衬底和功能层借助于增粘剂彼此接合，其中该增粘剂尤其可以是胶粘剂。如果部件应透明，则可以例如使用透明胶粘剂作为增粘剂，其折射率介于该衬底和该功能层的折射率之间。在衬底和功能层之间使用增粘剂的另一个优点在于，当选择具有相应折射率的增粘剂时，仅仅必须在上侧面上，即该功能层的背向衬底一侧抛光功能层。这时，该增粘剂的折射率应该非常近似于该功能层的折射率，以便对于有意的应用不出现可识别的相过渡或可识别的界面。为了节约成本和本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有功能表面的部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.07 DE 102014001530.01.具有功能表面的部件。2.按照权利要求1的部件，其特征在于，该部件包含衬底和多晶功能层，其中该功能层包含所述功能表面。3.按照权利要求2的部件，其特征在于，该多晶功能层包含陶瓷。4.根据权利要求2或3中任一项的部件，其特征在于，该衬底包含塑料、玻璃、玻璃陶瓷、或陶瓷、或复合材料或柔性材料。5.按照上述权利要求中任一项的部件，其特征在于，该功能层的厚度小于2mm，最好小于0.5mm和特别优选小于100μm。6.按照上述权利要求中任一项的部件，其特征在于，该衬底和/或该功能层是透明的。7.按照上述权利要求中任一项的部件，其特征在于，该功能层是机械和/或化学和/或热稳定的。8.按照上述权利要求中任一项的部件，其特征在于，该功能层具有光学功能，尤其防反射作用和/或滤光功能。9.按照上述权利要求中任一项的部件，其特征在于，该功能层具有抗刮和/或防雾作用。10.按照上述权利要求中任一项的部件，其特征在于，该衬底和该功能层借助于增粘剂彼此接合。11.按照权利要求10的部件，其特征在于，该增粘剂是透明的且其折射率介于该衬底和该功能层的折射率之间，或是折射率与该功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·施内特，H·门格斯，D·埃芬贝格尔，B·哈弗曼，M·施韦尔宾卡，D·库德尔雅肖夫，K·鲍尔，M·魏乔尔德，
申请(专利权)人：陶瓷技术ETEC有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE