至少部分设有硬质材料层的玻璃陶瓷制造技术

本发明专利技术涉及至少部分设有硬质材料层的玻璃陶瓷。具体地，本发明专利技术涉及至少部分设有用于保护其不受外来机械影响的硬质材料层的玻璃陶瓷，所述硬质材料层包括至少两种并列存在并且彼此混合的相，存在至少一种纳米晶相和一种非晶相，所述硬质材料层的硬度至少为26GPa并且层厚至少为0.5μm，所述硬质材料层在200℃至1000℃的温度范围内具有耐化学性，并且所述的玻璃陶瓷的热膨胀系数α与所述硬质材料层的热膨胀系数α之问的差异不多于±20％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种至少部分设有用于保护其不受外来机械影响的硬质材料层的玻璃陶瓷。
技术介绍
例如，为了甚至在使用多年之后，仍然保持玻璃陶瓷制备的烹饪表面高等级的外观，玻璃陶瓷的表面必须被保护防止外来的机械影响。即使在通常的使用过程中，由于物体(锅、碗等)的滑动，在玻璃陶瓷表面上会发生划伤，并且对外观造成不利的影响，也降低表面的易清洁性和机械抗性。由于上述原因，玻璃陶瓷制备的烹饪表面被设有用于保护其不受外来机械影响的硬质材料层。因而，涂覆有硬质材料的玻璃陶瓷制品可以从W02009/010180A1中了解。为了保护玻璃陶瓷制品不受外来机械影响，本文提出将一种氮化硅层作为硬质材料层沉积到玻璃陶瓷基板上，所述氮化硅层在其体积内具有X射线非晶形态。涂覆的玻璃基板可以从EP 1705 162 Al中了解到，并且涂覆的玻璃或者玻璃陶瓷基板可以从EP 1514 852 Al中了解到。
技术实现思路
发展自所述的现有技术，本专利技术的目的是提供至少部分设有用于保护其不受外来机械影响的硬质材料层的改进的玻璃陶瓷。该玻璃陶瓷应当比以前被更好并且更耐久地保护以使其不受外来机械的影响，并且在日常使用中提供最佳的机械抗压性能。该玻璃陶瓷的表面应该也能够经受磨擦清洗剂的清洗而不损坏，所述的磨擦清洗剂例如为含SiC的液体、含SiC的海绵或者含SiC的清洁布。本专利技术进一步的目的是匹配该玻璃陶瓷，使其达到分别的视觉要求。根据权利要求I所述，该目的通过一种玻璃陶瓷实现，所述玻璃陶瓷至少部分设有用于保护其不受外来机械影响的硬质材料层，其中-所述硬质材料层包括至少两种并列存在并且彼此混合的相，-存在至少一种纳米晶相和一种非晶相，-所述硬质材料层的硬度为至少26GPa并且层厚度为至少O.5 μ m，-所述硬质材料层在200°C至1000°C的温度范围内具有耐化学性，并且-所述玻璃陶瓷的热膨胀系数α与所述硬质材料层的热膨胀系数α之间的差异不多于±20%。在比较测试中发现，根据本专利技术涂覆的玻璃陶瓷能够比根据上述迄今可能的现有技术被更好并且更耐久地保护，使其不受外来的机械影响。所述玻璃陶瓷的热膨胀系数α与所述硬质材料层的热膨胀系数α之间的差异在200°C至1000°C的温度范围内不多于±20%。所述玻璃陶瓷的热膨胀系数α与所述硬质材料层的热膨胀系数α之间的差异特别优选不多于±10%。通常，术语玻璃是指具有高热膨胀系数α为约9.0Χ10_6/Κ的钠钙玻璃(SL玻璃)。所述层材料的热膨胀系数α可以与其吻合(例如TiN的a :9. 35Χ10_6/Κ)或与其有显著差异(例如Si3N4的α :约3Χ10_6/Κ，ΑΙΝ的α :约4Χ10_6/Κ)。所述层与基板之间的热膨胀系数α差异越大，在界面间形成越多的应力。当差别太大时，出现分层。如果所述的涂覆的SL玻璃经受高温，其比所述的层膨胀到更大的程度，将导致玻璃/层截面之间另外的应力并且促使分层。具有基本上零膨胀的玻璃-陶瓷的应用，有利于高温范围下的应用，两个原因如下该基板能在比普通玻璃在高得多的温度下使用，并且所述基板的低热膨胀系数α导致与所述涂层的连接处低得多的应力，从而降低分层的危险。可以清楚地看到玻璃基板的显著的热膨胀系数α同样显著延伸所述的层，因而易于形成裂缝并且大气中水分的渗透促进所述的层的分层。另一方面，如果所述的基板膨胀小于所述的层，将导致形成一种压应力(对于溅射层来说由于其制造方法压应力已经出现)，而不是导致严重的机械变形。纳米晶相的平均颗粒度优选小于IOOOnm,更优选小于IOOnm和特别优选在Inm至 50nm之间。在进一步的优选实施方案中，非晶相基本包围纳米晶相，例如至少50%，优选至少75%的纳米晶相表面被非晶相包围。因而所述的非晶相形成一种包围所述纳米晶相的晶粒的基质。所述层的超高硬度通过该纳米结构形成，所述纳米结构具有理想的完美的纳米晶相和非晶相(基质)。在进一步优选的实施方案中，非晶相基本包围纳米晶相。所述硬质材料层在厚度为I. O μ m时在380nm至780nm的波长范围内优选具有至少80%的透光率。为了得到对玻璃-陶瓷良好的和耐久的保护，所述纳米晶相和/或所述非晶相优选由氮化物或者氧化物化合物组成，特别是氮化铝和/或氧化铝，氮化硅和/或氧化硅，氮化硼和/或氧化硼，氮化锆和/或氧化锆和/或氮化钛和/或氧化钛，或者所述纳米晶相包含氮化物或者氧化物化合物。此外，所述硬质材料层可以具有至少28GPa的硬度，特别是30GPa至50GPa的硬度，以期获得良好的和耐久的保护。所述硬质材料层可以设有至少一种另外的层，特别是抗反射层。然而所述硬质材料层可以自己本身就是抗反射层的一部分。所述抗反射层可以完全由纳米复合物组成。优选的硬质材料层的折射率nD通常在2. O以上。因此所述硬质材料层以一种轻微反射表面的形式显著可见。如果不希望所述的显著可见的性能，那么所述的硬质材料层可以被嵌入在用于降低反射作用的层体系中，即抗反射层，或者被设有抗反射层。这种情况下，具有高折射率和低折射率的层，例如硬质材料层和SiO2层，以精确限定的层厚度比例被交替施加到玻璃-陶瓷上。仅仅四层交替层即可得到令人满意的抗反射效果。最上层必须由具有低折射率的材料组成。所述玻璃-陶瓷优选为烹饪表面，视窗、特别是烟囱视窗，保护板或者盖板。所述玻璃-陶瓷优选为锂-铝硅酸盐玻璃-陶瓷。所述硬质材料层优选具有至少O. 5 μ m的层厚度,优选从至少I. O μ m至10 μ m的层厚度。这里，所述层越厚，该层越硬。一般可以选择层厚使其符合分别的机械和/或光学要求。如果所述硬质材料层是(光学)层体系，例如抗反射层的一部分，则所述体系的总厚度通常小于I微米。为了本专利技术所述的玻璃-陶瓷可这样被识别，特别是为了本专利技术所述的玻璃-陶瓷可被识别为至少部分地设有保护其不受外部的机械影响的硬质材料层，所述硬质材料层的折射率nD优选地设置为超过所述分别的玻璃-陶瓷折射率nD的值。优选将折射率nD设置为大于I. 44，特别优选将折射率nD设置为大于I. 49。测量波长为钠D线589纳米。所述硬质材料层优选地被施加到所述被保护不受外部机械影响的玻璃陶瓷的至 少一部分。此外，至少一个粘结层、阻挡层和/或装饰层可以被布置在玻璃陶瓷和硬质材料层之间。根据本专利技术进一步的玻璃-陶瓷中，在所述硬质材料层中，所述晶相的比例可以大于所述非晶相的比例；特别是，所述晶相比例可以大于50摩尔％和优选地为至少75摩尔％和特别优选地为至少85摩尔％，特别是为了以一种简单的方式获得至少26GPa的硬度。所述硬质材料层优选地在Ιμπι至20 μπι的波长范围内具有至少50%，优选至少65%，和特别优选至少80%的透光率。涂覆必须使用在I μ m至20 μ m的波长范围内具有高透明度的材料进行。例如，AIN和Si3N4满足上述的要求。所述的平均透射率应该在50%以上，更好在65%以上，甚至更好在80%以上，并且所述的透射应该理想地是在最大辐射区域的最大透射值。根据本专利技术进一步的玻璃-陶瓷，所述纳米晶相或/和所述非晶相可以由多于两种材料组成。在进一步的根据本专利技术所述的玻璃-陶瓷中，所述纳米晶相可以主要由氮化铝组成，并且所述非晶相可以主要由氮化硅组成，并且所述两个相的至少之一除了氮离子外还本文档来自技高网...

【技术保护点】
至少部分设有用于保护其不受外来机械影响的硬质材料层的玻璃陶瓷，其特征在于：所述硬质材料层包括至少两种并列存在并且彼此混合的相，其中存在至少一种纳米晶相和一种非晶相，所述硬质材料层的硬度至少为26GPa并且层厚度至少为0.5μm，所述硬质材料层在200℃至1000℃的温度范围内具有耐化学性，并且所述玻璃陶瓷的热膨胀系数α与所述硬质材料层的热膨胀系数α之间的差异不多于±20％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：托尔斯滕·达姆，赫拉巴努什·哈克，克里斯蒂安·亨，
申请(专利权)人：肖特公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：