具有局部提高的透射的玻璃陶瓷爐灶面和其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有局部提高的透射的玻璃陶瓷爐灶面和其制造方法，其中體積著色的整塊的玻璃陶瓷爐灶面具有第一區(qū)域（15），在該第一區(qū)域中對玻璃陶瓷的著色與相鄰的第二區(qū)域（16）不同，從而使第一區(qū)域（15）的吸收系數(shù)小于相鄰的第二區(qū)域（16）的吸收系數(shù)，第一區(qū)域（15）在可見光譜范圍內的整體光透射大于相鄰的第二區(qū)域（16）的整體光透射，第一區(qū)域（15）的玻璃陶瓷中的光散射相對于第二區(qū)域（16）的玻璃陶瓷中的光散射按絕對值計算最高提高了20%，優(yōu)選最高提高了5%。根據(jù)本發(fā)明的玻璃陶瓷爐灶面具有改進的顯示性能。
【專利說明】具有局部提高的透射的玻璃陶瓷爐灶面和其制造方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種玻璃陶瓷爐灶面，其在局部限定的區(qū)域中具有比相鄰的區(qū)域更高 的可見光透射，本發(fā)明還涉及一種方法，用于在起始材料的厚度和/或體積的至少一部分 上通過用電磁輻射處理來局部限定地平面地或整個平面地改變玻璃陶瓷材料的吸收特性， 從而整塊的起始材料的透射以期望的程度被改變。特別地，本發(fā)明涉及一種可借助根據(jù)本 發(fā)明的方法制成的玻璃陶瓷爐灶面。

【背景技術】
[0002] 為了局部改變由玻璃陶瓷制成的構件的透射，迄今許多不同的變型方案是可能 的：
[0003] -方面可以通過接合兩個具有不同的透射的不同材料來產生一種局部具有另一 透射的構件。在此可使用所有接合方法，例如釬焊、熔焊和粘貼。在此不利的是，在此需要 具有不同的透射的兩個不同的材料。這些材料必須耗費地單個制造，其中，調節(jié)出特定且不 同的透射是一個挑戰(zhàn)，或者在許多情況下完全不可能。
[0004] 此外，兩個不同的材料可以具有不同的機械、物理和化學特性。在溫度變化耐受 性、化學耐受性和機械斷裂強度方面，這可能在隨后的使用情況下是不利的。此外，接合縫 也具有不同的物理和化學特性，并且可不利地作用于構件特性。此外，結合縫大多在視覺上 是干擾性的，或構成斷裂起始棱邊。此外，將閉合面添加到大構件中經常是非常困難的，這 是因為必須接合所有側面，并且難以保持空隙大??；也不能將力施加到接合縫上，用以提升 增附作用。
[0005] 另一方面可以通過局部覆層來實現(xiàn)對透射的局部改變。這種解決方案例如在 W02012/001300A1中提出。與接合方法不同地，雖然在此僅需要一種材料，但額外地還需要 一種覆層材料，該覆層材料必須滿足特定要求的透射特性。為了得到局部更高的透射，構件 的應該具有更小的透射的區(qū)域被覆層。為此前提條件是，整個構件的基礎透射與已完成的 產品中的最高要求的透射一樣大。在實踐中，這同樣可導致更高的費用，這是因為必要時要 改變玻璃的組成。
[0006] 局部覆層的費用也不可低估，這是因為必須以某種方式來掩蓋。此外，在覆層方法 中不利的是，找到如下適當?shù)母矊?，其不僅在構件上要足夠粘，而且在沒有損壞的情況下滿 足構件的所有隨后的使用條件。
[0007] 額外地，覆層提供位于具有其它化學和物理特性的構件上的一種新表面。在產品 的外覆層的情況下可導致刮痕或其它改變和損壞。此外，覆層總是施布在表面上，這在觸 覺、視覺、易刮劃性或摩擦方面經常是不期望的。
[0008] 第三，用于激光標刻陶瓷材料、釉、陶瓷玻璃和玻璃的方法也由EP0233146B1公 知。在此，將待標刻的、作為輻射敏感的添加劑的材料與無機顏料顆粒以"陶瓷彩色體"的形 式混合，其通過激光輻射呈現(xiàn)出另一顏色。因為這種顏料顆粒僅可在熔化期間被輸送入玻 璃和玻璃陶瓷中，所以這些顏料顆粒被一起熔融且不再有效果。僅在由粉末燒結成的陶瓷 中可以考慮這種方法。在表面上作用的脈沖和聚焦的激光輻射也是強制必需的，這是因為 陶瓷不是透明的。在此，最佳的、選出用于輻射的波長在該方法中是如下波長，在該波長，輻 射敏感的添加劑吸收最多，相反，待標刻的無機材料吸收最小。因此，前提條件是起始材料 的局部不同的吸收，即，在陶瓷中必須包含局部的吸收點，這些吸收點導致待標刻的起始材 料的局部不同的吸收（以及進而不同的色彩印象)。該標記的嵌入深度通常也不大于約1_， 這是因為陶瓷通常是不透明的。


【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明所基于的任務是針對體積著色的玻璃陶瓷爐灶面改進顯示性能，換言之， 即使當玻璃陶瓷被體積著色從而使該玻璃陶瓷對于觀察者來說表現(xiàn)為被著以深色/暗色 時，也提供將光從布置在玻璃陶瓷爐灶臺的下方的顯示元件引導穿過玻璃陶瓷的可能性。 被著以深色/暗色的玻璃陶瓷板通常用于爐灶面，以便在視覺上隱藏布置在爐灶臺下方的 加熱元件和爐子的其它下部結構。另一方面存在也使顯示元件可照射穿過玻璃陶瓷的期 望。本發(fā)明以出乎意料的簡單方式解決了這些自相矛盾的指標要求。
[0010] 利用本發(fā)明也可取消將著色體(例如以無機顏料的形式）與整塊的玻璃陶瓷構件 混合。也不需要附加的覆層或接合來產生局部的透射的改變。
[0011] 應該也可取消材料中的局部散射中心，這些散射中心通過局部破壞或改變起始材 料的結構而產生。
[0012] 利用本發(fā)明同樣不再需要使用昂貴的脈沖和高聚焦激光器(該激光器的焦點必須 精確地穿過材料，并且該激光器僅可處理極其小的體積)。
[0013] 應該利用本發(fā)明來避免接合縫，即，視覺形象和可導致斷裂的一個或多個附加的 構件棱邊的存在的缺點。
[0014] 也應該以簡單的方式和方法，在透射性方面改變更大的表面內的閉合面，而不必 為此添加其它材料。尤其是也取消了制造帶有不同的透射的多個不同的起始材料。
[0015] 此外，不再需要為了局部影響透射而使用覆層。因此可取消尋找覆層材料和匹配 的覆層方法。但另一方面必要時也可使用覆層，以便匹配透射和/或顏色，或者以便提供其 它特性，例如抗反射特性。
[0016] 也可取消混入任何顆粒狀的添加劑，這些添加劑與起始材料匹配，并且必須在化 學上與該起始材料協(xié)調。因此也可避免起始材料由于已混合的顏料造成的不均勻的色彩印 象。
[0017] 通常，對于本發(fā)明來說使用在可見波長范圍（380nm-780nm)內著色的玻璃陶瓷。典 型地，這種在可見光譜范圍內的著色也導致在紅外線范圍內存在的著色。
[0018] 在此根據(jù)本發(fā)明，透射的改變通過電磁輻射(例如具有1 μ m波長的二極管激光器 的激光輻射）的局部限定的、且在時間上限定的作用來實現(xiàn)，其中，輻射導致材料的局部加 熱。
[0019] 為了得到玻璃陶瓷的局部的透射改變，玻璃陶瓷的溫度被提高，直到發(fā)生透射改 變。隨后優(yōu)選地執(zhí)行特別快的冷卻。加溫觸發(fā)相應的物理化學反應，并且/或者提升起始 材料內的電子遷移率和離子遷移率。
[0020] 相應地，本發(fā)明設置了用于制造具有局部改變的透射的玻璃陶瓷爐灶面的方法， 其中，
[0021] -提供以著色的金屬離子進行體積著色的玻璃陶瓷板并且
[0022] -電磁輻射局部限定地指向玻璃陶瓷板的表面的區(qū)域，電磁輻射在玻璃陶瓷板的 體積中被吸收，并且
[0023] -其中，如此來選擇電磁輻射的功率密度，S卩，使得玻璃陶瓷板的被輻射的區(qū)域得 到加熱，其中，至少如此長時間地加熱，直到在被加熱的區(qū)域的體積中，玻璃陶瓷材料在波 長為380納米到780納米之間的可見光譜范圍內的至少一個光譜范圍內的透射得到提高， 并且其中，
[0024] -在加熱之后結束射入電磁輻射，并且冷卻被輻射的區(qū)域。
[0025] 典型地，出現(xiàn)透射提升的溫度位于玻璃陶瓷粘度為1014dpa · s的溫度以上。
[0026] 優(yōu)選地不用加熱到軟化點，在軟化點粘度值為107 6dpa · s，以便避免形狀改變。
[0027] 體積著色的玻璃或玻璃陶瓷在本發(fā)明的意義中理解為如下材料，其中，色心 (Farbzentren)或著色離子分布在材料中。即，色心或著色離子沒有像顏料那樣局部以著色 微晶的形式集中。根據(jù)著色材料，給定顏色的離子或色心溶于玻璃或玻璃陶瓷中，而顏料則 在材料中分散開。體積著色雖然相應影響透射，但不影響散射，相反地，顏料本身是散射顆 粒。但必要時不排除額外存在的顏料。
[0028] 利用該方法得到體積著色的整塊的玻璃陶瓷爐灶面，其具有第一區(qū)域，在該第一 區(qū)域中對玻璃陶瓷的著色與相鄰的第二區(qū)域不同，從而使第一區(qū)域的吸收系數(shù)小于相鄰的 第二區(qū)域的吸收系數(shù)，并且進而，第一區(qū)域的在可見光譜范圍內的整體光透射大于相鄰的 第二區(qū)域的整體光透射，其中，第一區(qū)域的玻璃陶瓷中的光散射相對于第二區(qū)域的玻璃陶 瓷中的光散射按絕對值計算（absolut)提高了最高20%，優(yōu)選提高了最高10%，特別優(yōu)選提 1? 了最1? 5%，尤其優(yōu)選提1? 了最1? 1%。即，第一區(qū)域的玻璃陶瓷中的光散射基本上等于光 透射未改變的相鄰的第二區(qū)域的光散射。按絕對值計算最高提高了 20%的光散射的上限對 應如下情況，即，第一區(qū)域內的光散射小于第二區(qū)域內的光散射。伴隨充其量稍微提高的 光散射，該光散射沒有而作為可見的效果凸顯。光散射是射入的整個強度減去直接透射的 光、菲涅耳反射和吸收所剩余的份額。按絕對值以百分比給出的散射提高涉及在光束透射 的情況下被散射的光份額。如果第二區(qū)域內的被散射的光強度份額例如是整個強度的3%， 那么意味著在第一區(qū)域內按絕對值計算提高5%，于是第一區(qū)域內的被散射的光強度份額是 3%+5%=8%。正如它們在本發(fā)明的意義中使用的那樣，透射、散射、吸收和漫反射（Remission) 的概念相應于根據(jù)DIN5036-1的定義，并且可利用根據(jù)IS015368的測量準則來確定。
[0029] 整體光透射（integrale Lichttransmission)理解為在某一波長范圍，例如波長 為380到780納米之間的可見光譜范圍上平均的光譜透射。光譜透射是特定波長情況下的 光透射。只要沒有提到光譜透射，那么光透射的概念在本說明書的意義中理解為整體光透 射。第一區(qū)域的吸收系數(shù)當然不必在光的整個光譜范圍(包括紅外和紫外范圍)上都小于相 鄰的第二區(qū)域的吸收系數(shù)。而是第一區(qū)域的吸收系數(shù)在可見光譜范圍平均如此降低，使得 可見光譜范圍內的整體光透射更高。
[0030] 如果僅材料表面被以根據(jù)本發(fā)明的方法處理，那么從整個體積上來看，吸收改變 和進而透射改變的效果經常非常小，并且通常不夠。因此，通過和利用根據(jù)本發(fā)明的方法， 通過選擇輻射波長使得其在材料體積中被吸收，可能的是，不僅加熱和改變表面而且還同 時加熱和改變玻璃體積的至少一個特定的區(qū)域，以便使該效果足夠大，從而該效果相應于 對于應用來說期望的大小，并且以便在處理期間不會過度加熱材料的表面。
[0031] 像已經指明的那樣，優(yōu)選激光器用于局部加熱玻璃陶瓷材料。利用激光束可在材 料中局部窄小限定地引入福射功率。
[0032] 本發(fā)明的另一重要特征是如下事實，S卩，射入的波長不必相當于得到的效果的波 長，即，出現(xiàn)透射改變的波長。即，在本發(fā)明中可能的是，例如以紅外線的波長范圍，在波長 為lym的情況下射入，這是因為在玻璃或玻璃陶瓷中，在該波長范圍內存在吸收帶。但產 生的效果例如可以位于380nm到780nm之間的可見范圍內，并且透射改變在該范圍內的一 個或多個波長的情況下，由存在于玻璃中的元素和化合物的物理化學反應引起。這歸咎于 如下事實：射入的能量雖然僅與玻璃或玻璃陶瓷的特定元素相互作用，但具有到玻璃陶瓷 的整個結構上的作用。
[0033] 為了得到局部的透射改變，為此也在體積中局部引起溫度提高。這通過如下波長 范圍內的電磁輻射實現(xiàn)，在該波長范圍內，玻璃陶瓷對于沖擊的電磁輻射具有部分透過性。 因此，不僅在表面上，而且在整個厚度上或者在玻璃陶瓷元件的部分體積內引入能量。如果 輻射密度和吸收的乘積足夠大，那么會得到(局部的）明顯的溫度提高，并且進而得到透射 的改變。如果乘積太大，那么就僅加熱且進而會過度加熱表面，并且在不損壞材料的情況 下，體積內的效果就不足夠好。如果乘積太小，則會導致加溫太慢，并且效果要么不出現(xiàn)，要 么不再能將該效果明確地限制在局部，即，該效果是模糊不清的。
[0034] 因此根據(jù)本發(fā)明的改進方案，電磁輻射的輻射密度或功率密度和/或玻璃陶瓷材 料的吸收系數(shù)α選擇為，使得功率密度和吸收系數(shù)α的乘積P至少是P=〇. 25(W/mm3) ·α/ mm)。在此為了避免僅表面加熱，根據(jù)本發(fā)明的又一改進方案，吸收系數(shù)應該是最高2/d，其 中，d表示玻璃陶瓷元件的厚度。
[0035] 吸收性能和進而產生的透射的改變的效果可能由材料中的著色元素的氧化還原 反應產生，或通過溶解之前所引入的色心(例如由日曬作用或其它極短波的輻射能量）產 生。通過選擇輻射源和能量引入形式，透射改變的區(qū)域可以是點形或線形的，直至可以是面 狀的。在此，點形僅意味著幾何上的激光束的投影，然而不是空間點形式的聚焦。即，在材 料厚度上，形狀可以是柱體或具有銳角的錐體。在能量的點形引入中，通過運動輻射源或運 動構件可以使透射改變區(qū)域呈現(xiàn)出任意的形狀，例如字母、符號或三角形、四邊形或任意的 其它幾何形狀。透射改變的區(qū)域的尺寸可以從直徑0.1mm變化至數(shù)平方米的面積。附加于 原來的透射度，透射改變的高度可以按絕對值計算提高0. 1%至大于50%。優(yōu)選地，尤其是在 著以深色/暗色的玻璃陶瓷中，在可見光譜范圍內，第一區(qū)域內的透射相對于相鄰的第二 區(qū)域的透射提高了至少2倍（Faktor)。
[0036] 像已經在上面提及的那樣，優(yōu)選進行快速冷卻，這有利于在加熱之后快速降低離 子遷移率，并進而凝固住或阻止顏色改變效應，玻璃陶瓷在加熱之后以至少1K/秒，優(yōu)選至 少5K/秒，特別優(yōu)選地至少10K/秒的冷卻速率至少在從最高溫度到最高溫度之下100K的 溫度范圍內冷卻。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，借助電磁輻射如此地執(zhí)行對玻璃陶瓷的加溫，S卩，使得玻 璃陶瓷板的表面比體積的位于表面之下的區(qū)域保持得更冷。體積因此在時間上在表面之前 就達到所需的加工溫度。加工可以在表面的軟化/極度軟化（Ausweichen)之前結束。以 該方式保持表面堅硬，并且不生成保持的塑性變形，并且不生成拉應力或生成在值上較小 的拉應力。
[0038] 為此可能的是，即使在通過電磁輻射加熱期間也執(zhí)行對玻璃陶瓷板的表面的冷 卻。在此，冷卻尤其是被理解為，其比由于熱輻射和熱導造成的存在的熱損失引起更大的熱 傳輸。冷卻尤其是可以通過使表面與熱導出液或冷卻流體接觸來實現(xiàn)。在此，在表面上流 動的流體流是特別優(yōu)選的。冷卻可以在玻璃陶瓷板的一側或兩側上進行。水或水-乙醇混 合物例如是適當?shù)?。這種混合物比水吸收更少的紅外線輻射。
[0039] 在加熱期間利用這種冷卻，必要時可避免或至少減少表面扭曲或體積膨脹。根據(jù) 本發(fā)明的又一改進方案，可以在靠近表面的區(qū)域內產生壓應力區(qū)域，或者防止形成更高的 壓應力，這是因為要減少或避免表面上的伸長。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的又一改進方案，可在冷卻之后設置熱學后處理步驟。利用這種后處 理步驟可再次減小之前由于加熱感應出的拉應力。也可通過熱學后處理步驟來個別地細微 調節(jié)已產生的透射。
[0041] 熱學后處理的可能的變型方案是：
[0042]-借助電磁輻射，優(yōu)選借助激光器的第二加熱步驟，該激光器將體積加熱至去應力 溫度，并且保持在那里。
[0043]-借助電磁輻射，優(yōu)選借助激光器的第二加熱步驟，該激光器僅加一個或多個熱表 面并且在那里減小應力。這可以是有利的，這是因為靠近表面的應力比體積內的應力要明 顯更為關鍵。為了得到這種更多的表面加溫，具有與第一加熱步驟的電磁輻射相比不同的 波長的電磁輻射可用于第二加熱步驟。
[0044] 在傳統(tǒng)的爐，例如退火爐中進行熱學后加熱和去應力。
[0045] UV輻射源、具有鎢絲的IR輻射器、激光源(例如二極管激光器、纖維激光器）或其 它輻射源可作為輻射源使用。正確的輻射源的選擇取決于待處理的玻璃在輻射源的波長范 圍內的吸收能力。具有1 μ m范圍內的波長的二極管激光器例如適用于已陶瓷化的賽蘭玻 璃陶瓷（Ceran-Glaskeramik)。在該波長的情況下，4mm厚的賽蘭板（Ceranplatte)的透射 為50%到80%之間，從而使足夠多的輻射穿過板的整個厚度，以便在板的厚度上，在能量引 入的部位處均勻加熱該板。因此在足夠高的功率的情況下，可在幾秒之內在能量引入部位 處得到大于700°C的溫度。
[0046] 通常優(yōu)選的是，玻璃陶瓷以至少250K/分鐘的溫度改變速率受到加熱?？焖偌訜?確保了，可清晰地對具有已改變的色彩的區(qū)域進行分界，或這些區(qū)域具有清晰的輪廓。不期 望的晶核形成也被抑制，或者在玻璃中抑制結晶。
[0047] 如果從以下出發(fā)，即，改變吸收系數(shù)的效應或顏色改變效應僅通過玻璃陶瓷材料 中的溫度升高來實現(xiàn)，那么原則上除了輻射加熱之外，其它類型的能量輸入(例如用氣焊槍 局部加熱）也是可以考慮的，以便得到顏色改變。然而，根據(jù)本發(fā)明的利用進入材料中的電 磁輻射的快速加熱是優(yōu)選的，以便實現(xiàn)快速地對被輻射的表面下方的體積進行加熱。因此 可實現(xiàn)具有已改變的色彩的區(qū)域的清晰輪廓。在僅有表面輻射的情況下，熱量沿著表面?zhèn)?向地快速傳播，就像沿從表面到體積內的方向那樣。即，如果在僅表面加熱的情況下，建立 表面下方的體積的顏色改變，或者尤其是甚至玻璃陶瓷板的兩個側表面之間的整個區(qū)域的 顏色改變，那么會相應得到顏色已改變的區(qū)域的不清晰的棱邊。
[0048] 在將板冷卻到室溫之后，在能量引入處的透射比輻射處理之前要大。能量引入的 區(qū)域不僅可以通過形成能量射入來實現(xiàn)，而且還可通過附加地掩蓋待處理的板來實現(xiàn)，從 而玻璃的未改變的部分被有效地保護，以防受到輻射的沖擊。
[0049] 該方法相對于現(xiàn)有技術的優(yōu)點是如下事實，即，可使用整塊的構件，并且對組成、 接合或覆層的匹配不是必需的。該方法可非?？焖俚貓?zhí)行(在秒范圍內），非常靈活且能極 好地匹配于極為不同的幾何結構和應用情況。三維變形的構件也可被處理。
[0050] 根據(jù)本發(fā)明的方法非常好地適用于局部減弱利用氧化釩來體積著色的玻璃陶瓷 件的著色。在此相應地，在局部區(qū)域中通過加熱來升高380納米到780納米之間的可見光 譜范圍內的透射。因此根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施方式設置利用氧化釩來體積著色的玻璃陶瓷 元件，其中，在根據(jù)本發(fā)明處理的第一區(qū)域中，可見光譜范圍內的整體光透射相對于相鄰的 未處理的第二區(qū)域有所升高。
[0051] 以該方式，可以例如以簡單的方式在深色的玻璃陶瓷爐灶臺中產生具有更高透射 的窗口。在這種窗口下方于是可安裝一個顯示裝置，其發(fā)出對于觀察者來說良好可見的光。 窗口作為以根據(jù)本發(fā)明的方法制造的被增亮的區(qū)域的特別優(yōu)選的形式理解為如下區(qū)域，該 區(qū)域被從至少三個側面或者其周邊的至少50%被相鄰的、未增亮的第二區(qū)域包圍。優(yōu)選地， 第一區(qū)域完全被第二區(qū)域或未增亮的玻璃陶瓷材料包圍。
[0052] 通常也有意義的是，不要增亮玻璃陶瓷爐灶面的表面的大部份額，這是因為在該 情況下不如更簡單地提供相應更亮的玻璃陶瓷，并且于是局部地，例如借助覆層來使限定 的區(qū)域更暗。因此根據(jù)本發(fā)明的實施方式設置的是，玻璃陶瓷爐灶面的一個側面上的一個 或多個第一區(qū)域的面積份額總共最高占據(jù)該側面的面積的三分之一。如果存在多個被增亮 的區(qū)域，那么根據(jù)本發(fā)明的該實施方式優(yōu)選適用的是，所有這些區(qū)域的總面積最高占據(jù)玻 璃陶瓷爐灶面的一個側面的面積的三分之一。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0053] 本發(fā)明接下來借助實施例和附圖來詳細闡述。在此，在圖中相同的附圖標記表示 相同或相應的元件。
[0054] 圖1示出用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的設施，
[0055] 圖2示出經過體積著色的玻璃陶瓷的被增亮且未改變的區(qū)域上的X射線衍射光 譜，
[0056] 圖3示出玻璃陶瓷爐灶面的經處理和未經處理的區(qū)域的光譜透射度，
[0057] 圖4示出帶有根據(jù)本發(fā)明的玻璃陶瓷爐灶面的玻璃陶瓷爐灶臺，
[0058] 圖5示出帶有扁棱面的玻璃陶瓷爐灶臺，
[0059] 圖6示出玻璃陶瓷爐灶面的已處理和未處理的區(qū)域依賴于波長的吸收系數(shù)。

【具體實施方式】
[0060] 根據(jù)本發(fā)明的、用于制造具有局部改變的透射的玻璃陶瓷爐灶面的方法借助圖1 來詳細闡述。提供有一種玻璃陶瓷爐灶面1，其形式為帶有第一側面3和第二側面5且尺寸 為50mmX 50mm，厚度為4mm的玻璃陶瓷板1。像通常那樣，玻璃陶瓷爐灶面1可以在單側實 施為布滿凸粒的。玻璃陶瓷爐灶面尤其是通過著色金屬離子來體積著色。這種金屬離子可 以例如可以是錳離子、鐵離子、稀土離子，例如尤其是鈰離子、鉻離子、鎳離子、鈷離子或釩 離子。這些離子的著色效果在此也可以依賴于與玻璃陶瓷的其他組成部分的相互作用。因 此，著色可以通過與其它金屬離子的相互作用來增強或者相反地也可被減弱。錳離子和鐵 離子例如示出與錫和/或鈦的相互作用，因此優(yōu)選地，作為著色劑的錳離子或鐵離子在組 成上優(yōu)選與氧化錫和/或氧化鈦結合在一起使用。稀土的著色離子，例如尤其是鈰離子與 鉻離子、鎳離子和鈷離子相互作用。因此優(yōu)選地，作為著色劑的稀土氧化物與之前提到的金 屬氧化物結合在一起地被用在陶瓷玻璃組成中。對于釩，估計有與錫、銻或鈦的相互作用。
[0061] 通常，在不局限于特殊的實施例的情況下，玻璃陶瓷離子具有至少一個以下金屬 的離子或以下金屬的離子的組合：
[0062] -釩，尤其是與錫和/或鈦在一起，
[0063]-稀土，尤其是鈰，優(yōu)選與鉻和/或鎳和/或鈷在一起，
[0064] -錳，優(yōu)選與錫和/或鈦在一起，
[0065] -鐵，優(yōu)選與錫和/或鈦在一起。
[0066] 氧化釩是非常強的著色劑。強的著色在此通常在陶瓷化的情況下才會實現(xiàn)。證實 的是，借助本發(fā)明可以使通過氧化釩的體積著色又至少部分地逆向進行。為了在以氧化釩 來著色的玻璃陶瓷的情況下得到明顯可見的效果，因此在不局限于根據(jù)本發(fā)明的實施方式 的實施例的情況下設置了，玻璃陶瓷包含至少〇. 005,優(yōu)選至少0. 01的重量百分比的氧化 釩。這導致足夠強的著色并且在被局部增亮的區(qū)域15中相應地導致明顯的透射改變。
[0067] 玻璃陶瓷爐灶面1放置在以注漿成型法制成的、帶有l(wèi)OOmmX 100mm且30mm厚度 的尺寸的二氧化硅陶瓷底座7上。位于二氧化硅陶瓷底座7上的第一側面3例如是玻璃陶 瓷爐灶面1的光滑的上側。向上指向的第二側面5于是為布滿凸粒的下側。一般可能有利 的是，例如就像在該示例中那樣，在遲些時候背對使用者的側面上射入電磁輻射。在玻璃陶 瓷爐灶臺中典型的是，玻璃陶瓷板的一個側面布滿凸粒，并且構成背對使用者的側面或爐 灶臺的下側。因為面向輻射源的側面逐漸變熱，并且這可導致表面改變，所以射入到背對使 用者的側面上是有利的。這種改變在典型地布滿凸粒的背對使用者的側面上有較小的干擾 性。
[0068] 二氧化硅陶瓷底座7和玻璃陶瓷爐灶面1處在室溫下。在該裝置之上安裝有激光 掃描儀13,其帶有焦距為250mm的聚焦光學器件，使得出現(xiàn)垂直于玻璃陶瓷爐灶面1的表 面的激光束90。在焦點處，激光束90的直徑為1. 5mm。由二氧化硅陶瓷底座7和玻璃陶瓷 爐灶面1組成的裝置以如下這種距離放置，即，使得玻璃陶瓷爐灶面1不位于激光束90的 焦點處，并且因此激光束散焦。在實施例中，激光束90在玻璃陶瓷爐灶面1上具有10mm的 直徑。激光器9的具有900nm到llOOnm之間的波長的激光福射通過傳導纖維11輸送給激 光掃描儀13。例如laserline公司的二極管激光器在此用作激光器9,該二極管激光器提 供0W到3000W之間的可調節(jié)的功率。在激活激光器9后，以1000W的功率和10秒的持續(xù) 時間來局部輻射玻璃陶瓷板1。玻璃陶瓷由此以大于250K/分鐘的速率受到加熱，其中，在 輻射持續(xù)時間內超過如下溫度，在該溫度玻璃陶瓷的粘度值為l〇 14dpa · s。隨后激光器被 切斷，并且玻璃陶瓷板在空氣中冷卻。在從最高溫度到最高溫度之下100K (優(yōu)選到如下溫 度，在該溫度中玻璃陶瓷的粘度值為l〇14dpa · s)的溫度范圍內，這樣得到的冷卻速率至少 是大于1K/秒，通常甚至大于5K/秒，或者大于10K/秒。因此顏色改變效果，尤其是在此增 亮效果被凝固住。在通過激光束90加溫的局部區(qū)域15中，透射在板的整個厚度上局部明 顯變高，即，通過該玻璃陶瓷爐灶面1可更好地獲得可見的輻射。板的相鄰的區(qū)域16,或者 說玻璃陶瓷爐灶面1的剩余部分保持深色，即，在可見范圍內保持其小的透射。玻璃陶瓷爐 灶面1此外在幾何形狀上未作改變，尤其是也在射入的區(qū)域15未作改變。這與平整性和局 部厚度波動有關。
[0069] 借助激光掃描儀，激光束也可以根據(jù)另一實施方式在玻璃陶瓷爐灶面的表面上掃 描，從而區(qū)域15被加熱，加熱區(qū)域的表面大于激光束在玻璃陶瓷爐灶面的表面上的光斑。
[0070] 具有相對于相鄰的區(qū)域16更高的透射的第一區(qū)域15從玻璃陶瓷爐灶面的第一表 面延伸至對置的第二表面，或者說從其上側延伸至下側。這通過電磁輻射穿過玻璃陶瓷爐 灶面，并且進而加熱兩個對置的側面之間的整個玻璃陶瓷材料來實現(xiàn)。
[0071] 但也可能的是，當不是兩個表面之間的整個體積，而是例如僅一個帶有相應于玻 璃陶瓷板的一半厚度的層厚的層被增亮時，得到透射提升，以改進顯示的能見度。顯然，通 常也可利用根據(jù)本發(fā)明的方法，在玻璃陶瓷爐灶臺中產生多個區(qū)域15。
[0072] 在本發(fā)明的改進方案中，玻璃陶瓷板1在輻射或者說加熱期間的同時可選地進行 表面冷卻。為此，冷卻流體18與玻璃陶瓷板1的表面接觸。冷卻流體18在此也可以在玻 璃陶瓷板1的表面上流動，以便增強冷卻效果。在圖1所示的實施例中，特殊地，冷卻流體 18的膜設置在玻璃陶瓷板1的被輻射的第二側面5上。該膜例如也可以以簡單的方式通 過傾斜地布置側面5和/或連續(xù)輸送冷卻流體18來使其在表面上流動，或沿第二側面5流 動。與圖1所示不同地，也可設置如下裝置，其中，兩個側面3、5與冷卻流體18,優(yōu)選流動的 冷卻流體18接觸。
[0073] 乙醇/水混合物是適當?shù)?。在此，通常在不局限于所示實施例的情況下優(yōu)選的是， 混合物的乙醇含量不超過體積的50%。這種混合物是有利的，這是因為該混合物比純凈水 吸收更少的紅外線輻射。利用該冷卻流體可避免或至少降低表面的改變，例如扭曲或隆起。 玻璃陶瓷板1的特性也可以通過在輻射期間的同時冷卻受到積極影響。根據(jù)本發(fā)明的又一 改進方案可以產生表面上的壓應力。至少也可以在輻射和冷卻之后阻止或減小表面上的高 拉應力。因此通?？梢灾瞥扇缦虏Ａ沾砂?，在根據(jù)本發(fā)明處理的第一區(qū)域15中，表面上 的應力小于第一區(qū)域15的體積中部內的應力。更小的應力的概念在此不是理解為大小，而 是理解為符號。因此表面可以近似是無應力的，而在體積中部存在拉應力，即，具有正號的 應力。在此，表面上的應力也更小，這是因為內部應力為正數(shù)。
[0074] 針對該方法，在不局限于圖1的特殊的實施例的情況下，在本發(fā)明的改進方案中 一般有利的是，設置有如下設備，其將透射穿過玻璃陶瓷板1的電磁輻射反射回玻璃陶瓷 板1。為此，玻璃陶瓷板1尤其是可以安置在底座上，該底座將電磁輻射反射回玻璃陶瓷板 1〇
[0075] 通過反射可提升加熱過程的效率和速度，并且進而也縮短加工時間。如果也像在 圖1所示的示例中那樣使用紅外線激光器，那么尤其是可使用在〇. 9 μ m到1. 1 μ m的波長 的激光輻射范圍內反射的底座。
[0076] 如果像在圖1所示的示例中那樣使用以注漿成型法制成的二氧化硅陶瓷底座7， 那么為此可以使用相應細小顆粒的二氧化硅陶瓷。在此，通常在不局限于二氧化硅陶瓷的 情況下，在本發(fā)明的改進方案中優(yōu)選的是，陶瓷，優(yōu)選所提及的注漿成型的、作為玻璃陶瓷 板1的底座使用的Si02陶瓷的平均顆粒大小要小于電磁輻射的波長。因此避免底座7的 表面上的輻射的強散射。在寬頻的輻射源中，陶瓷的平均顆粒大小于是應該小于透射穿過 玻璃陶瓷板1的輻射的最大光譜功率密度的波長，或者替選地，小于透射穿過玻璃陶瓷板1 的輻射光譜的平均波長。
[0077] 根據(jù)本發(fā)明的另一改進方案，替代陶瓷的表面，像例如在圖1所示的實施方式中 使用的二氧化硅陶瓷底座7那樣，也可使用金屬的反射底座。鋁或被拋光的銅例如是適當 的。該實施方式顯然也可以與陶瓷底座組合，其方法是，在陶瓷底座7上布置有金屬反射層 或板。
[0078] 在加熱區(qū)域15且進而引起該區(qū)域顏色改變和隨后的冷卻之后可以可選地附加一 個熱學后處理步驟，以便減小拉應力。在玻璃陶瓷板1中，熱學后處理在溫度為800°C且保 持時間為5分鐘的情況下已經引起拉應力的明顯減小。在熱學后處理步驟中加熱至去應力 溫度可以借助激光器、另一電磁輻射源來實現(xiàn)，或者也在適當?shù)臓t中實現(xiàn)。在以電磁輻射來 加熱的情況下也可以使用如下輻射源，其輻射與在用于增亮的第一步驟中用于加熱的電磁 輻射相比被更強烈地吸收。因此，玻璃或玻璃陶瓷的表面尤其被加熱。在玻璃陶瓷板1的 強度方面，存在于表面上的拉應力是特別重要的。
[0079] 在圖1所示的示例中設置有可選的冷卻流體，以便避免過度加熱表面。另一措施 (為了如此產生溫度梯度，即，使得在輻射期間表面比玻璃陶瓷的位于表面之下的區(qū)域保持 得更冷）是待處理的玻璃陶瓷板的相應的溫度開始曲線。因此可以在玻璃陶瓷的厚度上通 過深度冷卻和/或預加熱來產生具有適當?shù)奶荻鹊臏囟乳_始曲線。在適當?shù)拈_始曲線中， 在電磁輻射的實際作用之前，該體積尤其是已經可以比表面更熱。作為示例提到的是：在電 磁輻射作用之前的帶有表面淬火的玻璃陶瓷板1預加溫。
[0080] 根據(jù)本發(fā)明的又一實施方式，不同于圖1所示地，激光束90也可以在玻璃陶瓷的 體積內聚焦。必要時，以該方式可在已加工的材料表面上生成壓應力。
[0081] 一般也可以在進行顏色改變之前或之后韌化（ertilchtigen)玻璃陶瓷材料。這可 以通過熱學或化學的預加應力來實現(xiàn)，用以有意地引入靠近表面的壓應力區(qū)域，從而該材 料忍受或補償可能的、由于加工感應出的拉應力。
[0082] 圖2示出整塊的玻璃陶瓷元件的X射線衍射光譜，正如以借助圖1闡述的方法得 到的那樣。被研究的玻璃陶瓷是以氧化釩來體積著色的鋰-鋁硅酸鹽-玻璃陶瓷，正如其 用于爐灶面中那樣。利用X射線衍射來比較由激光器輻射來增亮的區(qū)域15和相鄰的、未被 增亮的區(qū)域16的結晶相、結晶相含量和微晶尺寸。
[0083] 附加于菱形、正方形或圓形，還記錄有不同結晶相的相對強度。在此，利用正方形 來標識高溫石英混合晶體（HQMK)的X射線衍射峰值，利用菱形來標識鋰-鋁硅酸鹽或者說 凱石英混合晶體（Keatit-Mischkristall) (KMK、LiAlSi308)的X射線衍射峰值，并且利用 圓形來標識同樣證明在玻璃陶瓷中的鈦酸鋯（ZrTi0 4)的X射線衍射峰值。曲線150在此是 被增亮的，即，根據(jù)本發(fā)明處理的區(qū)域15的X射線衍射光譜，而曲線160是相鄰的，未改變 的區(qū)域16的X射線衍射光譜。顯而易見地，除了由于顯示原因導致不同的偏移以外，曲線 實際上是一致的。在更精確地評估X射線衍射峰值的強度時僅得到凱石英混合結晶相的含 量的非常小的提升。結果在下面的表格中被再次概括：
[0084]

【權利要求】
1. 一種體積著色的整塊的玻璃陶瓷爐灶面，所述玻璃陶瓷爐灶面具有第一區(qū)域（15)， 在所述第一區(qū)域中對所述玻璃陶瓷的著色與相鄰的第二區(qū)域（16)不同，從而使所述第一區(qū) 域（15)的吸收系數(shù)小于相鄰的第二區(qū)域（16)的吸收系數(shù)，并且進而，所述第一區(qū)域（15)的 在可見光譜范圍內的整體光透射大于相鄰的第二區(qū)域（16)的整體光透射，其中，所述第一 區(qū)域（15)的玻璃陶瓷中的光散射相對于所述第二區(qū)域（16)的玻璃陶瓷中的光散射按絕對 值計算最1?提1? 了 20%，優(yōu)選最1?提1? 了 5%。
2. 根據(jù)前一權利要求所述的玻璃陶瓷爐灶面，其中，所述玻璃陶瓷包含以下金屬中至 少一種的離子或以下金屬的離子的組合： -釩，尤其是與錫和/或鈦在一起， -稀土，尤其是鋪，優(yōu)選與鉻和/或鎳和/或鈷在一起， -錳，優(yōu)選與錫和/或鈦在一起， -鐵，優(yōu)選與錫和/或鈦在一起。
3. 根據(jù)前一權利要求所述的玻璃陶瓷爐灶面，其特征在于利用氧化釩來體積著色的玻 璃陶瓷元件，其中，在所述第一區(qū)域（15)中可見光譜范圍內的整體光透射相對于相鄰的第 二區(qū)域（16)升高。
4. 根據(jù)前一權利要求所述的玻璃陶瓷爐灶面，其特征在于，所述玻璃陶瓷包含至少 0. 005重量百分比，優(yōu)選至少0. 01重量百分比的氧化鑰；。
5. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的玻璃陶瓷爐灶面，其特征在于，相鄰于所述第一 區(qū)域（15)的第二區(qū)域（16)的可見光譜范圍內的整體光透射是最高5%，優(yōu)選最高2. 5%。
6. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的玻璃陶瓷爐灶面，其特征在于，所述第一區(qū)域 (15)從所述玻璃陶瓷爐灶面的第一表面（3)延伸至對置的第二表面（5)。
7. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的玻璃陶瓷爐灶面，其特征在于，所述玻璃陶瓷爐 灶面由鋁硅酸鹽玻璃陶瓷，優(yōu)選鋰-鋁硅酸鹽玻璃陶瓷制成，所述第一區(qū)域（15)具有比相 鄰的第二區(qū)域（16)更高含量的凱石英混合晶體。
8. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的玻璃陶瓷爐灶面，其特征在于，所述第一區(qū)域對 于可見光的漫反射與所述第二區(qū)域的漫反射有按絕對值計算最高20%，優(yōu)選最高10%，特別 優(yōu)選地最高5%的不同。
9. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的玻璃陶瓷爐灶面，其特征在于，在420納米到780 納米之間的整個光譜范圍內的光譜透射在所述第一區(qū)域（15)中比在相鄰的第二區(qū)域（16) 中更高。
10. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的玻璃陶瓷爐灶面，其特征在于，在所述第一區(qū)域 內在可見光譜范圍內的整體透射相對于所述相鄰的第二區(qū)域提高了至少2倍。
11. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的玻璃陶瓷爐灶面，其特征在于，在可見光譜范圍 內所述第一區(qū)域（15)的整體透射比所述第二區(qū)域（16)的整體透射按絕對值計算提高了至 少3%。
12. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的玻璃陶瓷爐灶面，其特征在于，所述第一區(qū)域 (15)的面積小于所述第二區(qū)域（16)的面積。
13. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的玻璃陶瓷爐灶面，其特征在于，在所述第一區(qū)域 (15)中，應力在表面上比在所述第一區(qū)域（15)的體積中部更低。
14. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的玻璃陶瓷爐灶面，其特征在于沿表面的至少一 個區(qū)域變化的厚度，其中，所述吸收系數(shù)根據(jù)所述厚度而局部變化。
15. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的玻璃陶瓷爐灶面，其特征在于， -所述第一區(qū)域（15)是窗口，所述窗口被從至少三個側面或者其周邊的至少50%被相 鄰的、未增亮的第二區(qū)域包圍，或者 -所述玻璃陶瓷爐灶面的一個側面（3)上的一個或多個第一區(qū)域（15)的面積份額總共 最高占據(jù)所述側面的面積的三分之一。
16. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的玻璃陶瓷爐灶面，其特征在于，所述第一區(qū)域 (15)在具有大于900納米，優(yōu)選1100納米到1400納米范圍內的波長的至少一個光譜范圍 內的吸收系數(shù)大于相鄰的第二區(qū)域（16)的吸收系數(shù)，并且因此所述第一區(qū)域（15)在具有 大于900納米的波長的光譜范圍內的整體光透射小于相鄰的第二區(qū)域（16)在所述光譜范 圍內的整體光透射。
17. -種用于制造具有局部改變的透射的玻璃陶瓷爐灶面的方法，其中， -提供以著色的金屬離子進行體積著色的玻璃陶瓷板并且 -電磁輻射局部限定地指向所述玻璃陶瓷板的表面的區(qū)域，所述電磁輻射在所述玻璃 陶瓷板的體積中被吸收，并且 -其中，以如下方式來選擇所述電磁輻射的功率密度，即，使得所述玻璃陶瓷板的被輻 射的區(qū)域得到加熱，其中，至少如下長時間地加熱，直到在被加熱的區(qū)域體積中，所述玻璃 陶瓷材料在波長為380納米到780納米之間的可見光譜范圍內的至少一個光譜范圍內的透 射得到提高，并且其中， -在加熱之后結束射入所述電磁輻射，并且冷卻被輻射的區(qū)域。
18. 根據(jù)前一權利要求所述的方法，其特征在于，所述加熱利用激光器（9)來實現(xiàn)。
19. 根據(jù)前一權利要求所述的方法，其特征在于，借助激光掃描儀，激光束在所述玻璃 陶瓷爐灶面的表面上掃描，從而如下區(qū)域被加熱，所述區(qū)域的表面大于所述激光束在所述 玻璃陶瓷爐灶面的表面上的光斑。
20. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中，提供以氧化釩進行體積著色的玻璃 陶瓷爐灶面，并且其中，在局部區(qū)域中，在380納米到780納米之間的可見光譜范圍內的透 射通過加熱來升高。
21. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述玻璃陶瓷在加熱之后， 以至少1K/秒，優(yōu)選至少5K/秒，特別優(yōu)選地至少10K/秒的冷卻速率，至少在從最高溫度到 所述最高溫度之下的100K的溫度范圍內被冷卻。
22. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述玻璃陶瓷以至少250K/ 分鐘的溫度改變速率得到加熱。
23. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，借助設備，優(yōu)選底座，將透射 穿過所述玻璃陶瓷板（1)的電磁輻射反射回所述玻璃陶瓷板（1)中，在所述設備優(yōu)選底座 上安置有所述玻璃陶瓷板（1)。
24. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述玻璃陶瓷板（1)的表面 在所述電磁輻射作用期間以冷卻流體（18)來冷卻。
25. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在冷卻之后執(zhí)行熱學后處理 步驟，尤其是以便減小拉應力，其中，所述熱學后處理步驟優(yōu)選包括至少一個如下步驟： -借助電磁輻射的第二加熱步驟 -在爐中進行熱學再加溫和去應力。
26. -種帶有根據(jù)前述權利要求中任一項所述的玻璃陶瓷爐灶面的玻璃陶瓷爐灶臺 (20)，其中，所述玻璃陶瓷爐灶面（1)具有第一區(qū)域（15)，所述第一區(qū)域穿過所述玻璃陶瓷 爐灶面從兩個側面（3、5)中的一個表面延伸至對置的表面，并且在所述第一區(qū)域中整體光 透射相對于相鄰的區(qū)域（16)提高，并且其中，在所述第一區(qū)域下方布置有顯示設備，所述顯 示設備的光能通過所述第一區(qū)域（15)看見。
27. 根據(jù)前一權利要求所述的玻璃陶瓷爐灶臺（20)，其中， -所述第一區(qū)域（15)是窗口，所述窗口被從至少三個側面或者其周邊的至少50%被相 鄰的、未增亮的第二區(qū)域包圍，或者其中， -所述玻璃陶瓷爐灶面的一個側面上的一個或多個第一區(qū)域（15)的面積份額總共最 高占據(jù)所述側面的面積的三分之一。
【文檔編號】C03C4/02GK104108881SQ201410150725
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權日:2013年4月15日
【發(fā)明者】艾維林·魏斯, 貝恩特·霍佩, 馬丁·施皮爾, 達妮埃拉·塞勒 申請人:肖特公開股份有限公司