專利名稱：易清潔的玻璃陶瓷體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于家用的易清潔玻璃陶瓷體，優(yōu)選用作諸如烤爐的爐門窗，尤其是高溫?zé)峤鉅t或壁爐類的視窗或用作爐具的爐面。
溫度高于350℃的封密加熱區(qū)用的視窗一般由透明玻璃陶瓷作成。在用作壁爐或高溫?zé)峤鉅t的視窗時，必須要清除沉積在視窗上的燃燒殘渣。在這種情況下，為了清潔視窗，采用市售的清潔劑、布、海綿和刮刀。
清潔這種視窗是有困難的。殘渣經(jīng)常保留在視窗上除不掉。這種情形是由殘渣的組成和/或玻璃陶瓷的表面性質(zhì)決定的。
按普通方法制備的透明玻璃陶瓷的表面一般是結(jié)構(gòu)化的和不平整的，就象橘皮一樣，并一般具有Ra(平均平面絕對高偏差的算術(shù)平均值)在0.35-0.55微米的表面。此外，在宏觀結(jié)構(gòu)中，有零星的小孔或直徑不大于0.5mm的凸起存在。在表面凹處及在凸起的后附著有污垢，并且通過機械方法不再能被除去。在機械清潔方式使用時，特殊的清潔刮刀和海綿的有效性受到了限制。在這種情況下，正是海綿和刮刀常常能提供優(yōu)異的清潔度的工具，因為市售的化學(xué)清潔劑對燃燒殘渣的組成不再起作用。
在由至少一面具有光滑表面的玻璃陶瓷制成的視窗中不會出現(xiàn)這種清潔問題。
例如，可按已知方法通過有后續(xù)拋光的研磨獲得一種由玻璃陶瓷制成的視窗的光滑表面。一般用粒徑為100微米的顆粒先進行粗研磨。然后用粒徑為12-15微米的顆粒進行研磨。接著用較細(xì)的顆粒進行精拋光。
也可按已知的方法通過涂覆獲得一種光滑的表面。因此，具有熱反射涂層例如SnO2的透明玻璃陶瓷是已知的。在玻璃陶瓷盤上施加SiO2保護層也是已知的。此兩涂層均使表面光滑并且易于清潔。
但是，用具有光滑表面的玻璃陶瓷生產(chǎn)視窗的上述已知方法在生產(chǎn)玻璃陶瓷盤后需要額外的步驟，這就提高了視窗的生產(chǎn)成本。
用作爐具爐面的玻璃陶瓷板也存在類似的問題。
用作玻璃陶瓷爐面的玻璃陶瓷板一般是通過輥壓Li-Al-Si玻璃(“綠色玻璃”)并接著進行陶瓷化制備的。該玻璃陶瓷材料被著色成紅至紅棕色或是透明的，其底涂層是非透明的。輥壓不平整的表面獲得玻璃陶瓷板，該不平整表面上一般因溢出蒸煮物產(chǎn)生的污粒很難除去。此外，在爐面上涂覆花飾中有凸出的花飾區(qū)域并在機械應(yīng)力下優(yōu)選被擦去。另外，爐面的表面偏離平面。
Ra代表粗糙度，正如開始所述的在視窗中為0.35-0.55微米。盡管對該粗糙度而言，刮刀刀刃是一種有效的清潔工具。它們比海綿和帶磨料粒的清潔工具的清潔效果好。不過，它們會在“凹處”留下殘留物。
在300×300mm的面積內(nèi)，玻璃陶瓷板與平面度的偏差高達±0.4mm。由此產(chǎn)生的長光源如熒光燈管的鏡像畸變很明顯并對生產(chǎn)第一流的產(chǎn)品有制約作用。
該不平整性對能量傳遞也是明顯不利的。在采用具有玻璃陶瓷爐面的烹飪用具時，傳遞給炊具的能量主要是通過熱傳導(dǎo)進行的；從加熱線圈到爐面底側(cè)的熱傳遞僅是通過輻射進行的。因不平整性，在爐面和炊具底部之間形成了延長沸騰時間的氣墊。此外，這導(dǎo)致提高表面溫度，從而提高了環(huán)境中的熱損失，并使熱效率降低。
一般的做法是通過壓花輥在爐面的底部提供波長約2mm的波紋，并且波紋高度為50-200微米。底部的波紋又防礙有效使用以熱接觸的加熱體。通過在烹飪用具中擴大利用電子控制，也使用更多的顯示。為了不破壞器具的平滑平面視覺感，那么就將它們安裝在玻璃陶瓷的下面。因為材料的波紋，所以顯示會有畸變。
由于波紋而使得在底部安裝傳感器變得困難，這是因為在通過絲網(wǎng)印刷涂覆時，涂層的厚度不均勻。另外，在將傳感器貼牢在波紋側(cè)上時，產(chǎn)生不好的熱接觸。
本發(fā)明的目的是提供一種易清潔的玻璃陶瓷體，這種陶瓷體無需進行如精磨或涂覆的后處理步驟就具有光滑易清潔的表面。
本發(fā)明的任務(wù)通過權(quán)利要求1的玻璃陶瓷體得以成功地解決。
通過本發(fā)明的措施，可獲得具有極光滑表面結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷體，其表面結(jié)構(gòu)與鈉鈣浮法玻璃的相同。這既不需要附加的精磨，也無需進行涂覆。該表面結(jié)構(gòu)，按簡單的方法從一開始就決定于玻璃陶瓷的組成和制備方法。
坯玻璃，即用作陶瓷化體的起始玻璃是按浮法生產(chǎn)的。通過該方法，可獲得兩面光滑平整的表面。這種表面在后續(xù)的陶瓷化期間、在用作爐面的玻璃陶瓷板期間和在花飾期間都得以保持。在浮法材料中不存在通過輥壓出現(xiàn)的不可避免的細(xì)波紋。因此，其上側(cè)面特別地平整和光滑。
根據(jù)本發(fā)明，該浮法玻璃陶瓷體在聚集煙霧和高溫?zé)峤鈿堅葼t視窗情況下，以及在有結(jié)垢溢出物的玻璃陶瓷爐面情況下可通過光滑的表面易于清潔。因此，借助于刮刀刀刃清潔時，不會留下殘留物。
用本發(fā)明玻璃陶瓷制備的爐面在300×300mm的面積內(nèi)具有的浮法玻璃的平整度的偏差，即一般為±0.03mm(在輥壓材料時為0.4mm)。由于其具有良好的平整度，因此其特征在于在廚房的光源的反射或從室外考慮，具有特別有利的光學(xué)感。此外，在平面上由于無細(xì)波紋，所以可在玻璃陶瓷爐面上貼覆大約為5微米薄的花飾層。由于無高凸區(qū)域，那么也避免在機械負(fù)荷下對花飾不均勻磨損。這樣在較長時間的使用后不會有花飾的“混蝕”。
此外，改善了能量傳遞。
特別是根據(jù)DIN 4762詳細(xì)說明了表面粗糙度的概念。平均粗糙度值Ra是平均平面的絕對高偏差的算術(shù)平均值或?qū)嶋H斷面與平均斷面的絕對差值的算術(shù)平均值。這里的平均斷面是通過以下方式確定的，即通過實際斷面在參考距離內(nèi)如.此地確定斷面，使得在上面的實際斷面的充滿材料的面積的總數(shù)和在底面的無材料的面積的總數(shù)一樣大。根據(jù)DIN4762，借助于白色光干涉顯微術(shù)(測量面0.6×0.5mm)測定Rq＝平方平均粗糙度值。根據(jù)下式計算Ra=(|Z1|+|Z1|+|Z3|+···+|Zn|)N]]>Rq=(Z12+Z22+Z32+···+Zn2)N]]>浮法生產(chǎn)平板玻璃陶瓷體的技術(shù)是公知的。為了在浮法起始玻璃時簡化這類玻璃陶瓷的制備方法，人們對此進行了試驗，即在浮浴中就進行陶瓷化，以直接獲得玻璃陶瓷。在這種情況下，浮法玻璃存在的缺陷，尤其是在浮法過程中出現(xiàn)的有干擾的表面結(jié)晶不再可辨并且被清除掉，從而使表面具有高質(zhì)量。
原則上，所有已知的浮法玻璃陶瓷都能用于生產(chǎn)本發(fā)明的易清潔玻璃陶瓷體。
為了獲得特別優(yōu)異的表面質(zhì)量和相應(yīng)高的易清潔性，最好選用浮法玻璃作為玻璃陶瓷的起始玻璃，其中在浮法生產(chǎn)中通過限制Pt的含量＜300ppb、Rh的含量＜3.0ppb和ZnO的含量＜1.5重量％，以及SnO2的含量＜1重量％來避免產(chǎn)生有干擾的表面缺陷，以及在熔融玻璃時，不使用常規(guī)的澄清劑氧化砷或氧化銻進行澄清。
因此，這種玻璃的特征在于組成，這種組成使得在浮法生產(chǎn)中避免產(chǎn)生有干擾的表面缺陷。浮法裝置一般由熔化池和界面構(gòu)成，玻璃在熔化池中熔融并澄清，界面的作用是將熔化壁中的氧化氣氛轉(zhuǎn)變成后置設(shè)備—浮法區(qū)中的還原氣氛，在浮法區(qū)中通過將玻璃注入液態(tài)金屬，主要是Sn上在氮氫混合氣的還原氣氛下來成型玻璃。玻璃的成型是通過在Sn槽上的平滑流動和通過所謂的上壓輥對玻璃表面上施加力進行的。當(dāng)玻璃在熔池上輸送的同時進行冷卻，在浮法區(qū)的尾部取出玻璃，并輸送到冷卻爐中。
在形成玻璃表面和玻璃在浮浴中輸送時，玻璃和浮法工藝氣氛或Sn浴之間發(fā)生相互反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)生有干擾的表面缺陷。
當(dāng)玻璃中含有溶解形式的高于300ppb Pt或高于30ppb Rh時，因還原條件，在玻璃表面上產(chǎn)生了Pt顆?；騌h顆粒的金屬沉淀，它們對大的，最大達100微米的高石英混晶起晶核作用，結(jié)果產(chǎn)生了有干擾的表面結(jié)晶。這種材料特別是作為電極、爐襯、攪拌器、輸送管、閘門等找到了應(yīng)用。因此，在實施該方法生產(chǎn)上述玻璃陶瓷的裝置中，為了避免形成表面結(jié)晶，主要是避免加入含Pt或Rh的原料，而用陶瓷原料代替或者在熔融池或界面中使其不超過所述含量。
ZnO的含量限制在1.5重量％。試驗表明在浮法的還原條件下，玻璃表面的鋅含量不高。對此，人們認(rèn)為玻璃表面上的鋅被部分還原，由于與Zn2+相比，Zn的蒸汽壓較高，它在浮池氣氛下發(fā)生蒸發(fā)。除了浮法裝置運行時所不希望有的蒸發(fā)和Zn在冷卻位置處的沉淀外，玻璃中不均勻分布的Zn也參與了靠近結(jié)晶表面的關(guān)鍵結(jié)晶帶。由高石英混晶形成的該結(jié)晶帶是在接近表面處形成，在那里玻璃中的Zn含量又差不多達到了初始值。因此，適宜的是使開始時的初始值較小。
玻璃中SnO2的含量低于1重量％。由于浮法區(qū)中還原條件的影響，玻璃表面中的SnO2同樣被部分還原。直接在玻璃表面上形成令人驚奇的金屬Sn的小球，盡管這些小球在冷卻或潔凈處理時易于除去；但是在玻璃表面上留下了球形小孔，它們對應(yīng)用的影響最大。
如果SnO2的含量極低，那么就能避免形成小球。
未采用Li2O-Al2O3-SiO2系玻璃中常用的澄清劑氧化砷和/或氧化銻澄清上述起始玻璃。在浮法過程中還原條件的影響下，所述的澄清劑會直接在玻璃表面上還原并形成有干擾和明顯可見的金屬覆蓋物。從經(jīng)濟的角度來看，通過研磨和拋光除去對應(yīng)用有干擾和有毒性危險的覆蓋物是不合算的。因此，為了避免形成覆蓋物，適宜的方法是至少采用另一種化學(xué)澄清劑，例如SnO2、CeO2、硫酸鹽化合物、氯化物以降低氣泡數(shù)，SnO2的理想含量為玻璃熔體的0.2-0.6重量％。另外，也可采用諸如負(fù)壓或高于1750℃的高溫對玻璃熔體進行物理澄清。通過另一種澄清劑和/或另一種澄清方法以此確保要求的氣泡質(zhì)量。
為此，在進行陶瓷化時，關(guān)心的問題是通過浮法獲得的低粗糙度值不會受到不良影響，其中例如，懸掛著進行陶瓷化或通過一個氣墊進行陶瓷化，即通常是不讓需陶瓷化的玻璃體與底板接觸。
至于玻璃陶瓷表面具有極低粗糙度的特殊優(yōu)點是通過浮法并陶瓷化具有下列組成的鋁硅酸鹽玻璃實現(xiàn)的，其組成按氧化物的重量％計為Li2O 3.2-5.0Na2O 0-1.5K2O 0-1.5∑Na2O＋K2O 0.2-2.0MgO0.1-2.2CaO0-1.5SrO0-1.5BaO0-2.5ZnO0-＜1.5Al2O319-25
SiO255-69TiO21.0-5.0ZrO21.0-2.5SnO20-＜1.0∑TiO2＋ZrO2＋SnO22.5-5.0P2O50-3.0按照第二種方式，在一個特別優(yōu)選的實施方案中，玻璃具有下列組成，按氧化物的重量％計Li2O 3.5-4.5Na2O 0.2-1.0K2O 0-0.8∑Na2O＋K2O 0.4-1.5MgO0.3-2.0CaO0-1.0SrO0-1.0BaO0-2.5ZnO0-1.0Al2O319-24SiO260-68TiO21.0-2.0ZrO21.2-2.2SnO20-0.6∑TiO2＋ZrO2＋SnO23.0-4.5P2O50-2.0用這種玻璃制備本發(fā)明的玻璃陶瓷體是特別有利的，因為相應(yīng)的表面是極其易清潔的。
本發(fā)明的玻璃陶瓷體總是在需要易清潔的地方使用。在特殊情況下，用作爐，尤其是烤爐的視窗或爐具的玻璃陶瓷爐面。
權(quán)利要求
1.一種易清潔的玻璃陶瓷體，它由浮法玻璃陶瓷組成，其表面結(jié)構(gòu)不經(jīng)附加拋光步驟就直接具有平均粗糙度值Ra≤0.02微米和/或平方平均粗糙度值Rq≤0.01微米的粗糙度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃陶瓷體，它由浮法玻璃制成，其含有含量低于300ppb的Pt、低于30ppb的Rh、低于1.5重量％的ZnO和低于1重量％的SnO2，在熔融時未采用常規(guī)的澄清劑氧化砷和/或氧化銻進行澄清。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的玻璃陶瓷體，它用浮法鋁硅酸鹽玻璃作為起始玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的玻璃陶瓷體，其特征在于起始玻璃的組成(按氧化物的重量％計)為Li2O 3.2-5.0Na2O 0-1.5K2O 0-1.5∑Na2O＋K2O 0.2-2.0MgO0.1-2.2CaO0-1.5SrO0-1.5BaO0-2.5ZnO0-＜1.5Al2O319-25SiO255-69TiO21.0-5.0ZrO21.0-2.5SnO20-＜1.0∑TiO2＋ZrO2＋SnO22.5-5.0P2O50-3.0必要時添加了著色組分，例如V-、Cr-、Mn-、Fe-、Co-、Cu-、Ni-、Se-、Cl-化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的玻璃陶瓷體，其特征在于起始玻璃的組成(按氧化物的重量％計)為Li2O 3.5-4.5Na2O 0.2-1.0K2O 0-0.8∑Na2O＋K2O 0.4-1.5MgO0.3-2.0CaO0-1.0SrO0-1.0BaO0-2.5ZnO0-1.0Al2O319-24SiO260-68TiO21.0-2.0ZrO21.2-2.2SnO20-0.6∑TiO2＋ZrO2＋SnO23.0-4.5P2O50-2.0必要時添加了著色組分，例如V-、Cr-、Mn-、Fe-、Co-、Cu-、Ni-、Se-、Cl-化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項的玻璃陶瓷體，其特征在于在浮法過程中，為了避免產(chǎn)生有害的靠近表面的結(jié)晶帶，起始玻璃適應(yīng)關(guān)系式(按重量％)3.2×ZnO＋TiO2≤4.3。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-6任一項的玻璃陶瓷體，其特征在于起始玻璃中Fe2O3的含量低于200ppb和TiO2的含量低于2.5重量％，以防止在玻璃態(tài)下出現(xiàn)有干擾的著色和在4mm厚度時的透光率＞89％，優(yōu)選＞90％。
8.根據(jù)權(quán)利要求3-7任一項的玻璃陶瓷體，其特征在于工藝中起始玻璃無BaO。
9.根據(jù)權(quán)利要求3-8任一項的玻璃陶瓷體，其特征在于熱膨脹系數(shù)α200/300在3.5-5.0×10-6/K之間，轉(zhuǎn)變溫度Tg在600-750℃之間和玻璃陶瓷的加工溫度VA在1350℃以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求3-9任一項的玻璃陶瓷體，其特征在于具有以熱液石英混晶為主晶相的玻璃陶瓷的熱膨脹系數(shù)低于1.5×10-6/K。
11.根據(jù)權(quán)利要求3-9任一項的玻璃陶瓷體，其特征在于具有以高石英混晶為主晶相的玻璃陶瓷的熱膨脹系數(shù)在(0±0.3)×10-6/K，優(yōu)選(0±0.15)×10-6/K和透光率＞80％。
12.根據(jù)權(quán)利要求3-11任一項的玻璃陶瓷體，其特征在于為了達到低的氣泡數(shù)，至少使用另一種化學(xué)澄清劑，例如SnO2、CeO2、硫酸鹽化合物、氯化物，優(yōu)選SnO2的含量為玻璃熔體的0.2-0.6重量％。
13.根據(jù)權(quán)利要求3-11任一項的玻璃陶瓷體，其特征在于為了達到低的氣泡數(shù)，用物理方法，例如借助于負(fù)壓或高于1750℃的高溫澄清玻璃熔體。
全文摘要
用于高于350℃封閉加熱區(qū)例如高溫?zé)峤饪緺t的視窗由玻璃陶瓷組成。在用作壁爐或高溫?zé)峤鉅t的視窗時,會沉積必須被清除的在視窗上的燃燒殘渣。這同樣適用于有結(jié)垢溢出物的爐具的玻璃陶瓷爐面。清潔這種盤是有困難的,因為按常規(guī)方法生產(chǎn)的透明玻璃陶瓷的表面一般是結(jié)構(gòu)化的和不平整的。本發(fā)明提供了一種由浮法玻璃陶瓷生產(chǎn)的易清潔玻璃陶瓷體,這種玻璃陶瓷體具有與浮法鈉鈣玻璃板相比的表面質(zhì)量。
文檔編號C03C3/085GK1332127SQ0112543
公開日2002年1月23日 申請日期2001年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月8日
發(fā)明者S·梅爾森, K·肖珀特, P·納斯 申請人:肖特玻璃制造廠