用于改變玻璃和玻璃陶瓷透射的方法以及能夠根據(jù)該方法制造的玻璃件或玻璃陶瓷件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在至少一部分厚度和/或原材料體積上通過(guò)以電磁輻射的處理 來(lái)局部限制平面地或全面地改變玻璃和玻璃陶瓷材料的吸收性能的方法，從而使得在整體 原材料的一部分或者優(yōu)選整個(gè)厚度上的透射以期望的程度發(fā)生變化。另外本發(fā)明涉及能夠 借助根據(jù)本發(fā)明的方法制造的玻璃件或玻璃陶瓷件。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于局部改變由玻璃或玻璃陶瓷構(gòu)成的構(gòu)件的透射來(lái)說(shuō)，目前為止有四種不同的 變化方案是可能的：
[0003] 其中一個(gè)變化方案是通過(guò)接合兩個(gè)具有不同透射的不同材料能夠生成局部具有 另一種透射的構(gòu)件。在此能夠應(yīng)用所有的接合方法，例如釬焊、熔焊和粘結(jié)。這里的缺點(diǎn)為， 在此需要兩種具有不同透射的不同材料。這兩種材料必須繁瑣地單個(gè)地制成，其中調(diào)節(jié)特 定的以及不同的透射是一項(xiàng)挑戰(zhàn)或者說(shuō)在許多情況下根本沒(méi)有涉及。另外這兩種不同的材 料能夠具有不同的機(jī)械、物理和化學(xué)性質(zhì)。這在之后的使用情況下對(duì)于溫度變化穩(wěn)定性、化 學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械斷裂強(qiáng)度是不利的。此外接縫也具有其他的物理和化學(xué)性質(zhì)并且可能對(duì)構(gòu) 件性能造成不利影響。另外接縫大多在光學(xué)上有干擾或者形成斷裂起始棱邊。此外通常很 難接合大型構(gòu)件中的封閉面，因?yàn)楸仨毥雍纤械拿娌⑶液茈y保持間隙尺寸；也很難在接 縫上施加力從而提尚粘附。
[0004] 另一個(gè)變化方案是能夠通過(guò)局部涂層來(lái)進(jìn)行透射的局部變化。這種技術(shù)方案例如 在WO 2012/001300 Al中建議。雖然相對(duì)于接合方法這里僅還需要一種材料，但是為此額 外需要一種涂層材料，該涂層材料必須滿足特定要求的透射性能。為了實(shí)現(xiàn)局部提高的透 射，對(duì)構(gòu)件的應(yīng)當(dāng)具有較低透射的區(qū)域進(jìn)行涂覆。對(duì)此的前提是，整個(gè)構(gòu)件的基本透射和成 品中要求最高的透射一樣高。在實(shí)際當(dāng)中這同樣會(huì)導(dǎo)致增高的成本，因?yàn)楸匾闆r下需要 改變玻璃組成。
[0005] 用于部分涂層的成本也不能低估，因?yàn)楸仨氁阅骋环N方式進(jìn)行覆蓋。涂層方法的 缺陷還在于，需要找到一種合適的涂層，其既能夠充分粘附在構(gòu)件上又不會(huì)損害構(gòu)件的所 有之后的使用條件。
[0006] 另外涂層提供了構(gòu)件上具有其他化學(xué)和物理性質(zhì)的一個(gè)新的表面。這例如在藥品 包裝中可能有缺陷，因?yàn)樵谟袃?nèi)部涂層的情況下發(fā)生接觸藥學(xué)產(chǎn)品的現(xiàn)象。在產(chǎn)品的外部 涂層中會(huì)造成刮痕或其他方面的變化和損壞。此外涂層總是涂覆在表面上，這通常在觸覺(jué)、 光學(xué)、刮痕敏感性或摩擦方面是所不期望的。
[0007] 第三種變化方案是由EP 0233146 Bl已知的一種用來(lái)激光標(biāo)記陶瓷材料、搪瓷、陶 瓷化的玻璃以及玻璃的方法。在此待標(biāo)記的材料混合有"陶瓷的顏色體"形式的無(wú)機(jī)顏料 顆粒作為射束靈敏的添加劑，該添加劑通過(guò)激光射束而變成另一種顏色。因?yàn)檫@種顏料顆 粒只能在熔融過(guò)程中添加到玻璃和玻璃陶瓷中，所以這些顏料顆粒一并熔融并且不再產(chǎn)生 效果。只有在由粉末共同燒結(jié)的陶瓷中能夠考慮這種方法。還強(qiáng)制要求脈沖式且聚焦的表 面作用的激光射束，因?yàn)樘沾刹皇峭该鞯摹Ｔ谠摲椒ㄖ羞x擇用于照射的最佳波長(zhǎng)在此為這 樣的波長(zhǎng)，在這些波長(zhǎng)情況下射束靈敏的添加劑吸收地最多，而待標(biāo)記的無(wú)機(jī)材料吸收地 最少。因此前提條件是原材料的局部不同的吸收，在陶瓷中也必須包含局部的吸收點(diǎn)，這些 吸收點(diǎn)導(dǎo)致待標(biāo)記原材料的局部不同的吸收（并且因此導(dǎo)致另一種顏色外觀）。標(biāo)記的侵 入深度通常也不大于約1mm，因?yàn)樘沾梢话闶遣煌该鞯摹?br>[0008] 第四種方法是用于透明玻璃和透明玻璃陶瓷的激光內(nèi)部標(biāo)記的方法。在此在玻璃 內(nèi)部的點(diǎn)狀小體積（通常明顯小于Imm3)中通過(guò)脈沖式的高聚焦激光射束生成微裂紋并且 由此伴隨地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或組織的局部破壞。這導(dǎo)致局部的反射面和散射面，其使得照射光偏 轉(zhuǎn)、反射或者朝所有方向散射并且由此造成磨砂玻璃效果。玻璃為局部半透明，但是這不一 定導(dǎo)致（全部）透射的變化。激光射束的聚焦在此需要點(diǎn)到點(diǎn)地在玻璃體積內(nèi)部引導(dǎo)，從 而生成平面的或空間的擴(kuò)展圖案。此外要求的前提是，玻璃或玻璃陶瓷在處理之前是高透 明的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于，在玻璃或玻璃陶瓷的限制面中以簡(jiǎn)單的方式在原材料的至少 一部分厚度和/或體積上引起吸收性能的變化，從而使整體構(gòu)件的原材料的整個(gè)厚度上的 透射發(fā)生變化。
[0010] 在此為了形成局部或全面或者所有體積的透射變化，不需要對(duì)整體構(gòu)件混合無(wú)機(jī) 顏料形式的額外顏色體，也不需要額外的涂層或接合。
[0011] 還應(yīng)當(dāng)能夠消除材料中的局部散射中心，這些散射中心通過(guò)原材料結(jié)構(gòu)的局部損 壞或變化而形成。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明同樣不再需要應(yīng)用昂貴的脈沖式和高聚焦的激光器，該激光器的焦點(diǎn) 必須精確穿過(guò)材料并且該焦點(diǎn)只能夠處理非常小的體積。
[0013] 通過(guò)本發(fā)明應(yīng)當(dāng)避免接縫的缺陷，即光學(xué)外觀以及一個(gè)或多個(gè)額外構(gòu)件棱邊的存 在，這些構(gòu)件棱邊可能導(dǎo)致斷裂。
[0014] 還應(yīng)當(dāng)能夠以簡(jiǎn)單的方式和方法改變大面積內(nèi)部的封閉面的透射，并且不需要為 此添加另一種材料。特別是也舍棄了制造具有不同透射的多種不同的原材料。
[0015] 此外為了局部地影響透射，應(yīng)當(dāng)不再需要涂層。由此可以放棄尋找涂層材料以及 適合的涂層方法。但另一方面在必要的情況下也能夠使用涂層，從而與透射和/或顏色相 適應(yīng)或者提供其他性質(zhì)、例如抗反射。
[0016] 也可以取消混合某一種顆粒形式的添加劑，這些添加劑必須與原材料相適應(yīng)并且 在化學(xué)方面必須與該原材料相容。由此也能夠避免通過(guò)混合的顏料使原材料的顏色外觀不 均勻。
[0017] 通常來(lái)說(shuō)，對(duì)于本發(fā)明使用在可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍（380nm-780nm)中染色的材料，例如 玻璃和玻璃陶瓷（綠玻璃狀態(tài)或已經(jīng)陶瓷化）。這種在可見(jiàn)光譜范圍的染色典型地也導(dǎo)致 在紅外范圍中存在的染色。
[0018] 在此通過(guò)電磁福射、例如波長(zhǎng)為1 μπι的二極管激光器的激光射束的局部和時(shí)間 限制的作用（其中射束導(dǎo)致材料的局部加熱）來(lái)改變透射。
[0019] 通過(guò)本發(fā)明能夠解決許多問(wèn)題，或者說(shuō)提供這樣的產(chǎn)品，其中：
[0020] -在不改變純的原材料的組成和應(yīng)用的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)陶瓷化的玻璃陶瓷的透射 的提高，從而改善顯示性能和顯色性以及不同（顯示）顏色的簡(jiǎn)單調(diào)整，
[0021] -在不改變其他原材料的組成和應(yīng)用的情況下能夠調(diào)整玻璃和玻璃陶瓷的基本透 射，
[0022] -可以提高光學(xué)構(gòu)件的透射從而改善光導(dǎo)，
[0023] -在不損壞玻璃基體的情況下能夠生成按體積引入的持久標(biāo)記，
[0024] -在不損壞玻璃表面的情況下改變透射，或者
[0025] -在不改變玻璃體積的情況下能夠形成透射的變化，
[0026] -在不強(qiáng)制使用其他顏色的第二種材料的情況下實(shí)現(xiàn)玻璃顏色的變化。
[0027] 為了實(shí)現(xiàn)玻璃或玻璃陶瓷的局部透射變化，使玻璃或玻璃陶瓷的溫度提高，直至 發(fā)生透射變化。隨后進(jìn)行優(yōu)選非?？焖俚睦鋮s。加熱引起相應(yīng)的物理-化學(xué)反應(yīng)和/或提 高了原材料中的電子和離子迀移。
[0028] 相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種用來(lái)制造具有局部變化的透射的玻璃件或玻璃陶瓷件 或者說(shuō)玻璃部件或玻璃陶瓷部件的方法，其中
[0029] -提供通過(guò)顏色中心或者染色的離子、特別是染色的金屬離子體積染色的玻璃件 或玻璃陶瓷件，并且
[0030] -將電磁輻射局部限制地對(duì)準(zhǔn)于玻璃件或玻璃陶瓷件的表面的一定區(qū)域，該電磁 輻射被吸收在玻璃材料或玻璃陶瓷材料的體積中，并且
[0031] -其中選擇電磁輻射的功率密度，從而加熱玻璃件或玻璃陶瓷件的經(jīng)照射區(qū)域，其 中至少加熱到在經(jīng)加熱區(qū)域的體積中玻璃材料或玻璃陶瓷材料在至少一個(gè)光譜范圍的吸 收系數(shù)和光透射發(fā)生變化，并且其中
[0032] -在加熱后結(jié)束電磁輻射的入射并且冷卻經(jīng)照射的區(qū)域。
[0033] 典型地，加熱進(jìn)行至一個(gè)最高溫度，在該溫度下玻璃或玻璃陶瓷的黏度處在低于 1014dPa · s。優(yōu)選地，不加熱到軟化點(diǎn)，在該軟化點(diǎn)時(shí)的黏度具有l(wèi)(f6dPa · s的值，從而避 免在經(jīng)處理區(qū)域中的形狀變化。
[0034] 體積染色的玻璃或玻璃陶瓷在本發(fā)明的意義中理解為這樣的材料，該材料中的顏 色中心或染色的離子分布在材料中。即不像染料那樣局部聚集為染色晶體的形式。與色料 相對(duì)應(yīng)地，提供顏色的離子或顏色中心因此溶解在玻璃或玻璃陶瓷中，而染料則是分散在 材料中。因此體積染色雖然影響了透射，但是沒(méi)有影響散射，相反地，染料本身就是散射的 顆粒。但是沒(méi)有排除在可能的情況下額外存在的染料。
[0035] 通過(guò)該方法提供了一種玻璃件或玻璃陶瓷件或者具有體積染色的整體玻璃部件 或玻璃陶瓷部件的產(chǎn)品，其具有第一區(qū)域，在第一區(qū)域中的染色不同于相鄰的第二區(qū)域，從 而第一區(qū)域的吸收系數(shù)和通過(guò)第一區(qū)域的光透射不同于相鄰的第二區(qū)域的吸收系數(shù)和光 透射，其中在第一區(qū)域的玻璃或玻璃陶瓷中的光散射比在第二區(qū)域的玻璃或玻璃陶瓷中的 光散射高出最多絕對(duì)值20 %，優(yōu)選最多絕對(duì)值10 %，特別優(yōu)選最多絕對(duì)值5 %，特別優(yōu)選最 多絕對(duì)值1%。在第一區(qū)域的玻璃陶瓷中的光散射因此基本上與光透射沒(méi)有變化的相鄰的 第二區(qū)域的光散射相同。提高了最多絕對(duì)值20百分比的光散射的上限也包括這樣的情況， 即，第一區(qū)域中的光散射比第二區(qū)域中的小。通過(guò)任何情況下都略微提高的光散射使其不 成為明顯的效果。光散射是入射的總強(qiáng)度扣除直接透射的光、菲涅耳（Fresnel)反射和吸 收的份額。以百分比給出的散射的絕對(duì)值提高涉及在光束透射過(guò)程中散射的光的份額。如 果在第二區(qū)域中的散射的光強(qiáng)度的份額例如為總強(qiáng)度的3%，那么在第一區(qū)域中5%的絕 對(duì)值提高意味著在第一區(qū)域中的散射的光強(qiáng)度的份額為3% +5% = 8%。換言之，通過(guò)以百 分比給出的散射提高絕對(duì)值顯示出按百分點(diǎn)的增高。如在本發(fā)明的意義中所使用的透射、 散射、吸收和漫反射的概念對(duì)應(yīng)于根據(jù)DIN5036-1的定義并且可以根據(jù)IS015368的測(cè)量標(biāo) 準(zhǔn)來(lái)確定。
[0036] 如果只有材料的表面通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行處理，在整個(gè)體積上來(lái)看吸收變 化和透射變化的效果通常僅僅非常小并且大多不充分。因此通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法這樣選 擇射束的波長(zhǎng)，即，該射束被吸收在材料的體積中，由此實(shí)現(xiàn)了不僅加熱和改變玻璃的表面 而且同時(shí)加熱和改變玻璃體積的至少特定區(qū)域，從而使效果足夠強(qiáng)，由此符合應(yīng)用期望的 程度，并且從而在處理過(guò)程中不過(guò)度加熱材料的表面。
[0037] 如前所述，優(yōu)選使用激光器來(lái)局部加熱玻璃材料或玻璃陶瓷材料。通過(guò)激光射束 可以使射束功率局部地狹窄限制地引到材料中。
[0038] 本發(fā)明的另一個(gè)重要特征在于，照射的波長(zhǎng)不必為實(shí)現(xiàn)效果的波長(zhǎng)，即產(chǎn)生透射 變化的波長(zhǎng)。因此在本發(fā)明中可能的是，例如在Iym波長(zhǎng)的紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行照射，因 為該波長(zhǎng)范圍內(nèi)在玻璃或玻璃陶瓷中具有吸收帶。但是產(chǎn)生的效果可能是例如在380nm和 780nm之間的可見(jiàn)范圍內(nèi)并且在該區(qū)域中通過(guò)在玻璃中存在的元素和化合物的物理-化學(xué) 反應(yīng)造成在一種或多種波長(zhǎng)下的透射變化。這歸因于，照射的能量雖然僅與玻璃或玻璃陶 瓷的特定元素相互作用，但是對(duì)玻璃或玻璃陶瓷的整個(gè)結(jié)構(gòu)都有影響。
[0039] 也應(yīng)當(dāng)能夠相應(yīng)地處理塑料，從而該方法不局限于玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷和光學(xué)陶 瓷。為了實(shí)現(xiàn)局部的透射變化，對(duì)此也局部地在體積中引起溫度升高。這通過(guò)在這種波長(zhǎng)范 圍內(nèi)的電磁輻射而進(jìn)行，玻璃或玻璃陶瓷在該波長(zhǎng)范圍中對(duì)于受到的電磁輻射部分透明。 由此能量不僅引入玻璃件或玻璃陶瓷件的表面也引入玻璃件或玻璃陶瓷件的整個(gè)厚度或 部分體積中。如果