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1. WO2001079128 - CORPS EN VERRE A RESISTANCE RENFORCEE

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[ DE ]

Glaskörper mit erhöhter Festigkeit

Die Erfindung betrifft Glaskörper jeglicher Gestalt, beispielsweise in Form flacher Scheiben oder in dreidimensionaler Form größerer
Dickenabmessungen.

Solche Glaskörper verlangen bei zahlreichen Anwendungen eine besonders hohe Festigkeit, insbesondere eine Oberflächenfestigkeit, Um diese zu erreichen, kommen chemische oder thermische Behandlungen in Betracht.

Bei der thermischen Härtung des Glases werden an der Oberfläche
Druckspannungen eingefroren, während im Kern aufgrund der niedrigeren Kühlrate Zugspannungen eingefroren werden. Die Breite der
Druckspannungszone beträgt etwa 1/5 der Glasdicke. Das thermische Härten ist jedoch auf Scheiben mit Dicken > 3 mm beschränkt.

Im Gegensatz zum thermischen Härten beruht das chemische Härten darauf, daß die Druckspannungen in der Glasoberfläche durch eine
Veränderung der Zusammensetzung des Oberflächenbereichs gegenüber dem Glasinneren erzielt werden. In den meisten Fällen wird diese
Veränderung durch einen Alkaliionenaustausch bei Temperaturen unterhalb der Transformationstemperatur Tg erreicht. Das Glas wird dabei in einer Kaliumnitratschmelze etwa 50 - 150°C unterhalb Tg mehrere Stunden behandelt. Durch den Austausch von Na gegen K entsteht eine
Druckspannungszone, deren Tiefe ca. 60 - 150 μm beträgt. Auch dieses

Verfahren ist deshalb auf dickere Gläser > 0,7 mm beschränkt. Außerdem muß nach dem chemischen Härten das Glas für optische oder elektronische Anwendungen unbedingt poliert werden. Dieser Prozeßschritt verteuert wiederum die Fertigung und führt bei dünnen Gläsern (< 0,3 mm) zudem zu hohen Verlusten wegen Bruch.

Für dünne Gläser, wie sie insbesondere für Displays oder zur
Datenspeicherung oder für elektronische Anwendungen eingesetzt werden, sind die genannten Verfahren deshalb nicht anzuwenden.

Bei einer geringen Dicke des Glases, insbesondere bei Dicken < 1 mm, oder aufgrund des Herstellungsprozesses bei dreidimensionalen
Glaskörpern scheiden die bisher bekannten Verfahren zur
Festigkeitserhöhung von Glas, wie das thermische und chemische Härten, aus, weil diese Verfahren zu zeitaufwendig sind, oder eine für optische, elektrische, elektronische und optoelektronische Anwendungen
unbrauchbare Oberfläche erzeugen, die mit einem aufwendigen
Polierverfahren nachgearbeitet werden muß. Insbesondere bei
Anwendungen, in denen sehr dünnes Glas (< 0,3 mm) eingesetzt wird, ist eine Erhöhung der Festigkeit besonders wichtig, da dieses sonst zu leicht zerbricht. Außerdem ist das thermische Härten nur bei Gläsern mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von > 7 ppm/°C möglich. Gerade in den o.a. Anwendungen werden aufgrund der geforderten thermischen Geometriestabilität Gläser mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von < 7 ppm/°C verwendet.

Die relativ geringe praktische Festigkeit von Glas im Vergleich zur theoretischen Festigkeit wird insbesondere durch Verletzungen und Defekte der Glasoberfläche verursacht. Daher liegt es nahe, die Oberfläche durch eine Beschichtung zu schützen. So beschreibt DE 36 15 227 A1 ein
Verfahren, mit dem Flachglas mit einem kratzfesten Splitterüberzug aus

Kunststoff beschichtet wird, wobei ein Kunststoffpulver auf der noch heißen Glasoberfläche aufgeschmolzen wird. Mit diesem Verfahren wird jedoch keine Oberflächengüte erreicht, die für Glassubstrate zur Verwendung in Displays oder für Datenträger ausreichend ist.

US-PS 5,476,692 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Festigkeit von Behältern aus Glas unter Verwendung eines organischen Harzes, welches durch Polymerisation auf dem Glas hergestellt wird. Mit diesem Verfahren wird zwar die Oberfläche des Glases geschützt und damit gegen Stoß und Druck von außen stabiler, aber eine Erhöhung der Glasfestigkeit durch den Aufbau einer Druck- oder Zugspannung in der Schicht oder im Glas ist nicht beschrieben.

Auch US-PS 5,455,087 beschreibt ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von Glasbehältern durch Polymerisation auf der Glasoberfläche. Auch hier wird die Erhöhung der Festigkeit lediglich durch die mechanische
Schutzwirkung erzielt und nicht, wie im erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben, durch eine mechanische Vorspannung der Polymerschicht. Auch auf die Bedeutung der Weiterreißfestigkeit der Polymere wird in den bisher vorhandenen Schriften nicht eingegangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Glaskörper jeglicher Art und Gestalt mit einer höheren Festigkeit auszustatten. Insbesondere soll eine hohe Oberflächenfestigkeit erzielt werden, bei möglichst geringem Herstellungsaufwand und niedrigen Herstellungskosten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Die Erfindung geht somit aus von einem Glaskörper, der aus einem.
Grundkörper sowie einer auf diesen aufgebrachte Schicht aufgebaut ist.

Dabei wird jedoch dafür gesorgt, daß die aufgebrachte Schicht unter einer definierten Druckspannung oder unter einer definierten Zugspannung steht.

Dabei hat die Schicht entweder eine ihr eigene Spannung, die bereits beim Aufbringen auf die Glasoberfläche wirksam wird, oder aber sie erhält diese

Spannung durch eine Nachbehandlung.

Beim Aufbringen einer Schicht, die unter Druckspannung steht, muß die von außen angelegte Zugspannung diese Druckspannung erst überwinden, bevor es zum Bruch des Glases kommt. Steht die aufgebrachte Schicht dagegen unter Zugspannung, wird im oberflächennahen Bereich des Glases eine Druckspannung erzeugt. Auch diese muß beim Anlegen einer äußeren

Zugspannung zunächst überwunden werden, bevor es zum Glasbruch kommt.

Diese definiert mechanisch vorgespannte Schicht kann aus organischen, anorganischen und organisch/anorganischen Materialien bestehen. Neben der mechanischen Vorspannung der aufgebrachten Schicht ist bei polymeren Schichten die Weiterreißfestigkeit des Polymers eine wichtige Größe, um die mechanische Stabilität des Polymer/Glasverbundes zu erhöhen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren gewährleistet also das ausgewählte Material, die Art und Weise der Beschichtung, bzw. eine geeignete Nachbehandlung die Erzeugung einer definierten mechanischen Schichtspannung. Als mögliche Verfahren zur Beschichtung können
Tauchbeschichtungen, Aufschleudern, Aufwalzen, Aufsprühen und
Vakuumverfahren, wie Sputtern, Plasmapolymerisation, oder
plasmaunterstützte chemische Abscheidungen aus der Dampfphase
(PECVD) eingesetzt werden.

Als Schichtmaterialien kommen somit alle Materialien in Frage, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt werden können. Als organische Polymere können Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere verwendet werden. So können Polymere wie z.B. Polyvinylalkohole, Polyacrylate, Polyarylate, Polyester, Polysilikone etc. oder auch sogenannte Ormocere und Nanopartikel enthaltende Materialien durch das erfindungsgemäße Verfahren so auf das Glas aufgebracht werden, daß definierte Zug- oder Druckspannungen eingestellt sind. Dies geschieht zum einen durch die

Auswahl des geeigneten Polymeres hinsichtlich Molekulargewicht, Hydrolysegrad, Reinheit, vernetzbare funktioneile Gruppen und durch eine entsprechende Nachbehandlung, welche thermisch oder photochemisch (z.B. UV-Härtung) oder autokatalytisch erfolgen kann. Die Erzeugung der Schichtspannung erfolgt hierbei durch die Trocknung und Vernetzung des Polymers. Dieser Prozeß beeinflußt auch die Weiterreißfestigkeit (ASTM D

264) des Polymers. Bei einer bevorzugten Ausführung liegt der Bereich der Weiterreißfestigkeit bei 10 N/mm in einer besonders bevorzugten liegt diese im Bereich von 11 - 15 N/mm. Werte über 10 N/mm bedeuten, daß es sich um sogenannte "kerbfeste" Elastomere handelt, die eine deutlich höhere Ein-und Weiterreißfestigkeit aufweisen als Standard produkte.

Um eine höhere Festigkeit und eine hohe chemische Beständigkeit zu erzielen, kann das Glassubstrat auch mehrfach beschichtet werden. So wird eine erste Schicht aufgebracht, die unter eine definierten Zug- oder
Druckspannung steht. Um diese mechanisch vorgespannte Schicht z.B. gegenüber Chemikalien resistenter zu machen, wird eine zweite Schicht aufgebracht, die diesen Schutz ausübt.

Mit dem Sputterverfahren ist durch eine geeignete Wahl der
Prozeßparameter ebenfalls die Einstellung einer bestimmten
Schichtspannung möglich. Hierfür kommen dann Materialien wie Metalloxide (z.B. Aluminiumoxid), Metallnitride (z.B. Aluminiumnitrid), Metalloxinitride (z.B. AlxOyNz), Metallcarbide, Metalloxicarbide, Metallcarbonitride,
Halbleiteroxide (z.B. Siliciumoxid), Halbleiternitride (z.B. Siliziumnitrid), Halbleiteroxinitride (z.B. SiOxNy), Halbleitercarbide, Halbleiteroxicarbide (z.B.

SiO-Py), Halbleitercarbonitride (z.B. SiCxNy) oder Metalle (z.B. Chrom) oder Gemische aus diesen Materialien in Frage. Plasmapolymere können aus einer Vielzahl von organischen und metallorganischen flüchtigen
Verbindungen erzeugt werden. Auch Plasmapolymere können je nach den Beschichtungsbedingungen mit einer definierten Zug- oder Druckspannung abgeschieden werden. Beim plasmagestützten Sputterprozeß und bei der Plasmapolymerisation erfolgt die Einstellung der Schichtspannung
insbesondere durch eine Biasspannung, die am zu beschichtenden Glas ' anliegt. Diese Biasspannung am Substrat kann erzeugt werden durch das Anlegen einer Gleichspannung, einer niederfrequenten Spannung, einer mittelfrequenten Spannung oder einer hochfrequenten Spannung am
Substrat.

Das Vakuum-Arc-Verfahren ist besonders gut geeignet, um Schichten mit hohen mechanischen Festigkeiten unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu erzielen.

Die Zug- oder Druckspannung der aufgebrachten Schicht liegt dabei im Bereich von 100 - 1000 MPa, vorzugsweise bei 200 - 600 MPa und besonders vorzugsweise bei 300 - 500 MPa. Das Glas kann dabei einseitig oder beidseitig beschichtet sein. Die Schichtdicke liegt, je nach
Schichtmaterial bei 0,05 - 50 μm. Bei Plasmapolymeren und aufgesputterten Schichten liegt die Schichtdicke vorzugsweise im Bereich von 0,05 - 0,5 μm und besonders vorzugsweise bei 0,1 - 0,3 μm. Bei den aus flüssiger Phase aufgebrachten polymeren Schichten liegt die Schichtdicke im Bereich von 0,5 - 50 μm und in einer besonders bevorzugten Ausführung bei 1 - 10 μm.

In einer besonders bevorzugten Ausführung wird die Beschichtung direkt nach der Heißformgebung, also am Glasband, durchgeführt. Dadurch kann eine zusätzliche Erhöhung der Oberflächenfestigkeit erreicht werden. Weil das Glas sofort nach der Fertigung mit einer schützenden Schicht versehen wird und so z.B. Kratzer oder Korrosionserscheinungen an der
Glasoberfläche verhindert werden.

Aufgrund der mechanischen Spannung im Schichtmaterial kommt der Haftung des Schichtmaterials auf dem Glas eine besondere Bedeutung zu.

Ist diese Haftung zwischen Schicht und Glas zu gering, löst sich die Schicht aufgrund der Schichtspannung vom Glas ab oder bekommt Risse. Für eine ausreichende Haftung der Schicht auf dem Glas ist es deshalb zweckmäßig, durch eine geeignete Vorbehandlung des Glases die Haftung der Schicht zu verbessern. Dies kann durch eine entsprechende Reinigung der
Glasoberfläche durch wässrige oder organische Lösungen erfolgen. Andere bekannte Verfahren zur Verbesserung der Haftfestigkeit von Beschichtungen aus Glas sind die Coronavorbehandlung. die Beflammung, die
Plasmavorbehandlung im Vakuum, die UV-Vorbehandlung, die
Ozonvorbehandlung, die UV/Ozon-Vorbehandlung. Zur Verbesserung der Haftung von Siliconpolymeren werden außerdem spezielle Haftvermittler wie z.B. Silanole, Hexamethyldisilazan, Aminosilane oder auch
Polydimethylphenylsiloxan eingesetzt.

Durch eine beidseitige flächige Beschichtung des Glases mit einer Schicht, die unter Zug- oder Druckspannung steht, kann so z.B. die
Oberflächenfestigkeit des Glases von 580 MPa auf 2.350 MPa erhöht werden, was im Bereich der intrinsischen Festigkeit liegt.

Wird nicht nur die Oberfläche eines ebenen Glassubstrates, sondern auch die Kanten eines Glassubstrates mit einer Schicht versehen, die unter mechanischer Druck- oder Zugspannung steht, so erhöht sich dadurch die Oberflächen- und die Kantenfestigkeit. Dies ist insbesondere bei dünnen Glassubstraten von < 0,3 mm von Bedeutung, da dort die Kanten nicht mit den üblichen Kantenbearbeitungsverfahren geschliffen werden können.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können nun insbesondere όünne Gläser mit einer Dicke von kleiner als 0,3 mm, bevorzugt Gläser mit Dicken im Bereich von 0,03 - 0,2 mm gehärtet werden und sind so auch für die Anwendungen einzusetzen, bei denen sonst nur Gläser mit Dicken von größer als 0,3 mm eingesetzt werden. Verwendet man zur Härtung des

Glases nach dem erfindungsgemäßen Verfahren transparente und wärmebeständige Materialien, so können diese Gläser als Substrate z.B. zur Herstellung von Displays wie LCDs oder PLEDs verwendet werden. So lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren stabile flexible Displays herstellen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung können diese Schichten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich zu ihrer festigkeitserhöhenden Wirkung noch weitere Funktionen erfüllen. Z.B. können sie zusätzlich als Diffusionssperre gegenüber leicht beweglichen Alkali-Ionen wirken oder als Reflexionsschichten für reflektive Displays.

Ist die Transparenz des Glassubstrats nicht erforderlich, so können auch metallische Schichten zum Erzeugen von Schichtspannungen verwendet werden. Besonders eignen sich Cr-Schichten, und Ta-Schichten in
α-Modifikation, die bei niedrigen Prozeßdrücken (< 4 μbaή und hohen

Abscheideleistungen abgeschieden werden.

Beim Sputtern von Cr oder Ta stellt man eine Zugspannung in der metallischen Schicht fest, die im wesentlichen vom Prozeßdruck während des Sputterns abhängt. Je niedriger der Prozeßdruck, desto höher die

Zugspannung aufgrund der höheren kinetischen Energie der aufgetragenen Schichtmoleküle. Bei Prozeßdrücken > 10 μbar wird die Schichtspannung verschwindend klein. Außerdem nimmt die Sputterrate aufgrund der geringeren lonenenergie der Ar+-lonen stark ab.

Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht bei der Herstellung von Datenträgern aus Glas, insbesondere sogenannten Hard Disks aus Glas. Um die mechanische Stabilität dieser Glas Hard Disks zu gewährleisten, werden diese meistens einer chemischen Härtung
unterzogen. Diese chemische Härtung hat jedoch einige Nachteile wie z.B. lange Prozeßzeiten, Verschmutzung der Oberfläche. Deshalb müssen die Glassubstrate für Hard Disks nach der chemischen Härtung poliert und gewaschen werden. Auch diese Prozesse sind sehr zeitaufwendig. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind diese Prozesse nicht mehr notwendig und das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gehärtete Glas kann ohne weitere Vorbehandlungen zur Herstellung von Hard Disks eingesetzt werden.

Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht bei der Herstellung von Leiterplatten, bei denen anstelle von Glasgewebe, eine dünne Glasfolie mit der Dicke von 30 - 100 μm eingesetzt wird. Hierbei wird durch die Beschichtung mit einem Epoxidharz und die nachfolgende
Aushärtung durch Belichtung oder Wärme eine vorgespannte Schicht auf dem Glas erzeugt und so dessen Oberflächenfestigkeit erhöht. Anschließend wird auf das so behandelte Glas eine Kupferfolie auflaminiert und durch Strukturierung des Kupfers und Bestückung mit weiteren elektrischen
Komponenten der elektrische Schaltungsträger erzeugt. Die
Oberflächenfestigkeit wird mit einem Ring-on-Ring Verfahren (ROR) in Anlehnung an DIN 52292 bzw. ENTWURF DIN 52300 gemessen. Die
Meßapparatur besteht aus zwei konzentrischen Stahlringen, einem Stützring (Radius 20 mm) und einem Lastring (Radius 4 mm). Eine quadratische Probe (50 mm x 50 mm) wird zwischen beide Belastungsringe gelegt und die Last auf das Glas über den oberen Lastring definiert erhöht. Es wird ein anisotroper Spannungszustand in der Dünnglasprobe erzeugt. Die Tests werden mit einer zeitlich linear ansteigenden Kraftwirkung durchgeführt, wobei eine kraftgesteuerte Streßrate von 2 MPa/s vorgegeben wird. Der Streß wird so lange erhöht, bis das Glas bricht.

Für die Berechnung der Bruchspannungen werden nichtlineare Kraft-Spannungszusammenhänge berücksichtigt. Die Bruchspannungen werden in der Einheit MPa angegeben und gemäß DIN 55303-7 ausgewertet. Die aus diesem Schätzverfahren berechneten Werte werden dann als
Festigkeitswerte der getesteten Gläser angegeben.

Zur Bestimmung von Schichtspannungen in metallischen oder oxidischen Dünn- und Dickschichten stehen verschiedene Meßmethoden zur Verfügung. Relativ einfach erfolgt diese Messung über die Verbiegung eines dünnen Glasstreifens, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet wird. Aus den mechanischen Grunddaten des Glases, dessen Geometrie, der gemessenen Verbiegung und der Schichtdicke wird die mechanische
Schichtspannung berechnet. Das Verfahren Ist in den Schriften

E.l. Bromley, J.N. Randall, D.C. Flanders and R.W. Mountain,
"A Technique for the Determination of Stress in Thin Films"
J. Vac. Sei. Technol. B 1 (4), Oct.-Dec. 1983, S. 1364-1366
und
H, Guckel, T. Randazzo and D.W. Burns
"A Simple Technique for the Determination of Mechanical Strain in
Thin Films with Applications to Polysilicon",
J. Appl. Phy. 57 (5), March 1985, S. 1671-1675
beschrieben.

Ausführungsbeispiele

1. Beschichtung mit Polyvinyialkohol direkt am Glaszug

Es wurde alkalifreies Borosilikatglas des Glastypes AF 37 der Firma Schott mit einer Dicke von 700 μm mit Polyvinyialkohol (Mowiol der Firma Clariant; 10%ig in H20 gelöst,) während des Glasziehprozesses (Down-Draw) beschichtet. Die Glastemperatur betrug ca. 80°C, als der Polyvinyialkohol (Viskosität 1100 mPas) beidseitig (Ober- und Unterseite) aufgesprüht und bei 180°C in einem Ofen ca. 15 sec. getrocknet wurde, während des On-Iine Prozesses. Die Zugspannung betrug 0,6 GPa, die Schichtdicke 10 μ . Die Oberflächenfestigkeit des selben Glases ohne Beschichtung betrug 512 MPa, während das Glas mit der oben erwähnten Beschichtung intrinsische Festigkeit hatte, die mit 2.350 MPa gemessen wurde.

2. Beschichtung von Glassubstraten mit Polyvinyialkohol

Es wurde alkalihaltiges Borosilikatglas (D 263 der Firma Schott Displayglas GmbH) Größe 100 x 100 mm und der Dicke 0,4 mm mit einem
Polyvinyialkohol (Mowiol der Fa. Clariant, 16%ig in H20) bei
Raumtemperatur mit einem Schleuderverfahren (2000 min"1, Viskosität 250 mPas) beschichtet und bei 180°C 10 min. getrocknet. Die Schichtdicke betrug 20 μm. Bei einseitiger Beschichtung betrug die Oberflächenfestigkeit 706 MPa (bei einer Zugspannung von 0,2 GPa) und bei zweiseitiger Beschichtung (Tauchverfahren) 924 MPa (Zugspannung 0,26 GPa). Die unbeschichteten Proben hatten eine Oberflächenfestigkeit von 579 MPa.

3. Beschichtung von Glassubstraten mit einem Silicon-Elastomer

Es wurde alkalihaltiges Borosilikatglas (D 263 der Firma Schott Displayglas GmbH, Größe 100 x 100 mm) der Dicke 0,2 mm mit einem
Polydimethylsiloxan (Elastosil® der Firma Wacker) mit einem Tauchverfahren

(Viskosität 70.000 mPas, Ziehgeschwindigkeit 50 cm/min) beschichtet und bei 180°C 10 min. getrocknet. Die Schichtdicke betrug 40 μ , die
Weiterreißfestigkeit des Polymers liegt bei 12 N/mm. Die Zugspannung betrug 0,14 GPa, während die Oberflächenfestigkeit 722 MPa aufwies. Die unbeschichtete Referenz hatte Oberflächenfestigkeiten von 404 MPa.

4. Beschichtung mit einem Siliconharz

Es wurde alkalihaltiges Borosilikatglas (D 263 der Firma Schott Displayglas GmbH, Format 100 x 100 mm) der Dicke 0,1 mm mit einem
Alkylphenylsiliconharz Silres® (40% Lösung in Xylol) der Firma Wacker einseitig beschichtet mit einem Schleuderverfahren (4000 min"1, Viskosität 60 mPas) und bei 200°C 15 min. gestrocknet. Die Schichtdicke der Proben
betrug 8,7 μm. Die Zugspannung betrug 0,21 GPa und die
Oberflächenfestigkeit 733 MPa, während die unbeschichteten Proben eine ' Oberflächenfestigkeit von 426 MPa aufwiesen.

5. Beschichtung mit einem SiCxOyHz-Plasmapolymer

Mit einem Niederdruckplasma-Verfahren wurde Borosilikatglas (D 263 der
Firma Schott Displayglas GmbH, Glasdicke 0,4 mm, Format 200 x 200 mm) mit Hexamethlydisiloxan (HMDSO) als Monomer beschichtet. Hierbei wurde ein Parallelplattenreaktor verwendet, wobei die untere Elektrode mit einem
Hochfrequenzgenerator (13,56 MHz) verbunden wurde. Die angelegte HF- Leistung an der Elektrode betrug 300 Watt, die ebenfalls an dieser Elektrode anliegende Bias-Spannung lag bei - 300 V. Nach 30 Minuten betrug die
Schichtdicke 0,6 μ . Es wurde eine SiCxOy-Schicht erzeugt, die eine
Druckspannung von 0,3 GPa hatte. Die Oberflächenfestigkeit der
beschichteten Proben betrug 1420 MPa, während die unbeschichteten
Proben eine Oberflächenfestigkeit von 579 MPa besaßen.

6. Beschichtung mit einem SiCxN Hz-Plasmapolymer

Borosilikatglas (D 263 von Schott Displayglas GmbH, Format 150 x 150 mm, 400 μm Dicke) wurde mit einem Hochfrequenz-Niederdruckplasma in einem Parallelplattenreaktor eine 0,42 μm dünne SiCxNyHz-Schicht aus
Tetramethylsilan (TMS) und Stickstoff erzeugt. Die Abscheidungsdauer
betrug 20 Minuten. Der Druck lag bei 0,11 mbar. Es wurde ein Flow von 5 sccm (Standardcubiccentimeter pro Minute) TMS und 24 sccm Stickstoff
eingestellt. Der Prozeßdruck lag bei 0,2 mbar. Die Druckspannung der
Plasmapolymerschicht betrug 0,6 GPa. Die Oberflächenfestigkeit betrug 1120 MPa, während die unbeschichteten Proben eine Oberflächenfestigkeit von 579 MPa hatten.

7. D 263-Glas / Siliconharz-/ Silicon-Elastomer-Verbund

Verwendet wird eine Glasfolie der Größe 100 x 100 mm des Glastypes D 263 (Firmenschrift der Fa. Schott-pesag) als Glassubstrat mit einer Dicke von 100 μm, das mit dem Down-Draw-Verfahren hergestellt wird. Die Festigkeit dieser Glassubstrate beträgt ca. 470 MPa. Das Glassubstrat wird mit einem Schleuderverfahren (5000 1/min) mit einem
Methylphenylsiliconharz (Produktname Silres® der Fa. Wacker-Chemie GmbH, Siliconharz/Xylollösung Masseverhältnis 1:3) beschichtet und anschließend bei 220°C 15 min in einem Umluftofen getrocknet. Die
Schichtdicke beträgt 4,5 μm, die Zugspannung 0,21 GPa und die
Oberflächenfestigkeit ca. 980 MPa. Da die Siliconharze eine geringe chemische Beständigkeit u.a. gegenüber Ketonen aufweisen, wird eine zweite Schicht aufgetragen. Die Siliconharz-beschichteten Glassubstrate werden mit einem Silicon-Polymerfilm auf Basis von Polydimethylsiloxan (Produktname Elastosil® der Fa. Wacker-Chemie GmbH, Viskosität 70000 mPas) mit einem Schleuderverfahren (5000 1/min) beschichtet und bei

200°C 20 min in einem Umluftofen getrocknet. Die Schichtdicke beträgt 45 μ . Mit der ersten Beschichtung wurde die Festigkeit deutlich erhöht, und durch die zweite Beschichtung wurde die chemische Beständigkeit insbesondere gegenüber Ketonen verbessert.

8. Beschichtung mit einer amorphen Siliciumnitridschicht mittels
Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)

Substrat: AF45 0,7 mm x 400 x 400 mm von Schott
Displayglas Anlage: PI/PE-CVC-Reaktor Horizontalanordnung
mit Plasmakäfig
Plasmaanregungsfrequenz: 13,56MHz
Plasmaleistung: 40W
Temp.: T=300°C
Precursorgase: SiH4 65sccm, NH3 280sccm
Trägergase: N2 βOOsccm, H2 178sccm
Prozeßdruck: 890 bar
Schichtdicke: ~ 450 nm

Schichtspannung: σ « - 345 ... -380 MPa

Oberflächenfestigkeit ohne Beschichtung: σ0 « 540 MPa
Oberflächenfestigkeit mit Beschichtung: 'OS 950 MPa

Beschichtung mit einer Siliciumoxidschicht (SiO durch
Aufstäuben (Sputtern, PVD, Phys. Vapor Deposition)

Substrat: D263 0,4 x 400 x 400 mm3 von Schott
Displayglas GmbH
Anlage: Vertikale In-Line Sputteranlage mit
wassergekühlter Magnetronkathode und
HF-Plasmaerzeugung
Quelle: 2 x lineare wassergekühlte
Magnetronkathoden 488 mm breit mit
Zwischenkühlzone
Volloxidiertes Quarzglastarget
Plasmaanregungsfrequenz: 13,56 MHz
Plasmaleistung: 2500W
Substrattemperatur: 250°C
Trägergase: Ar 40sccm, Kr 5sccm, 02 x sccm Fahrgeschwindigkeit: 0,1 m/min
Prozeßdruck: 2,9 μbar
Schichtdicke: ~ 280 nm

Schichtspannung: σs » - 180 . .. -250 MPa

Oberflächenfestigkeit ohne Beschichtung.; .:'"■" σ0 « 579 MPa
Oberflächenfestigkeit mit Beschichtung: σ 'nOSς « 722 MPa

10. Beschichtung von Glassubstraten mit Aluminiumoxid (AlOJ durch Aufstäuben (Sputtern, AVD Phys. Vapor Deposition)

Substrat: D263 0,4 x 400 x 400 mm3
Anlage: Vertikale In-Line Sputteranlage mit
wassergekühlter Magnetronkathode und
HF-Plasmaerzeugung
Quelle: 2x lineare Magnetronkathode 488 mm breit
Al203-Target
Plasmaanregungsfrequenz: 13,56 MHz
Plasmaleistung: 2x2500 W
Trägergase: Ar 50sccm, Kr 5sccm, 02 5sccm
Substrattemperatur: 250°C
Fahrgeschwindigkeit: 0,15m/min
Prozeßdruck: 3,2 ibar
Schichtdicke: ~ 280 nm

Schichtspannung: σs « - 250 -330 MPa

Oberflächenfestigkeit ohne Beschichtung: σ0 « 579 MPa Oberflächenfestigkeit mit Beschichtung: 'os 754 MPa

11. Aufbringen von Cr durch Sputtern im Magnetron-Feld

Substrat: AF 45 0,7 mm Dicke 400 mm
Glasbandbreite von Schott Displayglas

Anlage: Vertikale Irt-Line Sputteranlage mit
wassergekühlter Magnetronkathode und
DC-Plasmaerzeugung
Quelle: Lineare Magnetronkathode 488 mm breit
Cr-Target
Plasmaanregungsfrequenz: 13,56 MHz
Plasmaleistung: 4 kW
Trägergase: Ar 40 sccm
Prozeßd uck: 2,6 μbar, Druckerhöhung zur
Plasmazündung auf ~ 15 μbar
Schichtdicke: ~400nm

Schichtspannung: 350 ... - 400 MPa

Oberflächenfestigkeit ohne Beschichtung: 515 MPa
Oberflächenfestigkeit mit Beschichtung: σos « 1520 MPa

12. Beschichtung von Glassubstraten mit Aluminiumoxid (AI2O3) durch Aufdampfen im e-Beam-Verfahren

Substrat: D263 0,4 x 50 mm x 50 mm
Anlage: Vakuumbedampfungsanlage mit
Planetenaufhängung
Quelle: Balzers e-Beam auf Al203, Quellabstand
450 mm Restgasdruck: 10"5mbar
Schichtdicke: ~300nm

Schichtspannung: σs « 225 -255 MPa (Druckspannung)

Oberflächenfestigkeit ohne Beschichtung: σ0 « 404 MPa
Oberflächenfestigkeit mit Beschichtung: - " σos « 631 MPa

13. Beschichtung von Glassubstraten mit Siliconharzen

Es wurde ein alkalihaltiges Borosilikatglas (D263 T der Firma Schott
Displayglas GmbH, Format 100 x 100 mm) der Dicke 0,1 mm mit einem methylgruppenhaltigen Polysiloxan Silres® der Firma Wacker in Xylol gelöst (55 % Lösung) und filtriert. Anschließend wird eine 5%ige Lösung von F 100 (Fa. Wacker) in Xylol zur schnelleren Vernetzung der Polysiloxanlösung zugefügt und mit einem Magnetrührer verrührt. Die Gläser werden mit der Polymerlösung mit einem Schleuderverfahren (1000 min'1) beschichtet und bei 230° C 60 min in einem Umluftofen getrocknet. Die Schichtdicke der Probe betrug 5,3 μm. Die Zugspannung betrug 0,19 GPa und die
Oberflächenfestigkeit 814 MPa, während die unbeschichteten Proben eine

Oberflächenfestigkeit von 426 MPa aufwiesen.

14. Beschichtung von Glassubstraten mit Acrylat-Epoxy- Polymergemisch

Es wurde ein alkalihaltiges Borosilikatglas (D263 der Firma Schott
Displayglas GmbH, Format 100 x 100 mm) der Dicke 0,1 mm mit einem Polymergemisch aus Polyacrylat und Polyepoxid der Firma Clariant zweiseitig beschichtet (Schleuderverfahren 800 min"1) und bei 230° C 30 min in einem Umluftofen getrocknet. Die Schichtdicke der Probe betrug 3,5 μm, die Zugspannung 0,18 GPa und die Oberflächenfestigkeit 790 MPa, während die unbeschichteten Proben eine Oberflächenfestigkeit von 426 MPa aufwiesen.

15. Beschichtung mit Polurethanharz
15.1 2-K-System
Es wurde ein alkalihaltiges Borosilikatglas (D263 der Firma Schott
Displayglas GmbH, Größe 100 x 1Q0 mm) cler Dicke 0,2 mm mit einem Polyurethanlack (Desmodur/Desmophen, Fa. Bayer) im Spin-Coat Verfahren beschichtet. Die Viskosität des Harzsystems wurde mit einem unpolaren Lösungsmittel so eingestellt, daß bei einer Drehzahl von 2000 Rpm eine

Schichtdicke von 5 μm resultierte. Das System wurde 10 min bei 120° ausgehärtet. Die Zugspannung betrug 0,17 GPa und die
Oberflächenfestigkeit 683 MPa, während die unbeschichteten Proben eine Oberflächenfestigkeit von 404 MPa aufwiesen.

15.2 1-K-System
Es wurde ein alkalihaltiges Borosilikatglas (D263 der Firma Schott
Displayglas GmbH, Größe 300 x 400 mm) der Dicke 0,2 mm mit dem 1-K-PU-Lack Coetrans (Fa. Coelan) im Sprühverfahren beschichtet. Der Lack wurde mit MIBK auf einen Festkörpergehalt von 20 % verdünnt. Der Lack wurde mit einer Luftzerstäuberdüse aufgetragen (Luftdruck 2 bar), die Schichtdicke betrug 20 μm. Die Beschichtung härtet bei Raumtemperatur durch Reaktion mit Luftfeuchtigkeit innerhalb 1 h aus. Die Proben hatten eine Zugspannung von 0,15 GPa und eine Oberflächenfestigkeit von 679 MPa, während die unbeschichteten Proben eine Oberflächenfestigkeit von

404 MPa aufwiesen.

15.3 Beschichtung mit wässrigen PU-System
Es wurde ein alkalihaltiges Borosilikatglas (D263 der Firma Schott
Displayglas GmbH, Größe 100 x 100 mm) der Dicke 0,2 mm mit dem wässrigen Lacksystem Hydroglasur (Fa. Diegel) im Sprühverfahren beschichtet. Der Sprühdruck betrug 3 bar, der Düsendurchmesser 0,8 mm. Je nach Auftrag wurden Schichtstärken zwischen 5 und 15 μm erhalten, wobei die Zugspannung 0,18 GPa und die Oberflächenfestigkeit 752 MPa betrug, während die unbeschichteten Proben eine Oberflächenfestigkeit von 404 MPa aufwiesen.

16. Beschichtung mit Epoxid-Harz

Es wurde ein alkalihaltiges Borosilikatglas (D263 der Firma Schott
Displayglas GmbH, Größe 100 x 100 mm) der Dicke 0,2 mm mit dem 2 K- Epoxid Stycast 1269 A (Fa. Grace) im Spin-Coat-Verfahren (1500 s"1) beschichtet und 3 h bei 120° ausgehärtet. Die Schichtdicke betrug 7,2 μm, die Zugspannung 0,18 GPa und die Oberflächenfestigkeit 748 MPa
(Oberflächenfestigkeit der unbeschichteten Referenz 404 MPa).

17. Beschichtung mit Silikon-Elastomer (platinkatalysiert- additionsvernetzend)

Es wurde ein alkalihaltiges Borosilikatglas (D263 der Firma Schott
Displayglas GmbH, Größe 100 x 100 mm) der Dicke 0,2 mm mit einem additionsvernetzendem Silikon im Spin-Coat-Verfahren (1300 s"1)
beschichtet. Die Beschichtungslösung hatte folgende Rezeptur:
10,0 g Vinylsiloxan
0,4 g Vernetzer
0,1 g Platin-Katalysator
5,0 g Ethylacetat
Nach dem Aufschleudern wurde die Beschichtung unter einem IR-Strahlenfeld innerhalb von 5 sec ausgehärtet und es wurde eine
Schichtdicke von 9,7 μm erreicht. Die Zugspannung der beschichteten Proben betrug 0,19 GPa und die Oberflächenfestigkeit 783 MPa, während die unbeschichteten Proben eine Oberflächenfestigkeit von 404 MPa aufwiesen.

18. Beschichtung mit UV-aushärtenden Systemen

Es wurde ein alkalihaltiges Borosilikatglas (D263 der Firma Schott
Displayglas GmbH, Größe 100 x 100 mm) "der Dicke 0,2 mm mit UV-aushärtenden Lacksystemen im Spin-Coat-Verfahren (1300 s"1) beschichtet. Die Lacksysteme waren zum einen auf Acrylat- und zum anderen auf Epoxidbasis. Die Aushärtung dieser Lacksysteme erfolgte mit einer
Fusionlampe (Lampentyp H) und einer Leistung von 180 W/cm2, die mit einer Geschwindigkeit von 6 m/min über die beschichteten Proben geführt wurde. Die Dicke der Acrylatbeschichtung betrug 7,6 μm (Zugspannung 0,2 GPa, Oberflächenfestigkeit 658 MPa). Die Oberflächenfestigkeit der unbeschichteten Referenz hatte 404 MPa.