耐刮玻璃件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種耐刮玻璃件以及一種用于制造玻璃件的耐刮表面的方法。
【背景技術】
[0002]光磁的存儲介質由EP O 233 062 A2已知并且其中包括一種玻璃襯底，在該玻璃襯底上具有保護層，在保護層上有光磁存儲層，而在光磁存儲層上又有保護層。保護層包含組分S1、Al、O和N的多種化合物，包括AlSiN和A1N。
[0003]在US 4 957 604公開薄X射線無定形鋁氮化物覆蓋層或鋁硅氮化物覆蓋層的制造方法，其中規定了用于噴涂方法的處理參數。
[0004]在本申請的范圍中，“玻璃件”的定義應也包括玻璃陶瓷件，特別是用于爐灶面的玻璃陶瓷板。其他的應用包括承受高溫負荷的玻璃板，諸如壁爐或烤箱的窗，還包括此外暴露到非常低溫的板，如車輛、飛行器或輪船的窗。另一個應用領域包括耐刮觀察窗以及例如其中物品在可視窗上滑動的掃描支付儀或類似裝置的蓋。
[0005]EP I 705 162 Al公開一種很硬的兩相涂層作為結晶物質和無定形襯底的基質，其同時沉積在襯底上并且由此充分混合。該層至少相對于可見光是透明的。無定形物質是氮化硅Si3N4。上述結晶物質包括氮化鋁A1N、氮化硼BN、氮化鎵GaN和氮化銦InN以及其合金。該層具有低的膨脹系數，由此當涂覆在劇烈熱膨脹的襯底、例如窗玻璃上時導致形成裂紋和層離現象。
[0006]DE 10 2007 033 338 B4公開一種涂布有硬質材料的玻璃件或玻璃陶瓷件，其包括在其上沉積具有X射線無定形結構形態的氮化硅層的玻璃襯底或玻璃陶瓷襯底。該氮化硅層在>10瓦/cm2、優選至少12瓦/cm2靶材表面積的功率下通過濺射而沉積。該氮化硅層可在硅中摻雜有5至10原子數％的鋁。測得的維氏硬度在2000和3000之間。然而在實踐中發現，該涂層的化學穩定性不令人滿意。在應用為爐灶面的保護層情況下，當鹽水落到表面上并且在400至600°C蒸發時就顯示出所述缺陷。這樣會破壞SiN鍵并且產生具有S1的位置，這些位置可能與Na離子聯系在一起，這樣水的燒入(burn-1n)會伴隨著涂層明顯的外觀變化。Al摻雜層的另一個缺陷在于，當其涂覆在具有相比于摻雜層的低熱膨脹系數較高的熱膨脹系數(CTE)的襯底上時具有層離的危險。
[0007]雖然通過也摻雜有AlN的SiN涂層可以實現非常高的硬度，但已顯示出該表面在電子顯微鏡下觀察具有粗糙的紋理。這種表面表現得很鈍并且物體不能夠在這種覆蓋層上容易地拉動。這表現為增大的靜摩擦。這在爐灶面中由于鍋具的移動而不利，或者在掃描支付儀中由于物體在表面上的滑移而不利。

【發明內容】

[0008]本發明的目的在于，提供一種透明的耐刮層，該耐刮層與所述現有技術相比具有明顯改善的化學穩定性以防止鹽水燒入(burn-1n)并且相對于在其上移動的物體具有改善的滑移性能。該透明的耐刮層還應當能夠更好地附著在襯底上，該襯底選自大量的玻璃種類。與SiN涂層系統相比，還進一步改善耐刮效果。
[0009]通過獨立權利要求的特征實現所述目的。
[0010]根據本發明，在玻璃或玻璃陶瓷襯底上通過沉積法涂覆AlSiN覆蓋層。該覆蓋層由無定形、特別是X射線無定形AlSiN層構成，該層的Al:Si混合比例在20:80至95:05原子數％的范圍中，優選在40:60至85:15原子數％的范圍中，并且最優選在50:50至75:25原子數％的范圍中。表面粗糙度為Ra〈l.5nm，優選Ra〈l.0nm。由此實現在覆蓋層上滑動的物體的期望的滑移性能并且還獲得良好的耐刮效果。
[0011 ] 除了純AlSiN層之外，AlSiN覆蓋層還指這樣一個層，該層可以包括少量的其他層組分。特別地，這種層可以是氮化物層，其中Al和Si相對于可能包含的其他組分而占主導地位。優選地，基于摩爾含量，Al和Si占層氮化的組分的至少2/3。
[0012]根據本發明的耐刮玻璃件可以形成為用于爐灶面的玻璃陶瓷板形式，或者形成為用于壁爐和烤箱以及用于車輛、飛行器或輪船的玻璃窗，或者形成為掃描支付儀蓋的形式，或者形成為觀察窗或顯示屏蓋形式。這種顯示屏特別也可以為觸摸屏，例如用于移動電話、平板電腦和其他的手持電子設備。在此情況下，根據本發明的覆蓋層實現了高的耐刮性和耐磨損性。
[0013]對此可以應用各種沉積法，例如化學氣相沉積法CVD、和物理氣相沉積法PVD和溶膠-凝膠法來制造AlSiN覆蓋層。然而優選地，濺射法、特別為高功率脈沖磁控濺射法HiPIMS (high power impulse magnetron sputtering)、也稱為HPPMS法(high power pulsemagnetron sputtering)。該方法允許在至少100瓦/cm2革E材表面積的革E材上高功率密度。優選的功率范圍在100和2000瓦/cm2之間。脈沖的重復頻率在500Hz和1KHz之間的范圍中。脈沖也能夠作為脈沖間隔之間的脈沖鏈發射。可選地，在脈沖鏈之后的脈沖間隔期間，在靶材和襯底之間可維持數百伏的電壓，該電壓可以是直流電壓或交流電壓，從而保持濺射設備中的等離子態。濺射設備的處理壓力保持在相對低的值(典型地< 5x10 3mbar)，這與上述手段共同作用導致沉積的AlSiN層的非常致密且平坦的結構。
【附圖說明】
[0014]下面參考附圖描述本發明的示例性實施例。其中:
[0015]圖1示出了用于制造根據本發明的覆蓋層的濺射設備；
[0016]圖2示出了根據本發明的覆蓋層的一個放大部分的掃描顯微圖；
[0017]圖3示出了現有技術的覆蓋層的掃描顯微圖；
[0018]圖4示出了根據本發明的覆蓋層中的缺陷表面積和表面粗糙度之間的關系圖，
[0019]圖5示出了在玻璃陶瓷上、在摻雜Al的SiN層上以及在根據本發明的覆蓋層上的靜摩擦；
[0020]圖6示出了根據本發明的覆蓋層的X射線衍射圖；
[0021]圖7示出了現有技術的層的X射線衍射圖；
[0022]圖8示出了根據本發明的覆蓋層中的缺陷數量圖；
[0023]圖9示出了現有技術的覆蓋層中的缺陷數量圖；
[0024]圖10示出了根據本發明的覆蓋層的光譜反射率圖；
[0025]圖11示出了現有技術的覆蓋層的光譜反射率圖；以及
[0026]圖12至14示出了根據本發明的涂布玻璃件的不同示例性實施例。
【具體實施方式】
[0027]圖1示出了一種濺射設備的示意圖。設置穿過設備的輸送裝置，該輸送裝置在裝載裝置I上裝載襯底。該襯底抵達裝載室2，該裝載室抽真空至真空水平(< 1x10 4mbar)。隨后將襯底輸送至同樣抽真空的加熱室3中，并且在限定溫度(例如300°C )下保持預設的時間段。之后將襯底輸送至處理室4，該處理室包括至少一個具有待濺射材料的靶材40。在本發明的情況下，使用Al和Si合金靶材，其中Al: Si的混合比例為20:80至95:05原子數％，優選為40:60至85:15原子數％，并且最高優選為50:50至75:25原子數％。該一個或多個靶材用40表示。處理氣體、通常為氬氣(Ar)進入處理室4中，從而在處理室中達到1.0x10 3至5.0x10 3mbar范圍的常規處理壓力。在革E材上施加負電壓，從而啟動處理室中的等離子體。由此激發了濺射處理，該濺射處理導致材料從靶材轉移到襯底上。處理中的平均功率密度可以為大約lOW/cm2。也可以采用公知為HiP頂S法或HPPMS法的較高功率密度噴涂處理。在濺射中，以可控方式供應氮氣(N)作為反應氣體，從而在襯底上形成AlSiN覆蓋層。在該程序中，襯底可以重復移動經過一個或多個靶材，直到獲得期望的層厚。
[0028]隨后，使涂布襯底移動穿過卸載室5，該卸載室在相對于處理室4密封之后進行通風，隨后通過卸載裝置6取出產品。
[0029]圖1的示意圖還示意性地示出了電源和脈沖單元10以及控制器11，用于可控地供給施加在靶材和襯底或襯底保持器之間的電壓。濺射設備的其他細節對于專業人員來說是熟知的并且在圖1中沒有示出。
[0030]圖2示出了根據本發明的物體的涂布表面的一個2 μ m乘2 μ m大小的正方形放大圖，其中該覆蓋層具有大約50:50原子數％的Al:Si比例。明暗值表示10.0nm至0.0nm的比例。圖2包括一個表，該表包含從0.4到1.2nm的平均粗糙度Ra[nm]的測量值、以及從0.5到1.5nm的均方根粗糙度RMS[nm]的測量值。這些測量值通過原子力顯微鏡(AFM)獲得。因此層具有極光滑且平坦的結構形態。層越光滑，就有越少的作用點抵抗外部物體、例如磨料顆粒。因此，光滑的表面比相同表面硬度的粗糙表面更耐刮。異物可在光滑的表面上輕松滑落并且不會附著在層表面的突起或凹陷處。比較測試已表明，Ra>l.5nm的粗糙度導致易刮性明顯提高。因此特別是具有Ra〈l.5nm的粗糙度、優選具有Ra〈l.0nm的鍍層特別不易刮傷。
[0031]圖3示出了包括摻雜10原子數％ Al的SiN層的比較試樣的一個2μπι乘2μπι的放大圖。該試樣也通過原子力顯微鏡進行掃描。明暗值表示15.0nm到0.0nm的比例。除了結構形態還示出測量的粗糙度值RMS和粗糙度Ra。平均粗糙度Ra為1.3至1.9nm并且均方根粗糙度RMS為1.6至2.4nm。
[0032]粗糙度值此外影響覆蓋層的缺陷表面積大小。圖4示出Al:Si比例為大約50:50原子數^^^AlSiN覆蓋層的缺陷表面積和粗糙度值之間的關系。橫坐標示出處理氣壓P (單位為Pa)，而左邊的縱坐標表示相對缺陷表面積ΔΑ/Α。(單位為％)并且右邊的縱坐標表示平均粗糙度Ra(單位為nm)。該圖表示出，低的處理氣壓有利于實現低的粗糙度值。
[0033]對于AlSiN覆蓋層在爐灶面內的應用來說重要的是，鍋具可以容易地在爐灶面上移動。這種鍋具特別是由不銹鋼構成。圖5示出了不同爐灶面實施例下相對于不銹鋼的靜摩擦μ的柱形圖。左邊的試樣I指的是未涂布的玻璃陶瓷，中間的試樣2指的是玻璃陶瓷上涂布有AlSiN覆蓋層，而右邊的試樣3指的是玻璃陶瓷上涂布有摻雜10原子數％ Al的SiN層。柱形表示多次測量的平均值。由圖可見，在爐灶面應用領域中，根據DE 10 2007033 338 Β4摻雜鋁的SiN涂層在靜摩擦方面不如根據本發明的涂層。
[0034]就具有摻雜鋁的SiN的涂層而言，當應用在爐灶面中時還具有另一個缺點，即，在爐灶表面中具有鹽水燒入的危險。因為當鹽水在爐灶面上蒸發時水破壞Si和N之間的鍵，這可能產生S1位置，Na離子會附著在這些位置上。這會造成在爐灶面上的SiN層的明顯的、不期望的光學變化。
[0035]如前所述，根據本發明的AlSiN涂層還可以包含其他的層組分。但是，對于可選的其他組分，Al和Si占主要地位。在不局限在所示實施例的情況下，這些層組