本发明专利技术涉及包含由玻璃或玻璃陶瓷制成的基底的产品，所述基底能够暴露于最高达700℃的高温范围中，并且至少在其一个表面上设有自洁式的和/或防污的层以用于提高可洁性，该层耐高温，同时还耐机械应力。本发明专利技术的层在至少部分纳米结晶的结构中包含元素Hf、Y、Zr或Ce的金属氧化物中的至少一种作为基体材料，并且包含元素Ca、Ce、Y、K、Li、Mg、Sr或Gd中任一种的至少一种其它金属阳离子。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及包含由玻璃或玻璃陶瓷制成的基底的产品，所述基底能够暴露于最高达700℃的高温范围中，并且至少在其一个表面上设有自洁式的和/或防污的层以用于提高可洁性，该层耐高温，同时还耐机械应力。本专利技术的层在至少部分纳米结晶的结构中包含元素Hf、Y、Zr或Ce的金属氧化物中的至少一种作为基体材料，并且包含元素Ca、Ce、Y、K、Li、Mg、Sr或Gd中任一种的至少一种其它金属阳离子。【专利说明】具有高温稳定低能层的玻璃或玻璃陶瓷产品
本专利技术涉及一种包含玻璃或玻璃陶瓷基底的产品，所述基底能够暴露于最高达700°C的高温范围，并且至少在其一个表面上设有自洁式的和/或防污的耐高温层以用于提高可洁性。
技术介绍
为基底表面提供自洁式层或防污层是公知的。为玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷或金属材料的表面提供防污和/或防水层以实现改进的可洁性也同样是已知的。在将基底暴露于升高的温度例如在200°C到高于350°C的范围内，以及暴露于很大的机械应力时，对所述层的功能性和耐用性提出特别的挑战。例如当所述基底是用作炉灶面的玻璃陶瓷基底时，就有这样的情况。通过产生低表面能可以产生出层的防污效果。这种层的特征例如在于与水的接触角免大于约90°，因此所述层是疏水的。低表面能可以例如通过有机氟层体系产生。DE10236728和U.S.5726247公开了用于产生这样的层的液相方法，U.S.5380557公开了用于产生这样的层的气相方法。以这种方式产生的层与水的接触角P可大于约90°，特别是P还可大于100°。其结果是，这些层的表面能的极性分量低于2mN/m，并且色散分量低于20mN/m。基于有机体系的层的缺点在于，它们仅在最闻达到最大值350°C的温度范围内表现出长期耐热性。特别是在有机氟体系的情况下，在高于约200°C的温度下，存在释放出有害物质的风险。 而且，这样的层不耐机械磨损，例如由于磨耗，其可能导致形成划痕或其它表面损伤。通过利用荷叶效应，可以产生具有超疏水性质的图案化层。这些层与水的接触角P > 100°。这些体系也不具有足够的机械强度。因此，已证明这些已知的层不适合用于特定的应用，例如如果所述基底持久经历加热和冷却循环，并同时被暴露在最高达400°c的温度范围，或甚至是暴露于最高达700°C的短期峰值温度，这正是例如用作炉灶面的玻璃陶瓷产品所面临的情况。也可以通过热催化式活性层产生自洁式效果。在这种情况下，自清洁的强度随温度升高和时间增加而提高，清洁效果最终基于污染物的氧化分解。例如，DE102008039684公开了基于锂化合物的热催化式有效涂层。其缺点在于，氧化分解的效果仅在约350°C至400°C的温度而且仅在相对长的约I小时的保持时间之后开始。这些无机层可能在机械上很稳定并且可能具有相对高的热稳定性。然而，这样的层，特别是无机氧化物材料体系，通常不是疏水的或甚至超疏水的。例如，ZrO2与水的接触角P约等于50°，因此仅具有轻微的防污效果。所以，既在机械上稳定又耐高温而且还具有疏水性质的层尚属未知。
技术实现思路
本申请的专利技术人已经认识到这些缺点并给自己设定如下任务，即开发高度耐热同时还长期耐受外部磨损例如划痕或划纹的层，而且所述层的特征在于好得多的可洁性。在室温下以及在约250°C或350°C的温度下烘烤以后，在这两种情况下都应该能够容易且安全地除去有机污染物的污染。特别地，典型的食物污染例如由松软干酪、番茄酱、加工干酪、酱油、色拉油、或者鸡蛋和酱油的混合物造成的污染，应该能被容易的除去。可以用如下形成的污染来测试可洁性，例如将30ml的3.5%牛奶在涂覆的基底上加热至400°C并维持30分钟，重复四次。也可以用如下形成的污染来测试可洁性，例如将50质量％的酱油和50质量％的葵花籽油的2g混合物在涂覆的基底加热至230°C并维持30分钟，重复四次。仅通过用水浸泡并使用湿海绵机械擦拭进行清洁。理想地，根据本专利技术的层在约400°C的温度范围内以及最高达700°C范围内的峰值温度下应该高度耐热，而且根据本专利技术一种实施方式的层应该在最高达400°C范围内的温度下表现出高抗热震性。所述层决不能给所述基底的几何形状带来任何重大改变，特别是在应该维持平面基底例如玻璃陶瓷炉灶面的情况下的平整性。耐机械磨损性例如耐磨耗性应该至少和上述方法中的一样有效，S卩，本专利技术层的增强的温度稳定性和可洁性不应该在机械强度方面具有任何不良影响。理想地，根据本专利技术的层的性质应优选在整个10年产品寿命期内得以保留。根据本专利技术的又一另外的实施方式，所述层应该具有至少45%的辐射透射率。而且，所述层不应该改变所 述基底的视觉外观，也就是说，它应该无色且光学透明。然而，在根据本专利技术的一种特定实施方式中，需要基底外观上的视觉变化，以便与未处理过的基底相比，用所述层处理过的基底有显著的视觉差异。在温度应力之前或之后，所述层不应该经历任何胶粘强度上的变化，在加热前和加热后，可以根据DIN58196T6使用胶带试验按严重等级K2来检测所述胶粘强度。而且，对于常用的化学洗涤剂，例如Sidol?CERAN?清洁剂，当在室温下施加时以及在250°C下烘烤4小时的停留时间后，所述层应该耐化学腐蚀。根据本专利技术，通过包含如下玻璃或玻璃陶瓷基底的产品实现了这些目的，所述基底至少部分设有无机层，所述无机层具有形成所述产品的至少部分外表面的表面并且包括金属氧化物，其中所述层具有至少部分纳米结晶的结构并包含元素Hf、Y、Zr或Ce的金属氧化物中的至少一种作为基体材料,其中所述金属氧化物层包含元素Ca、Ce、Y、K、L1、Mg、Sr或Gd中任一种的至少一种其它金属阳离子，而且由于所述至少一种其它金属阳离子，所述金属氧化物层提供热催化功能。令人惊奇地，已发现根据本专利技术的层具有低能表面，所述层包含至少部分纳米结晶的无机结构且含有金属氧化物Zr02、CeO2, HfO2或Y2O3中的至少一种作为基体材料。此外，如上所示，根据本专利技术的层掺杂有或混合有热催化活性的阳离子。可以引入到所述层中的阳离子例如包括Ca、Ce、Y、K、L1、Mg、Sr和Gd。所述掺杂或混合可以达到最高达50摩尔％的量。令人惊奇地，即使当所述基体层掺杂有或混合有其它氧化物时，它仍然维持它的低表面能。本专利技术的无机层因此具有疏水性质和热催化性质两者，所述热催化效果在约325 0C的温度下就已经发生。根据本专利技术的层具有低表面能，例如极性分量〈10mN/m，特别是<5mN/m，以及色散分量<35mN/m，特别是<30mN/m。所述效果导致与水的接触角供> 80°，特别是f > 85°，由此所述层具有防污效果。用热催化活性阳离子进行掺杂还意味着氧化分解污染物的效果，因此使得可洁性在约325°C的温度范围内就已经得到改进。这样产生的层的特征在于对机械磨损例如磨耗的高耐受性。在本专利技术的一种实施方式中，通过在低于25体积％、优选低于20体积％、并且更优选低于15体积％的范围内的低残余孔隙度，实现了所述特征。典型的孔隙几何形状包括通常瓶颈形几何形状的中孔或微孔，其具有低于10nm、优选低于5nm、并且更优选低于3nm的范围内的平均孔径。在本专利技术的一种特别的实施方式中，所述层包括特定比本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯·布克梅尔，托尔斯滕·达姆，安德烈亚·安东，因卡·亨策，
申请(专利权)人：肖特公开股份有限公司，
类型：
国别省市：
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