Glasbeschichtungen
Oberflächenbeschichtungen
Da die Änderung der Grundzusammensetzung einer Glasschmelze zur Herstellung durchgefärbter Glasprodukte ein aufwendiger und groß angelegter Prozess ist, werden veränderte Produkteigenschaften in der Regel durch Oberflächenbeschichtungen auf klarem Basisglas erzielt. Diese Beschichtungen werden entweder während der Glasherstellung im Online-Verfahren oder nachträglich im Offline-Verfahren aufgebracht.
Offline Beschichtungen
Offline-Beschichtungen werden auf einzelne Glasscheiben aufgebracht, nachdem das Glas hergestellt und auf das gewünschte Format zugeschnitten wurde.
Die Herstellung von Beschichtungen durch das Eintauchen von Glasscheiben in chemische Lösungen mit anschließendem Trocknen und Einbrennen oder durch das Aufdampfen von Metallen auf die Glasoberfläche unter Vakuumbedingungen ist seit vielen Jahren bekannt. In den vergangenen Jahrzehnten hat sich jedoch insbesondere das Magnetron-Sputterverfahren als führende Beschichtungstechnologie etabliert.
Mit diesem Verfahren lassen sich Beschichtungen mit unterschiedlichsten Farben, Reflexionsgraden und thermischen Eigenschaften herstellen. Beim Magnetron-Sputtern wird das aufzubringende Material als Kathode eines elektrischen Stromkreises mit einer Spannung von etwa 500 Volt verwendet.
Bei der Offline-Beschichtung kommt ein Verfahren zum Einsatz, das als Sputtern oder Physical Vapour Deposition (PVD) bezeichnet wird. Dabei werden Atome eines Targetmaterials durch den Aufprall von Argon-Ionen aus ihrer Oberfläche herausgelöst und auf ein Glassubstrat abgeschieden.
Das Verfahren erfordert eine Hochvakuumumgebung mit einem Druck von etwa einem Milliardstel des normalen Atmosphärendrucks. Deshalb muss der Beschichtungsprozess in einer speziellen Vakuumkammer, dem sogenannten Coater, durchgeführt werden.
Nur unter diesen Bedingungen können die herausgelösten Atome das Glassubstrat erreichen, ohne mit Luftmolekülen zu kollidieren und dadurch von ihrer Bahn abgelenkt zu werden. Das eingeleitete Argongas bildet bei Anlegen einer hohen negativen Spannung an das Targetmaterial – die Kathode – ein Glimmentladungsplasma. Die positiv geladenen Argon-Ionen, die zuvor Elektronen an das Plasma abgegeben haben, werden von der negativ geladenen Kathode angezogen und treffen mit hoher Energie auf deren Oberfläche. Durch diesen Aufprall werden Atome aus dem Targetmaterial herausgelöst. Sie lagern sich anschließend auf dem darunterliegenden Glassubstrat ab, kondensieren dort und bilden eine dünne Beschichtung. Zusätzlich sorgen Magnete dafür, das Plasma oberhalb des Targetmaterials zu stabilisieren und den Beschichtungsprozess aufrechtzuerhalten.
Das Sputterverfahren ermöglicht eine präzise Steuerung der Schichtdicke. Diese wird durch die Anpassung der an das Target angelegten Spannung und damit der Abscheiderate gezielt geregelt.
Mit dem Sputterverfahren können Glasscheiben bis zu einer Größe von 6.000 × 3.210 mm (Jumboformat) beschichtet werden. Die Produktionsleistung liegt bei etwa einer Scheibe pro Minute. Beschichtet werden kann eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien, darunter reine Metalle, Metalllegierungen sowie keramische Werkstoffe (Metalle in Verbindung mit Sauerstoff oder Stickstoff), sofern diese zumindest eine gewisse elektrische Leitfähigkeit besitzen und nicht magnetisch sind. Metalle können außerdem in einer Atmosphäre aus Argon und zusätzlich Sauerstoff oder Stickstoff gesputtert werden. Dabei entstehen auf dem Glassubstrat entsprechend Metalloxide oder Metallnitride.
Während eines einzigen Durchlaufs der Glasscheibe unter mehreren hintereinander angeordneten Kathoden können komplexe Mehrschichtsysteme (Coating-Stacks) aufgebaut werden. Der exakte Schichtaufbau richtet sich nach den gewünschten funktionalen Eigenschaften der Beschichtung.
Auf diese Weise steht eine große Auswahl beschichteter Glasprodukte für unterschiedlichste Anwendungen zur Verfügung. Eigenschaften wie Lichttransmission, g-Wert oder Farbwirkung lassen sich gezielt durch die Anpassung der Schichtdicken innerhalb des Schichtsystems einstellen. Sputterbeschichtetes Glas eignet sich für zahlreiche Anwendungen und kann sowohl in Isolierglas als auch in Verbundsicherheitsglas eingesetzt werden. Je nach Anforderung ist es als vorspannbares (Pro T), nicht vorgespanntes (Annealed) oder Single-Stock-Produkt erhältlich. Die Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet wird kontinuierlich vorangetrieben, um unsere Sputterbeschichtungen technologisch auf höchstem Niveau zu halten und auch zukünftige Anforderungen unserer Kunden zu erfüllen.
Online Beschichtungen
Online-Beschichtungen werden aufgebracht, während das Glas noch heiß ist und sich im Kühlofen (Annealing Lehr) befindet. Sie gelten weiterhin als Bestandteil des Grundprodukts, weshalb hinsichtlich Abmessungen und Toleranzen dieselben Anforderungen gelten wie für klares Floatglas.
Oberflächenbeschichtungen für den Sonnenschutz oder zur Verringerung der Emissivität – und damit zur Verbesserung der Wärmedämmung – werden als pyrolytische Beschichtungen bezeichnet. Sie werden während des Durchlaufs durch den Kühlofen auf das heiße Glas aufgebracht. Dabei zersetzen sich aufgesprühte Gase, Flüssigkeiten oder Pulver thermisch und bilden eine Metalloxidschicht, die dauerhaft mit der Glasoberfläche verschmilzt.
Gegenüber Offline-Beschichtungen zeichnen sich Online-Beschichtungen durch eine höhere Härte und Dauerhaftigkeit aus. Außerdem eignen sie sich für nachfolgende Bearbeitungsschritte wie Biegen und thermisches Vorspannen. Im Vergleich zu Offline-Beschichtungen ist die Auswahl an verfügbaren Farben jedoch begrenzter.
Dielektrische Beschichtungen
Die mit metallischen Beschichtungen erzielbaren Eigenschaften sind aufgrund der erforderlichen Schichtdicken begrenzt. Durch den Einsatz dielektrischer Beschichtungen, die auf Interferenzeffekten basieren, lassen sich eine höhere Lichttransmission sowie eine verbesserte Selektivität erzielen. Gleichzeitig steht eine größere Farbvielfalt zur Verfügung.
Die maximal möglichen Abmessungen beschichteter Glasscheiben sind von den jeweiligen Produktionsanlagen abhängig. Detaillierte Informationen hierzu sind den technischen Unterlagen der Hersteller zu entnehmen.
Die meisten Offline-beschichteten Gläser können nach der Beschichtung weder thermisch vorgespannt noch gebogen werden. Diese Bearbeitungsschritte müssen daher vor dem Beschichtungsprozess erfolgen. Beschichtungen lassen sich zudem mit Isolierglas- und Verbundsicherheitsglaskonstruktionen kombinieren.
Dichroitische Beschichtungen
Dichroitische Beschichtungen bestehen aus mehreren übereinanderliegenden Schichten. Je nach Betrachtungswinkel erzeugen sie unterschiedliche Farben durch Reflexion und Transmission des Lichts.
Mirror coatings
Die Verspiegelung von Glas erfolgt durch ein chemisches Verfahren, bei dem eine Metallschicht – meist aus Silber – auf die Oberfläche von klarem Glas aufgebracht wird. Diese Silberschicht wird in der Regel durch eine Kupferschicht geschützt, die wiederum mit einem Schutzlack überzogen ist. Das Silber verleiht dem Spiegel seine reflektierenden Eigenschaften. Durch den gezielten Einsatz einer Zinnlösung lassen sich zudem dekorative, ölfilmähnliche Muster erzeugen, die anschließend mit einem transparenten Farblack eingefärbt werden können.