Glass surface improvements by chemical reactions and thin film deposition

Abstract

Surface properties of primary glass are mainly a function of composition, method of forming and chemical interaction with an environment containing reactive gases such as H2O, CO2 or SO2. In the float glass process, different reactions will occur on the surface contacting the metal bath. Subsequent contact with water, detergents and packaging materials may further influence the surface condition of primary glass. Practical processes for improvement of glass surface properties are based on ion exchange reactions in the surface layer of the glass, or on surface reactions leading to deposition of thin films of various materials on the glass surface. Ion exchange reactions are involved in chemical strengthening processes and in dealkalization of glass surfaces for improved chemical resistance. Large-scale technologies have been developed for deposition of thin films on glass surfaces for improvement of chemical, mechanical and optical properties. The technically most important methods are vacuum deposition, sputtering, chemical vapor deposition, pyrolytic reactions, powder coating, dip coating and wet chemical film deposition. Depending on the desired function, the deposited films may consist of monolayers or multilayers of metals, oxides, nitrides, polymers or combinations of different materials. Glass surface preparation, adhesion and durability under various environmental conditions are also key factors for the performance of the coated glass.

Die Oberflächeneigenschaften von Glas im Anlieferungszustand sind im wesenthchen eine Funktion der chemischen Zusammensetzung, des Formgebungsverfahrens und der chemischen Wechselwirkung mit reaktiven Gasen der Umgebungsatmosphäre wie H2O, CO2 oder SO2. Beim Floatglasverfahren erfolgen zusätzliche Reaktionen während des Kontaktes der Glasoberfläche mit dem Metallbad. Darüber hinaus kann der nachfolgende Kontakt mit Wasser, Reinigungsmitteln und Verpackungsmaterialien den Oberflächenzustand des Ausgangsglases weiter beeinflussen. Verfahren zur Verbesserung von Glasoberflächeneigenschaften basieren entweder auf lonenaustauschreaktionen in oberflächennahen Bereichen oder auf Oberflächenreaktionen, die zur Bildung dünner Schichten unterschiedhcher Materialien auf der Glasoberfläche führen, lonenaustauschreaktionen spielen eine Rolle bei Verfahren zur chemischen Vorspannung sowie bei der Entalkalisierung von Glasoberflächen zur Erhöhung der chemischen Resistenz. Großtechnische Verfahren sind für die Beschichtung von Glasoberflächen entwickelt worden, um die chemischen, mechanischen und optischen Eigenschaften zu verbessern. Die technisch wichtigsten Verfahren sind Vakuumbeschichtung, Sputtern, chemische Niederschlagsverfahren aus der Dampfphase (CVD), pyrolytische Reaktionen, Pulverbeschichtung, Tauchbeschichtung, naßchemische Beschichtung. Je nach der angestrebten Funktion der Glasoberfläche besteht die Beschichtung aus einer oder mehreren Schichten von Metallen, Oxiden, Nitriden, Polymeren oder von Kombinationen unterschiedhcher Materialien. Entscheidende Faktoren für die Zuverlässigkeit beschichteter Gläser sind die Präparation der Glasoberfläche, die Adhäsion und die chemische Resistenz bei unterschiedhchen Umgebungsbedingungen.