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DD276857A1 - METHOD FOR PRODUCING RESISTANT GOLD-COLORED DECORS - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING RESISTANT GOLD-COLORED DECORS Download PDF

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DD276857A1
DD276857A1 DD32166688A DD32166688A DD276857A1 DD 276857 A1 DD276857 A1 DD 276857A1 DD 32166688 A DD32166688 A DD 32166688A DD 32166688 A DD32166688 A DD 32166688A DD 276857 A1 DD276857 A1 DD 276857A1
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DD
German Democratic Republic
Prior art keywords
gold
layer
tin
glass
reactive sputtering
Prior art date
Application number
DD32166688A
Other languages
German (de)
Inventor
Egbert Feuerriegel
Eberhard Horn
Tilo Poitz
Edgar Richter
Siegfried Schneider
Brigitte Warnecke
Original Assignee
Wissenschaftlich Tech Betrieb
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Wissenschaftlich Tech Betrieb filed Critical Wissenschaftlich Tech Betrieb
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Publication of DD276857A1 publication Critical patent/DD276857A1/en

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mechanisch resistenter goldfarbener Dekore auf Erzeugnissen aus Glas oder Keramik. Anwendungsgebiet ist demgemaess insbesondere die Glas- und Keramikindustrie. Es lag die Aufgabe zugrunde, auf ein goldfarbenes Dekor auf Titannitridbasis zur Verbesserung der optischen Eigenschaften eine duenne, guthaftende, abriebs- und korrosionsfeste Goldschicht bei minimalem Goldaufwand aufzubringen. Dazu wird erfindungsgemaess auf den zu dekorierenden Glas- oder Keramikartikel in an sich bekannter Weise durch reaktives Sputtern eine TiN-Schicht aufgebracht. Anschliessend wird auf diese eine 20 bis 80 nm dicke Titanschicht aufgesputtert und auf die TiN/Ti-Schichtkombination so dann eine 30 bis 80 nm dicke Goldschicht aufgedampft. Schliesslich folgt auf die Goldschicht mittels reaktivem Sputtern noch eine TiN-Deckschicht von 10 bis 100 nm Dicke.The invention relates to a method for producing mechanically resistant gold-colored decors on products made of glass or ceramic. Accordingly, the field of application is, in particular, the glass and ceramic industry. It was the object of the invention to apply to a gold-colored titanium nitride decor to improve the optical properties of a thin, well-adhering, abrasion and corrosion-resistant gold layer with minimal gold expenditure. For this purpose, according to the invention, a TiN layer is applied in a manner known per se to the glass or ceramic article to be decorated by reactive sputtering. Subsequently, a 20 to 80 nm thick titanium layer is sputtered onto this and then a 30 to 80 nm thick gold layer is evaporated on top of the TiN / Ti layer combination. Finally, a TiN cover layer of 10 to 100 nm thickness follows on the gold layer by means of reactive sputtering.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

üie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mechanisch resistenter goldfarbener Dekore auf Erzeugnissen aus Glas oder Keramik. Anwendungsgebiet ist demgemäß insbesondere die Glas- und Keramikindustrie.The invention relates to a method for producing mechanically resistant gold-colored decors on products made of glass or ceramic. Accordingly, the field of application is, in particular, the glass and ceramic industry.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Goldfarbene Dekore auf Glas oder Keramiken werden in breitem Umfange zur künstlerisch ästhetischen Gestaltung bei Gebrauchs- und Ziergegenständen sowie zur Ausgestaltung von gesellschaftlichen Bauten in Form von Goldmosaiken eingesetzt.Gold-colored decors on glass or ceramics are used on a wide scale for the artistic aesthetic design of utility and decorative objects as well as for the design of social buildings in the form of gold mosaics.

Bislang wurde dafür ausschließlich Gold in Form von Mal- oder Blattgold oder Feuervergoldung verwendet. Inder letzten Zeit wurde eine Reihe von Verfahren bekannt, bei denen goldfarbene Dekore und Beschichtung mit Titannitrid (TiN) über einen reaktiven Sputterprozeß im Vakuum hergestellt werden. Die aufgebrachten TiN-Schichten sind haftfest, korrosionsbeständig und mechanisch sehr resistent gegen Abrieb u.a. Man kann deshalb z.B. bei Glasmosaiken auf die ansonsten übliche Versiegelung der Blattgoldauflagen mi einem Deckglas verzichten. Nachteilig gegenüber Gold ist bei den TiN-Dekoren der wesentlich höhere Grünanteil im reflektir rten Licht, was zur Ausbildung eines Schwarzschleiers bei geringem Lichteinfall führt. Die Helligkeit und die Brillanz des Goldef sind beim TiN nicht gegeben. Das führt oftmals zu einem „Umkippen" des beabsichtigten künstlerischen Anliegens, besonders bei der Ausgestaltung von Wandflächen im Innern von Gebäuden mit Glasmosaiken.So far, only gold in the form of malt or gold leaf or fire gilding has been used. Recently, a number of methods have been known in which gold-colored decors and titanium nitride (TiN) coating are vacuum-formed via a reactive sputtering process. The applied TiN layers are adherent, corrosion resistant and mechanically very resistant to abrasion and the like. One can therefore, for example, In the case of glass mosaics, refrain from the otherwise usual sealing of the gold leaf overlays with a cover glass. The disadvantage over gold in TiN decors is the significantly higher proportion of green in the reflected light, which leads to the formation of black haze at low incidence of light. The brightness and brilliance of the Goldef are not given in the TiN. This often leads to a "tipping over" of the intended artistic concern, especially in the design of wall surfaces in the interior of buildings with glass mosaics.

Um den Rotanteil im reflektierten Licht zu erhöhen und die Brillanz der TiN-Schicht zu verbessern, wird in der DE-PS 3425467 Kohlenstoff in Form von C,- bis Ce-Kohlenwasserstoffen dem Reaktionsgas beim Sputterprozeß zugeführt. Dem gleichen Ziel dient das Einbringen von goldhaltigen Halogenkohlenwasserstoffphosphinen in das Reaktionsgas gegen Ende der Beschichtung (DE-PS 3425468). Hierbei wird in die unmittelbaren Oberflächen zunehmend Gold in die TiN-Schicht eingebaut. Allerdings gelingt es mit beiden Verfahren nicht, die Schwarzschleierbildung ausreichend zu unterdrücken. Außerdem verlangt der Einsatz der toxischen Phosphine eine umfangreiche kostenintensive Sicherheitstechnik. Eine andere Möglichkeit, Gold in die TiN-Schicht zur Verbesserung der Farbeigenschaften einzubringen, besteht darin, daß man dem Sputtertarget Gold beimischt (Einbringen von metallischen Goldinseln in das Titantarget, Verwendung von Titan-Gold-Legierungen als Target). Damit wird in die gesamte TiN-Schicht ein gewisser Goldanteil eingebaut. Auch hierdurch wird der Schwarzschleiertendenz nur ungenügend entgegengewirkt.In order to increase the proportion of red in the reflected light and to improve the brilliance of the TiN layer, DE-PS 3425467 supplies carbon in the form of C 1 - to Ce-hydrocarbons to the reaction gas in the sputtering process. The same purpose is the introduction of gold-containing halohydrocarbon phosphines in the reaction gas towards the end of the coating (DE-PS 3425468). Here, gold is increasingly being incorporated into the TiN layer in the immediate surfaces. However, both methods fail to sufficiently suppress black fogging. In addition, the use of toxic phosphines requires extensive cost-intensive safety technology. Another way to introduce gold into the TiN layer to improve color properties is by adding gold to the sputtering target (introducing metallic gold islands into the titanium target, using titanium-gold alloys as a target). Thus, a certain amount of gold is incorporated in the entire TiN layer. This also counteracts the black-fog tendency only insufficiently.

Der effektivste Weg ist das Aufdampfen einer dünnen Goldschicht auf das TiN. Es wurde bereits vorgeschlagen. Gold auf eine TiN-Schicht mit dendritischer Struktur thormisch aufzudampfen.The most effective way is to vaporize a thin layer of gold on the TiN. It has already been proposed. Gold on a TiN layer with dendritic structure to evaporate thormisch.

Die Oberfläche erhält dadurch die optischen Eigenschaften des reinen Goldes, der Aufwand an reinem Gold wird jedoch gegenüber Blattgold wesentlich reduziert. Problematisch sind allerdings die mangelhafte Haftung der dünnen Goldschicht auf dem TiN bei Abweichungen von der Dendritenstruktur und die geringe Abriebfestigkeit der oberflächlichen Goldschicht.The surface receives the optical properties of pure gold, but the cost of pure gold is significantly reduced compared to gold leaf. However, the lack of adhesion of the thin gold layer on the TiN in the event of deviations from the dendrite structure and the low abrasion resistance of the superficial gold layer are problematic.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, goldfarbene Dekore mit hoher Abriebfestigkeit und hoher Korrosionsbeständigkeit bei minimalem Goldeinsatz herzustellen.The aim of the invention is to produce gold-colored decorations with high abrasion resistance and high corrosion resistance with minimal gold use.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Dor Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf ein goldfarbenes Dekor auf Titannitridbasis zur Verbesserung der optischen Eigenschaften oine dünne guthaftondo abrieb- und korrosionsfeste Goldschicht bei minimalem Goldverbrauch aufzubringen. Dio Aufgabe wird orfindungsgomäß dadurch gelöst, daß man nach gründlicher Reinigung zunächst auf den zu dekorierenden 'Gegenstand aus Gold oder Keramik in bekannter Weise durch reaktives Sputtern eine TiN-Schicht aufbringt. Anschließend wird auf diese TiN-Schicht eine 20 bis 80nm dicke Titanschicht aufgesputtert, die eine Verbesserung der Haftung der anschließend aufzubringenden Goldschicht bewirkt. Auf die Schichtkombination TiN/Ti wird dann bei Temperaturen zwischen 100 und 250°C oino 30 bis 80 nm dicke Goldschicht aufgedampft. Zur Vorbesserung der Abriebfestigkeit und dor Korrosionsbeständigkeit bringtDor invention is based on the object to apply to a gold-colored decor based on titanium nitride to improve the optical properties oine thin guthaftondo abrasion and corrosion resistant gold layer with minimal gold consumption. Dio object is orfindungsgomäß solved by applying first a thorough cleaning on the 'object of gold or ceramic to be decorated in a known manner by reactive sputtering a TiN layer. Subsequently, a 20 to 80 nm thick titanium layer is sputtered onto this TiN layer, which effects an improvement in the adhesion of the subsequently applied gold layer. On the layer combination TiN / Ti is then deposited at temperatures between 100 and 250 ° C oino 30 to 80 nm thick gold layer. To improve the abrasion resistance and corrosion resistance

man auf die Goldschiclit noch eine Deckschicht von 10 bis 100 nm TiN durch reaktives Sputtern auf. Diese TiN-Di ckschicht schützt die Goldschicht gegen mechanische Beschädigungen und ist selbst nicht optisch aktiv. Farbhelligkeit unc Qiiilanz des Goldes bleiben weitestgehend erhalten.on the gold schichlite still a cover layer of 10 to 100 nm TiN by reactive sputtering on. This TiN protective layer protects the gold layer against mechanical damage and is itself not optically active. Color brightness and purity of the gold are largely retained.

AusführungsbeispiebAusführungsbeispieb

Die Erfindung soll durch nachfolgende Ausfuhrungsboispiele näher erläutert werden, wobei die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.The invention will be explained in more detail by the following Ausfuhrungsboispiele, wherein the invention is not limited to these examples.

Beispiel 1example 1

Ein Stielglas aus Wirtschaftsglas wurde sorgfältig gereinigt und getrocknet. Danach wurde es in den Rezipienten der Sputtereinrichtung eingeschleust. Im Rezipienten wurde das Glas bei einem Druck von etwa 10"3Pa auf 15O0C aufgeheizt und bei dieser Temperatur mit etwa 1,5μιτι TiN beschichtet. Die Beschichtung erfolgte in üblicherweise durch reaktives Sputtern von Titan mittels Magnetron in einer definierten Stickstoffatmosphäre. Danach wurde auf die TiN-Schicht noch etwa 40 nm Ti aufgesplittert. Nach Abschalten des Magnetrons und nach Auspumpen des Rezipienten auf < 10"3Pa wurden bei gleichbleibender Temperatur 50nm Gold aufgedampft. Im Anschluß daran wurden nochmals mittels Msghetronsputtern 30nm TiN auf der Goldschicht abgeschieden. Nach dem Abkühlen wurde das Glas aus dem Rezipionten ausgeschleust. Die optische Qualität des erzeugten goldfarbenen Dekors hinsichtlich Farbe, Helligkeit und Brillanz entsprach der von Malgolddekoren. Die goldfarbene Schicht war spülmaschinenfest.A stemmed glass of commercial glass was carefully cleaned and dried. After that, it was introduced into the recipient of the sputtering device. In the recipient, the glass was heated at a pressure of about 10 "3 Pa to 15O 0 C and coated at this temperature with about 1,5μιτι TiN. The coating was performed in the usual manner by reactive sputtering of titanium by magnetron in a defined nitrogen atmosphere Thereafter. About 40 nm of Ti were split on top of the TiN layer, and after switching off the magnetron and pumping out the recipient to < 10 -3 Pa, 50 nm of gold were evaporated at the same temperature. Subsequently, again by means of Msghetron sputtering 30nm TiN were deposited on the gold layer. After cooling, the glass was discharged from the recipient. The optical quality of the generated gold decoration in terms of color, brightness and brilliance was the same as that of gold leaf decors. The golden layer was dishwasher safe.

Beispiel 2Example 2

Eine Flachglasscheibe mit den Abmessungen 130 χ 70 χ 3mm wurde wie in Beispiel 1 beschrieben gereinigt und mit TiN beschichtet. Auf die TiN-Schicht wurde wiederum eine 40 nm dicke Ti-Schicht aufgesputtert. Dabei wurde im Unterschied zum Beispiel 1 die Temperatur kontinuierlich erhöht. Als obere Grenztemperatur wurden 190°C eingestellt. Nach Erreichen dieser Solltemperatur und bei einem Arbeitsdruck von < 10"3Pa im Rezipienten wurden 40 nm Gold aufgedampft. Auf diese Goldschicht wurde unter Beibehaltung der Solltemperatur von IdO0C abermals eine Deckschicht aus iiN der Dicke 35 nm aufgesputtert. Aus dem beschichteten Flachglas wurden Glasmosaiken hergestellt, die in ihren optischen Eigenschaften Goldsmalgen auf der Basis von Blattgold gleichkamen und die ohne Abrieb der Goldschicht verarbeitet werden konnten.A sheet glass with the dimensions 130 χ 70 χ 3mm was cleaned as described in Example 1 and coated with TiN. Again, a 40 nm thick Ti layer was sputtered onto the TiN layer. In this case, in contrast to Example 1, the temperature was increased continuously. The upper limit temperature 190 ° C were set. After reaching this target temperature and at a working pressure of <10 " 3 Pa in the recipient, 40 nm of gold were vapor-deposited on top of this gold layer, while maintaining the target temperature of IdO 0 C. Another layer of iiN of thickness 35 nm was applied by sputtering Glass mosaics were produced, which in their optical properties gold gold leaf based on the same gold leaf and could be processed without abrasion of the gold layer.

Beispiel 3Example 3

Eine keramische Wandfliese wurde wie in Beispiel 2 beschrieben behandelt. Die Fliese zeigte nach dem Ausschleusen aus der Vakuumkammer eine goldglänzende Oberfläche. Sie konnte ohne Qualitätseinbuße geschnitten, verarbeitet und verfugt werden.A ceramic wall tile was treated as described in Example 2. The tile showed a gold shiny surface after being discharged from the vacuum chamber. It could be cut, processed and grouted without loss of quality.

Claims (2)

} Patentansprüche: } claims: 1. Verfahren zur Herstellung resistenter goldfarbener Dekore auf Gegenständen aus Glas oder Keramik auf der Basis von Titannitrid, gekennzeichnet dadurch, daß auf eine in bekannter Weise durch reaktives Sputtern im Vakuum abgeschiedene TiN-Schicht zunächst eine 20 bis 80nm dicke Titanschicht bei Temperaturen zwischen 150 und 2500C aufgesputtert wird, auf diese Schichtkombination anschließend im gleichen Temperaturintervall eine Goldschicht von 30 bis 80nm Dicke aufgedampft wird und danach nochmals durch reaktives Sputtern eine 20 bis 100nm dicke TiN-Schicht abgeschieden wird, wobei die Substrattemperatur während des Gesamtprozesses konstant gehalten oder nach einem vorgegebenen Temperaturregime variiert wird.1. A process for producing resistant gold-colored decors on objects made of glass or ceramic based on titanium nitride, characterized in that on a well-known manner by reactive sputtering in a vacuum deposited TiN layer, first a 20 to 80nm thick titanium layer at temperatures between 150 and 250 0 C sputtered on this layer combination is then deposited in the same temperature interval, a gold layer of 30 to 80nm thickness and then again by reactive sputtering a 20 to 100nm thick TiN layer is deposited, the substrate temperature kept constant during the entire process or after a predetermined temperature regime is varied. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Substrattemperatur kontinuierlich bis auf einen oberen Grenzwert, vorzugsweise 1900C, erhöht v.'ird.2. The method according to item 1, characterized in that the substrate temperature continuously increased up to an upper limit, preferably 190 0 C, v.'ird.
DD32166688A 1988-11-11 1988-11-11 METHOD FOR PRODUCING RESISTANT GOLD-COLORED DECORS DD276857A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0622645A1 (en) * 1993-04-28 1994-11-02 The Boc Group, Inc. Thin film coating and method of marking

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0622645A1 (en) * 1993-04-28 1994-11-02 The Boc Group, Inc. Thin film coating and method of marking

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