Общая информация

Нанесение металлов на стекло и пластмассы.

1. Глава из книги "Гравеное дело". [32, 57-62]

2. Глава из книги "Лаборатория рыболова". [4, 66-73]

1. Заготовки с металлическим покрытием.

......Тонкие пленки твердых веществ могут быть нанесены на металлические и неметаллические заготовки разнообразными методами. Выбор того или иного метода зависит от наносимого вещества, материала подложки, времени старения пленки, толщины покрытия и ее требуемого распределения. ......Тонкие пленки из алюминия, свинца, золота, хрома, титана и других металлов на заготовках можно получить разными методами, главными из которых являются: а) электроосаждение; б) химическое осаждение; в) термическое разложение на нагретой подложке галоидного соединения металла или его газообразного карбонила; г) взрыв металлических проволок в инертных газах; д) химическая реакция галоидной соли металла с парами воды, ведущая к образованию окисла металла; е) катодное распыление металлов или их окислов в разряде низкого давления; ж) химическое испарение в вакууме металлов и их устойчивых соединений. ......Наиболее распространенными в настоящее время методами являются химическое осаждение, испарение в вакууме и катодное распыление. Преимущества этих методов помимо важных технических удобств заключаются главным образом в получении надлежащей воспроизводимости свойств пленок, в возможности легко регулировать толщину покрытия, в осуществимости непрерывного контроля за процессом отложения пленки, а также в возможности получать не только проводящие и изоляционные пленки, но и полупроводниковые, светочувствительные, сегнетоэлектрические и т. д. ......Химический метод. Этим методом на подложку можно осадить тонкие пленки из серебра, платины, сернистого свинца и других материалов. Наиболее распространен химический метод получения тонких серебряных пленок. Причем толщину пленки можно подобрать на пробных заготовках по объему серебрящего раствора и времени серебрения. Заготовки под покрытие подвергают тщательной обработке в щелочи и погружают на несколько секунд в свежеприготовленный 0,1-0,5%-ный раствор двухлористого олова, после чего заготовки промывают под струей воды и ополаскивают дистиллированной водой. Для получения тонких серебряных пленок заготовку заливают специальным раствором, состоящим из смеси охлажденных на льду двух частей серебрящего раствора и одной части разбавленного в 10 раз раствора восстановителя. Серебрящий раствор получают смешиванием 15%-ных растворов щелочи и азотнокислого серебра. Для приготовления раствора азотнокислого серебра берут 1,5%-ное азотнокислое серебро, смешивают с аммиаком и разбавляют дистиллированной водой в десять раз. Восстанавливающий раствор состоит из 75 г сахара-рафинада, 500-600 мл дистиллированной воды и 10 мл 10%-ного раствора химически чистой кислоты. Полученную смесь кипятят в течение 10 мин и охлаждают, а затем в нее добавляют до 10 л дистиллированной воды. Серебрение производят при температуре 10-15 °С, осторожно покачивая кювету. По истечении положенного срока серебрящий раствор сливают и заготовку заливают дистиллированной водой, а серебрёные поверхности протирают мокрой ватой для удаления шлама. Чтобы получить толстый слой серебра, процесс серебрения повторяют несколько раз. Если на поверхности заготовки необходимо иметь участки, не покрытые серебряной пленкой, то эти места необходимо заретушировать каучуком или парафином. Серебряное покрытие на стекле получают, применяя растворы азотнокислого серебра из расчета 13 г AgNO3 на 900 см3 дистиллированной воды и едкого натра из расчета 10 г NaOH на 900 см3 дистиллированной воды. При выпадении небольшого осадка его растворяют 25%-ным раствором аммиака. Полученный раствор фильтруют. Для восстановления серебра применяют раствор сахара и глюкозы (раствор-восстановитель). Серебрение стекол осуществляют в два приема, для чего в кювету помещают два стекла с габаритными размерами 100 x 100 x 12 мм и заливают 100 см3 раствора едкого натра и азотнокислого серебра и 50 см3 раствора-восстановителя. Время серебрения 1 мин. В процессе серебрения кювету слегка покачивают. Затем пластины вынимают и цикл повторяется в новом растворе. Применение для серебрения стекла химически обессоленной воды с сопротивлением 0,5-1 МОм в два раза увеличивает скорость серебрения стекла по сравнению с растворами на дистиллированной воде. При выдержке этих растворов в течение 3-4 ч их свойства становятся такими же, как и растворов, приготовленных на дистиллированной воде. Основным требованием к серебряным слоям является отсутствие точечных просветов, возникающих по причине выделения из воды на поверхность стекла пузырьков воздуха или оседания на серебряную поверхность твердых взвешенных частиц. Причем количество точечных просветов в сильной степени зависит от различия температуры дистиллированной воды, серебрящего раствора и стекла. Платинирование заготовок из стекла или кварца можно осуществить в растворе 1 г хлороплатиновой кислоты, 3 мл этилового спирта, 10 мл насыщенных растворов борной кислоты и этилового спирта, 20 мл густого раствора венецианского терпентина и лавандового масла. На поверхность заготовки ровным слоем наносят подготовленную смесь, после чего заготовку устанавливают в муфельной печи, где она нагревается до температуры 350-500 °С. При нагревании жидкость из смеси испаряется и состав смазки темнеет. По мере повышения температуры слой начинает светлеть, прочно вжигаясь в стекло. Толстый слой получают многократным повторением процесса. Заготовки с металлическим слоем сернистого свинца применяют в том случае, если от них требуется незначительное пропускание света в красной части спектра. Слой сернистого свинца наносят химическим путем, для чего заготовку, тщательно очищенную, опускают в ванну, наполненную раствором из компонента А, состоящего из 100 мл дистиллированной воды, 100 мл 100%-ного водного раствора уксуснокислого свинца, 50 мл 10%-ного водного раствора тиокарбамида, и компонента Б из 25 г едкого калия и 250 мл дистиллированной воды. Растворы А и Б смешивают и заливают в сосуд, в который устанавливают заготовку, затем сосуд подогревают и покачивают. Обработку производят до тех пор, пока раствор не станет чистым. Заготовку вынимают из сосуда, промывают в проточной воде и споласкивают в дистиллированной воде. Промытая заготовка сушится на центрифуге при быстром вращении. Если рисунок на заготовке вычерчивается в течение длительного времени, то желательно наносить на подложку металлические частицы, не связанные между собой силами сцепления (адсорбционный слой). Адсорбционный (рыхлый) слой аморфного металла на стекло получают химическим восстановлением металла из раствора солей, возгонкой металла в вакууме и катодным распылением. Кроме того, на стеклянную заготовку наносят химическим способом сернисто-свинцовые, серебряные, серебряно-сернисто-свинцовые и серебряно-свинцовооловянные слои, имеющие малую механическую и химическую стойкость, для увеличения которой стремятся использовать промежуточные хромированные слои, обладающие высокой механической и химической стойкостью и хорошим светопропусканием в длинноволновой зоне спектра. Можно использовать никелевые покрытия, которые имеют хорошую адгезию (сцепление) со стеклянной заготовкой после обработки ее крокусом или полиритом в сочетании с химической очисткой. Для химического никелирования рекомендуется использовать раствор с рН 7,0-7,5 следующего состава (г/л): 45 NiSO4·7H2O, 15 NaH2PO2·H2O (гипофосфит натрия), 60 NH4Cl, 35 Na3C3H6O7·5,5H2O (цитрат натрия, натрий лимоннокислый, трехзамещенный). После никелирования рекомендуется производить термообработку при 100-200°С в вакууме. Технологический процесс химического никелирования неметаллических материалов в сильной степени зависит от материала заготовки, которую перед никелированием подвергают специальной механической обработке для придания поверхности необходимой шероховатости. Покрытие никелем заготовки из оптического стекла осуществляется в такой последовательности: обезжиривание в хромовой смеси; обработка в растворе, содержащем 35 мол/л 40%-ной HF и 20 г/л NH4F (фторид аммония), при комнатной температуре в течение 5 мин; обработка в растворе хлористого олова; активирование в растворе хлористого палладия; химическое никелирование. Химически никелировать можно также кварц, стеатит, ультрафарфор, пьезокерамику, термокорунд, германий, кремний, сапфир, рубин, полистирол, капрон, винипласт, текстолит и другие изоляционные материалы. Описание технологических процессов химического никелирования пористых металлокерамических изделий, плексигласа, полистирола и других неметаллических материалов можно найти в специальных литературных источниках. Иногда при химической металлизации заготовок стремятся за-менить сульфат серебра азотнокислым или хлористым серебром, для чего используют раствор следующего состава: 27 г/л серебра хлористого, 143 г/л тиомочевины, до 1 л воды дистиллированной. Такой состав хорошо растворяет соединение серебра в воде при комнатной температуре. Нанесение серебряного покрытия на заготовку с помощью пульверизатора дает равномерный, без микротрещин и царапин, слой, который позволяет получать меры и сетки с точными пересечениями линий. Серебрение заключается в восстановлении серебра на поверхности стекла из серебрящего раствора. Наиболее равномерное и мелкокристаллическое серебряное покрытие для стеклянных матриц получают на стекле БК-10, если заготовку из полированного стекла обезжиривают в концентрированной азотной кислоте в течение 10-15 мин с последующей промывкой в проточной воде и протиркой поролоном, после этого в течение 10-12 мин - в 2%-ном растворе едкого натра с последующей промывкой в проточной дистиллированной, а затем деминерализованной воде до полного смачивания полированной поверхности. В процессе обработки стекла раствором закисного сернокислого олова было замечено, что для свежеполированной поверхности стекла оптимальное количество 10%-ной серной кислоты не должно превышать 0,74 л на 1 л раствора. Такое содержание серной кислоты при последующих технологических операциях способствует получению равномерного, без цветов побежалости, слоя серебряного покрытия. Подготовленная стеклянная пластина до момента нанесения серебряного слоя хранится в дистиллированной (деминерализованной) воде. Для серебрения поверхности стекла методом пульверизации можно применить и другой раствор, состоящий из следующих компонентов: а) 5%-ного спиртового раствора йода, который приготовляют в колбе с притертой пробкой (5 г металлического йода растворяют в 0,1 л этилового спирта); б) раствора азотнокислого серебра, для приготовления которого 5 г азотнокислого серебра растворяют в дистиллированной (деминерализованной) воде; полученный раствор фильтруют, доводят до объема 0,5 л, а затем добавляют 1-3 см3 спиртового раствора йода и 25%-ного аммиака до тех пор, пока на дне колбы не останутся едва заметные следы гидрата окиси серебра; в) 1 %-ного раствора едкого натра, для приготовления которого 5 г едкого натра растворяют в дистиллированной (деминерализованной) воде и доводят раствор до объема 0,5 л. Затем раствор едкого натра при непрерывном перемешивании стеклянной палочкой смешивают с раствором азотнокислого серебра. В случае выпадения в растворе осадка добавляют 15-20 мл 25%-ного раствора аммиака до полного осветления раствора, в результате чего образуется комплексное аммиачное соединение. Полученный раствор охлаждают до температуры 3-5°С и хранят в темной посуде. Срок годности приготовленного раствора не более 48 ч. При нанесении серебряного покрытия пульверизатором на подставку, делающую 1-3 об/мин, крепят стол, на котором устанавливают до четырех заготовок. Стол на подставке смонтирован так, что его поверхность с условной горизонтальной плоскостью составляет угол в 30-35°. В мерную емкость заливают 50 г спиртового раствора йода и 25 мл раствора азотнокислого серебра и вставляют пульверизатор, соединенный с сетью чистого, обеспыленного воздуха. Распыление смеси растворов из пульверизатора ведут перекрестным путем (сверху вниз и наоборот). Перекрестное распыление и медленное вращение стола подставки позволяют получить равномерное серебряное покрытие на стекле. Равномерный слой серебра на стекле можно получить также тогда, когда подставка не вращается. Если на стекле появляются посторонние включения, то они смываются водой. Покрытие наносят в два-три приема. Стекло с готовым покрытием промывают в проточной дистиллированной (деминерализованной) воде, а частично осевшее в результате подтеков раствора на противоположной стороне стекла серебро снимают слабым раствором хромпика (1 часть хромпика и 1 часть воды). Затем пластина сушится чистым воздухом и в течение 30-40 мин прогревается в сушильном шкафу при температуре 100-120 °С.