5.2 Химическая устойчивость стёкол.

При эксплуатации на открытом воздухе, длительном хранении, мойке трубок (колб) и нагревании (при выжигании связующего из люминофорного слоя, заварке ножек, термовакуумной обработе ламп), приэксплуатации в рабочем режиме ЭВП и ИС стекло подвергается различным воздействиям: Н₂О, щелочей, кислот, активных газов и паров металлов (Hg,Na,Csи др.).

Действие Н₂О: Происходит гидролитическое разрушение связейSi-O-X, гдеX- ионNa⁺,Li₊и т.д. В результате получаются растворимые соединения (NaOH), которые выщелачиваются Н₂О: происходит ионный обменNa⁺наOH^-,Si-O-XнаSi-O-H- на поверхности стекла образуется слой геля, содержащего как группыSi-O-Si, так иSi-O-H- последний можно убрать водой ( останетсяSi-O-Si) или плавиковой кислотой, или растворами щелочей (устойчивый гель). В присутствии СО₂на поверхности стекла образуетсяNa₂CO₃, который способен растворятьSi, особенно при повышенных температурах (стерилизация в автоклавах перегретым паром). Стойкость силикатных стёкол к Н₂О ↓ с ↑ %Na₂O,K₂Oи ↑ с ↑SiO₂,ZnO,Al₂O₃,B₂O₃.

Гидролитические классы(по [1, т.2]):I- Водоустойчивые стёкла,II- Устойчивые стёкла,III- Тугоплавкие аппаратные стёкла,IV- Легкоплавкие аппаратные стёкла,V- Гидролитически неустойчивые стёкла. Для определения класса применяется метод выщелачивания (переходаNa₂Oв раствор дистиллированной Н₂О при кипячении в течение 1 часа - содержание щелочей определяется методом титрования 0,01HClс индикатором метилрот.

Образование морщин (складок, шероховатостей) при огневой обработке выщелаченного стекла происходит из-за изменения состава и КЛТР на поверхности по сравнению со всем объёмом.

Химическую стойкость бессвинцовых стёкол, содержащих Na, можно повысить путём термической обработки в атмосфереSO₂и паров воды (образуется сульфат натрия): 2SO₂+ 2Na₂O+O₂= 2Na₂SO₄, который легко удаляется водой. Такая поверхность гораздо более устойчива, чем необработанная.

Действие щелочей: Гидроокиси и карбонаты ЩЗМ действуют на стекло совершенно по другому, чем Н₂О. Они разрушают связиSi-O-Siи образуютновые группыSi-O-Na,Si-O-H, переходящие в жидкую фазу, при этом количество вещества, переходящего в раствор, пропорционально продолжительности действия раствора щелочи. Попеременная обработка кислотами и щелочами приводит к послойному растворению поверхности стекла. Устойчивость стёкол в щелочных растворах классифицируется (по [1, т.2]) так:Iкласс - слабо выщелачивающееся стекло - потеря веса 0÷75 мг/(100см²) за 3 часа обработки в смеси (20,5гNaOH+ 27гNa₂CO₃);IIкласс - умеренно выщелачивающееся стекло - потеря в весе 75÷150 мг/(100см²);IIIкласс - сильно выщелачивающееся стекло - потеря в весе более 150 мг/(100см²);IVкласс - очень сильно выщелачивающееся стекло - потеря в весе более 400 мг/(100см²).

Устойчивость к кислотам.HCl,HNO₃,H₂SO₄действуют на стекло подобно Н₂О: с поверхности стекла вымываются щелочные элементы, освободившаясяSiO₂переходит в гель, защищающий поверхность от дальнейшего, смесь кислот и растворившихся в них компонент разрушаются сильнее.HFи метафосфорная кислота действуют сходно с щелочами: разрушает связиSi-O-Si, образуются либо летучийSiF₄, либо фосфат кремния –Si(PO₃)₄.HFчасто применяется для мойки, матирования и вытравливания изображений на поверхности стекла. Стойки к кислотам фосфатные стёкла, не содержащиеSiO₂иB₂O₃. Кислотостойкость стёкол классифицируется (по [1, т.2]) так:Iкласс – кислотостойкие стёкла - потеря в весе 0÷0,7 мг/(100см²) за 3 часа обработки вHClпри 100^оС,IIкласс – слабо растворимые стёкла - потеря в весе 0,7÷1,5мг/(100см²),IIIкласс – умеренно растворимые стёкла - потеря в весе более 1,5мг/(100см²),IVкласс – сильно растворимые стёкла - потеря в весе более 20мг/(100см²),Vкласс – исключительно сильно растворимые стёкла - потеря в весе более 200мг/(100см²).

Составы стёкол, устойчивых к парам различных металлов, приведены в табл. 5.2

Стёкла, стойкие к парам металлов(составы в %) Таблица 5.2

Производитель		Пары	SiO2	B2O3	Al2O3	Na2O	CaO	MgO
Philips		Hg	60	10	-	20	10	-
General Electric		Na	8	48	24	14	6	-
Philips		Cd	55	15	30	-	-	-
Osram		Cs	55	30	15	-	-	-
Philips		Cd, Mg	57	-	20	-	-	23