книги из ГПНТБ / Саркисов, П. Д. Технология стеклодувных работ учеб. пособие

Для поддержания постоянного состава применяют хи­ мический анализатор, при помощи которого непрерывно контролируют концентрацию кислот и восполняют их рас­ ход.

Всякое усиление неравномерности травления поверх­ ности стекла ведет к матированию ее, и наоборот, равно­ мерное травление приводит к получению гладкой поли­

Известно, что стекла, содержащие малое количество ще­ лочей и щелочноземельных окислов, плохо поддаются матовому травлению. При обработке стекла, в состав ко­ торого входит до 10% РЬО, получается шелковистая тонкозернистая матовая поверхность. Легко полируются стекла, в состав которых введено 15—25% РЬО, при этом образуется легкорастворимый в воде кремнефторид свин­ ца.

При содержании в стекле ВаО получается грубозер­ нистая (Матовость; ерш наличии ZnO, СаО, А12 03 — сред-

незернистая матовая поверхность. Стекла, содержащие более 10%) В2О3, не дают Матовой' ^поверхности и легко

полируются.

Для художественно-декоративной обработки поверх­ ности изделий из стекла кислотную полировку и травле­ ние осуществляют по следующей схеме: промывка изделий раствором соды — сушка изделий—-нанесение предохра­ нительного кислотоупорного слоя — обработка на гильоширных или пантографических машинах — оправка края защитной мастикой — травление в кислотной ванне — отмывка изделий и освобождение их от мастики.

Для нанесения рисунка используют гильоширные ма­ шины или более совершенный аппарат — пантограф. Пантограф даетвозможность передать имеющийся на чер­ теже, матрице или шаблоне рисунок на покрытую тон­ ким слоем воска или парафина поверхность двадцати че­ тырех и более стеклянных изделий. Четыре звена панто­ графа, соединенные между собой шарнирами, образуют параллелограмм. На одном звене есть направляющая с неподвижной осью вращения, относительно которой звено может перемещаться и занимать определенное положение

J90

мешается по рисунку шаблона. Описываемые концом штифта рисунки наносятся резцом в уменьшенном мас­

ковая (кислота чрезвычайно агрессивна. При несоблюде­ нии условий хранения плавиковой кислоты и правил ра­ боты с ней возможны несчастные случаи.

На холоде растворы плавиковой кислоты хранят в со­ судах, изготовленных из стекла, в состав которого вхо­ дит значительное количество Р2О5, а также в стеклянных сосудах, покрытых изнутри воском или смесью воска и церезина. Плавиковую кислоту можно хранить в сосудах, изготовленных из гуттаперчи, вулканизированного каучу­ ка, парафина, воска и церезина. Для транспортировки применяют сосуды из свинца и гуттаперчи.

Выполняя производственные операции с плавиковой кислотой, необходимо пользоваться специальной одеж­ дой, защитными очками, противогазом, фартуком и ре­ зиновыми сапогами.

Травильные установки должны размещаться в вытяж­ ных шкафах или иметь вытяжные зонты, соединенные с отсасывающими устройствами.

В случае ожога кислотой следует применять для про­ мывки слабый 3—5%-ный раствор соды.

Живопись по стеклу. Рисунок на стекле можно полу­ чить при помощи легкоплавкого стекла в сочетании с со­ ответствующим минеральным красителем или группой красителей, обожженных при температуре 550—600° С. Рисунок наносят кистью, пульверизатором или аэрогра­ фом, причем краску предварительно растирают на ски­ пидаре до высокой степени измельчения.

Изделие с нанесенным на его поверхность рисунком обжигают в муфельных печах. Верхняя оптимальная тем­ пература обжига должна соответствовать температуре плавления краски и быть несколько ниже температуры

191

размягчения изделия. При этом происходит цементация рисунка с поверхностью.

Для получения красок флюс смешивают с красителем в необходимой пропорции и сплавляют.

При массовом производстве изделий с живописью по стеклу используют способ декалькомании. По этому спо­ собу сначала готовят клише, далее рисунок переводят с клише на бумагу и, наконец, с бумаги на стекло. Окон­ чательная стадия — обжиг.

Несложные рисунки можно наносить на стекло при помощи аэрографа, который распыляет жидкую краску. Для распыления используют сжатый воздух под давлени­ ем 1,5—2 атм. Узор на поверхность стекла наносят шабло­ нами. При нанесении краски кистью или аэрографом на поверхности стекла получается однородный рисунок.

Многоцветные рисунки можно получить последова­ тельным применением шаблонов с различными контур­ ными вырезами.

.192

Металлизация стекла. Металлизацией стекла называ­ ют покрытие стекла тонким слоем металла. Существует три метода металлизации стекла: испарением в вакууме, катодным распылением и распылением расплавленного металла. Толщина наносимого слоя при металлизации в вакууме составляет 0,1—2 мкм.

ра, золота, хрома. Вакуумная установка для металлиза­ ции' методом испарения состоит из резервуара, в котором создается вакуум, и арматуры для крепления нагревате-. лей и стекла. Испаряемый металл в виде тонких узких полосок навешивают на вольфрамовые нагреватели. Ис­ парение в высоком вакууме происходит с поверхности металла по прямым линиям во всех направлениях. Поток частиц металла в конце пути оседает на поверхности объ­

на ряде сложных явлений, наблюдаемых при прохожде­ нии тока через газовое пространство. Под влиянием элек­ трических разрядов в разреженных газах возникает яв­ ление переноса частиц металла с отрицательного элек­ трода на поверхность изделия, помещенного в область разряда, благодаря чему поверхность покрывается очень тонким слоем металла.

Зеркальный слой на поверхности стекла можно полу­

падая в жидком или пластическом состоянии с большой скоростью (80—150 м/сек) на подготовленную поверх­ ность, образовывают слой металлического покрытия. Ме­ таллизацию проводят при помощи специальных аппара­ тов ЭМ-ЗА, ЭМ-6, ЛК-У, ЛК-6. Этим способом произво­ дят покрытие алюминием и бронзой изделий в горячем ви­ де непосредственно после прессования. После обработки поверхности изделие отжигают.

Повысить поверхностную электропроводность можно путем создания на стекле тонких прозрачных пленок из полупроводниковых окислов, например SiC>2, CdO, ТЮг, 1пг03 . При толщине от десятых долей микрона до не­ скольких микронов такие покрытия поглощают свет от 1 до 20%; коэффициент отражения достигает 10—12%.

В нашей стране наибольшее распространение получи­ ли электропроводящие пленки окиси олова. Они облада­ ют большой прозрачностью, высокой механической проч­ ностью, химической устойчивостью, стабильны во време­ ни и имеют небольшой температурный коэффициент со­ противления. Окиснооловянные пленки наносят на по­ верхность стекла тремя способами.

По первому способу на поверхность стекла наносят распылением в вакууме слой металлического олова, ко­ торое далее окисляется при нагревании на воздухе.

Второй способ — обработка стекла парами двухлорнстого олова — сводится iK обработке разогретого образца

испаряемого олова. Особенно удобен этот метод для на­ несения покрытий сложной конфигурации, а также для получения пленок более равномерной толщины.

Однако наиболее широкое применение получил тре­ тий способ — получение окнсных покрытий путем нанесе­ ния солей олова на разогретое стекло. Стекло с очищен­ ной поверхностью нагревают до температуры, близкой к температуре размягчения, обрабатывают методом пуль­ веризации растворами хлоридов олова. В результате высокотемпературного гидролиза хлоридов металлов на поверхности стекла образуются окисные покрытия.

Этот способ, помимо простоты и дешевизны его осу­ ществления, имеет и то преимущество, что изготовление изделий с окиснометаллической пленкой легко механизи­ ровать. Интересно, что процесс нанесения таких пленок может быть весьма просто совмещен с закалкой. Таким образом, можно будет одновременно получать изделия не

мышленности химические методы металлизации стекла, в

194

частности серебрение. Серебро имеет наивысшую отра­ жательную способность по отношению ii< свету и потому наиболее часто применяется для изготовления зеркал и сосудов Дыоара.

Процесс серебрения в основном сводится к восстанов­ лению азотнокислого серебра из его щелочных растворов с образованием металлического серебра, осаждающегося на стеклянной поверхности. В качестве восстановителей используют сегнетовую соль, формальдегид, инвертиро­ ванный сахар. Для более полного восстановления ионов серебра до металла к серебрильному раствору добавля­ ют щелочь.

На процесс серебрения существенно влияет состав стекла. На стеклах, содержащих большое количество ще­ лочных окислов, видимая серебряная пленка появляется раньше и быстрее. С увеличением содержания в стекле окиси свинца время появления видимой серебряной плен­ ки возрастает, а при содержании 80% его стекло вовсе не покрывается пленкой серебра даже после обработки раствором хлористого олова.

Количество отраженного света возрастает при увели­ чении толщины зеркальной пленки. Детали, предназна­ ченные для оптических приборов, серебрят 3—4 раза, до образования пленки необходимой толщины. Пленки пос­ ле нанесения получаются несколько матовыми, поэтому их полируют тонкой фракцией крокуса.

Пленки из алюминия механически и химически более прочные, но при одинаковой их толщине количество отра­ женного света пленкой алюминия меньше (82,7%), чем пленкой серебра (94—96%).

Качество получаемого зеркала зависит от качества подготовки поверхности стекла. Поверхность должна быть обработана так, чтобы частички коллоидно-дисперсного серебра из серебрильного раствора могли адсорбировать­ ся на стекле и образовывать прочный металлический слой..

В первую очередь поверхность стекла «освежают» по­ лировкой. При этом устраняются различного рода нале­ ты, мелкие царапины. Такое обновление поверхности в дальнейшем способствует равномерному отложению ме­ таллического слоя серебра. Для обезжиривания стекло промывают в 10%-ном растворе щелочи и споласкивают в дистиллированной воде. При изготовлений оптических деталей поверхность стекла промывают в крепкой "азот-

ной кислоте. Еще большего эффекта можно добиться, обрабатывая поверхность стекла в газовом пламени. Окончательной операцией подготовки поверхности яв­ ляется активирование ее обработкой в слабом растворе хлористого олова с последующей тщательной промывкой в дистиллированной воде. Это делают для устранения с поверхности стекла зернистых соединений, улучшения адгезионных свойств ее и ускорения образования сереб­ ряной пленки.

Серебрение проводят сразу по окончании подготов­ ки поверхности стекла. Для серебрения используют серебрильный и восстановительный растворы, которые пос­ ле смешивания подаются на поверхность стекла. При нормальном процессе серебрения через 3—5 мин после начала серебрения с поверхности стекла надо удалить излишек раствора и образовавшийся серый осадок про­ мыванием дистиллированной водой.

После двух- и четырехкратной обработки описанным способом поверхность тщательно промывают в дистилли­ рованной воде и ставят на ребро в сушильный шкаф для просушки.

Для защиты тонкого слоя серебра от механических и химических воздействий его покрывают защитным слоем лака. Применяют для этого шеллачный, 'бакелитовый, цапоновый и другие лаки. В некоторых случаях сначала на серебряный слой наносят электролитическим способом слой меди.

Приводим рецепты растворов, применяемых при се­

Стекло обла'дает многими замечательными свойства­ ми, делающими его незаменимым в технике и быту. Од­ нако изделия из стекла характеризуются весьма низкой механической прочностью. Является ли этот порок неиз-

196

бежным и нельзя ли тем или иным способом повысить прочность стекла? Этим вопросам посвящены многочис­ ленные работы, особенно проведенные за последние 10—

15лет.

Всамом деле, изучение механической прочности и отыскание путей упрочнения стеклоизделий представля­ ют один из важнейших разделов науки о стекле.

Прочность обычного промышленного стекла около 5 кГ/мм2. В то же время теоретическая прочность неорга­ нического стекла, по данным различных авторов, состав­ ляет 1000—2500 кГ/мм2. Оценка теоретической прочности твердых тел, как известно, может быть произведена дву­ мя путями: либо исходя из конкретных идеализирован­ ных представлений о структуре и виде межатомных взаи­ модействий данного твердого тела, либо устанавливая связь теоретической прочности с экспериментально опре­ деляемыми параметрами исходя из общих энергетических соотношений.

Однако резерв прочности реального стекла следует оце­ нивать, по-видимому, не по теоретической, а по предель­ ной прочности, обусловленной его микронеоднородным строением, так как реальное микронеоднородное стекло содержит в себе множество структурных дефектов. Кро­ ме того, на поверхности стекла всегда имеются микротре­ щины. Внешнее растягивающее усилие создает концен­ трацию напряжения в устьях микротрещин, что приводит к снижению предельной прочности реального стекла по сравнению с ее теоретическим уровнем. Предельная проч­ ность натрийкалийсиликатиого стекла, например, при температуре абсолютного нуля в зависимости от химичес­ кого состава .может быть от 490 до 1120 кГ/мм2.

Чрезвычайно низкая практическая прочность стекла обусловлена разупрочияющим действием поверхностных микротрещин и влиянием поверхностно-активных сред. Именно поэтому все наиболее распространенные в насто­ ящее время методы упрочнения стекла основаны на изме­ нении состояния его поверхности.

Фундаментальные исследования, проведенные учены­ ми, показали, что стекло по своей природе — высокопроч­ ный материал. Если стекло подвергнуть обработке в рас­ творе плавиковой кислоты с целью удаления поверхност­ ных дефектов и после этого предохранить его от всякого рода повреждений,' тб прочность его будет 300— 500 кГ/мм2. Разумеется, эффект упрочнения может быть

197

достигнут при стравливании с поверхности стекла дефект? ного слоя п в других средах, например в щелочных рас? творах и пароводяном потоке.

Общим для методов упрочнения стекла, основанных на удалении химическим путем поверхностного дефектного слоя, является необходимость последующей надежной защиты вновь образованной бездефектной поверхности стекла от повреждений. Иначе говоря, способ химическо­ го травления стекла эффективен лишь в том случае, если поверхность после травления защищается от контактов с твердыми телами и абразивными частицами, вызываю­ щими разупрочнение стекла.

Для физико-химической защиты поверхности стекла могут применяться различные соединения (например, кремнийорганические жидкости), придающие стеклу ги-> дрофобные свойства и уменьшающие повреждаемость по­ верхности стекла при воздействии на нее внешних аген­ тов.

Такая физико-химическая защита поверхности стек­ ла может иметь и самостоятельное значение — применять­ ся для улучшения термомеханических свойств обычного дефектного стекла, не подвергаемого химическому трав­ лению.

Наряду с удалением поверхностных дефектов при хи­ мическом травлении и физико-химической защитой мало­ дефектной травленой или обычной дефектной поверхности радикальным методом изменения состояния поверхности стекла является создание тем или иным образом в повер­ хностных слоях стекла напряжений сжатия. Наиболее распространенные способы упрочнения стеклоизделий, ос­ нованные на указанном явлении, в настоящее время—• термическая закалка в воздушном потоке и в жидких кремнийорганических и металлических средах, высоко­ температурный и низкотемпературный ионный обмен и периферийное обжатие.

Теория термической закалки позволила решить мно­ гие вопросы промышленной закалки стеклоизделий раз­ личной конфигурации. В настоящее время промышлен­ ность выпускает ряд закаленных на воздухе стеклоизде­ лий простой (плоские и гнутые автомобильные стекла, двери и т. д.) и сложной (изоляторы) формы. Перспекти­ вы развития закалки стеклоизделий в воздушном потоке связаны главным образом с улучшением условий охлаж­ дения стекла при закалке и совершенствованием закалоч-

Ы

кого оборудования. Примером последнего может служить

тенсификации процесса теплообмена позволила получить стекла, обладающие высокой конструкционной прочно­ стью. Возможности упрочнения разнообразных стеклоиз­ делий жидкостной закалкой весьма обширны.

Все большее распространение в нашей стране получа­ ет метод упрочнения стекла путем создания в поверхнос­ тном слое напряжений сжатия за счет обмена ионов. Ионный обмен позволяет получать стекла с прочностью до 70 кГ/мм2.

Особый интерес, проявляемый к методу упрочнения стекла ионным обменам, определяется тем, что этим ме­ тодом можно улучшать термомеханические свойства из­ делий сложной конфигурации, в том числе полых, с острыми углами и т. п.

Метод периферийного обжатия стекла металлом осно­ ван на создании в стекле внутренних сжимающих напря­ жений, не ограничивающихся поверхностными слоями, как это наблюдается при термической закалке и при ион­ ном обмене, а распространяющихся по всей толщине пла­ стины стекла от ее периферии к центру. Перспективы этого метода определяются стабильностью достигаемого упрочнения и широким кругом изделий, представляю­ щих собой металлостеклянные композиции, к которым предъявляются требования повышенной прочности и тер­ мостойкости. Несмотря на то что применение периферий­ ного обжатия стекла металлом используется давно в тех­ нологии электровакуумных приборов (при изготовлении глазковых спаев), в производстве металлостеклянных кинескопов, стальных труб с внутренним стеклянным по­ крытием и других изделий, упрочнение стекла путем пери­ ферийного обжатия как самостоятельная задача своего развития еще не получило.

Среди упомянутых способов упрочнения стекла особое место занимает обработка его поверхности сернистым или серным ангидридом. Сущность этого метода заключается в обесщелачивании поверхностного слоя, в результате чего он уплотняется с некоторым уменьшением коэффи-

199