|
Шлифованное стекло можно
отполировать смесью фтористо водородной кислоты и некоторых других минеральных
кислот. При этом происходит растворение отдельных компонентов стекла,
поверхность его делается гладкой и приобретает блеск.
Химический процесс кислотной полировки стекла. Главным
компонентом полировальной ванны является фтористоводородная кислота HF. Ее
концентрированный водный раствор растворяет стекло, при этом из отдельных
окиссй образуются фториды. Этот процесс для пяти компонентной системы стекла
Продуктами реакции являются: газообразный фтористый
кремний (SiFj), осадок фтористого свинца (PbF<), малорастворимый в воде
фтористый кальций (CaFE), растворимый фтористый натрий (NaF), фтористый калий
(KF) и вода.
Газообразный SiF< частично улетучивается, частично
соединяется с фтористоводородной кислотой и образует кремнефторп-
стоводородную кислоту
SiF, } 2HF = H^SiFe, щелочные соли которой нерастворимы в
воде 2 Na+ + SiFe" = NaaSiFe;2Kf -f SiF?"=K*SiF0.
При воздействии крештефторнстоводородной кислоты ни
фтористый кальций образуется крем нефтор истый кальций CaF2 HjjSiFe^CaSiFc
-}-2HF,
хорошо растворимый в поде и образующийся только при
небольшой концентрации фтористоводородной кислоты.
Продуктом этих основных ггроцсссоо является нерастворимый
белый осадок сернокислого свинца и кальция, осаждающийся на стенках
полируемою предмета и на дне полировальной ванны. Кроме того, образуются
растворимые сульфаты щелочных металлов, фтористоводородная кислота и
фтористый Кремний. Последний может быть гид рол из ов а н в присутствии воды
с образованием кремнефтористоводородной кислоты и геля кремниевой кислоты: 3 SiF4 -f 2 Н20 = = SiOa = 2 H^SiF
Процесс выравнивания шлифованной поверхности сгскла. При
воздействии кислотной
полировальной ванны на шлифованную поверхность стекла
быстро растворяются выступы и грани, тогда как н кратерах и углублениях осаждается
образовавшийся шлам п микропузырьки SiF, так что самые глубокие места рельефа
гораздо меньше подвергаются воздействию кислоты. В результате вся поверхность
быстро выравнивается, устраняется последняя микроскопическая неровность и
получается гладкий полированная поверхность.
Серная кислота имеет некоторые преимущества перед дру-
гими минеральными кислотами, например перед азотной. В этом случае вместо
нерастворимых сульфатов образовались бы хорошо растворимые нитраты и самые
низкие места рельефа оказались бы незащищенными от воздействия
фтористоводородной кислоты, которая начала бы растворять стекло как на
выступах, так и в углублениях рельефного слоя и полировка продолжала ст. бы
гораздо дольше.
При использовании только фтористоводородной кислоты полировка
шлифованной поверхности более продолжительна. Такая кислотная ванна может
обладать высокой растворяю:!:ей способностью, но сглаживающее воздействие при
этом будет незначительным. Поэтому фтористоводородную кислоту в чистом гшде
для полировки стекла не применяют.
В основе процесса химической полировки лежит различная
скорость растворения стекла на выступах и в выемках поверх- постного рельефа.
Оптимальная продолжительность кислотной полировки зависит
от ряда технологических параметров; при слишком длительной полировке
происходит разрушение гладкой поверхности стекла, наиболее известное как
«сожженная поверхность».
Влияние параметров на ход полировального процесса.
Скорость кислотной полировки и качество полированной поверхности зависит, в
частности, от состава стекла и кислотной полировальной ванны, от температуры
кислотной смеси и способа полировки.
Кислотная полировка может применяться для свинцового
хрустального стекла, так как оно обладает высоким коэффициентом преломления и
менее чувствительно, чем другие стекла, к изменению концентрации кислот в
полировальной ванне.
Dietzel полировал стекла с различным содержанием РЬО в
ванне, составленной из трех объемных частей HF и одной объемной части HiS04,
и установил, что стекло с содержанием 25% РЬО гораздо чувствительнее к
изменению концентрации полировальной ванны, чем стекло, содержащее 45% РЬО.
На основе экспериментальных результатов он составил уравнение для расчета
предельного количества воды (\У2°йо)» которое добавляется к 100 мл
концентрированной смеси кислот при температуре ванны 50° С, сохраняя при этом
одинаковую скорость панировки: WZ£o = 2 (%РЮ — 10).
Графическим выражением этого соотношения будет прямая,
зависимая от содержания РЬО в данном стекле.
Maskill, Ferguson проверяли некоторые результаты работ.
Dietzel и установили, что стекло, не содержащее свинца, теряет свой блеск в
кислотной полировальной ванне уже при содержании 30 объемных процентов воды,
а при кислотной полировке стекла, содержащего около 50% РЬО, можно
использовать ванну с содержанием 50 объемных процентов воды, без видимого
ухудшения качества полированной поверхности.
Состав стекла влияет на состаи кислотной полировальной
ванны и на весь способ полировки. Для каждого сорта стекла существуют
оптимальные условия, которые необходимо соблюдать для получения наилучшего
блеска в течение короткого времени полировки.
По данным Скорнякова, для полировки известково-натрие-
вого и известково-натриево-калиевого стекла лучшими являются: кислотная
ванна, состоящая из 50% H2SO< (удельный нес 1,84) II 50% HF (удельный вес
1,13), тогда как для свинцового и баритового хрусталя рекомендуется смесь 40%
HF (удельный вес 1,13) и 60% H5S04
По предшествующему опыту можно судить о том, что
возможности использования кислотной полировки далеко не исчерпаны. Например,
кислотную полировку можно было бы применять как дополнительную операцию при
полировке листового и оптического стекла. Для расширения ассортимента
обрабатываемого стекла нужно будет приспособить и состав кислотных
полировальных ванн, рецептура которых отвечает в настоящее время в основном
технологии полировки сортового стекла.
Фирма Pittsburgh Plate Glass Со разработала технологию
процессов использования смеси кислот для предварительной полировки и процесса
полировки листового зеркального стскла. При предварительной полировке, когда
под воздействием кислотной полировальной ванны ускоряется образование
полированной поверхности, используется смесь, состоящая из 60% кислого
бнфторида (аммония) NH4HF2, 24% фтористоводородной кислоты и 16% воды.
Полировка производится войлочным полировальником, который
растирает по стеклу суспензию, состоящую из воды, соляной или
фтористоводородной кислоты, кислого фтористого калия, окиси хрома, сахара и
воды.
Сахар играет роль буфера, препятствующего разжижению
суспензии; окись хрома (Сг2Оэ) или иное вещество, инертное по отношению к
используемым реактивам, добавляется в количестве от 1 до 10% веса данного
раствора.
Vacek изучал зависимость количества растворившегося стекла
от концентрации фтористоводородной кислоты. Опыты производились с хрустальным
стеклом, содержащим 16% РЬО; в кислотной ванне содержалось постоянное
количество — 60% весовых H2SO4.
На 26 показано, что весовая потеря стекла прямо
пропорциональна содержанию фтористоводородной кислоты в полировальной ванне.
Из этого следует, что для обеспечения полировки данного стекла достаточна
ванна с содержанием 12—14 весовых процентов технической 74%-ной HF. Большая
концентрация фтористоводородной кислоты вызывает быстрое растворение стекла,
которое очень трудно контролировать при высоких температурах и длительных
погружениях. При этих условиях и особенно при низкой концентрации серной
кислоты легко может произойти протравка стекла.
С повышением температуры увеличивается весовая
потеря полируемого стекла, так что при соответствующем составе кислотной
ванны процссс полировки значительно ускоряется. Такую же зависимость нашел
Dietzel при изучении влияния температуры на продолжительность кислотной
полировки стекол с различным содержанием РЮ.
Практически оптимальная температура полировальной панны
лежит между 50 и 60° С, так как при более высоких температурах легко
протравливается полируемое стекло, быстро улетучивается газообразный
фтористый водород 41 концентрация кислотной ванны сильно снижается.
Протекание процесса кислотной полировки в значительной
степени зависит от способа полировки. Обычно полируемое стекло периодически
погружается в полировальную ванну и в ванну с промывочной водой. Опыт
показал, что при частой промывке продолжительность полировки значительно
увеличивается. Это объясняется тем, что при промывке устраняются осаждающиеся
продукты реакции из углублений поверхностного рельефа и вместо выравнивания
поверхности происходит равномерное протравливание всего рельефа. Если
промывку производить реже, то будут растворяться только выступы рельефа и
продолжительность полировки значительно ускорится; однако при этом существует
опасность об гора ни я стекла. Очень многое в этом случае зависит от типа
полируемого стекла.
Скорняков установил, что при одинаковом количестве
погружений качество полированной поверхности ухудшается в такой
последовательности: самая лучшая поверхность получена у баритового хрусталя,
затем у свинцового хрусталя И H3RCCTKOBO- матриево-калиевого стекла и самая
плохая —у пзпестконо-нат- рисвого стекла. Обгорание стекла может произойти
также в том случае, если полируемый предмет погружается в спокойную ванну.
Небольшое движение полируемого стекла в вертикальном направлении практически
устраняет эту опасность. Было установлено, что при энергичном размешивании, в
особенности с помощью вибрационного устройства, стекло можно отполировать с
минимальным числом промывок и даже без промывки. Кроме сокращения рабочего
цикла, .что имеет еще и другие выгоды — снижение потерь смеси кислот при промывке
н меньшее разжижение полировальной ванны.
Возможности применения кислотной полировки стекла.
Кислотная полировка принята в производстве сортового стекла, где при
травлении сглаживаются шлифы свинцового хрусталя; при соответствующем составе
кислотной ванны и несколько измененном рабочем процессе можно полировать
также и бессвинцовое натриево-калиевое стекло. Некоторые сорта стеклянных
гоне- лирных изделий также полируются н кислотной ванне. Качество поверхности
стекла после кислотной полировки хуже, чем качество поверхности, полированной
на войлоке или смоле; поэтому кислотная полировка не применяется в
производстве полированного оптического стекла или листового.
Успешные опыты последнего времени указывают, однако, на
возможность и в этой области применить кислотную полировку при условии
удачной комбинации нового и старого методов. Примером может служить
предварительная полировка листового стекла в кислой ванне или полировка
зеркального стекла на войлоке полировальной суспензией, содержащей, кроме полировального
порошка, также фтористоводородную кислоту. Критерием оценки процесса является
качество полированной поверхности; в этом смысле получены обнадеживающие
результаты. Можно предполагать, что в будущем возможности применении
кислотной полировки стекол значительно расширится.
|