Химический способ обработки стекла

Виды обработки стекла

Виды обработки стекла включают технологии, в которых происходит воздействие разными температурами и способы, когда используется различное вспомогательное оборудование и материалы.

Технологии при обработке стекла

Холодные технологии работы со стеклопродукцией включают выполнение:

1. резки — это самая первая операция, ее осуществляют с помощью автоматизированных агрегатов или вручную;
2. обработки кромки — предназначена для закругления краев с целью предотвращения нанесения повреждений человеку, действие происходит при помощи большого числа шлифовальных устройств, снимающих грубую текстуру поверхности;
3. фацетирования — это специальная операция, делающая углы кромки более мягкими и устраняющая грубые формы;
4. сверления.

Горячая обработка происходит в специальных печах для отжига. По окончанию процедуры продукция быстро охлаждается, это приводит к возникновению на поверхности стекла механической силы сжатия. Такую технологию подключают при производстве стекольной узорчатой продукции. Цветовая палитра и варианты рисунков в данном случае представляются в безграничном выборе.

Узорчатое стекло может подвергаться последующим обработкам:

• созданию многослойного стекла триплекса;
• матированию (пескоструйной обработке);
• обработке кромки;
• закаливанию;
• сверлению.

Такое стекло отличается маленькой толщиной и массой, поэтому может применяться при создании витражного декорирования.

Химические и механические методы при обработки стекла

К механическим типам обработки стеклопродукции относят следующие операции:

1. Гравирование, выполняемое с использованием различных резцов, лазерных станков и профильных машин.
2. Алмазная обработка, при которой на стеклопродукцию воздействует абразив, складывающий орнамент из бороздок трехгранного сечения.
3. Пескоструйная обработка. В сжатой воздушной струе абразивные кварцевые элементы наносятся на стеклянную поверхность. В результате мощной обработки изделие приобретает матовость. Пескоструйную обработку также применяют для нанесения рисунков, логотипов, узоров и т.д.

Виды обработки стекла химическими способами:

• травление бесцветного стекла;
• иризация;
• фотографическая обработка;
• цветное протравливание;
• нанесение рисунка специальными карандашами.

Поверхность после травления становится матовой, а контуры мягкими. Такое химическое воздействие очень длительно и трудоемко. Поэтому к нему прибегают исключительно при декорировании элитных дизайнерских изделий. Цветное протравливание состоит из нанесения на стеклоизделие пасты, содержащей окись металлов. Для закрепления полученного цвета применяют процедуру отжига.

Иллюстрирование или иризация представляют собой процедуры, при которой нагретое стекло обрабатывается парами соединений металлов. При этом закрепляются стойкие художественные эффекты, например, под мрамор или перламутр. Красочные и яркие витражи создают с помощью рисования на стеклянной поверхности специальными силикатными карандашами, в которых содержаться легкоплавкие краски. Такую технологию часто применяют при ручной росписи посуды и других стеклянных предметов интерьера.

Источник

Химическая обработка стекла. Способы упрочнения: травление, ионный обмен.

Неорганические стекла относятся к достаточно инертным и химиче­ски устойчивым материалам. Однако при известных условиях проявля­ется повышенная физико-химическая активность поверхности стёкол, заложенная в самой их природе. Стекло, обычно содержащее щелочные компоненты, в той или иной мере гидролизуются с об­разованием на поверхности силанольных (—Si0Н) и других реакционноспособных групп, стимулирующих появление на поверхности энерге­тически неуравновешенных хемосорбционных центров.

Процесс травления стекла основан на свойстве фтористого водорода активно взаимодействовать не только со щелочными компонентами (N₂0, К₂О, Li₂O) и другими модификаторами (СаО, МgО, ВаО, РbО и ZnО), но также, что особенно важно, с оксидом кремния,. образующим структурный каркас большинства неорганических стёкол. В результате такого взаимодействия НF разрушает структурный каркас и наступает быстрое разложение стекла — травление. Большинство фторидов, фтористый водород, а также свободный фтор только в присутствии паров воды вступают во взаимодействие со щелочным силикатным стеклом, образуя фтористый кремний, фториды кальция, натрия по реакции Na₂O·CaO·6SiO₂+28HF→6SiF₆+CaF₂+2NaF+14H₂O

Т.о., в процессе травления с помощью паров или раство­ра НF одни компоненты стекла растворяются и переходят в раствор в процессе травления, а образующиеся нерастворимые и малорастворимые соли отлагаются и прочно удерживаются на поверхности стекла, придавая ему матовость. Высокая концентрация травильного раствора ускоряет процесс травления, а с увеличением его продолжительности возрастают коли­чество вытравленного стекла и скорость его разложения. Обычно травление продолжается от 1 мни до нескольких часов при 18—20 °С. На ускорение процесса травления также влияет движение травиль­ного раствора, препятствующее осаждению на поверхности стекла пло­хо растворимых продуктов реакции. Поверхность стекла, которая не должна подвергаться травлению, защищают, нанося на нее кислотоупорные покрытия: лаки, смолы, жи­вотный и растительный воск и жиры. Области применения и технология химического травлении определя­ются конечным эффектом, достигаемым в ходе такой обработки стекла. В частности, различают применение химического травления стекла для полирования, матирования или декорирования его поверхности, а так­же с аслью упрочнения стекла. Упрочнение травлением основывается на существенном улучшения состояния поверхности стекла путем удаления или «залечивания» по­верхностных дефектов при обработке поверхности стенда различными химическими реагентами. Наибольший эффект упрочнения стекла до­стигается яри во1м0жи0 более водном удаления поверхностного дефект­ного слоя (обычно на глубину 50—150 мкм) в результате его растворе­нии (травления) агрессивно действующими на стекло растворам* кис­лот я щелочей Обычно дли «той цели ори чек «ют растворы плавиковой кислоты или ее смесей с серной, азотной или фосфорной кислотами.

Характер и интенсивность удаления дефектного слоя с поверхности стекла, а следовательно, возможная степень увеличении его прочности и термической стойкости зависит от химической природы стекла, соста­ва и концентрации гранильных кислотных реагеитон, времени н глуби­ны травления стекла н температуры растворов.

Ионный обмен и поверхностном слое стекла происходит с целью упрочнения, а также видоизменения других физико-химических свойств поверхности преимущественно щелочесодержащих стекол. Посредством диффузии ноны поверхностного слоя стекла замешаются ионами реагента, кото­рый может контактировать со стеклом, находясь в различном фазовом состояния: расплавленном, твердом или газообразном.

Высокотемпературный ионный обмен состоит в замене ионов стекла чаще всего Na + , K + или обоих вместе на катионы Li + из реагента (рас­плава, газовой фазы) при осуществлении данного процесса в высоко­температурной области (500—700″С) с целью увеличения подвижности диффундирующих ионов. Про­должительность выдержки в расплаве подбирается в зависимости от вида стекла и реагента и колеблется от 20 до 240 мин. В результате замены модифицирован­ный таким путем поверхностный слой стекла приобретает меньший ко­эффициент термическою расширения. При высокотемпературном ионном обмене прочность стекла увели­чивается в 2-2,5 раза, термостойкость — в 1,8—2 раза, повышается хи­мическая устойчивость поверхности (к кислотам) и ее электросопротивление.

Низкотемпературный ионный обмен сводится к замещению щелоч­ных ионов в стекле щелочными ионами большего радиуса, т.е. в стек­лах, содержащих натрий, последний замещается на К, Rb и др., a в содержащих Li последний замещается на Na, К, Rb и др.

Наряду с изменением характера взаимодиффузии ионов в поверх­ностных слоях стекла процесс осуществляется в более низкой темпера­турной области (400—450), т.е. ниже температуры, при которой в стекле возможна релаксация напряжений, образующихся при ионном обмене. Образование напряжений в данном случае обусловлено увели­чением плотности упаковки ионов в обменном слое, который, стре­мясь в связи с этим увеличить свой удельный объем, однако, лишен этой возможности, поскольку связан с высоковязкими внутренними слоя­ми (жесткой матрицей), и невозможность деформации в них условных поверхностного слоя служит источником его перехода в напряженное состояние.

При низкотемпературном ионном обмене образуется сравнительно небольшой по толщине сжатый слой (порядка 20—40 мкм), однако в ней развиваются интенсивные напряжения сжатия, в результате чего эффект упрочнения стекла достигается намного больший (в 3—7 раза и более), чем при высокотемпературном процессе.

С ростом температуры скорость диффузии ионов и глубина их про­никания в стекло увеличиваются, однако при этом усиливается релак­сация напряжений, т.е. их значение и упрочняющее действие снижа­ются.

Ионный обмен в настоящее время все шире используется для регу­лирования в требуемом направлении прочности.

Источник

Химическая обработка стеклоизделий

Химическая обработка стеклоизделий

Химическая обработка стеклоизделий включает в себя декоративное травление художественных рисунков и полирование алмазной резьбы. В основе этих видов обработки лежат химические процессы взаимодействия стекла с фтористым водородом, плавиковой кислотой и ее солями.

При химической обработке фтористый водород и плавиковая кислота разрушают поверхностную кремнекислородную пленку и кремнекислородные образования – основу стекла; другие оксиды, входящие в состав стекла, также реагируют с фтористым водородом и плавиковой кислотой, образуя фториды и завершая таким образом процесс разрушения стекла. Так как в зоне реакции выделяется и кремнефтористоводородная кислота, то кроме фторидов образуются и соли кремнефтористоводородной кислоты. Если при обработке стекла образуются нерастворимые соли, прочно связанные со стеклом, протравленная поверхность стекла остается матовой, если растворимые – прозрачной.

Химической обработке часто подвергают не все изделие, а только некоторые участки; остальная поверхность, которая должна остаться необработанной, защищается кислотоупорным покрытием. Защитные покрытия изготавливают из восков (пчелиного, озокерита), углеводородов ( парафина, цезерина), высших жирных кислот (стеарина), смол (канифоли, битума, каучука), жиров и масла (льняного, олифы, животного жира), синтетических полимеров (поливинилхлорида), металлов (свинца). Компоненты защитных покрытий комбинируют таким образом, чтобы смеси получились жидкими и их можно было наносить кистью при обычной температуре, или расплавлялись только при повышенной температуре и наносились путем погружения в расплав или обваливанием. Покрытие должно хорошо наноситься на стекло, обладать хорошим сцеплением со стеклом, быть эластичным и прочным при остаточно тонким слое. Защитные покрытия наносят кистью, погружением в расплав, с помощью трафаретной печати, штемпелем, распылением.

При матовом травлении эффект матовости дают нерастворимые кристаллы солей, образующихся при взаимодействии плавиковой кислоты со стеклом. Кристаллы нерастворимых солей защищают поверхность стекла от дальнейшего разрушения, тогда как в промежутках между образовавшимися кристаллами плавиковая кислота продолжает свое разрушающее действие до тех пор, пока не образуются нерастворимые соли. Благодаря этому на поверхности стекла образуются неровности, усиливающие рассеяние света и обусловливающие матовый характер поверхности. Фактура поверхности зависит от состава стекла, скорости протекания реакции, размеров кристаллов и их количества.

При одинаковом травильном растворе на натрий-кальций-силикатных стеклах получается плотная и достаточно грубая фактора, на кальций-свинец-силикатных – более тонкая и полупрозрачная. Повышение температуры ускоряет образование плотной матовой фактуры. При малой скорости протекания реакций повышается равномерность травления, поэтому большие поверхности обрабатывают разбавленными матирующими растворами.

Размеры кристаллов зависят от условий их образования, например, при травлении в водном растворе кристаллы получаются относительно крупными; крупные кристаллы правильной формы делают поверхность стекла более прозрачной. Если травильный раствор приготовлен в виде пасты, то образуются мелкие кристаллы; чем больше кристаллов на единице площади стекла, тем плотнее и менее прозрачна его фактура.

При светлом травлении в результате реакций образуются растворимые соли и стекло получается гладким и блестящим. В следствие того, что соли не защищают стекло, плавиковая кислота может разрушить стекло на большую глубину. При светлом травлении применяют более концентрированную кислоту, которая быстро растворяет стекло, однако фактура стекла может получиться неравномерной и это можно использовать как декоративный прием.

Характер декоративного травления зависит от концентрации плавиковой кислоты и скорости протекания реакции. С течением времени процесс травления замедляется, чтобы его ускорить раствор перемешивают или изделие перемещают в растворе; при этом соли быстрее удаляются из зоны реакции. Если травящий раствор постоянно течет в одном направлении относительно изделия, то на стекле образуются полоски, так называемое линейчатое травление. При травлении по цветному стеклу накапливающиеся соли снимают кистью.

Основные материалы для травления – фтористый водород, плавиковая кислота и ее соли. В зависимости от применяемых материалов существуют следующие виды травления: парами плавиковой кислоты, концентрированной или разбавленной плавиковой кислотой, пастами и т.д. Процесс химической обработки регулируют, добавляя в травильный состав минеральные кислоты и активные вещества, участвующие в образовании фторосодержащих солей. В травильные составы можно вводить взамен плавиковой кислоты фториды аммония или щелочных металлов и минеральные кислоты, которые, взаимодействуя друг с другом, образуют плавиковую кислоту.

Плавиковая кислота разрушает не только стекло, но и другие материалы, поэтому оборудование, которое используют при химической обработке, изготовляют из материалов, не взаимодействующих с плавиковой кислотой.

Для полирования стеклоизделий применяют смесь плавиковой и серной кислот. Основной компонент смеси – плавиковая кислота, вступая в реакцию со стеклом, образует газообразный вторид кремния, а также фториды и кремнефториды металлов. Эти реакции приводят к растворению стекла и сглаживанию шероховатостей на шлифованной поверхности. Фториды и кремнефториды, образующиеся при взаимодействии плавиковой кислоты со стеклом, в основном малорастворимы и быстро покрывают плотным слоем поверхность стекла. Вводимая в полирующую смесь серная кислота взаимодействует с выделяющимися фторидами и кремнефторидами, превращая их в легкосмываемые сернокислые соли. Процесс протекает в два этапа: на первом этапе образуются определенные продукты реакции, на втором – происходят обратимые реакции и их результат зависит от концентрации серной кислоты, содержания воды и температуры.

Для полирования вместо плавиковой кислоты можно использовать ее соли, в частности фторид-бифторид аммония. Для химического полирования изделий из свинцового хрусталя используют полирующую смесь из фторида-бифторида аммония и серной кислоты.

Полирующие смеси приготовляют разных составов и концентраций для обработки разных изделий, Отполированные изделия промывают в воде и серной кислоте разной концентрации; температура полирующих смесей и воды 50-70 градусов С.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

Обработка металла

Обработка металла Обработка металла включает в себя достаточно большое число работ различного вида, но каждая из них начинается с подготовки поверхности, которую предстоит обрабатывать. Что значит обработать металлическую деталь? Прежде всего проверить ее размеры и

Обработка отверстий

Обработка отверстий Сверление металлаПожалуй, трудно себе представить изготовление и сборку какого-либо механизма без того, чтобы не возникла необходимость в сверлении и дальнейшей обработке отверстий. Да и в других направлениях слесарного производства, будь то

1.2. Химическая эра

1.2. Химическая эра Историю жизни до появления человека можно разбить на два периода, которые мы назовем «химической» эрой и «кибернетической» эрой. Границей между ними служит появление животных с четко оформленной нервной системой, включающей органы чувств, нервные

Украшение стеклоизделий шихтой

Украшение стеклоизделий шихтой При таком декорировании изделий первоначальную заготовку обваливают в шихте, после чего на нее наплавляют слой бесцветного стекла. В зависимости от составляющих компонентов из смеси можно получить изделия с самыми разнообразными

ХИМИЧЕСКАЯ РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНАЯ МАШИНА БРДМ-2рхб

ХИМИЧЕСКАЯ РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНАЯ МАШИНА БРДМ-2рхб Состояние на вооружении с середины 60-х годовразработчик КБ ГАЗИзготовитель . ГАЗПроизводство серияБаза БРДМ-2Колесная формула 8×8Боевая масса, т 7,09Длина, мм . 6100Ширина, мм 2350Высота, мм 2020Клиренс, мм . 380Ср. уд. давл. в шинах, кг/см

Обработка сигналов

Обработка сигналов При выборе типа сенсорного устройства, используемого в роботе, необходимо решить вопрос чтения и обработки сигнала, поступающего от него. Vjui Многие сенсоры представляют собой датчики резистивного типа, что означает, что их сопротивление меняется в

Классификация сортовых стекол и стеклоизделий.

Классификация сортовых стекол и стеклоизделий. Посуду и декоративные изделия из стекла, используемые в быту, обычно называют сортовой посудой или сортовыми изделиями; соответственно стекла, из которых изготовляют эти изделия, называют сортовыми.Сортовые

Термическая обработка

Термическая обработка Термической обработкой называется процесс тепловой обработки, суть которого в нагреве стекла до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении с заданной скоростью с целью изменения или свойств стекла, или формы

Рельефное украшение стеклоизделий

Рельефное украшение стеклоизделий Вальцованные изделия. Эти изделия имеют рельефную внешнюю и внутреннюю поверхность за счет применения формирующих элементов (рис.).Вальцованные изделия изготовляют следующим образом. Набор стекла после закатывания его в катальнике

Иные способы гутного декорирования стеклоизделий

Иные способы гутного декорирования стеклоизделий Декорирование изделий узором «мороз» («кракле»). Поверхность таких изделий покрыта заплавленными трещинами и напоминает ледяную. При изготовлении изделий набор стекломассы опускают на 5-10 с в холодную воду и снова

§ 4.14 Строение вещества и химическая связь

§ 4.14 Строение вещества и химическая связь Что, наконец, представляется нам затверделым и плотным, То состоять из начал крючковатых должно несомненно, Сцепленных между собой наподобие веток сплетённых. В этом разряде вещей, занимая в нём первое место, Будут алмазы

2.13. Обработка готовых изделий

2.13. Обработка готовых изделий Наибольшее распространение получили медные сплавы (бронза, латунь) в производстве монументальных отливок, а серый чугун – при отливке малых форм (например, каслинское литье).Художественные изделия иногда отливают частями, для упрощения и

7.3.1. ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА

7.3.1. ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА Электрическая эрозия, т.е. разрушение контактов под действием электрических разрядов известна была давно. Много исследований было посвящено устранению или хотя бы уменьшению разрушения контактов.Исследованиями явления управляемой

7.4.7. АНОДНАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

7.4.7. АНОДНАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Разработано и широко применяется несколько методов анодной обработки металлов: электрополирование, анодное оксидирование и размерная обработка.Электрохимическое полирование было открыто русским химиком Е.И. Шпитальским в 1910 г. Процесс

Источник