Химическое упрочнение стекла

Наибольшая прочность стекла достигается при химической полировке (травлении) стекла. Травление осуществляют при вертикальном размещении листа в ванне, футерованной кислотоупорным материалом (фторопластом, винипластом и т.п.) и заполненной фтористо­водородной (плавиковой) кислотой. Для повышения растворимости солей, образующихся при воздействии кислоты на стекло, и улучшения качества травленой поверхности в раствор плавиковой кислоты добавляют некоторые минеральные кислоты (серную, соляную, фосфорную, азотную).

Наибольшее упрочнение достигается при глубине травления не менее 150-250 мкм. При этом химический состав стекла не оказывает существенного влияния на достигаемую прочность. Скорость травления составляет 2-20 мкм/мин и зависит от состава стекла и концентрации кислоты. При этом малые скорости травления обеспечивают более высокое качество поверхности.

Для защиты травленого стекла от разупрочнения в процессе изготовления слоистых композиций на его поверхность незамедлительно наносят защитное покрытие в виде спиртового раствора, содержащего компоненты склеивающего слоя.

Так как травленое стекло для сохранения его высокой прочности покрывают защитным покрытием, которое после сушки и запекания приобретает неровную матовую поверхность, то это стекло может быть установлено внутри многослойной композиции. Как правило, травленые стекла составляют силовой блок ИКО. При этом защитные покрытия необходимо подбирать таким образом, чтобы они соответствовали основному склеивающему материалу.

Состав травильной смеси подбирается, как правило, исходя из состава стекла. Прочность натрий кальций силикатных стекол не зависит от концентрации плавиковой кислоты в растворе при условии соблюдения идентичных технологических параметров обработки и хранения стекол. На первой стадии воздействия разбавленной HF на стекло идет обмен ионов Na⁺ и Ca⁺на ионы Н⁺ и гидроксония Н₃О⁺, в результате чего образуется гель кремневой кислоты, которая, в свою очередь, соединяясь с F^—ионами плавиковой кислоты, образует кремнефториды щелочных и щелочноземельных металлов, т.е. идет по схеме:

Na₂SiO₃+6HF→2NaF+SiF₄+3H₂O

CaSiO₃+6HF→CaF₂+SiF₄+3H₂O

SiF₄+2HF→ H₂SiF₆

Na₂SiO₃+ H₂SiF₆→Na₂SiF₆ + H₂SiO₃ (H₂O + SiO₂)

Na₂SiO₃+SiO₂+12HF→Na₂SiF₆+H₂SiF₆+5H₂O

CaO+2HF→CaF₂+H₂O

Таким образом, на поверхности стекла осаждаются гель кремнефторидов и кристаллы фторидов, которые плохо смываются водой и ухудшают прочностные и оптические характеристики стекла. С целью получения легко смывающихся солей используют различные минеральные кислоты, которые подбираются с учетом составов стекол, технологических, экономических и экологических факторов.

Наиболее оптимальный для нашего производства состав - водный раствор плавиковой и серной кислот в определенной концентрации. В результате взаимодействия фторидов и кремнефторидов с серной кислотой образуются соответствующие соли: Na₂SO₄, CaSO₄, MgSO₄, Al₂(SO₄)₃, которые более растворимы в водном растворе и освобождают доступ к поверхности новой порции активных ионов.