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, Cs и др.).

Действие Н₂О: Происходит гидролитическое разрушение связей Si-O-X, где X - ион Na⁺, Li₊ и т.д. В результате получаются растворимые соединения (NaOH), которые выщелачиваются Н₂О: происходит ионный обмен Na⁺ на OH^-, Si-O-X на Si-O-H - на поверхности стекла образуется слой геля, содержащего как группы Si-O-Si, так и Si-O-H - последний можно убрать водой (останется Si-O-Si) или плавиковой кислотой, или растворами щелочей (устойчивый гель). В присутствии СО₂ на поверхности стекла образуется Na₂CO₃, который способен растворять Si, особенно при повышенных температурах (стерилизация в автоклавах перегретым паром). Стойкость силикатных стёкол к Н₂О ↓ с ↑ % Na₂O, K₂O и ↑ 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 (перехода Na₂O в раствор дистиллированной Н₂О при кипячении в течение 1 часа - содержание щелочей определяется методом титрования 0,01 HCl с 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 атмосфере SO₂ и 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 связи Si-O-Si и образуютновые группы Si-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: I класс - слабо выщелачивающееся стекло - потеря веса 0÷75 мг/(100см²) за 3 часа обработки в смеси (20,5г NaOH + 27г Na₂CO₃); II класс - умеренно выщелачивающееся стекло - потеря в весе 75÷150 мг/(100см²); III класс - сильно выщелачивающееся стекло - потеря в весе более 150 мг/(100см²); IV класс - очень сильно выщелачивающееся стекло - потеря в весе более 400 мг/(100см²).

Устойчивость к кислотам. HCl, HNO₃, H₂SO₄ действуют на стекло подобно Н₂О: с поверхности стекла вымываются щелочные элементы, освободившаяся SiO₂ переходит в гель, защищающий поверхность от дальнейшего, смесь кислот и растворившихся в них компонент разрушаются сильнее. HF и метафосфорная кислота действуют сходно с щелочами: разрушает связи Si-O-Si, образуются либо летучий SiF₄, либо фосфат кремния – Si(PO₃)₄. HF часто применяется для мойки, матирования и вытравливания изображений на поверхности стекла. Стойки к кислотам фосфатные стёкла, не содержащие SiO₂ и B₂O₃. Кислотостойкость стёкол классифицируется (по [1, т.2]) так: I класс – кислотостойкие стёкла - потеря в весе 0÷0,7 мг/(100см²) за 3 часа обработки в HCl при 100^оС, II класс – слабо растворимые стёкла - потеря в весе 0,7÷1,5мг/(100см²), III класс – умеренно растворимые стёкла - потеря в весе более 1,5мг/(100см²), IV класс – сильно растворимые стёкла - потеря в весе более 20мг/(100см²), V класс – 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			-			-
General Electric	Na						-
Philips		Cd				-	-	-
Osram		Cs				-	-	-
Philips	Cd, Mg		-		-	-

Дата добавления: 2014-01-06