Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2007 №1 - Цыбанова
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
После этого стекло не должно иметь видимых загрязнений. Если они остались, то трубку следует промыть слабым (5 %) раствором азотной, а при нерастворимых и прочно сидящих на поверхности стекла загрязнениях — и плавиковой кислоты или бифторида натрия (фтористый натрий и какая-либо кислота по 5 %).
Эта операция может привести к матированию поверхности некоторых стёкол, поэтому её следует применять с известной осторожностью (впрочем, заматированная таким образом трубка становится прозрачной после обработки на стеклодувной горелке). Обработка стекла кислотами с целью очистки эффективна только в том случае, если оно не загрязнено жиром. Мелкие изделия из стекла можно очищать от органики обжигом на пламени горелки или в печи для отжига с последующим травлением. При этой операции необходимо следить, чтобы не «поднять» с поверхности стекла загрязнения типа ртути, селена, мышьяка и других легко летучих ядовитых веществ. Подобные работы, особенно со стеклом, бывшим в работе у химиков, необходимо делать только под хорошей тягой. Вообще говоря, химики должны тщательно очищать ту аппаратуру, которую они отдают в ремонт, но излишняя перестраховка здесь более уместна чем небрежность.
Протирать трубки изнутри можно или продёрнув сквозь неё шнурок с привязанной чистой тряпкой — или с помощью длинного шомпола из металла (лучше нержавейки), проталкивая сквозь трубку комок влажной ваты.
Арбузов — химик и стеклодув — в своей книге, ныне ставшей раритетом, предупреждает от возможности нанесения царапин на внутреннюю поверхность трубки при её протирке. Это особенно важно при работе со стёклами, имеющими большой к.т.р. (платиновые стёкла) и толстыми стенками
При быстром нагреве на горелке трубки с царапиной на внутренней поверхности она может растрескаться. Нагрев происходит неравномерно. Во внешнем слое трубки возникают напряжения сжатия. А внутренний слой с царапиной — будущей трещиной — растягивается (рис. 1).
Напряжения разрывают ослабленное трещиной стекло вдоль трещины. Появление продольных трещин при нагреве стекла может служить указанием на варварскую протирку внутренней поверхности. Стёкла группы «Пирекса» к таким повреждениям малочувствительны, а кварцевое стекло нечувствительно вовсе. Само собой разумеется, что чистить стекло песком или другими абразивами не следует. Очень грязное стекло, если так уж хочется, можно мыть мылом с чистыми опилками.
Промывка плавиковой кислотой позволяет использовать в работе и сильно повреждённое атмосферной коррозией молибденовое стекло, которое в непротравленном виде совершенно невозможно обрабатывать на горелке из-за сильной кристаллизации и образования микротечей в спаях. Внешний слой, обеднённый щелочными окислами и обогащённый кремнезёмом при этом удаляется.
Травильный раствор для стекла — 5 % HF или 5 % NaHF2 всегда следует иметь под рукой в своей лаборатории. Хранить его, разумеется, следует в плотно закрытой полиэтиленовой (не стеклянной) посуде. На кожу рук он действует слабо, но глаза при работе с ним следует защищать очками.
Свойства стёкол определяются как химическим составом, так и физической структурой, которая, в свою очередь, может формироваться термической обработкой (см. технологию стёкол «Викор» и «кварцоидного» стёкла).
Например, алюмосиликатное стекло, из которых делают внешние колбы натриевых ламп высокого давления (довольно доступное стекло с к.т.р., немногим больше, чем у «Пирекса») имеет микроструктуру, невидимую глазом. Она возникает при охлаждении стекла после варки из-за того, что при низкой температуре стекло распадается на две не растворимые друг в друге при низких температурах стекловидные фазы. Структура этого стекла похожа по виду на поролон, и состоит из кремнезёмистого «скелета», в порах которого находится вторая фаза, обогащённая окислами бора и щёлочных металлов. Это явление называется ликвацией. Судя по тому, что стекло «Пирекс» прозрачно и не рассеивает свет, размер структурных элементов много меньше, чем длина световой волны.
Если изделие из этого алюмосиликатного стекла слегка протравить плавиковой кислотой для уничтожения богатого окисью кремния поверхностного слоя и затем выдержать в горячей разбавленной серной, соляной, а лучше — уксусной кислоте, то борно-щелочная фаза растворится, а крёмнезёмистый скелет сохранит свою форму и внешний вид.
Нагрев затем изделие до температуры несколько сот градусов, можно наблюдать разрушение поверхностного выщелоченного слоя, который претерпевает сильную усадку при нагреве. Этот слой, по структуре похожий на селикагель, удерживает в порах огромное (до 20 %) количество воды.
Изделие из такого стекла с выщелоченным слоем при вакуумной откачке будет «газить», а при прогреве — разрушится, то есть для изготовления ламп оно негодно. (Но для других целей, например для изготовления полупроницаемых мембран, а может быть и адсорбционных криогенных вакуумных насосов, ловушек, оно может оказаться очень кстати).
Плавление выщелоченного стекла этой марки на кислородно-водородной горелке приводит к получению стекла с К.Т.Р. несколько больше, чем у кварца и менее тугоплавкого, чем он. Это стекло можно тем не менее с кварцем спаять.
Таким образом, хранение и обработка изделий из некоторых стёкол требует специальных условий и знания того, что можно и чего нельзя с ними делать. Если соблюдать условия хранения, обработки и эксплуатации, то стёкла описанного выше типа вполне пригодны для работы. (Колбы из этого стекла прекрасно могут служить и годами служат в натриевых лампах вне помещений).
Вообще говоря, неоднородное строение вследствие ликвации имеют многие стёкла, например, оптическое ЛК-5, «Пирекс», а также не стеклянные материалы, полученные из стёкол специального состава — ситаллы.
Специфические требования предъявляются и при обработке специальных стёкол — Линдемановского, — которое содержит ядовитую окись бериллия, очень «коротких» борлантановых и других. Да и мало ли ещё какие стёкла придётся паять!
Для стеклодува-универсала необходимо каждый раз подходить к изготовлению деталей из таких стёкол во всеоружии теоретических знаний и практических навыков. Большое значение имеет изучение как специальной, так и общеобразовательной литературы. Знания необходимо систематически пополнять и систематизировать.
Ниже мы приведём краткие сведения о стёклах, которые можно с пользой применить в лабораторной практике.
Глава 2. Не главное, но необходимое о стекле
Стекло известно человеку с древнейших времён. Ещё древние египтяне умели делать примитивные стёкла, сплавляя песок с содой и, вероятно, с другими компонентами. Не исключено, что технологию его плавки они подсмотрели при попадании соды в костёр, горящий на песке. Дальнейшее совершенствование технологии варки и выработки стёкол шло на протяжении всей истории человека. Делали стекло и в Киевской Руси. Большой вклад в технологию стекла внёс М.В.Ломоносов. Традиционным центром стеклоделия была средневековая Венеция, а позже — центральная Европа.
Мощный рывок в технологии стекла вызвала промышленная революция.
Развитие приборостроения потребовало таких стёкол, о которых раньше и слыхом не слыхали.
Традиционные стёкла «построены на песке». Двуокись кремния
