Травление стекла плавиковой кислотой: Химическое матирование стекла кислотой — технология. — Обработка стекла. — О мебели — Мебель и интерьер

Травление можно производить парами неразбавленной или разбавленной плавиковой кислоты. Именно парами вытравливают обычно мерные и тонкие линии. Этот метод, как правило, используют для получения всевозможных линий разметок. Чтобы получить такие линии, их процарапывают на защитном покрытии, а после этого протравливают.
Неразбавленную плавиковую кислоту HF употребляют для травления чрезвычайно редко, так как она быстро испаряется. Концентрированную кислоту употребляют для протравливания небольших участков стекла чаще всего путем нанесения кистью и выдерживая стекло под ее действием в течение 1 мин. Увеличение времени действия кислоты, например до 3 мин, приводит к образованию на поверхности стекла нерастворимых солей. В зависимости от концентрации можно получить протраву тусклого цвета и светлую с блестящей поверхностью.

Время действия кислоты на стекло от 10 до 30 мин в зависимости от глубины протравы. Для увеличения блеска протравленного рисунка в травильный раствор добавляют серную кислоту. При этом травильный состав представляет собой 1 ч. HF, 3 ч. воды и 0,1ч. h3S04

В травильном процессе изделия проходят ряд операций, следующих друг за другом: погружение изделия в кислоту, выдержка в кислоте, извлечение изделия из кислоты, отмывание его холодной водой, снятие защитного слоя (в горячей воде, если восковые покрытия, в скипидаре, если лаковые), промывание в щелочном растворе и окончательная просушка. В некоторых случаях готовые изделия вместо промывания в щелочном растворе протирают древесными опилками.

Плавиковая кислота в процессе действия ее на стекло постепенно улетучивается из раствора, крепость ее ослабевает. В то же время на дне емкости собирается осадок кристаллов солей, которые смываются с разрушенной поверхности стекла. Через определенные промежутки времени приходится менять кислоту и очищать емкость от осадков. Удобнее всего собирать осадок широкой лопаткой.

ДЛЯ этого раствор взбалтывают деревянной лопаткой, на дно емкости ставят другую емкость высотой в 304 см, полностью закрывающую собой емкость с раствором. Поднявшиеся во время взбалтывания частички разложившегося стекла начинают осаждаться во второй емкости, которую затем осторожно вынимают вместе с осадком. Удаление разложившихся частичек стекла можно производить и кистью, но при этом необходимо строго соблюдать технику безопасности.
Светлое травление и полирование стекла. Светлое травление, в отличие от матового, дает возможность получать рисунок, отличающийся прозрачностью и блеском. Его производят смесью плавиковой и серной кислоты, которая не только разрушает стекло, но и хорошо удаляет с его поверхности слой образующихся при этом кристаллов.

Применяют следующие составы:
плавиковая кислота (35%) — 16,7; серная кислота (80%) — 22,6; вода — 60,7;
плавиковая кислота (35%) — 100; серная кислота (80%) — 40; вода — 60.
В зависимости от сорта стекла, температуры травильного состава, глубины рисунка время действия кислоты может колебаться в довольно больших пределах — от 2 до 30 мин.

На основе светлого травления разработана технология химического полирования изделий из стекла. Используют, например, смесь такого состава (в массовых частях): плавиковая кислота (60-65%) — 25; серная кислота (80%) — 50; вода — 25. Как видим, по сравнению с раствором, применяющимся при светлом травлении, при полировке доля серной кислоты возрастает с 40 массовых частей до 50. Это делают для того, чтобы повысить растворимость и смываемость образующихся солей. Для этой цели изделие после 15-30 с химической обработки опускают в теплую воду, которая и смывает соли с поверхности стекла. Переменное погружение может повторяться 3-4 раза. Возможен и другой ритм травления, а именно 8-10 погружений продолжительностью по 5 с. Температура должна поддерживаться на уровне 40-50°С.

После употребления смеси в течение 1-3 ч в нее добавляют дополнительно HF и h3S04 в соотношении 1:2 (на 10 л раствора достаточно добавить 0,5 л новой смеси).

По окончании полировки изделие должно быть тщательно промыто в теплой воде, в противном случае рисунок, а иногда и поверхность изделия в отдельных местах получатся матовыми. Это происходит не только от небрежного мытья, но и от несвоевременности промывки, так как оставшаяся на его поверхности кислота продолжает разъедать поверхность.

Химическая полировка изделий не только улучшает блеск изделия, но и повышает в 3-4 раза производительность труда по сравнению с механической полировкой. Но при этом изделие лишается своего естественного блеска, получающегося в процессе огневой полировки слоя, что значительно снижает его механическую прочность. Кроме того, эта работа требует чрезвычайно строгого соблюдения правил техники безопасности.

Матовое травление позволяет получать свето-рассеивающую поверхность стекла.

В зависимости от вида стекла применяют различные составы:
фтористый аммоний — 125 г; плавиковая кислота — 150 мл; вода дистиллированная — 250 мл;
фтористый аммоний — 250 г.; серная кислота — 50 мл; сульфат аммония — 25 г; вода дистиллированная — 250 мл;
кремнефтористый калий — 250 г; соляная кислота — 250 г. ; сульфат калия — 140 г; вода дистиллированная — 1000 мл;
кремнефтористый аммоний — 160 г; сернокислый барий — 200-220 г; вода дистиллированная — 200 мл.

Часто для усиления образования солей на протравливаемой поверхности и получения более равномерного матового слоя к основному составу добавляют соли K2S04, ZnCl и др.

Наиболее тонкую матовую поверхность получают при помощи солей калия. Натриевые соли, хотя и быстрее действуют на поверхность изделия, но образуют неровно-грубоватую поверхность. Аммониевые соли делают поверхность более тонкой.

Характер матовости зависит от температуры раствора и продолжительности процесса. Температура колеблется от 15 до 30°С, продолжительность от 1 до 15 мин.

Иногда матировать изделие удобнее не раствором, а пастой. Для получения матирующих паст употребляют индифферентные вещества (загустители): декстрин, крахмал, муку, казеин, фторит, криолит и др. В связи с тем, что при протравливании пастами любое их движение исключено, получают более зернистые и грубые поверхности. Если в матирующий состав добавить соли калия, то это придаст поверхности стеклоизде-лий более мягкую и ровную фактуру. Примерный состав пасты: фтористый аммоний — 10 г; плавиковая кислота (50%) — 10 мл; сульфат бария — 25 г.

При соотношении пасты и загустителя 1:1 матирование продолжают 5-10 мин. Если к пасте добавить небольшое количество глицерина, то ею можно писать при помощи пера. Для усиления действия пасты добавляют плавиковой кислоты. При протравливании небольшого участка стекла, чтобы паста не расползалась в стороны, ее окружают небольшим валиком из воска, парафина или пластилина.

Рисунок можно нанести при помощи резинового штемпеля. Для этого употребляют жировые вещества, которые затем припудривают солями фтористого аммония. Для проведения более интенсивной реакции изделие нагревают до 30-40°С. Этим же штемпелем можно отпечатать рисунок из защитного материала, тогда рисунок будет блестящим, а фон — матовым.
__________________________________________________________

1. Травление стекла по Лайнеру. До настоящего времени предполагали, что для матовой протравы стекла необходимо употребление дорогостоящих хлористых солей. А. Лайнер открыл, что можно приготовить сравнительно дешевую травильную жидкость без хлористых солей. Здесь помещены следующие два его рецепта:

а) Сначала готовят два раствора:

Раствор I, состоящий из 1 соды в 2 теплой воды и раствор II, состоящий из 1 поташа в 2 теплой воды. Оба раствора I и II смешивают и к смеси прибавляют 2 концентрированной плавиковой кислоты, а затем — Раствор III, состоящий из 1 сернокислого калия в 1 воды.

б) Второй рецепт состоит из следующих составных частей: воды, 4 поташа, 1 растворенной плавиковой кислоты и 1 сернокислого калия. Эту смесь обрабатывают хлористоводородной кислотой и поташом, пока она не вызовет матовой поверхности желаемой степени на пробном куске стекла.

2. Травление стекла по Кампманну. Еще более простой способ был предложен Кампманном в Вене. При приготовлении травильной жидкости последний употребляет деревянную посуду, железные части которой (обручи и т. п.) защищены от разъедающего действия кислотных паров слоем асфальтового лака. Этот сосуд наполняется на 20% своего объема крепкой плавиковой кислотой, которая частично нейтрализуется осторожным и постепенным прибавлением нескольких кристаллов соды. Затем прибавляют еще немного соды небольшой деревянной лопаточкой. Сода прибавляется до тех пор, пока смесь не начнет пениться и не загустеет настолько, что будет прилипать к деревянной лопатке. Ввиду того, что кислотные пары очень вредны для здоровья, эту операцию следует производить на открытом воздухе, чтобы пары быстро уносились. Содержимое котла состоит теперь из хлористого натрия и нейтрализованной плавиковой кислоты. Смесь переливают в деревянную чашку и разбавляют водой, в 5-10-кратном количестве ее объема, смотря по тому, какой крепости желают получить травильную жидкость. Не рекомендуется употреблять смесь в слишком концентрированном виде, потому что в таком случае поверхность стекла при травлении получается неровной, грубозернистой и обсыпанной мелкими кристаллами. Если, с другой стороны, травильная жидкость слишком разбавлена водой, то поверхность стекла получится прозрачной, а не матовой. Оба эти недостатка можно легко исправить: если раствор слишком крепкий, то нужно прибавить небольшое количество плавиковой кислоты, частично нейтрализованной содой.

3. Травление стекла по Гопкинсу. Хороший рецепт для приготовления небольшого количества травильной жидкости: 24 плавиковой кислоты, 60 кристаллической соды (в порошке), 10 см3 воды. Употреблять эту травильную жидкость лучше всего следующим образом: сначала тщательно очищают стекло от всякой грязи. Затем место, которое надлежит сделать матовым, обводят бордюром из восковой массы, составленной из воска, сала, канифоли и асфальта (в порошке), смешанных вместе. Бордюр не дает разлиться травильной жидкости на те части поверхности стекла, которые не желают травить. Стекло подвергается сначала действию (в течение нескольких минут) обыкновенного травильного раствора (раствор плавиковой кислоты 1:10), который затем сливается. Стекло прокатывают обычной стекольной замаз­кой до получения ровной матовой поверхности.

При матовании оконных и витринных рам краску или замазку наносят на внутреннюю сторону стекла зимних рам (со стороны междурамного пространства). Краска, наложенная на внешнюю сторону (со стороны помещения), разрушается от влаги.

3. Морозные узоры на стекле получают с помощьюстолярного клея. Для этого стеклу сначала придаютматовость обработкой песком вручную или пескоструй­ным аппаратом. На матовую поверхность наносят слойгорячего крепкого раствора столярного клея толщиной2—3 мм. Высыхая, клей отрывает тонкую пленку стекла,которая легко снимается щеткой. Для ускорения про­цесса высыхания стекло в горизонтальном положениипомещают в сушилку с температурой 50—60 °С.

Чтобы получить крепкий клеевой раствор, плиточный столярный клей замачивают в воде в течение суток, затем излишки воды сливают, а набухший клей разог­ревают в паровой бане.

Морозные узоры можно выполнять только на тол­стых оконных стеклах, так как тонкие листы высыхаю­щий клей согнет, не оторвавшись от его поверхности.

Клей с осколками стекла можно применять неод­нократно, каждый раз добавляя в него не менее 50 % нового клея. Этот же клей можно использовать и для малярных работ, так как при разваривании осколки стекла оседают на дно и легко удаляются. Протирать эти стекла следует осторожно, так как острые грани узора могут поранить руку.

4. Матование выполняют плавиковой кислотой, ко­торая растворяет стекло и не растворяет органические и синтетические воски и смолы, а также жиры и их смеси. Плавиковая (фтористоводородная) кислота — водный раствор, в котором содержится до 40 % фтористого водорода. Она разрушает металлы, за исключением зо­лота и платины. Для кратковременного хранения кисло­ты стеклянную посуду изнутри покрывают слоем пара­фина, воска или же применяют эбонитовую, каучуко­вую, хлорвиниловую посуду.

Перед травлением поверхность стекла обезжири­вают раствором соды, тщательно промывают водой и высушивают. Необходимо учитывать, что следы пальцев на поверхности стекла являются также защитной плен­кой — в этих местах травление дает слабый отпечаток рисунка кожи пальцев.

Промытое и высушенное стекло покрывают пастой и выдерживают 10 мин, после чего пасту удаляют резиновым шпателем, а стекло хорошо промывают чи­стой водой и насухо вытирают.

Стекла больших размеров для матования погружают в ванну с раствором плавиковой кислоты. Для этого обычно применяют деревянные ванны, покрытые изнут­ри битумом, парафином, асфальтовым лаком (обяза­тельно по сухой поверхности). При приготовлении рас­твора для матового травления в пасту для стойких стекол добавляют кристаллическую соду (50 % от коли­чества вводимой кислоты). Кристаллическую соду мож­но заменить кальцинированной с соответствующим пе­ресчетом: 1 г кристаллической соды соответствует 0,3706 г кальцинированной.

Перед травлением стекло тщательно промывают в 3 %-ном растворе соляной кислоты и устанавливают вертикально для стекания с него излишка жидкости. Подготовленное изделие берут щипцами (деревянными или металлическими с резиновыми держателями), по­гружают в ванну, которую покачивают. Затем выни­мают и укладывают на трехгранные деревянные под­кладки, размещенные на столе. Через 2—3 мин изделие приобретает необходимую матовость. Его промывают сначала в чистой холодной проточной воде, а затем с помощью щетки и ветоши — в теплой.

При одностороннем матовании одну из поверхностей изделия покрывают защитной пленкой из парафина. Для этого расплавленный парафин наносят на сухое стекло кистью. После окончания травления и промывки защитную пленку счищают острым шпателем или гиб­ким ножом, а остатки смывают растворителем (скипи­даром, лаковым керосином).

Матование стекол небольших размеров выполняют пастами. Пасты готовят такой консистенции, при кото­рой их можно наносить на поверхность мягкой кистью. В зависимости от стойкости стекла применяют два вида паст — для стойких и менее стойких стекол. Состав для стойких стекол, весовых частей: фтористый аммо­ний — 7, сернокислый барий (осажденный) — 4; плави­ковая кислота 40 %-ная — 5; состав для менее стойких стекол: фтористый калий — 10; сернокислый калий — 4; крахмал картофельный — 0,8; плавиковая кислота 40 %-ная — 5,1—5,2. В фарфоровой ступке тщательно растирают, одновременно перемешивая, сухие компо­ненты. Сухую смесь затворяют плавиковой кислотой перед процессом травления.

Художественное травление плавиковой кислотой состоит из следующих процессов: подготовка стекла с обезжириванием поверхности, нанесение защитного покрытия, гравирование рисунка, травление, промывка, удаление защитного покрытия и промывка.

При художественной обработке стекла все поверх­ности, не подлежащие травлению, покрывают защитной пленкой. Лаки из природных или синтетических смол и растворителей, краски на олифе наносят кистью или ручным краскораспылителем. Чаще всего применяют следующий состав весовых частей: желтый сухой сурик — 7; канифоль — 3; льняная олифа — 2; раство­ритель (скипидар или лаковый керосин) — 3.

Растертый на растворителе железный сурик и пре­дварительно раздробленную канифоль, растворенную также в растворителе, смешивают и разводят олифой. Состав тщательно  перетирают в  фарфоровой ступке. очередно материалы с меньшей.

Перед погружением изделия составы разогревают до температуры 80—100 °С, поддерживая этот уровень все время, пока длится процесс нанесения защитного покрытия. Эти же составы можно наносить мягкой кистью.

Перед травлением в защитном слое процарапывают

Химически чистый рисунок, обнажая стекло. Рассмотрим наиболее распро­страненные способы ручной работы.

Если защитный слой нанесен на одну сторону кистью, рисунок подкладывают под стекло и переносят узор на изделие процарапыванием защитной пленки.

При применении непрозрачных жестких окрасочных составов на затвердевший защитный слой переводят рисунок с помощью копировальной бумаги, затем про­царапывают его. Чтобы лист с рисунком во время работы не смещался, его делают больше, чем стекло, и подгибают   под   него   края  со   всех   четырех   сторон.

При двустороннем защитном слое изделие погру­жают в сосуд с плавиковой кислотой, при одно­стороннем»— кислоту наливают на процарапанное место.

Для травления неразбавленной плавиковой кисло­той (35—40 %-ной) достаточно 1—3, а разбавленной водой в соотношении 1:1 — 10—30 мин. После трав­ления методом погружения стекло вынимают из ванны, промывают вначале холодной проточной водой, а затем теплой. При травлении наливом кислоту затем сливают в емкость, а стекло промывают водой так же, как и в первом случае.

Цифровка и травление | Нанесение меток и надписей на градуированной и обычной стеклянной посуде

Цифровка. Цифровкой называют нанесение цифровых обозначений на мерной посуде. Цифры и надписи наносят процарапыванием воскового слоя иглой с последующим, травлением плавиковой кислотой. Для цифровки применяют металлическую иглу, имеющую форму ручки или карандаша, с радиусом закругления 0,1 — 0,15 мм. Иглу литую с утолщенным стержнем в верхней части обычно вставляют в деревянную или пластмассовую оправу. Иглой на поверхности сосуда, покрытого восковой смесью, процарапывают цифры или буквы. Красота и четкость надписей зависят от квалификации работающего. Часто надписи наносят по трафаретам (как для надписей на чертежах).

На шаровидной части мерных колб наносят цифры, указывающие их объем, единицы величин (мл), а также температуру калибровки 20°С. На бюретках пишут цифры: 0 — вверху, 1, 2, 3, 4 и др. — на миллиметровых рисках с правой стороны. На свободной от рисок «верхней части пишут единицу величины (мл) и температуру градуировки 20°С.

На мерных пипетках и мензурках отсчет ведут снизу вверх (наибольшую отметку объема пишут вверху). На пипетках Мора объем, единицу величины и температуру, так же как у мерных колб, наносят на вздутии.

Травление. Травлением называют удаление слоя стекла с поверхности изделия. Травление производят плавиковой кислотой, стекло при этом разрушается только в тех местах, которые не защищены восковой, смесью, т. е. на рисках, процарапанных цифрах и надписях. В результате разрушения стекла в этих местах образуются углубления борозды.

Наиболее пригодны для травления стекла марок 23, ЗС-5 и другие молибденовые стекла. «Пирекс» и кварц трудно подвергаются травлению (дают размытые борозды). При травлении изделий из стекла марок Л-80, 29, 23 следует применять баритовую суспензию без добавки концентрированной серной кислоты. При работе с молибденовыми стеклами в кашицу добавляют несколько капель серной кислоты, которая связывает выделяющуюся при реакции воду, сохраняя тем самым концентрацию плавиковой кислоты, и препятствует образованию кремнефтористоводородной кислоты. Плавиковую кислоту хранят в парафиновых, поливинилхлоридных или полиэтиленовых сосудах. Кроме плавиковой кислоты для травления необходимы сернокислый барий (порошок), серная кислота (плотность 1,84) и этиловый спирт.

Травление производят следующим образом. В резиновый (разрезанную пополам медицинскую грушу) или полиэтиленовый стакан помещают небольшое количество сернокислого бария, к нему осторожно доливают плавиковую кислоту до образования сметанообразной массы. Для нанесения массы с плавиковой кислотой на места, подлежащие травлению, употребляют волосяную кисточку (волос длиной 10—15 мм). Подлежащую травлению поверхность осторожно протирают влажным тампоном в местах нанесенных рисок и надписей 96%-ным этиловым спиртом, который удаляет следы жира и улучшает смачивание поверхности воска плавиковой кислотой. Изделие, подлежащее травлению, берут в левую руку, волосяную кисточку — в правую, опускают ее в суспензию с плавиковой кислотой, затем осторожно наносят суспензию на поверхность стекла, где нанесены риски и надписи. Плавиковая кислота в местах, лишенных воска, разрушает стекло. После нанесения суспензии изделие выдерживают некоторое время, необходимое для получения нужной глубины метки. Плавиковая кислота ядовита, поэтому травление производят обязательно в вытяжном шкафу. Руки должны быть при этом защищены резиновыми перчатками. Попадание плавиковой кислоты на незащищенные участки кожи образует долго незаживающие язвы.

Травление изделий из стекла марки 23 длится 10—15 мин, из молибденового — 20—25 мин.

После выдержки в течение 10—25 мин с мерной посуды удаляют суспензию плавиковой кислоты, хорошо промывая изделия струей холодной воды из-под крана. Затем удаляют защитный восковой слой, для чего изделие или обливают кипящей водой, или опускают в сосуд с кипящей водой. Мерную посуду затем тщательно протирают чистым, сухим куском ткани и дают ей остыть.

Опасности травления стекла кислотой

Опасность для здоровья при травлении стекла кислотой

Где можно купить плавиковую кислоту для травления стекла? Спасибо — и я люблю ваш сайт!

Ответ Милли:  Спасибо, что дали мне возможность подчеркнуть, насколько опасно травление плавиковой кислотой! Я использую его ТОЛЬКО в специальном вытяжном шкафу в колледже — возможно, вы могли бы найти учреждение или студию рядом с вами, где есть аналогичная установка, которую вы можете арендовать? Мы покупаем его через компанию, которая специализируется на химикатах для лабораторий. Вам могут задать строгие вопросы о том, для чего вы собираетесь его использовать и как вы собираетесь его утилизировать, прежде чем вам его продадут. У нас есть договоренность о безопасной утилизации с поставщиком. Я собирался добавить предупреждения на свою страницу травления, так что вот… они взяты из различных оценок рисков и таблиц данных и предназначены для полезного чтения — и могут оттолкнуть вас на всю жизнь! Пожалуйста, будьте предельно осторожны с этой кислотой — она смертельна:

Плавиковая кислота является чрезвычайно агрессивным материалом, который поражает все ткани организма.Контакт с кожей приводит к глубоким ожогам тканей, которые очень медленно заживают. Контакт с разбавленными (<25%) растворами HF может не ощущаться в течение нескольких часов, что приводит к серьезному повреждению тканей. Контакт кожи с более высокими концентрациями HF вызывает немедленные и болезненные ожоги, а также массивное разрушение тканей и костей.

Hydrofluoric Acid Toxic проникает в кожу, разрушает нижележащие ткани и поражает кости. Такие слабые растворы, как 1%, по-прежнему быстро проникают через кожу и серьезно повреждают подлежащие ткани.Пары плавиковой кислоты обжигают глаза, что в конечном итоге приводит к слепоте. При концентрациях от 10 до 15 частей на миллион пары HF начинают раздражать глаза. Кратковременное воздействие (5 минут) концентрации выше или равной 50 ppm может привести к летальному исходу. Проглатывание HF приводит к тяжелым ожогам рта и горла. HF не является канцерогеном для человека. (Наконец – позитив!)

Хранить фтористоводородную кислоту в полиэтиленовых бутылях и во вторичной защитной оболочке.

Не используйте стекло! Примите определенные меры для хранения HF вдали от аммиака и других оснований.

Все работы с HF должны выполняться в вытяжном шкафу соответствующего класса.

Необходимо носить соответствующие средства индивидуальной защиты, т. е. защитные очки (или предпочтительно лицевой щиток), перчатки из ПВХ или неопрена, которые часто и тщательно проверяются на наличие повреждений, особенно точечные отверстия, лабораторный халат и, желательно, химически стойкий фартук.

Частое мытье рук и перчаток водой целесообразно при работе даже с разбавленным HF.

Плавиковая кислота является опасным отходом.Поэтому его необходимо утилизировать в соответствии со специальными процедурами.

Поделись витражной любовью!

Представление о механике химического травления и травление стеклокерамических материалов MgO-Al2O3-SiO2 с помощью ВЧ

(Базель). 2018 сен; 11 (9): 1631.

²

² Специальный стеклянный ключ Лаборатории Хайнаньской провинции, Haikou 570228, China

³ Key Laboratory Дополнительные материалы о ресурсах тропических островов Министерства образования, Хайкоу 570228, Китай

Поступила в редакцию 25 июля 2018 г. ; Принято 4 сентября 2018 г.

Abstract

Настоящее исследование посвящено условиям и механизму травления MgO-Al ₂ O ₃ -SiO ₂ стеклокерамики (MAS) в плавиковой кислоте (HF). Результаты показывают, что аморфная фаза имеет в 218 раз более высокую скорость травления, чем чистый кристалл кордиерита при комнатной температуре.Кроме того, энергии активации кордиеритовой и аморфной фаз в растворе HF составляют 52,5 и 30,6 кДж/моль соответственно. Время ( t _ad ), необходимое для полного растворения аморфной фазы, зависит от концентрации HF ( C _HF ). На основе экспериментов по травлению создается и уточняется новая модель для оценки эволюции t _ad . Кроме того, высококристаллическая кордиеритовая фаза с высокой удельной поверхностью (59. 4 м ² ·g ^-1 ) и мезопористую структуру, получено травлением ВЧ. В этой статье представлены новые взгляды на химию травления и открываются возможности для дальнейших исследований в области каталитической керамики на основе кордиерита.

Ключевые слова: стеклокерамика, фтористоводородная кислота, условия травления, скорость травления, механизм коэффициент теплового расширения, высокая химическая стойкость и желательные огнеупоры [1,2,3].Однако относительно более низкая удельная поверхность традиционно спеченной кордиеритовой керамики приводит к более низкой каталитической эффективности [4]. В качестве контрстратегии кордиеритовая керамика обычно наносится активным покрытием перед нанесением каталитического слоя [5,6]. В наших предыдущих исследованиях на основе стеклокерамики MgO-Al ₂ O ₃ -SiO ₂ (MAS) был приготовлен сосновоподобный кордиерит дендритной структуры в качестве основной кристаллической фазы, размером кристаллическая щель в дендритном кордиерите имеет наноразмеры [7]. Он и др. увеличивает площадь поверхности пористой кордиеритовой керамики, полученной методом компрессионного формования, до 19,47 м ² ·г ^-1 при кислотной обработке [8].

Обладая хорошо известным эффектом травления силикатных стекол [9, 10, 11, 12, 13, 14], HF может быть подходящим кандидатом для растворения аморфной фазы с кремнекислородным тетраэдром, как и для кордиеритовой фазы в МАС тоже. Таким образом, чтобы максимально увеличить степень эрозии аморфной фазы и максимально минимизировать кордиеритовую фазу HF, необходимо изучить условия травления МАС в HF, чтобы контролировать процесс травления, улучшать микроструктуру фазы кристаллизации, а также расширить области применения стеклокерамики.Однако было опубликовано несколько исследований либо условий травления, либо механизма MAS в растворе HF. Ли и др. показали, что микроструктуру и соотношение кристалличности кордиеритовой фазы можно контролировать, изменяя условия ВЧ-травления с последующей термообработкой [15].

Для точного управления процессом химического травления исследуются основные факторы, влияющие на скорость и время травления. Также обсуждалось происхождение разрыва скоростей травления между двумя фазами.Кроме того, была изучена взаимосвязь между tad и C _HF , и была создана уточненная модель. Мы считаем, что может быть хорошей идеей приготовить стеклокерамику с более высокой удельной поверхностью.

2. Материалы и методы

20mgo-20al ₂ O ₃ -54SIO ₂ -3K ₂ O-1FE ₂ O-1FE ₂ O ₃ -2TIO ₂ (в моляре%) стекло было приготовлено из химического оксида и карбоната аналитической чистоты (ЧЧ) путем плавления при 1580 °С в течение 2 ч в тигле из глинозема в электропечи.Переплавленное стекло (10 см × 10 см × 1 см) отливали на металлическом блоке и помещали в печь для отжига, предварительно нагретую до 650 °С. Затем печь охлаждали до 500 °С (скорость охлаждения 1 град/мин), выключали и охлаждали до комнатной температуры. Образцы стекла были зародышеобразованы при 798°C в течение 4 часов и кристаллизованы при 945°C в течение 4 часов для достижения MAS соответственно. Во время этого процесса сначала образуются зародыши, когда зародышеобразования стабильны, атомы в расплаве мигрируют к границе раздела, вызывая рост кристаллов.Закристаллизовавшиеся образцы измельчали ​​до порошка с размером частиц менее 75 мкм и хранили в сушильном шкафу. Для облегчения сравнения скоростей травления аморфной фазы и остаточной кордиеритовой фазы в качестве образцов были выбраны исходное стекло (полученное плавлением) и чистый кристалл кордиерита (HanYe Refractory, Шаньдун, Китай) соответственно.

Растворы HF разных концентраций разбавляют HF (40% w / w ) степени чистоты AR. Все концентрации указаны в молях на литр (моль/л).Несколько серийных экспериментов C _HF и времени предназначены для достижения скорости травления t _ad (как указано в таблице). В этом измерении временной интервал травления составляет 5 мин. В каждой партии 100 мг образца кристаллизованного порошка добавляли в 100 мл раствора HF в пластиковой пробирке, чтобы убедиться, что HF находится в предельном избытке, так что изменения концентрации раствора HF будут незначительными. Вещества в пробирках центрифугируют 5 мин при скорости вращения 3000 об/мин.Полученный порошок сушат в сушильном шкафу при 80°С.

Таблица 1

Условия травления MAS в HF-решении

Кристаллическую структуру образцов определяли с помощью рентгеновской дифракции, Bruker, Druker, Германия. Рентгенодифракционный анализ проводили при скорости сканирования 2°/мин, с размером шага 0,01° и Cu Kα-излучении в диапазоне 2θ от 5° до 70°. Микроструктуру образцов регистрировали с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ, MIRA3, TESCAN, Брно, Чехия). Удельную поверхность образцов измеряли с помощью Brunauer-Emmett-Teller (BET, BK112T, Beijing JWGB Sci. Tech. Co., Ltd., Пекин, Китай). Потерю массы (Δ м ) измеряли на аналитических весах с точностью ±0.1 мг. Относительное содержание фазы кристаллического кордиерита получали путем деления массы протравленных образцов на массу исходного образца в заданное время ( t ). Скорость травления ( r ) может быть извлечена из наклона кривой Δ m во времени и зависит от C _HF [16].

где k (s ^-1 ) соответствует константе скорости реакции, n представляет собой порядок реакции, а S относится к площади поверхности.Поскольку значение площади поверхности в таких измерениях непостоянно, его нельзя использовать для расчета точного травления. Однако, исходя из начальных значений площади поверхности по БЭТ, площадь поверхности исходного образца стекла (1 м ² /г) и однофазного кордиерита (60 м ² /г) имеет значение 0,1 м ² и 6 м ² соответственно в отсчетах скорости травления.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Фазовый и микроструктурный анализ

представляет рентгенограмму свежеприготовленного МАС, которая демонстрирует гексагональный α-кордиерит (PDF#48-1600), который является доминирующей фазой с пространственной группой D _6h ² = P6/мсс.Соотношение аморфной и кристаллизованной фаз может быть приблизительно равно 7:13. Кроме того, можно различить низкоинтенсивные пики фазы шпинели при 2θ = 20° и 32° благодаря присутствию TiO ₂ , который был добавлен в сырье в качестве агента зародышеобразования. В стеклокерамике MgO-Al ₂ O ₃ -SiO ₂ спинали всегда выделяются вместе с основной кристаллической фазой. Эскобар Дж. и соавт. сообщили, что добавление TiO ₂ может ингибировать образование шпинелеподобных частиц [17,18].Поэтому с помощью XRD было обнаружено незначительное количество фазы шпинели. показаны СЭМ-изображения образцов MAS с различными условиями травления. В стеклокерамике кристаллы кордиерита окружены аморфной фазой. а представлена ​​типичная дендритная структура МАС после травления в течение 10 с в растворе HF с концентрацией 5 моль/л. б – перетравление образцов в растворе HF 20 моль/л, которое проводили в течение 30 мин. Снимки СЭМ показывают, что следует выбрать оптимальное время травления, чтобы избежать деградации микроструктуры.

Рентгенограммы МАС.

СЭМ-изображения MAS в условиях травления ( a ) 5 моль/л HF в течение 10 с и ( b ) 20 моль/л HF в течение 30 мин.

3.2. Анализ процесса травления

Механизм травления был дополнительно исследован путем установления взаимосвязи между временем травления и потерей массы (Δ м ) МАС в 1 моль/л HF; результаты показаны в . Изменение наклона кривой свидетельствует о том, что скорость травления не была постоянной и уменьшалась со временем.Кроме того, растворение стеклокерамики в HF можно разделить на три области: (1) скорость травления оставалась постоянной от 0 до 55 мин, (2) скорость травления снижалась за счет растворения кристаллических фаз от 55 до 120 мин, 3) скорость травления достигла более низкого, но постоянного значения через 120 мин за счет полного расходования аморфных фаз. Следует отметить, что постепенное растворение аморфной фазы усиливало обнажение структуры кордиеритов, что приводило к снижению скорости травления во второй и третьей областях.

Зависимость между изменением массы (дельта-m) и временем проб МАС.

Следует отметить, что, несмотря на сходный состав, скорость травления кристаллической ( r _c ) и аморфной фаз ( r _a ) в растворах HF различна. Первую и третью области графика потери массы можно аппроксимировать линейными кривыми, что свидетельствует о сложном характере реакций стеклокерамики в растворах HF. Согласно уравнению (1), r _a и r _c могут быть получены путем деления наклона подобранных линий на удельную площадь поверхности.В этом измерении r _a в 218 раз быстрее, чем r _c при комнатной температуре.

Для исследования причин расхождений в скоростях травления скорости травления фазы кордиерита и исходной стеклофазы при различных температурах показаны на вставке. Скорость травления имеет прямую зависимость от температуры. Константа скорости ( k ) может быть выражена как функция обратной величины температуры в соответствии с уравнением Аррениуса:

где E _a относится к энергии активации, R = 8.314 Дж·моль ⁻¹ ·K ⁻¹ представляет собой молярную газовую постоянную, T соответствует термодинамической температуре, а A относится к предэкспоненциальному фактору. Уравнение (3) можно вывести из уравнений (1) и (2):

lnr=−EaRT+lnA+n⋅lnCHF

(3)

где сумма ln A и n ·ln C _HF является константой.

Скорости травления кордиерита и аморфной фазы, соответствующие уравнению Аррениуса.Врезка: изменение скорости травления в зависимости от температуры.

Скорость химической реакции тесно связана с энергией активации реагентов. представлены кривые ln r и 1000/T. Энергии активации кордиерита и исходного стекла равны 52,5 и 30,6 кДж/моль соответственно. Сообщалось, что энергия активации стеклообразного SiO ₂ составляет около 30–32 кДж/моль [19]. По энергии активации реакция между кордиеритовой фазой и HF более жесткая, чем реакция между HF и исходной аморфной фазой.

Кристаллическая структура кордиерита в основном состоит из тетраэдров [SiO ₄ ], тетраэдров [AlO ₄ ] и октаэдров [MgO ₆ ], которые показаны на a. В гексагональном α-кордиерите [AlO ₄ ] занимает две случайные позиции гексагональных колец, а остальные позиции заняты [SiO ₄ ]. Гексагональные кольца соединены [AlO ₄ ] и [MgO ₆ ], образуя стабильную структуру кордиерита [20]. В гексагональном α-кордиерите ионы Mg ²⁺ находятся в октаэдрических щелях, а координационное число равно шести.В кордиерите связи Mg–O являются ковалентными [21,22]. Однако связь ионов Mg ²⁺ совершенно иная в аморфной фазе (как показано на б). В аморфной фазе ионы Mg ²⁺ разрывают сетку SiO ₂ и индуцируются атомы Si, связанные менее чем с четырьмя мостиковыми атомами кислорода. Атомы кислорода, не связанные мостиками, заканчиваются ионами Mg ²⁺ , а кремний, связанный с этими атомами кислорода, вытравливается с большей скоростью, аналогично единицам Si-F.Два новообразованных немостиковых атома кислорода связаны ионами Mg ²⁺ , которые напоминают ионные связи [23], более слабые, чем ковалентные связи в кордиерите. Поэтому скорость травления аморфной фазы выше, чем кордиеритовой.

Двумерная диаграмма различных соединений Mg ²⁺ в ( a ) кордиерите (треугольники с линиями внутри представляют тетраэдры [SiO ₄ ] и [AlO ₄ ]) и ( b ) тетраэдры фаза (связь Si–O перпендикулярно бумаге не показана для удобства наблюдения).

3.3. Факторы, влияющие на t

Крайне важно контролировать процесс реакции и скорость травления, чтобы уменьшить эрозию фазы кордиерита и максимально удалить аморфную фазу во время обработки HF. Поэтому необходимо измерять степень удаления аморфной фазы. Полное удаление аморфной фазы определяется конечной точкой травления ( t _ad ), которая может быть выражена следующим образом: где S имеет оценочное среднее значение 0.05 м ² .

В b проведены две подгоночные линии в разных диапазонах ln C _HF , а t _ad может быть выражено как: ;CHF>6,55,i=2) 

(5)

С N ₁ = 0, ₁ = 0,93, к ₁ (S ^-1 ) = 4.81 и N ₂ = 1,71 и K ₂ (S ^-1 ) = 1.12. Модель II (выраженная уравнением (5)) также показана на .Отклонение было сведено к минимуму в модели II. Чтобы точно определить конечную точку травления, функция tad будет дополнительно скорректирована в более позднем исследовании.

Фитинг по Аррениусу ln r в домене ln C _HF в ( a ) весь диапазон и ( b ) диапазоны отделов.

Данные подходят для моделей I и II.

Согласно уравнению (1), а представляет собой кривую Аррениуса ln r по сравнению с ln C _HF . Наклон линии подгонки соответствует порядку реакции, а точка пересечения показывает логарифм константы скорости, который равен n ₀ = 1.21 и к ₀ = 3,86 соответственно. Модель I (выраженная уравнением (4)) и экспериментальные данные t _ad показаны на рис. Видно, что измеренные данные соответствуют модели I в низких и высоких областях C _HF , тогда как в средней области C _HF замечено отклонение, что соответствует изменению значения n .

3.4. Анализ удельной поверхности

показывает удельную площадь поверхности свежеприготовленных и протравленных образцов.Мы наблюдали линейную зависимость между временем травления и удельной поверхностью. Однако после 40 мин травления увеличение удельной поверхности происходило медленнее из-за полного растворения стеклофазы. Кроме того, травление в течение 50 мин привело к увеличению удельной поверхности за счет перетравливания, которое полностью растворило кордиеритовую фазу. Кроме того, удельная поверхность 59,4 м ² ·г ^-1 была получена после 40 мин травления, что в 10 раз выше, чем у свежеприготовленного образца.

Диаграмма зависимости площади поверхности по БЭТ от времени травления.

Кроме того, изотермы IV типа () указывают на мезопористую структуру свежеприготовленных и протравленных образцов. Следовательно, кордиеритовая фаза с высокой удельной поверхностью и мезопористой структурой может быть получена при оптимальных условиях травления.

N ₂ изотермические кривые поглощения и десорбции образцов при различном времени травления: ( a ) 10 мин; ( б ) 20 мин; ( с ) 30 мин; и ( d ) 40 мин.

4. Выводы

В настоящей работе исследовано растворение кордиеритовой стеклокерамики в растворе HF и получена высококристаллическая кордиеритовая фаза с высокой удельной поверхностью и мезопористой структурой. Мы наблюдали значительные различия между скоростями травления кордиерита и аморфной фазы. В растворе HF с концентрацией 1 моль/л r _a было примерно в 218 раз выше, чем r _c , что объясняется использованием значений энергии активации кордиерита (52.5 кДж/моль) и аморфной (30,6 кДж/моль) фазы. В аморфной фазе ионы Mg ²⁺ разорвали сетку SiO ₂ и образовали рыхлую структуру.

Кроме того, новая модель эволюции t _ad была установлена ​​и уточнена с помощью подобранных порядков реакции: i=2)

(6)

Интересно отметить, что удельная поверхность области кордиерита была улучшена до 59,4 мкм ² ·g ^-1 за счет использования оптимальных условий травления ВЧ.

Авторские вклады

Письмо — первоначальный вариант, Y.J., S.Y. и Джей Ди; Методология, J.D., Y.C. и С.Л.; Формальный анализ, YJ и HJ; Расследование С.Ю., З.Л. и М.Х.; Написание — обзор и редактирование, CL; Надзор, К.Л.

Финансирование

Данное исследование финансировалось Ключевым научно-техническим проектом провинции Хайнань, номер гранта ZDKJ2017011; Национальная ключевая программа исследований и разработок Китая, номер гранта 2016YFC0700804; Национальный фонд естественных наук Китая, номер гранта 51562008; Проект Хайнаньского университета [kyqd(zr)1720], совместный инновационный фонд, совместный проект Тяньцзиньского университета и Хайнаньского университета, номер гранта HDTDU201701.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

Купить качественное травление стекла плавиковой кислотой по выгодным ценам

Травление стекла плавиковой кислотой , продаваемое на Alibaba.com, является неизбежным химическим катализатором и промежуточным продуктом, широко используемым в красках, фотографии, деревообработке, нефти, и текстильной промышленности.Экстрагированные из одного или нескольких неорганических соединений, травление стекла плавиковой кислотой являются оксокислотами или бескислородными. Покупайте самый большой ассортимент травления стекла плавиковой кислотой , разработанного для сохранения стабильности при стандартных температурах и оригинальности в течение многих лет использования.

Найдите водорастворимые и нерастворимые в растворителях травление стекла плавиковой кислотой , такие как соляная, серная и азотная кислоты, подходящие для лабораторных применений. Откройте для себя доступное и эффективное травление стекла плавиковой кислотой , доступное в разбавленном или концентрированном виде, чтобы изобретательно завершить свои проекты предварительной обработки.Независимо от того, ищете ли вы высококонцентрированную и сверхпрочную фтористоводородную кислоту для травления стекла или слабую, вы найдете сотни премиальных и качественных продуктов, отвечающих вашим потребностям.

Купить травление стекла плавиковой кислотой , разработанное в соответствии со всеми отраслевыми стандартами безопасности, качества и надежности, обеспечивает качественные результаты при использовании в агрохимии, промышленности и фармацевтике. На Alibaba.com вы найдете травление плавиковой кислотой на стекле в безводном, газообразном и водном форматах, каждый из которых достаточно прочен для различных проектов синтеза. Полученный от мировых лидеров в области химического производства, травление стекла плавиковой кислотой имеет различные свойства и эффективность.

Вы безрезультатно или с минимальным успехом искали различные травления стекла плавиковой кислотой для снабжения своего розничного или оптового магазина? Просмотрите сайт Alibaba.com, где представлена ​​невероятно большая коллекция продуктов, созданных с учетом требований безопасности, экологичности и устойчивого развития. Благодаря ценам и составам, подходящим для уникальных применений, откройте для себя продукты, подходящие для ваших проектов.Вам не нужно покупать оптом, чтобы получить товары со скидкой, потому что цены соответствуют бюджету клиентов.

Плавиковая кислота для травления стекла, 49%, 55%, 60% от китайского производителя, производителя, фабрики и поставщика на ECVV.com % — Электронный класс

Промышленность Гидрофторическая кислота

40%, 49%, 70%

53 Промышленная гидрофторическая кислота

стандарт качества:

 Некоторые изделия из стекла требуют шероховатой поверхности. Мы делаем это путем травления или пескоструйной обработки.

травленые цельностеклянные денюдеры; для экологических испытаний.

Поверхность стекла может быть подвергнута химическому травлению для придания шероховатости или матового вида, подобно пескоструйной очистке. Такая подготовка поверхности может быть полезна для удержания покрытия на поверхности стекла. Плавиковая кислота или бифторид аммония являются наиболее распространенными травителями. Травление боросиликатного стекла сложнее, чем мягкого стекла. Ниже показан наш опыт получения нужного количества травления.

Пескоструйная обработка — безусловно, самый простой способ получить эффект матовой поверхности с учетом того, какую поверхность можно достичь с помощью пескоструйного аппарата; внутренности маленького цилиндра, например, очень сложны, а снаружи просты.

Пескоструйная обработка является экономичным выбором для
.
 

На изображениях ниже показана серия сканирующих электронных микрофотографий поверхности стекла до и после травления.