Травление стекла плавиковой кислотой: ТРАВЛЕНИЕ СТЕКЛА. РЕЦЕПТЫ

Разное

Содержание

Матирование и травление — Шлифование и полирование стекла

Матирование и травление

Категория:

Шлифование и полирование стекла

Матирование и травление

Матирование — это химическая обработка отформованного изделия, при которой на его поверхности образуется прочно закрепленный слой кристаллов солей, нерастворимых в воде. Такими нерастворимыми солями являются кислые и основные фториды щелочных, щелочноземельных и основных металлов: например, NaHF2 — кислый фторид натрия, CaF2 — фторид кальция, PbF2 — фторид свинца.

Грани кристаллов рассеивают свет, и поверхность изделия становится матовой. От величины выделяющихся кристаллов зависит фактура получаемой поверхности: большое количество мелких кристаллов создает плотную, менее прозрачную фактуру; более крупные кристаллы правильной формы делают поверхность стекла прозрачнее.

Регулируя процесс образования кристаллов, получают различную фактуру матовой поверхности.

Фактура поверхности зависит от химического состава обрабатываемого стекла и воздействующих на него растворов. Так, на обычных стеклах образуется более плотная, грубая фактура, на свинцовом хрустале —тонкая, более прозрачная. В зависимости

состава применяемых растворов матирование бывает грубое, «морозное», тонкое, «шелковистое».

«Морозное» матирование напоминает узоры мороза на окнах Такую фактуру получают двухстадийной обработкой изделий сначала в растворе Н20 (10 мас. ч.) и 40%-ной HF (1 мас. ч), затем в растворе Nh5HF2 (10 мас. ч.), Н20 (10 мас. ч.) и 40%-ной HF (4 мас. ч.).

Рис. 1. Многоцикловые установки (а, б) для химического полирования с двумя ваннами: 1 — механизм перемещения кассет, 2 — вращающиеся кассеты

Тонкое матирование — тонкозернистую матовую поверхность получают обработкой стекла в две стадии: первая предварительная—в растворе Н20 (10 мас. ч.) и 40%-ной HF (1 мас.

ч.), вторая — матирование раствором Н20 (6 мас. ч.), 40%-ной HF (2 мас. ч.) и К2С03 0,5Н20 (3 мас. ч.). В результате реакции между HF и К2С03 образуется кислый фторид калия, при взаимодействии которого со стеклом получается тонкозернистая поверхность.

«Шелковистое» матирование — очень тонкозернистая фактура, напоминающая поверхность шелка. Для предварительной обработки в этом случае используют раствор из Н20 (10 мас. ч.) и 40%-ной HF (1 мас. ч.), а для основного матирования — Н20 (100 мас. ч.), 40%-ная HF (16 мас. ч.), СН3СООН-(3 мас. ч.), 98%-ная h3S04 (1 мас. ч.), 65%-ная HN03 (2 мас. ч.) и 25%-ная Nh4 (2 мас. ч.).

Большие поверхности обрабатывают более разбавленными растворами, чем достигается большая равномерность матирования.

Независимо от фактуры декоративного слоя матирование выполняют в такой последовательности.

Перед обработкой поверхность стекла обезжиривают, 04lu щают, промывают, иначе в процессе матирования на поверхно-сти появятся жировые пятна. Повышение температуры растворов способствует ускорению процесса с образованием более ще” роховатого и более плотного матового слоя.

Матирующие вещества наносят на стекло по-разному в зависимости от их вязкости.

Матирование пастой применяют в основном при производстве бытового стекла в сочетании с такими способами декорирования, как гравировка и травление. Основной компонент паст для матирования — фториды аммония Nh5F (чаще) или калия KF. Например, применяют пасту следующего состава: фторид аммония— 10 г, 40%-ная плавиковая кислота— 10 мл, сульфат бария — 25 г.

Поскольку крупные кристаллы соли могут образовать на поверхности обрабатываемого стекла пятна и препятствовать равномерному нанесению пасты, соль размалывают в шаровой мельнице в течение 16…24 ч, а затем перетирают на листах стекла. К подготовленной таким образом соли добавляют воду и наполнители. В качестве наполнителей используют декстрин, глину, крахмал, сульфат бария. Сульфат бария имеет преимущества — отличается высокой дисперсностью и не слипается в комочки.

Изделия матируют на столах. Длина столов определяется из расчета 1 м на одно рабочее место. Вдоль краев стола под крышкой расположены желоба, по которым непрерывно циркулирует теплая вода. В крышке стола и в желобе у каждого рабочего места с правой стороны от рабочего сделано отверстие. Под столом вдоль него проложен вентиляционный воздухопровод, от которого на поверхность стола, против каждого рабочего места, выходят заборные патрубки, через них вместе с воздухом удаляются пары матирующей смеси, а также газообразные продукты реакции. Пасту наносят на изделие непосредственно перед патрубком.

На небольшие участки поверхности, например в узоры, полученные гравированием, пасту наносят живописной кистью слоем не менее 0,5 мм, но не более 1 мм. Изделие покрывают пастой, чтобы поверхность после обработки была однородной; места, на которые пасту наносят в разное время, имеют разную фактуру.

После нанесения пасту выдерживают на поверхности изделий 5…10 мин, если паста приготовлена задолго до употребления — до 15 мин. Покрытое пастой изделие кладут у отсасывающего воздух патрубка и приступают к матированию следующего изделия. Когда второе изделие покроют пастой, первое ополаскивают в воде, протекающей по желобам, а на его место кладут свежепокрытое.

Матирование в растворе применяют на заводах по производству бытового стекла. Матирующие растворы содержат соединения плавиковой кислоты в значительно меньшей концентра-йй чем пасты. Этим способом можно обрабатывать одновременно большое число изделий, причем как снаружи, так и внутри.

Кислыи фторид аммония или кислыи фторид калия растворяют в плавиковой кислоте. Приготовленный раствор выдерживают 24 ч. Для обезжиривания поверхности изделий применяют водный раствор плавиковой кислоты. После очистки изделия погружают в корзинах на 5… 10 мин в ванну для предварительной обработки, а затем на 5… 10 мин в ванну для матирования. По окончании матирования изделия промывают в горячей воде.

Матирование парами фтористоводородной кислоты используют для обработки листов стекла, реже стеклянных изделий.

Изделие, предназначенное для матирования, помещают в закрытую камеру, наполненную парами HF, которые получают в результате реакции между плавиковым шпатом CaF2 и серной кислотой h3SO4 или концентрированными плавиковой и серной кислотами.

По истечении определенного времени отработанные пары фтористоводородной кислоты отсасывают, а вынутое изделие промывают горячей водой (60 °С).

Травлением на поверхности стекла создают орнаменты или рисунки. Травление подразделяется на матовое (орнамент или рисунок рассеивает свет и остается матовым), светлое (орнамент или рисунок, оставаясь прозрачным формируется за счет образования рельефа при съеме части стекла с поверхности в процессе химической обработки) и травление по накладному цветному стеклу (способ Галле).

Состав раствора или пасты для травления, зависит от химического состава стекла, вида изделия, желаемой фактуры поверхности, способа нанесения и подбирается опытным путем. На характер получаемой поверхности влияют травильный состав, концентрация солей в растворе или пасте, температура, химический состав стекла, а также виды добавок, применяемых для повышения вязкости травильного состава.

Процесс травления можно регулировать путем добавления в травильный раствор или пасту кислот h3S04 или НС1, а также вводом активных веществ, которые способствуют образованию в травильном растворе фторсодержащих солей: карбоната натрия (соды) Na2C03, карбоната калия, поташа К2С03, фторидов натрия NaF или аммония Nh5F.

Введение в состав травильных растворов или паст различных фторидов способствует получению различной фактуры рисунков или орнаментов: Nh5F — более плотной и шероховатой, NaF—менее плотной, KF — почти прозрачной.

Для получения матового рисунка применяют различные травильные растворы, например: I — фторид аммония—125 г, 40%-ная плавиковая кислота— 150 мл, вода — 250 мл, II — фторид аммония — 250 г, серная кислота — 50 мл, сульфат аммония — 25 г, вода – 250 мл.

В отличие от матового при светлом травлении после воздействия соединений плавиковой кислоты на поверхности образуются соединения, легко растворимые в воде. При таком травлении рисунок, образующийся на изделии, остается прочным. При светлом травлении используют следующие растворы (мае. ч.): I — плавиковая кислота—16,7, серная кислота — 22,6, вода — 60,7, II — плавиковая кислота — 1, вода — 3—6.

Процесс травления во всех случаях состоит из следующих операций: подготовки стекла (промывки, очистки, обезжиривания), нанесения защитного покрытия, выполнения рисунка, собственно травления (химической обработки поверхности травильными растворами или пастами), отмывки от защитного покрытия и окончательной отмывки.

Рис. 2. Рисунки, наносимые пантографом (а) и гильоширной машиной (б)

Защитные покрытия применяют для предохранения поверхности стекла, не занятой рисунком, от действия плавиковой кислоты и ее соединений. Покрытия должны быть кислотоупорными по отношению к плавиковой кислоте и прочим реагентам травильной смеси, хорошо и равномерно растекаться по поверхности стекла, прилипать к нему, быть мягкими и прочными. При гравировании рисунка иглой или каким-нибудь острым предметом защитное покрытие не должно разрушаться.

Чаще всего в качестве защитного покрытия используют битумный лак № 350 и мастики, представляющие собой смеси из пчелиного воска, парафина, церезина, горного воска и т. д., приготовленные на основе органических растворителей (скипидар, бензол). На поверхность изделия защитные покрытия наносят кистью, окунанием, распылением, а также стальным клише, штампом или через трафарет.

Когда защитное покрытие высохнет и станет достаточно прочным, на нем процарапывают рисунок: пером, штемпелеванием, с помощью пантографа (рис. 2, а), или гильоширной машины (рис. 2, б). Пантограф и гильоширные машины применяют для массового переноса и размножения увеличенных или уменьшенных узоров на поверхность сортовых изделий.

Пантографом переносят рисунок с чертежа, шаблона или матрицы на внешнюю поверхность изделия из стекла, покрытую тонким слоем воска, парафина, специальной мастики, после чего изделие с обозначенным рисунком поступает на химическое травление. Конструкция пантографа основана на принципе горизонтального или вертикального шарнирного параллелограмма. Четыре звена пантографа соединены шарнирно и образуют параллелограмм. На одном из звеньев монтируется направляющая с неподвижной осью вращения, относительно которой звено может перемещаться и занимать определенное положение в соответствии с масштабной шкалой. На сочлененном звене установлена и перемещается по своей масштабной шкале направляющая с резцом. Противоположное звено продолжено на шарнир и заканчивается штифтом, острие которого может передвигаться по рисунку шаблона. Конец штифта описывает рисунок, синхронно с ним передвигается резец, который прорезает рисунок шаблона в слое воска, парафина или специальной мастики, но в заданном уменьшенном масштабе, который устанавливают по соответствующим звеньям. Шаблон представляет собой металлическую плиту, на которой в виде выемочной гравюры изображен рисунок, состоящий из углубленных канавок. Эти канавки служат направляющими для копирующего штифта пантографа.

Разница между пантографом и гильоширной машиной состоит в том, что с помощью пантографа можно получать более разнообразные линейные рисунки, кроме того, пантографом можно воспроизводить изображения в любом измененном масштабе, перенося их с горизонтальной плоскости в вертикальную (и наоборот). На гильоширных машинах декорируют обычно изделия с ножкой, имеющие такую форму, при которой стенка изделия и горизонтальные иглы копировального аппарата образуют угол, близкий к 90°. На пантографе можно одновременно обрабатывать до 24 изделий, на гильоширных машинах — восемь. С помощью гильоширной машины узор получают в результате сложения нескольких движений, например вращения изделия вокруг собственной оси и перемещения в том или ином направлении вдоль оси через правильные промежутки времени.

Своеобразный рисунок получают, протравливая стенки изделия поднимающимися вдоль стенки пузырьками газообразных продуктов (используют безводную смесь плавиковой и серной кислот в соотношении по объему 1:2). Для устойчивости изделие заливают водой и устанавливают в травильной ванне. В результате реакции пузырьки, скользя вдоль стенок, поднимаются вверх. Плавиковая кислота сильнее действует на стекло там, где прошли пузырьки, и по следу движения пузырьков протравливаются глубокие линии.

Если на поверхность изделия разбрызгивать парафин или, например, губкой нанести беспорядочные капли парафина, то пРи травлении стекла составом HF:h3S04= 1:1,5 (объемные части) можно получить «льдистые лучи», расходящиеся от глад, ких (защищенных парафином) участков стекла.

Травление по цветному стеклу (способ Галле) при-меняют для получения сложных полутоновых рельефных рисунков, чаще всего на накладном (двухслойном) стекле. Цветной слой протравливают на различную глубину, добиваясь при этом необходимой интенсивности цвета на каждом участке травления.

В зависимости от замысла художника отдельные участки изделия протравливают до основного, обычно бесцветного слоя. В это время остальные участки, цвет которых хотят сохранить, защищают покрытием — лаком. Для травления цветного стекла применяют чистую плавиковую кислоту. Лак смывают и проверяют четкость контуров оставшихся нетронутыми участков стекла. Затем защитным покрытием покрывают те участки изделия, которые должны сохранить исходную интенсивность окраски. На открытые участки кисточкой наносят плавиковую кислоту. Эту операцию повторяют многократно, чтобы воспрепятствовать накоплению на поверхности обрабатываемых участков нерастворимых солей.

Как только становится ясно, что получена необходимая интенсивность обрабатываемого слоя, эти участки покрывают защитным покрытием, предохраняя их от действия плавиковой кислоты. Обработку остальных деталей продолжают до получения более светлого оттенка. Затем снова достаточно протравленные участки покрывают защитным покрытием и процесс обработки продолжается. Таким образом можно выполнить сложные полутоновые рисунки на стекле.

Если на поверхность нанести очень тонкие слои защитного покрытия, которые частично пропускают кислоту, можно получить очень мягкие цветовые переходы. Если подвергать кислотной обработке фон, можно получить рельефное изображение. Такой способ травления иногда называют кислотным гравированием.

Рис. 3. Шкаф для травления штучных изделий небольшого размера: 1 — вентиляционная труба, 2 —рабочая камера, 3 — дверца, 4 — обрабатываемое изделие, 5 —травильная ванна

После травления изделия промывают в теплой воде, удаляют растворителем защитное покрытие и подвергают окончательной мойке и сушке.

Для травления изделии применяют шкафы (рис. 3), оснащенные фильтром и вентиляционной трубой для улавливания паров плавиковой кислоты. Плотно закрывающиеся дверцы шкафа открывают только для того, чтобы поместить изделия в рабочую камеру или удалить их оттуда. Травильную мастерскую изолируют от соседних помещений двойными дверями. Кроме вытяжной вентиляции травильную мастерскую оборудуют принудительной приточной.

Рис. 4. Организация рабочего места для травления рисунков: 1— стержни, 2, 6 — сосуды для кислоты, 3 — кисть, 4 — изделие, 5 — сборник

Рабочее место для травления художественных рисунков (рис. 4) организуют следующим образом. Четыре изделия подвешивают одновременно на деревянные стержни, которые укрепляют на конце деревянного верстака, прилегающего к рабочему месту. Плавиковая кислота находится в кислотоупорном сосуде. Рабочий одной рукой поворачивает изделие, а другой — при помощи кисти, которую он периодически смачивает плавиковой кислотой, натирает поверхность изделия. Обработав последовательно все изделия один раз, мастер вновь возвращается к первому и весь цикл повторяется.

При обработке кислота стекает в сборник из кислотоупорного материала, а затем в сосуд для окончательного сбора кислоты, так как ее йспользуют повторно. Во избежание сброса травильных растворов в городскую канализацию все рабочие места снабжают нейтрализующими известковыми фильтрами. Рабочие работают в резиновых перчатках и фартуках, одетых поверх кислотоупорной одежды.

Статьи по теме:

Охрана труда в производстве стеклоизделий
Организация и автоматизация производства стеклоизделий
Планирование качества стеклопродукции
Контроль качества стеклоизделий
Основы стандартизации стеклоизделий

Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

Отраслевая энциклопедия. Окна, двери, мебель

Иногда при изготовлении стеклянных элементов для мебели и перегородок, фрагментов витражей, декоративных предметов интерьера требуется не просто гладкое бесцветное стекло, а специально обработанное: с «наплывами», с различного рода рифлением, матовое, тонированное. Некоторые виды такой отделки, в частности матирование или тонирование стекла, можно произвести и в домашних условиях. Начнем с обычных силикатных стекол. Наиболее распространено матирование стекла. В промышленных условиях эта операция производится с помощью пескоструйных аппаратов, в домашних условиях того же эффекта можно добиться путем протравливания прозрачного стекла плавиковой кислотой.

Содержание

1 Процедура протравливания стекла
2 Дополнительный способ матирования стекла
3 Плавиковая кислота и пасты
4 Окрашивание
5 Вклад участников

Процедура протравливания стекла

Перед процедурой травления стекло необходимо обезжирить раствором соды, затем тщательно промыть большим количеством чистой проточной воды и высушить на воздухе (не протирая) в вертикальном положении. Имейте в виду, что подготовленное к травлению стекло (обезжиренное и промытое) нельзя трогать руками, иначе на нем могут остаться непротравленные участки в виде отпечатков рисунка кожи.

Для придания матовости стеклам небольших размеров обычно применяют не саму плавиковую кислоту, а пасты на ее основе. Если предполагается обработка стойких стекол, паста готовится из 7 частей (по массе) фтористого аммония, 4 частей осажденного сернокислого бария и 5 частей 40%-ной плавиковой кислоты. Травление менее стойких стекол производится составом, приготовляемым из 10 массовых частей фтористого калия, 4 частей сернокислого калия, 0,8—1 части картофельного крахмала и 5 частей 40%-ной плавиковой кислоты. Технология приготовления паст такова: в фарфоровой ступке тщательно растирают сухие компоненты и разводят плавиковой кислотой непосредственно перед процессом травления. На подготовленное стекло пасту наносят с помощью мягкой кисти и затем выдерживают в течение 10 мин, после чего ее аккуратно счищают резиновым шпателем, стекло промывают проточной водой и насухо вытирают мягкой чистой тряпкой.

Стекла больших размеров матируют путем их погружения в раствор плавиковой кислоты. Поскольку данная кислота разрушает все металлы, за исключением благородных, использовать для этой процедуры металлическую ванну нельзя. Травление производят в деревянной или фарфоровой (химической) емкости, покрытой изнутри расплавленным битумом или парафином. В емкость наливают необходимое количество раствора плавиковой кислоты и погружают в нее стекло. Длительность процедуры зависит от концентрации кислоты: если используется неразбавленная (40%-ная) кислота, то для полного протравливания стекла достаточно 1-3 мин; если кислоту разбавить водой в соотношении 1:1, то процесс травления займет около 15-20 мин. На протяжении всей операции емкость с кислотой и погруженным в нее стеклом необходимо слегка покачивать.

По истечении указанного времени стекло извлекают из ванны деревянными щипцами и укладывают на деревянные подставки (и щипцы, и подставки также должны быть покрыты битумом или парафином). Когда стекло станет матовым (примерно через 2 — 3 мин), его промывают сначала холодной проточной водой, а затем тщательно моют щеткой в теплой воде. Если матовой предполагается делать только одну сторону стекла, то вторую перед погружением в кислоту покрывают защитной парафиновой пленкой (расплавленный парафин наносят на сухую поверхность стекла мягкой волосяной кистью). Когда процедура матирования будет завершена, парафиновый слой аккуратно (чтобы не поцарапать стекло) снимают острым шпателем, а неудалившиеся остатки смывают скипидаром.

Путем травления плавиковой кислотой можно выполнить художественную обработку стекла, когда матируется не вся его поверхность, а создается рисунок — матовый на прозрачном фоне либо, наоборот, прозрачное изображение на матовом фоне. В таких случаях процесс подготовки стекла к протравливанию будет состоять из следующих операций: обезжиривание поверхности, нанесение защитного слоя, гравирование рисунка, травление кислотой, промывка, удаление защитного слоя и повторная промывка.

Состав для нанесения защитной пленки можно приготовить по одному из нижеприведенных рецептов (все компоненты составов даны в массовых частях, в скобках указана температура плавления веществ в градусах Цельсия).

Состав 1: пчелиный воск (61—68°) — 80, канифоль (52— 68°) — 10, химически чистый парафин (49-54°) — 10.

Состав 2: пчелиный воск — 75, канифоль — 15, церезин (66-80°) — 10.

Состав 3: пчелиный воск — 80, канифоль — 8, технический каучук (125°) — 2, церезин — 10.

Технология приготовления составов одинакова. Их готовят на водяной бане, причем сначала в емкость закладывают вещества с наибольшей температурой плавления и лишь после того, как они расплавятся, вводят вещества с меньшей температурой плавления. Если защитный состав приготавливался заранее, перед нанесением на стекло его следует медленно подогреть на водяной бане до температуры 80—100 °С и поддерживать такую температуру в течение всего времени работы с ним.

При художественной обработке защитный состав наносят на поверхность стекла мягкой волосяной кистью. Когда состав застынет, на нем гравировальной иглой процарапывают рисунок (желательно сначала выполнить эскиз рисунка на бумаге в натуральную величину и перенести его с помощью маркера на оборотную сторону стекла). Таким образом получают матовый рисунок на прозрачном фоне. Чтобы получить «негативное» изображение (прозрачный рисунок на матовом фоне), узор просто рисуют на стекле мягкой кистью, используя в качестве «красок» защитный состав. Если травление будет осуществляться методом погружения в кислоту, то обратную сторону стекла следует полностью покрыть защитным составом. Если же кислота будет наливаться только на процарапанные или не покрытые защитным составом участки, то обрабатывать обратную сторону стекла не нужно. Остальные операции — травление, промывка, удаление защитного слоя и повторная промывка — выполняются так же, как и при обычном протравливании.

Дополнительный способ матирования стекла

Существует и более простой способ матирования стекла: на поверхность одной стеклянной детали насыпают небольшое количество наждачного порошка, сверху накладывают вторую деталь, и оба стекла трут друг о друга, пока их поверхности не побелеют и не станут матовыми. Однако при данном методе обработки поверхность стекол получается слишком шероховатой и грубой, что не всегда приемлемо.

Плавиковая кислота и пасты

Плавиковая кислота и пасты на ее основе применяются для матирования силикатного стекла. Матирование органического стекла производится погружением его в один из следующих органических растворителей: метиловый эфир метакриловой кислоты, дихлорэтан, муравьиную кислоту или в ледяную уксусную кислоту (все эти растворители относятся к разряду ядовитых и химически активных, поэтому при работе с ними необходимо соблюдать правила техники безопасности).

Один из указанных растворителей наливают в металлическую, фарфоровую или стеклянную емкость. В нее осторожно погружают обрабатываемый лист органического стекла и оставляют на 25 — 30 мин (емкость следует периодически аккуратно наклонять, чтобы находящийся в ней растворитель перемешивался). Затем оргстекло аккуратно извлекают из растворителя, промывают теплой проточной водой и укладывают на лист промокательной бумаги для просушки. Метод погружения в растворитель можно применить и для создания фактурного органического стекла (зернистого или с наплывами). Для этого стекло после извлечения из емкости с растворителем нужно выдержать некоторое время на воздухе. Когда его поверхность начнет белеть, для получения зернистой фактуры по ней нужно аккуратно провести суконкой, а для получения наплывов — размять. Затем стекло промывают и укладывают на просушку.

Органические растворители используют также при изготовлении клеящих составов для работы с органическим стеклом. Для этого 3 — 4 весовых части опилок или стружек оргстекла соединяют со 100 весовыми частями любого из указанных выше растворителей и тщательно перемешивают (в течение приблизительно 25 — 30 мин). Полученную смесь сливают в стеклянный сосуд с притертой крышкой и выдерживают в течение 2 — 3 суток (до полного растворения опилок). Срок годности клеящего состава — 1 месяц с момента приготовления; хранить его следует в плотно закрытой стеклянной емкости в темном месте при температуре не более 25 °С.

Окрашивание

Другим способом декоративной обработки стекла является его окрашивание. В промышленных условиях цветное стекло получают путем введения красителей в расплавленную стеклянную массу. В домашних условиях придать бесцветному стеклу нужный оттенок можно с помощью самодельных желатиновых красок. Для их приготовления 5 г желатина заливают холодной водой (100 мл) и дают гранулам набухнуть, затем смесь прогревают (не доводя до кипения) до полного растворения желатина. В раствор при постоянном помешивании добавляют чернила нужного цвета (в качестве красящего пигмента можно использовать пасту из стержней для шариковых ручек или содержимое старого фломастера, пропустив через него несколько капель подкисленной уксусной воды). Краска готова.

Стекло перед окрашиванием необходимо тщательно вымыть, обезжирить и просушить. Затем его укладывают на ровную горизонтальную плоскость, и на его поверхность мягкой кисточкой наносят теплый краситель. Далее краске дают высохнуть при комнатной температуре, после чего для защиты красочного слоя от воздействия влаги стекло покрывают бесцветным водостойким лаком.

Для тонирования силикатного кирпича можно также использовать красители, приготовленные на основе лака С-4 или нитролака. В лак добавляют порошок анилинового красителя (его количество зависит от желаемой интенсивности цвета) и тщательно перемешивают (учтите, что лак С-4 растворяет не все анилиновые красители). Технология окрашивания стекла краской на основе лаков та же, что и при работе с желатиновом красителем, только в данном случае можно обойтись без дополнительного покрытия окрашенной поверхности.

Вклад участников

Цыганкова Анастасия

Главная страница.

Немного о травлении стекла

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. После этого поверхность стекла обмывается водой и высушивается как можно тщательнее с помощью губки или ватки. Затем стекло подвергается действию вышеуказанной травильной жидкости, которая наливается на стекло до тех пор, пока не образует толстого слоя. Жидкость оставляют на стекле в течение часа, после чего ее сливают и поверхность обмывается водой. Воду оставляют на стекле, пока образуется тонкая пленка силиката. Пленку эту счищают, а поверхность стекла еще раз промывают водой и бордюр из воска снимают.

искусство VS наука». — Статьи

Оксана Кондратьева

ВИТРАЖ И ТЕХНИКА КИСЛОТНОГО ТРАВЛЕНИЯ: ИСКУССТВО VS НАУКА

«Когда достигнут определенный уровень технических знаний,

наука и искусство сливаются в эстетику. »

Альберт Эйнштейн

[…] Среди многообразия витражных техник особую красоту витражей позволяет создать техника травления плaвиковой (фтороводородной) кислотой античного флэш-стекла (Флэш-стекло (flashed glass) – двух-, трехслойное античное стекло, состоящее из тонкого слоя (слоев) цветного стекла (flash) на толстом беcцветном или цветном стекле). Традиционно технику кислотного травления применяют в сочетании с горячими и холодными приемами обработки стекла – роспись, матирование, пескоструйная обработка и другие. Достаточно увидеть одну из лучших мировых коллекций витражей в лондонском Музее Виктории и Альберта, чтобы проследить историю и контекст применения техники вытравливания. Колористический арсенал в сочетании с текстурными вариациями техники могут продемонстрировать удивительную глубину и объемность светo-красок. При этом создается прозрачный, блестящий декор. Сталкиваясь с такими работами, возникает ощущение светящегося агата: «стиль горного хрусталя» или «светлое травление» – вот имена-характеристики техники травления флэш-стекла.

Технология кислотного травления флэш-стекла с приложением в витражах формировалась столетиями. Ее истоки уходят в позднее средневековье. […] Одним из ранних и хорошо сохранившихся до наших дней образцов применения абразивной техники на флэш-стекло является фрагмент восточного витража «Николай Блэкберн Старший и его жена Маргарет» (геральдическая композиция со львом) XV века в Церкви Всех Святых в Йорке, Англия. (Рис. 1).

[…] Новые грани техника травления приобрела с развитием современных технологий и появлением новых материалов. Сегодня амплитуда возможностей обработки стекла плавиковой кислотой для витражей – широка и многообразна. В качестве вспомогательного приема при травлении используют перекрывание, защиту отдельных участков поверхности различными резисторами (трафаретами, парафином и др.). Каждый резистор создает свой уникальный неповторимый текстурный декор. Резисторы защищают флэш-поверхность от воздействия кислоты, в то время как открытые участки флэш-слоя разрушаются и, в зависимости от глубины протравливания, получаются цветовые оттенки флэш-слоя или/и необходимый основной цвет. Следует напомнить, что поверхность обратной стороны стекла (которая не протравливается) полностью покрывается защитной пленкой, а края стекла – парафином. Глубина тона в стекле зависит как от длительности травления, так и от концентрации кислоты. Промышленностью выпускаются растворы кислоты от 40% до 72%. Для травления стекла используют, как правило, 60% кислоту, дополнительно растворяя еe водой в пропорциях 1:1, 1:2 или 1:3.

Травление плавиковой кислотой можно применять как к бесцветному, так и к цветному однослойному античному или прокатному стеклу. Однако в этом случае получается лишь контурный, рельефный рисунок без цветовых оттенков.

Наиболее простой способ травления античного флэш-стекла, выполненный в один прием, – это травление с помощью прозрачной самоклеющейся пленки. После нанесения пленки на флэш-слой, скальпелем вырезают рисунок, снимая в необходимых участках пленку для последующего протравливания открытых участков. Более сложный и кропотливый прием, трeбующий глубокого знания свойств материалов, – техника многослойного травления. Протравливая стекло на различную глубину, флэш-слой поэтапно снимается в необходимых участках путем многократного нанесения и снятия комбинированных резисторов. (Рис. 2)

Работать с плавиковой кислотой всегда было опасно из-за ее высокой токсичности, приводя, порой, к трагическим последствиям. Современные нормы безопасности относят фтороводородную кислоту ко второму классу опасности. Поэтому лаборатория для работы с плавиковой кислотой должна быть оборудована кабинетом с устройством вытяжной вентиляции. Во время работы с кислотой требуется надевать двойные резиновые перчатки; для защиты обуви и одежды рекомендуется пользоваться резиновой обувью, а также резиновым передником. Во избежание отравления кислотными парами, обязательно использование рeспиратора и шлема для защиты глаз. После травления стекло, перчатки, пинцеты, ванны промываются проточной водой, а остатки кислоты нейтрализуются бикарбонатом натрия (NaHCO3).

Непреложным остается тот факт, что работа с плавиковой кислотой требует выдержки высоких норм безoпасности труда, правил личной гигиены и охраны окружающей среды. Именно это, к сожалению, и является основной причиной редкого применения данной техники современными художниками витрaжного дела. Впрочем, такие современные художники, дизайнеры архитектурного стекла, как Браян Кларк, Гай Кемпер, Марк Ангус, Суриндa Ворбойс активно используют технику вытравливания, развивая многовековые традиции обработки стекла в сочетании с новыми приемами. (Рис. 3) Мастеров-художников по-прежнему притягивает таинственный мир, где стирается грань между наукой и искусством, где во взаимодействии света и стекла рождается архитектура света.

Лондон – Киев 2012

Статья публикуется в авторском сокращении.

ИЛЛЮСТРАЦИИ

1. Николай Блэкберн Старший и его жена Маргарет. Восточный витраж (фрагмент). Церковь Всех Святых. Йорк. Англия. XV в.

2. Vivo. Con fuoco. Оксана Кондратьева. Античное флэш-стекло. Многослойноe травлениe, пескоструйная обработка. Лондон. Великобритания. 2011 г.

3. Мать и дитя. Суринда Ворбойс. Античное флэш-стекло. Многослойноe травление, роспись, обжиг. Саффолк. Англия. 1997 г.

«Когда достигнут определенный уровень технических знаний, наука и искусство сливаются в эстетику.»

Альберт Эйнштейн

[…] Новые грани техника травления приобрела с развитием современных технологий и появлением новых материалов. Сегодня амплитуда возможностей обработки стекла плавиковой кислотой для витражей – широка и многообразна. В качестве вспомогательного приема при травлении используют перекрывание, защиту отдельных участков поверхности различными резисторами (трафаретами, парафином и др. ). Каждый резистор создает свой уникальный неповторимый текстурный декор. Резисторы защищают флэш-поверхность от воздействия кислоты, в то время как открытые участки флэш-слоя разрушаются и, в зависимости от глубины протравливания, получаются цветовые оттенки флэш-слоя или/и необходимый основной цвет. Следует напомнить, что поверхность обратной стороны стекла (которая не протравливается) полностью покрывается защитной пленкой, а края стекла – парафином. Глубина тона в стекле зависит как от длительности травления, так и от концентрации кислоты. Промышленностью выпускаются растворы кислоты от 40% до 72%. Для травления стекла используют, как правило, 60% кислоту, дополнительно растворяя еe водой в пропорциях 1:1, 1:2 или 1:3.

Лондон – Киев 2012

Статья публикуется в авторском сокращении.

ИЛЛЮСТРАЦИИ

Администрация интернет-портала «Витражи в России»

искренне благодарит Оксану Кондратьеву за разрешение на публикацию этого материала.

Другие работы автора можно увидеть на персональном сайте.

Матовое стекло

Главная Инструкции Строительство и внешняя отделка Окна, наружные подоконники Матовое стекло

Источник: www.remstroi.biz
30 сентября 2007 года

Матовое стекло может пригодится при оформление окон, дверей, при изготовление своими руками мебели, при благоустройстве загородного дома, например оформлении веранды.

Как правило, хозяйка драпирует всю веранду занавесками. Используя матовое стекло, можно обойтись без занавесок.

Рассмотрим сначала сам процесс матирования стекла, а затем уже и его возможности.

Имеются два основных способа матирования стекла — нанесение на стекло составов на основе жидкого стекла и травление стекла с помощью плавиковой кислоты.

Матирование стекла составами на основе жидкого стекла (силикатного канцелярского клея) с красителями требует очень тщательного, почти идеального, нанесения слоя «краски» на стекло. Иначе все дефекты окраски будут заметны .

Травление плавиковой кислотой дает ровную матовую поверхность стекла при всех ошибках ее нанесения.

Рассмотрим некоторые рецепты.

Составы для матирования на основе жидкого стекла.

Этот вид обработки позволяет покрывать стекло подкрашенными составами. При этом пользуются следующими водорастворимыми красителями: ультрамарин, сажа, сурик, охра и др.

Варианты составов на жидком стекле:

Жидкое стекло слегка разбавляют дистиллированной водой (можно использовать конденсат из бытовых холодильников).

В раствор жидкого стекла добавляют небольшое количество детского зубного порошка. Все хорошо перемешивают.

10 м. ч. жидкого стекла (массовых частей) разбавляют 15 м. ч. дистиллированной воды. Затем в полученный раствор засыпают 8 м. ч. сернокислого бария и 1 м. ч. кремнекислоты.

Применяют оба состава так: стекло тщательно моют щеткой с мылом, промывают водой, сушат.

«Краску» наносят ровным валиком, обмакивая его в состав на основе жидкого стекла и предварительно раскатывая ее на наклонной доске . Когда «краска» высохнет, стекло промывают водой.

Составы для матирования стекла на основе плавиковой кислоты.

Плавиковая кислота пятидесятипроцентная.

Обработку ведут по следующей технологии:

Стекло помещают в рамку из деревянных реек, на дно которой уложены два слоя полиэтиленовой пленки. По краю стекла делают небольшой буртик из пластилина. Сверху тонким слоем наливают раствор плавиковой кислоты и выдерживают в течение 5-10 с при температуре раствора 30-40 °С. После этого стекло промывают пятипроцентным раствором питьевой (кальцинированной) соды, затем водой.

Плавиковая кислота 12 массовых частей, сернокислый барий 10 м. ч., фтористый аммоний 10 м. ч.

Заливают поверхность стекла тонким слоем раствора. Как только раствор высохнет, поверхность промывают пятипроцентным раствором соды и затем — водой.

В 25 массовых частей дистиллированной воды распускают 1 м. ч. желатина и добавляют 2 м. ч. фтористого натрия(калия). Покрывают этим раствором чистое стекло, сушат. Затем поверхность заливают шестипроцентной соляной кислотой.

Время обработки 40-60 с, температура около 18 °С. После этого стекло тщательно промывают водой.

Насыпают на стекло тонким слоем 12 м. ч. фтористого натрия. Отдельно в посуде смешивают 30 м. ч. воды, 30 м. ч. этилового спирта и 4 м. ч. ледяной уксусной кислоты. Этим раствором заливают поверхность, посыпанную фтористым натрием.

Время обработки 30-40 с, температура около 18 °С. После об работки стекло тщательно промывают водой.

Необходимо отметить, что в двух последних рецептах составов для матирования, в результате реакции образуется плавиковая кислота. Она-то и травит стекло, делая его матовым.

Есть также проверенный рецепт, где отсутствуют плавиковая кислота и жидкое стекло. Рецепт состоит из двух растворов.

Раствор А:

в 35 м. ч. дистиллированной воды растворяют 8 м. ч. хлористого натрия (поваренной соли) и 0,7 м. ч. сернокислого калия.

Раствор Б:

в 50 м. ч. дистиллированной воды растворяют 1,5 и. ч. хлористого цинка и 6,5 м. ч. соляной кислоты.

Раствор Б вливают в раствор А малыми порциями и непрерывно перемешивают.

Состав наносят на подготовленное стекло и выдерживают 30 мин. Затем стекло тщательно промывают.

Теперь рассмотрим, как делают различные «занавески», используя матовое стекло.

Простую «занавеску» в пол окна делают по несложной технологии.

Стекло тщательно моют с мылом и сушат. По верхнему краю приклеивают широкую изоляционную ленту (хлорвиниловую). Ниже, отступив 3-4 см, наклеивают узкую полоску изоляционной ленты .

Готовят предохранительный состав: в 20-30 м. ч. расплавленного парафина вводят 70 м. ч. керосина Резиновым штампом (можно использовать часть резинового валика для накатки рисунков при малярных работах) в промежутке между изоляционными лентами наносят предохранительным составом рисунок.

Затем по краю стекла и верху широкой изоляционной ленты закрепляют валик из пластилина. Стекло кладут в «ванночку» .

На поверхность, ограниченную валиком, наливают тонкий слой раствора и проводят травление раскрашенной стороны стекла. «Занавеска» на один переплет готова.

«Тюль» на всю плоскость стекла делают с помощью уже упоминавшегося резинового валика для накатки рисунков при малярных работах. Выбирают валик с самым мелким рисунком. Можно некоторые редкие крупные детали на валике разделить острым ножом на мелкие.

Готовят стекло и предохранительный состав. В последний добавляют небольшое количество любой темной жирорастворимой краски (чтобы рисунок было легко видеть) . Резиновым валиком за несколько проходов покрывают стекло рисунком из предохранительного состава.

Иногда имеет смысл один или два прохода дать под углом 90° к первоначальным (для большей оригинальности рисунка). Стекло по краю окантовывают валиком из пластилина и кладут в ванночку для травления.

После обработки предохранительный состав смывают ацетоном. Затем стекло моют с мылом. «Тюль» готов.

Химия — STEKLOREMSERVICE

Кислотные граффити — безобразное извращение вандала над красивой технологией художественного матирования стекла.

Матование и художественное травление стекла плавиковой кислотой. Плавиковая (фтористоводородная) кислота — водный раствор фтористого водорода с содержанием его до 40%. Плотность кислоты 1,149 г/см3 (при 15°С). Она разрушает металлы за исключением золота и платины. Не растворяет воски, смолы, жиры и их смеси. Разъедает стекло, поэтому для кратковременного хранения кислоты стеклянную посуду изнутри покрывают слоем парафина или воска или же применяют эбонитовую, каучуковую или хлорвиниловую посуду.

Свойство плавиковой кислоты растворять стекло и не растворять органические и синтетические воски и смолы, а также жиры и их смеси используют для поверхностной обработки стекла матованием или художественными росписями.

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

Матование стекла выполняют, применяя пасты при небольших размерах изделия и растворы — при больших. Пасты готовят такой консистенции, при которой их можно наносить на поверхность мягкой кистью. В зависимости от стойкости стекла применяют два вида паст.

Состав для стойких стекол (в частях по массе).
Фтористый аммоний — 7
Сернокислый барий (осажденный) — 4
Плавиковая кислота 40%-ная до рабочей консистенции

Состав для менее стойких стекол (в частях по массе)
Фтористый калий — 10
Сернокислый калий — 4
Крахмал картофельный — 0,8
Плавиковая кислота 40%-ная — 5,1—5,2

Способ приготовления составов. В фарфоровой ступке тщательно растирают, одновременно перемешивая, сухие компоненты. Перед процессом травления сухую смесь затворяют плавиковой кислотой.

Промытое и высушенное стекло покрывают пастой и выдерживают 10 мин, после чего пасту удаляют каучуковым шпателем (резиновой пластинкой), а стекло хорошо промывают чистой водой и насухо вытирают.

Матование стекол больших размеров удобнее выполнять в ванне с раствором плавиковой кислоты. Для этого обычно применяют деревянные ванны, покрытые изнутри битумом, парафином, асфальтовым лаком (обязательно по сухой поверхности).

Состав раствора для матового травления (в частях по массе).

Плавиковая кислота (35—40%-ная) — 2
Фтористый аммоний — 4
Кристаллическая сода — 1

Способ приготовления. В отвешенное количество плавиковой кислоты вводят фтористый аммоний и периодически перемешивают. Полученный раствор через 8 ч фильтруют через плотную ткань и вводят малыми дозами кристаллическую соду, избегая разбрызгивания и вспенивания. Состав хорошо перемешивают и выдерживают несколько минут. Признак готовности состава — отсутствие появления пузырьков CО2 на поверхности.
При отсутствии кристаллической соды можно применять кальцинированную с соответствующим пересчетом (1г кристаллической соды соответствует 0,3706 г кальцинированной).

Перед травлением стеклянное изделие тщательно промывают в 3%-ном растворе соляной кислоты и устанавливают вертикально для стекания излишка влаги. Подготовленное изделие берут щипцами (деревянными или металлическими с резиновыми держателями), погружают в травильную жидкость и несколькими движениями взад и вперед как бы взбалтывают жидкость, одновременно омывая изделие, которое после этого вынимают и укладывают на столе с трехгранными деревянными подкладками. Через 1—3 мин изделие приобретает необходимую матовость; его промывают сначала в чистой холодной проточной воде, а затем щеткой и ветошью — в теплой.

Травление в растворе состава дает белую шероховатую поверхность; для получения мелкозернистой, шелковистой матовой поверхности уменьшают количество соды. В этом случае отрезки стекла одного и того же качества обрабатывают раствором с различным содержанием соды, опытом устанавливая необходимое ее количество. Получение хорошей матовой поверхности обеспечивается травлением при температурах травильной жидкости не ниже 10°С, а воздуха в помещении — 16°С.

При одностороннем матовании одну из поверхностей изделия покрывают защитной пленкой из расплавленного парафина, церезина или озокерита, которую наносят в расплавленном состоянии на сухое стекло кистью. После окончания травления и промывки изделия защитную пленку счищают острым шпателем или гибким ножом, а остатки смывают растворителем (скипидаром, лаковым керосином).

Все необходимые комоненты легко приобретаются в компаниях, торгующих химическими реактивами, например:

http://www.component-reaktiv.ru/ или http://www.tk-topaz.ru/production/ammoniy-ftoristy

Также можно найти готовые пасты и жидкости:

www. ivsatin.ru/index.php?id=24&Itemid=3&option=com_content&view=article или furnipro.info/publ/kak_sdelatj_mebeli/obrabotka_stekla/pasta_dlja_travlenija_stekla/25-1-0-88

Но даже обезображенные такой жуткой химией стекла мы умеем приводить в практически новое состояние. Мы не меняем стекла — мы восстанавливаем их!

Новое стекло — хорошо восстановленное старое!

Главная

Стекло для кислотного травления

1 июля 2022 г. 1 августа 2016 г.

Инструкции по травлению

Что такое травление стекла?

Травление стекла кислотой представляет собой процесс, при котором на стекло наносится резист перед его погружением в плавиковую кислоту.

Попав в кислоту, цветная поверхность, покрытая резистом , а не , вытравливается, осветляясь или изменяя свой цвет. Поверхность под резистом остается блестящей и нетронутой.

На фотографии ниже стекло изначально полностью темно-синее. Резист — в данном случае контактная бумага — был вырезан в форме пингвинов и наклеен перед тем, как погрузить стекло в кислоту.

Вытравленные кислотой пингвины

!!!Здоровье и безопасность -Это чрезвычайно опасная техника, поэтому безопасность чрезвычайно важна. Никогда , никогда не пытайтесь делать это вдали от должным образом оборудованной студии со специализированным вентиляционным шкафом. Зайдите сюда, чтобы узнать об опасностях для здоровья и безопасности, связанных с этим процессом травления.!!!
Какие принадлежности для травления вам нужны?
Стекло (с бликами или полосами, если требуется цветовая дифференциация)
Клейкая виниловая бумага
Резист (воск, фаблон или битум)
Канцелярский нож
Плавиковая кислота – разбавленная 3:1
Копыватель или перо
Фартук
Латексные и резиновые перчатки
Вы также можете купить наборы для травления, в которых используется паста и многие из необходимых вам материалов уже включены. Лучший набор для травления — это, безусловно, набор для травления стекла Armor Deluxe (партнерская ссылка с Amazon.)
Это не тот же процесс, но его можно безопасно выполнять дома.
Обозначение блестящей (цветной) стороны
При использовании затравленного стекла пузыри будут окрашены на блестящей стороне и прозрачны на белой стороне.
Если пузырьков нет, вы можете вырезать небольшой треугольник на краю листового стекла и визуально определить, на какой стороне находится слой цвета (вспышка).
Отметьте заклеенную сторону, чтобы предотвратить травление на изнаночной стороне.
Маскировка
– Наклейте клейкую виниловую пленку на заднюю часть стекла, чтобы защитить обратную сторону от кислоты.
– Отрежьте кусок винила размером чуть больше стекла, снимите подложку и поместите на него стекло.
– Выдавите пузырьки и обрежьте края канцелярским ножом.
Серебряное пятно и протравленный рисунок
Остановка – резисты
Резисты наносятся на стекло и оставляются сохнуть перед погружением в разбавленную плавиковую кислоту.
Нанесите резист там, где вы хотите сохранить цвет.
Выберите сопротивление в соответствии с эффектом, который вы хотите создать. Вот список типов эффектов, которых можно добиться с помощью различных сопротивлений.
– Fablon или Adhesive Vinyl – создает очень четкие формы. Очень точно и линейно.
– Битум – создает очень живописные эффекты. Можно наносить губкой, точечно или красить. Можно поцарапать непосредственно перед сушкой.
Может использоваться в качестве резиста для шелкографии и для «мраморности». Это делается путем плавания битума в воде и, прежде чем он затвердеет, помещая стекло поверх произвольного рисунка.
– Воск – создает более мягкие и свободные линии. Воск позволяет кислоте проникать под края во время травления, обеспечивая более мягкое травление, чем битум.
Можно поцарапать.
Воск высыхает при контакте со стеклом, поэтому вам нужно работать быстро, чтобы избежать разводов!
Чтобы у вас было больше времени, перед нанесением воска вы можете немного нагреть артгласс на лайтбоксе.
Лучшая восковая смесь = одна треть пчелиного воска, одна треть сала и одна треть парафинового воска.
Эта смесь обеспечивает более гладкое нанесение воска и плавится при низкой температуре.
– Растопите воск в емкости с термостатом, убедившись, что кисти также прогреты.
— Осторожно! – воск может стекать в холодную погоду и, если он не был нанесен, при достаточной температуре.
Швабра
Процесс травления, с помощью которого получаются затемненные края. Это еще более опасно, так как кислота сильнее.
– Сделайте «дибблер», обернув немного ваты куском подкладочного материала и привязав к концу бамбуковой палочки.
– Окуните диблер в очень сильную кислоту и несколько раз погладьте область, требующую затенения, пока вспышка не удалится по вашему вкусу.
Травление и шлифовка
Этот процесс позволяет получить контраст прозрачного и непрозрачного стекла. Это полезно для текстурного интереса и для обеспечения уровней затемнения для флоат-стекла .
Вы можете использовать любой резист, при условии, что травление достаточно глубокое, иначе процесс шлифовки выровняет всю поверхность стекла и сотрёт ваши текстурные эффекты.
Протравленные и отшлифованные листья плюща
– После того, как вы протравили стекло, очистите резист.
– С помощью небольшого кусочка флоат-стекла, воды и абразивного порошка равномерно протрите поверхность протравленного стекла.
– Выбор шлифовального порошка определяет качество шлифуемой поверхности – чем он грубее, тем грубее будет шлиф.
– Можно использовать карборундовый порошок, бокслитовый абразивный порошок или карбид кремния.
Кислотная паста
Этот метод создает едва заметные непрозрачные области и лучше всего подходит для прозрачного или слегка окрашенного стекла.
– Наденьте латексные перчатки и нанесите пасту на все, что придает желаемую текстуру. №
– Оставить на 20 минут и смыть пасту проточной водой.
– Тщательно просушить.
– Кислотную пасту также можно использовать для трафаретной печати.
Подробное руководство по гораздо более безопасной пасте для травления
можно найти здесь.
Партнерское раскрытие информации
Я получаю небольшой процент от выбранных поставщиков (не от вас!), если вы покупаете какие-либо блестящие новые инструменты после перехода с моего сайта. Заранее спасибо за вашу поддержку.
AMAZON . Как партнер Amazon я зарабатываю на соответствующих покупках.
Влияние концентрации плавиковой кислоты и времени травления на прочность сцепления смолы с различными стеклокерамиками
. 2019;33:e041.
doi: 10.1590/1807-3107bor-2019.vol33.0041. Эпаб 2019 16 мая.
Арета Эйтор Вериссимо ¹ , Даянн Мониэль Дуарте Моура, ¹ , Жоао Паулу Мендес Трибст ² , Артур Маньо Медейрос де Араужо ¹ , Фабиола Пессоа Перейра Лейте ³ , Родриго Отавио де Ассунсао Э Соуза ¹
Принадлежности
¹ Кафедра стоматологии, Федеральный университет Риу-Гранди-ду-Норти – UFRN, Натал, Р. Н., Бразилия.
² Кафедра стоматологических материалов и протезирования, Институт науки и технологии, Universidade Estadual Paulista — Unesp, Сан-Жозе-дус-Кампус, СП, Бразилия.
³ Кафедра стоматологии Федерального университета Жуис-де-Фора — UFJF, Жуис-де-Фора, штат Массачусетс, Бразилия.
PMID: 31508723
DOI: 10.1590/1807-3107бор-2019.том33.0041
Бесплатная статья
Aretha Heitor Veríssimo et al. Браз Орал Рез. 2019.
Бесплатная статья
. 2019;33:e041.
дои: 10.1590/1807-3107bor-2019.vol33.0041. Эпаб 2019 16 мая.
Авторы
Арета Эйтор Вериссимо ¹ , Даянн Мониэль Дуарте Моура ¹ , Жоао Паулу Мендес Трибст ² , Артур Маньо Медейрос де Араужо ¹ , Фабиола Пессоа Перейра Лейте ³ , Родриго Отавио де Ассунсао Э Соуза ¹
Принадлежности
¹ Кафедра стоматологии, Федеральный университет Риу-Гранди-ду-Норти – UFRN, Натал, Р.Н., Бразилия.
² Кафедра стоматологических материалов и протезирования, Институт науки и технологии, Universidade Estadual Paulista — Unesp, Сан-Жозе-дус-Кампус, СП, Бразилия.
³ Стоматологический факультет Федерального университета Жуис-де-Фора — UFJF, Жуис-де-Фора, штат Массачусетс, Бразилия.
PMID: 31508723
DOI: 10.1590/1807-3107бор-2019.том33.0041
Абстрактный
Целью данного исследования было оценить влияние концентрации фтористоводородной кислоты (HF) и времени кислотного кондиционирования на прочность сцепления трех видов стеклокерамики с полимерным цементом. Таким образом, пятьдесят блоков (10 мм x 5 мм x 2 мм) из каждой керамики (LDCAD: IPS e.max CAD; LCAD: IPS Empress CAD и LDHP: IPS e.max Press) были изготовлены и залиты акриловой смолой. Поверхности шлифовали наждачной бумагой (№ 600, 800, 1000 и 1200), а блоки случайным образом делили на 15 групп (n = 10) в соответствии со следующими факторами: концентрация HF (10% и 5%), время кондиционирования. (20 с и 60 с) и керамики (LDCAD, LDHP и L). После кондиционирования наносили силан (Prosil / FGM) и через 2 минуты в центре каждого блока с помощью тефлоновой полоски изготовляли цилиндры (Ø = 2 мм; h = 2 мм) из двойного полимерного цемента (AllCem / FGM). матрикс и светоотверждаемый в течение 40 с (1200 мВт/см2). Затем образцы подвергали термоциклированию (10 000 циклов, 5/55°C, 30 с) и подвергали испытанию на прочность при сдвиге (50 кгс, 0,5 мм/мин). Данные (МПа) анализировали с помощью 3-факторного дисперсионного анализа и теста Тьюки (5%). Анализ отказов проводили с использованием стереомикроскопа (20x) и сканирующего электронного микроскопа (SEM). ANOVA показал, что фактор «концентрация» (p = 0,01) и взаимодействие «концентрация кислоты X керамика» (p = 0,009) оказали существенное влияние, однако факторы «керамика» (р = 0,897) и «время выдержки» (р = 0,260) не повлияли на результаты. Группа LDHP10%60s (10,98 МПа)aA* показала значительно более высокую прочность сцепления, чем LDHP10%20s (6,57 МПа)bA, LCAD5%20s (6,90 ± 3,5)aB и LDHP5%60s (5,66 ± 2,9 МПа). группы аА* (Тьюки). Анализ отказов показал, что 100% образцов имели смешанный отказ. В заключение, травление 5% HF в течение 20 секунд рекомендуется для керамики CAD/CAM, армированной дисиликатом лития и лейцитом. Однако для прессованной керамики из дисиликата лития 10% HF в течение 60 с показало значительно более высокую прочность сцепления с полимерным цементом.
Похожие статьи
Влияние времени травления и смоляной связи на прочность на изгиб стеклокерамики IPS e.max Press.
Сяопин Л., Дунфэн Р., Силикас Н. Сяопин Л. и соавт. Дент Матер. 2014 дек;30(12):e330-6. doi: 10.1016/j.dental.2014.08.373. Epub 2014 1 сентября. Дент Матер. 2014. PMID: 25189110
Влияние протоколов подготовки поверхности на ремонтопригодность CAD/CAM литий-силикатной керамики, армированной цирконием.
Аль-Тагафи Р., Аль-Зордк В., Сакер С. Аль-Тагафи Р. и др. Джей Адхес Дент. 2016;18(2):135-41. дои: 10.3290/j.jad.a35909. Джей Адхес Дент. 2016. PMID: 27042707
Влияние нанесения адгезивной смолы на прочность сцепления со стеклокерамикой CAD/CAM после травления плавиковой кислотой или нанесения самопротравливающего грунта.
Vila-Nova TEL, Moura DMD, Araújo GM, Pinto RAS, Leite FPP, Melo RM, Özcan M, Souza ROAE. Вила-Нова ТЕЛ, и др. Джей Адхес Дент. 2022 18 августа; 24 (1): 279-289. дои: 10.3290/j.jad.b3240691. Джей Адхес Дент. 2022. PMID: 35980237 Клиническое испытание.
Прочность сцепления керамики на основе дисиликата лития со смоляными клеями при микрорастяжении.
Абушелиб М. Н., Слим Д. Абушелиб М.Н. и соавт. Джей Адхес Дент. 2014 Декабрь; 16 (6): 547-52. дои: 10.3290/j.jad.a33249. Джей Адхес Дент. 2014. PMID: 25516886
Концентрация плавиковой кислоты, время и использование фосфорной кислоты на прочность сцепления полевошпатовой керамики.
Moura DMD, Araújo AMM, Souza KB, Verissimo AH, Tribst JPM, Souza ROAE. Moura DMD и соавт. Браз Орал Рез. 2020 16 марта; 34: e018. doi: 10.1590/1807-3107bor-2020.vol34.0018. Электронная коллекция 2020. Браз Орал Рез. 2020. PMID: 32187304
Посмотреть все похожие статьи
Цитируется
Адгезия смолы к дисиликату лития с различной обработкой поверхности до и после загрязнения слюной – исследование in vitro.
Харуни Р., Хардан Л., Харуни Э., Кассис К., Бурги Р., Лукомска-Шиманска М., Харуф Н., Болл В., Хайраллах К. Харуни Р. и др. Биоинженерия (Базель). 2022 29 июня;9(7):286. doi: 10.3390/bioengineering86. Биоинженерия (Базель). 2022. PMID: 35877337 Бесплатная статья ЧВК.
Влияние обработки поверхности лазером на прочность сцепления композитной смолы с керамикой при ремонте.
Киомарси Н., Джаррах А., Чинифоруш Н., Хашемикамангар С.С., Харазифард М.Дж. Киомарси Н. и др. Дент Рес Дж. (Исфахан). 2022 21 марта; 19:30. Электронная коллекция 2022. Дент Рес Дж. (Исфахан). 2022. PMID: 35432793 Бесплатная статья ЧВК.
Влияние активного нанесения самопротравливающего керамического праймера на долговременную прочность сцепления различных стоматологических материалов CAD/CAM.
Tribst JP, Diamantino PJ, de Freitas MR, Tanaka IV, Silva-Concílio LR, de Melo RM, Saavedra GS. Трибст Дж.П. и др. J Clin Exp Dent. 2021 1 ноября; 13 (11): e1089-e1095. doi: 10.4317/jced.58723. электронная коллекция 2021 нояб. J Clin Exp Dent. 2021. PMID: 34824694 Бесплатная статья ЧВК.
Влияние различных видов предварительной обработки поверхности керамики из дисиликата лития, армированной диоксидом циркония, на прочность сцепления при сдвиге самоадгезивного полимерного цемента.
Комар Д., Баго И., Неговетич Вранич Д., Краничич Ю., Бркич Б., Царек А. Комар Д. и соавт. Акта Стоматол Хорват. 2021 сен; 55 (3): 264-279. дои: 10.15644/asc55/3/4. Акта Стоматол Хорват. 2021. PMID: 34658373 Бесплатная статья ЧВК.
Предсказуемая фиксация адгезивных непрямых реставраций: факторы успеха.
О Коннор С., Гавриил Д. О Коннор С. и др. Бр Дент Дж. Сентябрь 2021 г.; 231 (5): 287–293. doi: 10.1038/s41415-021-3336-x. Epub 2021 10 сентября. Бр Дент Дж. 2021. PMID: 34508198 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.
Просмотреть все статьи «Цитируется по»
термины MeSH
вещества
Холодное декорирование, травление кислотой
För andra språk erbjuder vi/ для других языков, которые мы предлагаем
— Кислотное травление
Принципы травления, иллюстрированные
Гильошированный или пантографный — есть ли отличия в рисунках?
«Офортные машины» в Швеции
Фототравление
«Утилита офорта»
— Для окрашивания и придания блеска
— (Пескоструйная обработка)
— Наклейки для украшения

как метод узорчатого стекла пришел в Швецию в конце 1800-х годов.
(Есть информация, пока не подтвержденная, что Коста травил стекло в своих каталогах с 1894 г. до 1970-х гг.)
История кислотного травления стекла
Шведского химика Карла Вильгельма Шееле часто называют «отцом травления стекла» — в 1771 г. показали, что фтористоводородная кислота (HF) оставляет следы на стекле.
Делал ли он или другие представители его поколения что-то с этим знанием, неизвестно.
Похоже, что кислотное травление как коммерческий метод зародилось в британской стекольной промышленности некоторое время назад. середина 1800-х годов, в основном используется для матирования поверхностей.
Об условиях труда из Стоурбриджа рассказывают ужасные истории:
«Самое страшное было кислотное. В те времена не было ни дымососов, ни вентиляторов и нужно было выставить свой кислотный чан на открытый воздух […] Статью нельзя было оставлять в ванну с кислотой, которая была очень сильной, но ее нужно было постоянно держать в движении вручную. Наши лица и руки страдали от сильных паров».0398
Джон Нортвуд I, работавший в Стоурбридже в конце 1800-х годов, изобрел несколько стеклянных «машин», как для горячей, так и для холодной работы. Среди его изобретений было несколько машин для травления, машин, которые помогли проследите рисунок в восковом резисте. В то время как его машины, несомненно, ускорили рисунок-«царапание», они ничего не сделали для рабочих кислотного сарая.
Как бы то ни было, во времена ЕН I в Стоурбридже отточили технику травления кислотой: там это рассматривалось как действующая техника сама по себе, альтернатива гравировке. (В Швеции травление кислотой всегда рассматривался как способ массового производства декоративной стеклянной посуды с минимальными затратами, в отличие от резка/гравировка).
Изысканные британские травленые изделия почти исключительно матовые, хотя говорят, что мистер Ричардсон узнать, как делать «яркое» (чистое) травление.
(изображение справа: деталь вазы примерно 1880 года, Th Webb & Son, Stourbridge)
В Швеции травление использовалось либо как матовый , либо как глубокий (который почти всегда яркий/чистый).
Основной принцип тот же: декорируемая деталь покрывается воском там, где ее нужно оставить. не травленый. Затем деталь окунают в плавиковую кислоту (HF), смывают воск и, если узор чтобы он был светлым, кусок погружают в серную кислоту (H ₂ SO ₄ ). (Есть разные описания; некоторые погружение в серную кислоту должно быть сделано перед мытьем, однако другие говорят, что погружение может содержать комбинацию кислоты.)
— Обе кислоты очень неприятны, ядовиты и вызывают коррозию. Есть ужасные истории о плохих условиях в Швеции тоже: единственной защитой для рабочих были резиновые фартуки и перчатки, у них были открытые чаны и без дополнительной вентиляции. Есть истории о том, что использованную кислоту сливают в открытые канавы.
Насколько мы понимаем, кислотное травление регулярно использовалось в Швеции как для посуды, так и для произведений искусства вплоть до 1980-е годы. Он до сих пор используется в других странах, надеюсь, с лучшими мерами предосторожности.

Матовое травление
Для матового травления часто использовали пасту. Паста была приготовлена из измельченных фторидов, смешанных с водой. и различные загустители (глицерин, патока, глина) до получения вязкой пасты: она должна быть достаточно жидкой рисовать, но не настолько жидко, чтобы бежать.
Так называемое «трансферное травление» также выполнялось с использованием воска в качестве резиста. Шаблоны узоров часто из стали, а желаемый рисунок остался нетронутым — вместо этого поверхности должны были остаться не выгравированные на куске стекла были вырезаны, чтобы воск прилипал (сравните технику книгопечатания). Выкройка была отрендерена в натуральную величину. Мягкий воск наносили на пластину шпателем, воск переносился на стекло с помощью бумажки. Когда воск остынет, наносил пасту для травления, оставлял минут на 10-15. Затем пасту и воск смывают водой. горячая вода. В результате получилось стекло с матовым рисунком.
Мы писали о трансферном травлении в блоге нашего проекта (на шведском языке), здесь. (откроется в новом окне).
(На выставке есть примеры шаблонных тарелок и получившихся стекол.)
«Материальное травление», как мы его здесь называем, — это еще один метод переносного травления.
В настоящее время (пескоструйная) струйная обработка используется для матовой отделки/узоров.
Глубокое травление
Детали сначала покрывали горячим воском (100-150 градусов по Цельсию), а затем оставляли остывать. Следующий шаг нужно было процарапать узор в воске, деталь погружали в плавиковую кислоту (HF) на пару минут, затем погружают в серную кислоту, чтобы сделать его ярким/прозрачным (иногда эта процедура повторялась несколько раз). количество раз), наконец, воск был смыт. Иногда жидкость для травления представляла собой смесь двух кислот.
Существовало несколько способов нанесения рисунка на воск. Исторически, по крайней мере, в Англии и европейский континент, это было сделано от руки.
Позже были разработаны разные машины — первые машины могли только обрабатывать («рисовать») по одной штуке за раз.
Упомянутый выше Джон Нортвуд I был якобы одним из пионеров. Свою первую «машину» сделать с травлением была, по сути, делительной машиной: она держала шаблон, который оператор должен был царапать, и помогал найти следующую позицию для рисунка, который нужно поцарапать. Позже он изобрел машину с зубчатым колесом, которая могла делать чертежи «автоматически». Он до сих пор существует в (к сожалению, недоступном) музейном журнале в Великобритании.
Вероятно, это похоже на гильошированные машины, ставшие столь популярными примерно в 1890-х годах.
Мы думаем, что старейшими шведскими машинами были так называемые гильошированные машины (или игольчатые машины). травильные машины), маленькие механические чудеса, которые могли обрабатывать по одному стакану за раз. Узоры определялись комбинацией зубчатых колес разного размера.
Немецкий производитель назывался Kutzscher — мы знаем, что несколько шведских стекольных заводов покупали у них. Они сделали несколько разных g-машин, некоторые из которых могли обрабатывать все 6 стаканов одновременно. Куцшер предоставили книги с образцами с «рецептами» (если бы можно было понять детали…). Подробнее здесь.
На странице «Книга образцов» мы показываем некоторые рукописные рецепты, которые использовались в Косте.
Пару лет назад мы ремонтировали такой игольчатый травильный станок. Мы писали об этом приключении (там также видео) здесь (только на шведском языке; открывается в новом окне)
В июне 2017 года нам подарили две машины для травления игл, немного отличающиеся друг от друга. Читайте больше о них, здесь.
Еще один метод — пантограф: пантограф может работать с несколькими предметами одновременно. У нас есть два: один может взять 24 стакана, другой может взять 12. В книге Reijmyre 200 år , есть упоминание о том, что один взял 36 штук.
Пантограф одновременно более и менее универсален, чем гильошированная машина, в зависимости от точки. зрения.
В гильошировочной машине изделие непрерывно вращается, иглы никогда не покидают стекло. не может быть шаблонов с «свободными концами».
Однако на пантографе иглы могут быть извлечены из стекла в любой момент; таким образом, пантографические узоры могут быть линии, которые внезапно останавливаются. Пантограф отображает рисунок шаблона столько раз, сколько (вокруг стекла) так как здесь установлены иголки.
Прекрасным результатом построения пантографа является то, что один шаблон шаблона подходит для всех размеров очки — например, при установке 4 игл каждая игла работает в секторе 1/4 полного оборота. Дальнейшее чтение «Пантограф, как это работает». Есть также видео.
Насколько нам известно, кислотное травление никогда не использовалось в качестве сложной техники построения рисунка шведскими стеклозавода (в отличие от британских), но, все-таки, используется давно — у Косты примерно с 1890 по 1980 год.
В одном из старых каталогов от Åfors указано, что техника означает более дешевое оформление. стакан.
Шведские стекольные заводы использовали оба типа машин для подготовки к травлению.
Различная конструкция машин приводит к разным типам рисунков. Как определить, какая машина использовалась, см. страницу Гильоширование или пантография – есть ли различия в рисунках?
В 1940-х годах фотограф Джон Селбинг, работавший в Orrefors, начал экспериментировать с еще одним методом. для защиты поверхности стекла от кислоты. В 1952 году он получил патент. Узнайте больше о Селбинге и его методе здесь.
Мы не думаем, что в Бергдале было выполнено травление.
Источники:
Хайдамах: Британское стекло 1800 – 1914
Kaijser: Antecningar frn studier vid Reijmyre Glasbruk
Reijmyre glasbruk formgivare, konstnärer och yrkesman до 200 рупий
Стенберг и Симмингшельд: Glas
Steenberg: Servisglasets modellförändringar, из книги Modernt svenskt glas напечатано в 1943 г.
Steenberg: Svenskt adertonhundratalglas
Стрёмберг: Костагласет 1742-1916
Нортвуд: Джон Нортвуд, его вклад в стекольную промышленность Стоурбриджа , Стоубридж, 1958 г.
Безшаблонный, более экологичный подход к микротекстурированию стекла
Безшаблонный, более экологичный подход к микротекстурированию стекла
Скачать PDF
Скачать PDF
Артикул
Открытый доступ
Опубликовано: 18 января 2022 г.
Юхуэй Джин ¹ ^на1 ,
Айзе Ли ¹ ^на1 ,
Ross J. Stewart ² ,
Robert R. Hancock ¹ ,
David E. Baker ¹ ,
Ruchirej Yongsunthon ¹ ,
Kelleen K. Hughes ¹ &
…
Дэвид Л. Вайдман ¹
Научные отчеты том 12 , Номер статьи: 879(2022) Процитировать эту статью
901 доступ
Сведения о показателях
Предметы
Неорганическая химия
Химия материалов
Химия поверхности
Синтез и обработка
Abstract
Текстурированные поверхности силикатного стекла микронного и нанометрового размера представляют интерес в бытовой электронике, фотогальванике и биодатчиках. Как правило, текстурирование стеклянных поверхностей требует нанесения узорчатой маски или предварительного травления (например, пескоструйной обработки) на стеклянную подложку с последующим переносом маски или процессом травления с использованием фторсодержащего соединения. Основными проблемами такого процесса являются сложность и стоимость маскировки, а также безопасность и экологические проблемы, связанные с использованием и утилизацией плавиковой кислоты. Здесь мы описываем безшаблонный метод создания текстуры микронного и субмикронного размера на изотропных стеклянных поверхностях за один шаг. Новые механизмы текстурирования хорошо подтверждаются экспериментальными данными и перидинамическим моделированием. Благодаря этой новой стратегии травитель использует не содержащие фтора химические вещества, такие как лимонная кислота, для текстурирования силикатного стекла. Концентрация травителя, температура травления, время и добавки являются основными параметрами, определяющими процесс текстурирования. Размер и глубину элемента поверхности можно контролировать независимо, настраивая процесс выщелачивания и химической полировки. Мы надеемся, что это исследование послужит толчком к дальнейшим исследованиям новых и более экологически чистых структур изотропных материалов.
Введение
Микротекстуры играют решающую роль в определении функций и свойств поверхности материала ^1,2,3,4,5 . В природе микротекстуры поверхности позволяют живым существам развивать важные функции и навыки. Например, листья лотоса с восковыми элементами микронного размера обладают ультрагидрофобными и самоочищающимися свойствами ¹ . Глаза мотылька с субмикронными столбиками обладают антиотражающей функцией для уменьшения отражения света ^2,6 . Предыдущие работы воссоздали некоторые из этих природных явлений с помощью инженерии поверхности. Спроектированные микротекстурированные поверхности демонстрируют желаемые функции, такие как антибликовое покрытие, антибликовое покрытие, гидрофобность и тактильная обратная связь ^3,4,5,7,8,9 . Очки со специальными микротекстурами вызывают большой интерес на рынках потребительской электроники ¹⁰ , биосенсоров ⁸ , фотоэлектрических приложений ^4,5,6,11 .
Поверхности силикатного стекла обычно текстурируются с помощью пескоструйной обработки и травления, влажного химического травления и процессов золь-гель осаждения ^12,13,14,15 . В этих процессах случайные поверхностные элементы размером от десяти до сотен микрон образуются в результате механического подповерхностного повреждения с последующим травлением ¹³ , ростом на месте неорганической микроструктурной маскировки на стекле во время травления ^12,14 , или неконформное осаждение капель золя-геля кремнезема на поверхность стекла ¹⁵ . Нанолитография и несколько других подходов к маске и травлению используются для создания на поверхности более мелких элементов размером от субмикрометра до микрометра ^5,9,16,17,18 . Однако процесс маскирования дорог и неприемлем для крупномасштабного производства. Кроме того, использование фтористоводородной кислоты (HF) или соединений фтора в вышеупомянутых технологиях микрообработки вызывает опасения по поводу безопасности и удаления отходов ^19,20 .
Результаты и обсуждение
Механизм
Чтобы решить эти проблемы, мы разработали процесс дифференциального выщелачивания с низким pH без HF для текстурирования поверхностей силикатного стекла (рис. 1, процесс a) ²¹ . Выщелачивание стекла представляет собой процесс, посредством которого модификаторы стекла и некоторые стеклообразователи могут быть заменены из кремнеземной сетки ионами гидроксония (H ₃ O ⁺) в кислых условиях ^22,23 . На начальной стадии выщелачивания стекла на поверхности стекла образуется равномерный выщелачивающий слой, обогащенный кремнеземом (рис. 1, структура ii). Слой выщелачивания характеризуется низкой шероховатостью поверхности и отсутствием видимой оптической мутности. Поскольку слой выщелачивания имеет меньший молярный объем по сравнению с объемным стеклом и имеет тенденцию к усадке, утолщение слоя выщелачивания начинает создавать поверхностное растягивающее напряжение (σ). Постепенно фрагменты кремнезема из слоя выщелачивания также начинают растворяться в водной среде, что замедляет рост слоя выщелачивания. Для стекол с высоким содержанием кремнезема или материалов с низкой выщелачиваемостью обычно формируется и сохраняется неглубокий и однородный слой выщелачивания, поскольку процессы выщелачивания и растворения кремнезема достигают равновесия при постоянной толщине слоя выщелачивания (рис. 1, структура ii). В этом сценарии как направление выщелачивания, так и растворения кремнезема (как показано синими стрелками и желтыми стрелками на рис. 1а, структура ii) равномерно выровнены и перпендикулярны поверхности стекла. Для стекол с достаточным количеством выщелачиваемых материалов толщина слоя выщелачивания и поверхностное натяжение (σ) продолжают увеличиваться до тех пор, пока натяжение не превысит критическое напряжение для эффективного образования пор (σ _макс). Высокое растягивающее напряжение приводит к растрескиванию слоя выщелачивания и развитию многочисленных глубоких пор (рис. 1, структура iii). Эти эффективные поры изменяют локальную скорость диффузии и способствуют неравномерному росту слоя выщелачивания и предпочтительному растворению кремнезема вокруг расположения пор. Структура iii на рис. 1а иллюстрирует изменение направления выщелачивания (желтые стрелки) и растворения кремнезема (синие стрелки) в месте расположения пор. В результате формируется микротекстурированный рельеф как на поверхности слоя выщелачивания, так и на границе раздела выщелачивающееся стекло с массой (рис. 1, структура iv). После удаления пористого выщелачивающего слоя в условиях высокого рН обнаруживается текстурированная поверхность стекла (рис. 1, структура v). В целом процесс дифференциального выщелачивания можно разделить на три этапа. Первая стадия – рост однородного выщелачивающегося слоя, поверхность которого имеет малую шероховатость без видимой мутности. Второй этап начинается при критическом напряжении (σ _макс ). Образование критических пор вызывает дифференцированное выщелачивание и текстурирование. На этой стадии дымка быстро растет, пока не достигнет насыщения (мутность пропускания может достигать 100%). На третьем этапе текстура поверхности и матовость достигают устойчивого состояния. Стоит отметить, что этот дифференциальный процесс выщелачивания и текстурирования происходит только на стеклах с соответствующей скоростью выщелачивания. Медленное выщелачивание не может создать достаточное напряжение, чтобы создать критические поры в слое выщелачивания. Быстрое выщелачивание стекла с высокой степенью выщелачивания часто создает огромное поверхностное натяжение, которое вызывает расслаивание поверхности, а не текстурирование ²³ .
Рисунок 1
Механизм дифференциального выщелачивания и текстурирования силикатного стекла. ( a ) Технологический поток и эволюция поверхности стекла посредством дифференциального выщелачивания и текстурирования. Структура i представляет собой двухмерное поперечное сечение силикатного стекла. Во время выщелачивания на поверхности стекла начинает образовываться однородный слой выщелачивания кремнезема, отмеченный серым цветом в структуре ii. Желтые стрелки указывают направление равномерного выщелачивания. Синие стрелки – направление равномерного растворения силиката. Серое выщелачивание содержит значение поверхностного напряжения (σ). Когда поверхностное напряжение (σ) равно критическому напряжению порообразования (σ _max), критические поры образуются через слой выщелачивания, как показано в структуре iii. Образование критических пор инициирует дифференцированное выщелачивание и растворение кремнезема. Направления дифференциального выщелачивания и растворения кремнезема указаны желтыми и синими стрелками на структуре iii соответственно. На этом этапе текстуры формируются как на поверхности слоя выщелачивания, так и в объеме стекла под слоем выщелачивания (структура iv). Слой выщелачивания можно удалить обработкой с высоким уровнем pH, которая обнажает текстурированную поверхность стекла (структура v). ( b ) СЭМ/ЭДС-изображение поперечного сечения алюмосиликатного стекла (стекло А) после дифференциального выщелачивания в 20 % по массе лимонной кислоты при 95 °C в течение 10 ч. Масштабная линейка этого изображения составляет 1 микрон. На карте EDS элементы Si отмечены красным цветом, а элементы Al — зеленым. На верхней поверхности виден текстурированный слой выщелачивания кремнезема толщиной около 300 нм. Объемное стекло (как с Si, так и с Al) под слоем выщелачивания также обладает текстурой. Структура поверхности стекла такая же, как структура iv, описанная в процессе а. ( c ) Текстурированное стекло (охарактеризованное на изображении ( c )) дополнительно промывали раствором NaOH с pH 12 при 60 °C в течение 2 минут для удаления выщелачивающегося слоя. Поперечное сечение выявленной текстурированной поверхности было охарактеризовано с помощью СЭМ/ЭДС (с линейкой масштаба 1 микрон). Равномерное распределение элементов Al и Si указывает на то, что выщелачивающий слой полностью удаляется на этапе промывки.
Изображение полного размера
В этом исследовании мы демонстрируем дифференциальный процесс выщелачивания и текстурирования путем текстурирования алюмосиликатного стекла с 63,6 мол.% SiO ₂ (стекло A) в 20 % масс. водном растворе лимонной кислоты при 95 °C в течение 10 ч. Благодаря этому условию на поверхности стекла быстро образуется равномерный слой выщелачивания толщиной 300 нм в течение первых 5 часов процесса выщелачивания. Последующий процесс дифференциального выщелачивания создает текстуры на обогащенном диоксидом кремния слое выщелачивания из-за дифференциального растворения кремнезема в критических местах пор (рис. 1b и дополнительный рис. S1). На поперечном сечении выщелоченного стекла отчетливо виден слой выщелачивания, обогащенный диоксидом кремния (Si в красном цвете), по сравнению с основной массой, которая содержит как Si (красный), так и Al (зеленый) элементы, охарактеризованные с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM)/энергодисперсионного рентгеновского излучения. Лучевая спектроскопия (EDS). В слое выщелачивания глинозем и другие компоненты выщелачиваются и оставляют пористую сеть с 97 мольных % или более SiO ₂, охарактеризованные методом вторичной ионной масс-спектроскопии (SIMS) (дополнительный рисунок S1). Интересно, что дифференциальное выщелачивание также формирует текстурированную поверхность раздела между слоем выщелачивания диоксида кремния и объемным стеклом. Поскольку как дифференциальное растворение кремнезема, так и дифференциальное выщелачивание одновременно запускаются и развиваются в критических местах пор, соответствующие профили текстуры почти параллельны друг другу и имеют большое сходство с точки зрения геометрии и размеров элементов. Слой выщелачивания пористого кремнезема удаляется в растворе с высоким pH (pH > 14), обнаруживается объемная текстурированная поверхность, как показано на поперечном сечении изображения SEM/EDS (рис. 1c). В следующем эксперименте все стекла сначала обрабатывают кислотой для создания текстуры поверхности, а затем кратковременно промывают моющим средством с высоким pH, чтобы выявить объемную текстурированную поверхность.
Основные факторы (концентрация травителя, время травления и температура)
Процесс текстурирования контролируется несколькими факторами, включая концентрацию раствора кислоты, время выщелачивания и температуру выщелачивания. Как показано на рис. 1а, однородный выщелачивающийся слой формируется в 20 % по массе лимонной кислоты при 95 °C и непрерывно растет в течение первых 5 часов. По мере образования критических пор в слое выщелачивания с пятого часа начинает расти текстура поверхности. После 10, 13,5, 16 часов обработки кислотой и последующей очистки с высоким pH поверхность стекла А демонстрирует непрерывные вогнутые элементы диаметром 0,8, 1,2 и 1,5 микрона, что характеризует атомно-силовая микроскопия (АСМ) и СЭМ (рис. 2а–д). Более длительное дифференциальное выщелачивание приводит к более крупным и глубоким элементам поверхности или более высокой шероховатости поверхности (Ra), а более высокая шероховатость поверхности приводит к более высокому коэффициенту пропускания мутности. Как шероховатость текстуры поверхности (Ra), так и размер элементов поверхности линейно коррелируют со временем обработки второго этапа (структура iii, рис. 1a) (рис. 3b).
Рисунок 2
СЭМ и АСМ изображения текстурированных поверхностей алюмосиликатного стекла (стекло А) после обработки лимонной кислотой и NaOH. ( a )–( c ) АСМ-изображения 10 мкм x 10 мкм текстурированного стекла A, обработанного 20 % масс. лимонной кислоты при 95 °C и последующей промывки NaOH. Цветовая шкала изображения сопоставляется с количественными данными о высоте. Время обработки лимонной кислотой изображений ( a ) – ( c ) составляет 10, 13,5 и 16 часов соответственно. Текстуры на ( a )–( c ) обладают непрерывными вогнутыми элементами диаметром 0,8, 1,2 и 1,5 микрона и значениями шероховатости поверхности (Ra) 65,7, 94,8 и 120,3 нм. Эти текстурированные стекла (с односторонней текстурой) обеспечивают коэффициент пропускания мутности 19,5%, 38,8% и 59,0%. Более длительное время кислотной обработки приводит к более крупным поверхностным элементам, более высокой шероховатости поверхности (Ra) и более высоким значениям мутности. ( d ) SEM-изображение текстурированной поверхности, также показанное на изображении ( a ). Масштабная линейка составляет 2 микрона при увеличении 5kx. Наблюдается равномерная текстура поверхности. ( e ) СЭМ-вид в поперечном сечении обработанной 10 часов поверхности [та же поверхность изображения ( a , d )]. Масштабная линейка составляет 200 нм при увеличении 100 кх. Как видно из изображений РЭМ, текстурированная поверхность состоит из заостренных вершин, соединенных изогнутыми гребнями, и вогнутых впадин, окруженных вершинами и гребнями.
Полноразмерное изображение
Рис. 3
Технологические факторы, влияющие на процесс дифференцированного выщелачивания и текстурирования на примере стекла А. Все стеклянные изделия сначала обрабатывали в растворах кислот, а затем промывали раствором NaOH для выявления текстурированной поверхности стекла. Шероховатость поверхности (Ra) измеряли с помощью АСМ. Значения мутности одностороннего пропускания измеряли с помощью BYK Haze-Gard. ( a ), ( b ) Влияние времени выщелачивания на развитие помутнения поверхности ( a ) и развитие шероховатости поверхности ( b ). Графики с ромбовидными маркерами (◊) представляют собой значения матовости ( a ) и значения шероховатости ( b ) текстурированного стекла А, обработанного 20 мас.% лимонной кислоты при 95 °C для разного времени выщелачивания. Графики с круглыми маркерами (○) представляют развитие мутности ( a ) и развитие шероховатости ( b ) стекла A в 20 % масс. лимонной кислоты и 1 M FeCl ₃ при 98,7 °C для разного времени выщелачивания. Оба графика подтверждают, что процесс дифференциального выщелачивания включает однородную стадию выщелачивания без помутнения (стадия I на рис. 1, диаграмма b) и стадию дифференциального выщелачивания (стадия II на рис. 1, диаграмма b) с быстрым ростом помутнения. Использование FeCl ₃ значительно ускоряет процесс текстурирования. c , Влияние концентрации лимонной кислоты на развитие помутнения. Стекла были текстурированы в растворах лимонной кислоты с концентрацией 10 мас. % (обозначены квадратными маркерами: □), 20 мас. % (обозначены ромбовидными маркерами: ◊) и 30 мас. % (обозначены кружками: ○) при 96,5°С, 97°С и 97,3°С соответственно. Процесс текстурирования стекла сокращается за счет увеличения концентрации лимонной кислоты. d , Влияние температуры выщелачивания на развитие помутнения. Текстурирование стекол проводили в 20 мас.% лимонной кислоты при 95 °C (квадратные маркеры: □) и 97 °C (круговые маркеры: ○). Данные показывают, что повышение температуры обработки способствует более быстрому процессу текстурирования.
Изображение полного размера
Процесс выщелачивания стекла сильно зависит от рН (концентрации кислоты) и температуры выщелачивающего раствора ²², а также процесс дифференцированного выщелачивания и текстурирования. На рисунках 3c и d показано, что поверхность стекла A демонстрирует более сильное помутнение при изменении температуры обработки с 95 до 97 °C (рис. 3d). Повышение концентрации лимонной кислоты в определенных пределах также ускоряет процесс текстурирования. Увеличение концентрации лимонной кислоты с 10 до 20 % масс. значительно сокращает время текстурирования стекла А. В то же время дальнейшее повышение концентрации лимонной кислоты с 20 до 30 % масс. действительно улучшает скорость текстурирования (рис. 3c). Помимо лимонной кислоты, другие слабые кислоты, такие как яблочная, молочная и винная кислоты, также могут текстурировать стекло А из-за сходства их кислотности (pKa) (дополнительная таблица S1). Интересно, что когда для обработки стекла А используется сильная кислота (такая как соляная кислота, HCl), обработка раствором с более низким значением рН (с гораздо более высокой концентрацией ионов гидроксония) не приводит к текстурированию поверхности стекла А, но вызывает расслоение поверхности. Интенсивный процесс выщелачивания приводит к неконтролируемому накоплению напряжений и значительно превышает критическое напряжение порообразования (σ _max), который расслаивает поверхность Glass A.
Состав стекла
Состав стекла, особенно концентрация SiO ₂, доминирует в характеристиках выщелачивания стекла и является еще одним ключевым фактором, определяющим процесс текстурирования. Например, более химически стойкое стекло (Стекло Б с содержанием SiO ₂ 67,5 мол. %) текстурируется в 5 мас. % растворе HCl при 95 °С, а не в растворах лимонной кислоты любых концентраций, в то время как стекло С с содержанием 70,9 мол.% SiO ₂ не имеет текстуры поверхности даже после обработки сильной кислотой. В целом процесс дифференциального выщелачивания и текстурирования работает для протестированных стекол, содержащих 63,6–67,5 мольных % SiO ₂, когда реализуется соответствующий и контролируемый процесс выщелачивания (дополнительная таблица S1).
Процесс, ускоренный добавками
Одной из проблем дифференцированного выщелачивания и текстурирования является то, что процесс протекает относительно медленно из-за длительного времени выщелачивания перед формированием начальной текстуры. Для дальнейшего ускорения выщелачивания стекла ионы многовалентных металлов (например, Fe ³⁺ , Al ³⁺ , Ca ²⁺ , Mg ²⁺ ионы) добавляют к выщелачивающему раствору. Ионы многовалентных металлов могут эффективно осаждать ионы растворимых силикатов в выщелачивающем растворе и ускорять процесс выщелачивания стекла ^24,25 . В этом исследовании добавление 1 моль/л FeCl ₃ к 20 % масс. лимонной кислоты эффективно сокращает время стадии I с 5 ч до примерно 65 мин (рис. 3а). На рисунке 3b показано, что ионы металлов с более высоким ионным зарядом более эффективны в ускорении выщелачивания (дополнительная таблица S1). Ионы одновалентных металлов (например, Na ⁺ ионов) замедляют процесс выщелачивания стекла А, поскольку эти ионы не могут эффективно удалять растворенный силикат из раствора.
Настройка размера элемента с помощью полировки NaOH
Как показано на рис. 2, в процессе выщелачивания размер текстуры поверхности, глубина и коэффициент пропускания увеличиваются одновременно. Текстурные поверхности с разным уровнем матовости можно получить, настроив время выщелачивания, температуру или концентрацию травителя. Однако сам процесс выщелачивания не может независимо регулировать размер и глубину элементов поверхности, если заданный уровень дымки фиксирован. Эта проблема решается добавлением стадии химической полировки после процесса кислотного выщелачивания. В этом двухэтапном процессе поверхностные элементы сначала становятся большими и глубокими, а мутность увеличивается на этапе кислотного выщелачивания, а затем поверхностные элементы становятся больше и мельче, а мутность уменьшается на этапе химической полировки (рис. 4a,b). Предположительно, текстуры с одинаковым уровнем матовости, но с разным размером элементов и соотношением глубины могут быть получены путем выбора длинного пути выщелачивания и полировки (рис. 4а) или выбора короткого пути выщелачивания и полировки (рис. 4б). Используя эту стратегию, мы изготавливаем текстурные поверхности с различным соотношением сторон и коэффициентом матовости 10% (условия A1–A5, таблица 1). Эти поверхности имеют одинаковую шероховатость поверхности (Ra) около 40 нм и средний диаметр элемента (d) от 0,9до 2,3 мкм (рис. 4c–g и таблица 1). С точки зрения процесса, большие особенности текстуры достигаются за счет длительного процесса выщелачивания, чтобы получить мутность намного выше, чем целевая мутность (в данном случае 10%), а затем с использованием 10 мас.% NaOH для химической полировки поверхности и уменьшения мутности до целевое значение. В этом примере соотношение сторон (d/Ra, нм/нм) настраивается в диапазоне от 18 до 55 (таблица 1).
Рисунок 4
Механизм текстурирования и химической полировки силикатного стекла для настройки размера и глубины поверхностных элементов. В этом процессе этап текстурирования увеличивает как размер поверхности, так и глубину или шероховатость элемента. Следующий шаг полировки увеличивает размер элемента, но уменьшает глубину или шероховатость текстуры. ( a ) Создание мелких и крупных элементов на стекле путем длительного текстурирования и длительной химической полировки. В процессе текстурирования долгая обработка приводит к глубоким и крупным чертам. Длительная химическая полировка создает мелкие и крупные детали. ( b ) Создание мелких и средних элементов на стекле путем короткого текстурирования и короткой химической полировки. В процессе текстурирования короткая обработка приводит к мелким и мелким элементам. Кратковременная химическая полировка сохраняет мелкие и неглубокие детали поверхности. ( c )–( g ) Примеры текстурированных поверхностей на уровне матовости, но с различными размерами элементов поверхности, изготовленных в процессе текстурирования и химической полировки (условия A1–A5 в таблице 1). При постепенном увеличении времени выщелачивания и полировки средний размер элемента значительно увеличивается с 0,9 до 2,3 мкм.
Изображение в натуральную величину
Таблица 1 Отрегулируйте соотношение сторон текстурных элементов путем выщелачивания и химической полировки.
Полноразмерный стол
Моделирование
Для дальнейшего подтверждения дифференциального механизма выщелачивания и текстурирования было проведено исследование моделирования на уровне континуума, сочетающее механические, диффузионные и порообразующие методологии (которые необходимы для моделирования процессов, показанных на рис. 1а, от стадии i до стадии v). . В этой модели в качестве основной основы используется перидинамический метод, благодаря его естественной способности фиксировать упругие отклики материала, повреждения и образование трещин ²⁶ . Этот метод ранее использовался для моделирования проблем типа коррозии ²⁷ . В этой работе возможность диффузии адаптирована для моделирования как процессов выщелачивания, так и процессов химической полировки по отдельности с соответствующими параметрами.
Первым шагом является моделирование накопления напряжения во время начального процесса выщелачивания (от стадии i до стадии ii на рис. 1a). Второй закон Фика (уравнение 1) наложен на модель для имитации процесса диффузии ²⁸ . Где D (уравнение 3) представляет коэффициент диффузии, зависящий от местоположения, концентрации и объемного содержания. Параметр φ представляет собой концентрацию выщелачивателя в конкретном месте (гидроксоний в случае кислотного выщелачивания). Выщелачивание вводит растягивающее напряжение ( σ ), рассчитанное по уравнению. (2) с константой C в качестве коэффициента масштабирования, аналогично тепловому расширению.
$$ \frac{{\partial \varphi \left( {x,t} \right)}}{\partial t} = \nabla \cdot \left( {D\left( {x,\varphi ,v } \right)\nabla \varphi \left( {x,t} \right)} \right) $$
(1)
$$ \sigma \left( {x,t} \right) = C\ varphi \left( {x,t} \right) $$
(2)
Второй этап заключается в моделировании образования пор и начала дифференциальной диффузии (этап iii на рис. 1a). Когда накопленное растягивающее напряжение (σ) превышает критическое напряжение образования пор (σ _max ), поры будут образовываться перпендикулярно слою выщелачивания (рис. 1а, стадия iii). Модель достигает этого повреждения за счет устранения взаимодействия материалов, вызывая перераспределение локальных напряжений, вызывая дальнейший рост пор под существующими порами, создавая поровый канал (см. рис. 5а). Образование пор еще больше увеличивает коэффициент диффузии в слое выщелачивания. описывается уравнением (3). В этом уравнении ʋ представляет собой объемную долю, а F _поры — увеличение коэффициента диффузии за счет пустот.
Рисунок 5
Моделирование дифференциального процесса выщелачивания и текстурирования. ( a ) «Легко» гидролизуемая модель с низким значением прочности сети (1 Дж/м ² ) и «широкими» поровыми каналами, имеющими большую диффузионную способность пор, чем у слоя выщелачивания (F _пор = 30) . Контуры представляют собой растущее образование текстурированной поверхности раздела между слоем выщелачивания и объемным стеклом с шагом моделирования по времени. Маленькие черные точки представляют собой эффективные поры через точки материала с долей пустот более 0,2. Эффективные поры (проникающие в глубину слоя выщелачивания) создают вогнутые элементы на границе раздела из-за более высокой диффузионной способности внутри пор. Поперечное сечение напоминает позднюю стадию iii, показанную на рис. 1а. ( b ) Текстурированные поверхности, созданные путем моделирования процессов травления и химической полировки. Текстуры в одном ряду моделируются с постоянным временем выщелачивания, текстуры в одном столбце моделируются с постоянным временем полировки. Форма текстуры поверхности определяется шероховатостью поверхности (Ra, указано вертикальными стрелками), размером элемента (Rsm, указано горизонтальными стрелками) и соотношением сторон (Ra/Rsm). Соотношение сторон каждой смоделированной поверхности указано на каждом изображении текстуры. Сравнивая текстуры в одном и том же столбце, поверхностные элементы становятся преимущественно глубже и немного шире с увеличением времени выщелачивания. При сравнении текстур в одном ряду элементы поверхности становятся мельче и шире.
Изображение полного размера
Также предполагается, что коэффициент диффузии выщелачивающего слоя имеет линейную зависимость от концентрации кислоты, так что более высокая концентрация кислоты указывает на менее плотную структуру с более высоким коэффициентом диффузии. Уравнение (4) выражает возможную линейную зависимость, когда слой выщелачивания полностью лишен ионов и полностью насыщен кислотой, его диффузионная способность будет в $F_{g,l}$ раз выше, чем диффузионная способность объемного стекла.
$$ D\left( {x,\varphi ,v} \right) = D\left( {x,\varphi } \right)_{leach} \left( {vF_{pore} + 1} \right ) $$
(3)
$$ D\left( {x,\varphi} \right)_{выщелачивание} = D_{стекло} \left( {\frac {{\left( {F_{g,l} — 1} \right)}}{{\varphi_{max} — \varphi_{min}}}\left( {\varphi \left( {x,t} \right) — \varphi_{min} } \right) + 1} \right) $$
(4)
На рисунке 5a показан пример двухмерного поперечного сечения слоя выщелачивания, созданного путем моделирования дифференциального процесса выщелачивания. По мере роста слоя выщелачивания (серая область с более темным контуром на рис. 5а) образуются эффективные поры, которые проникают вглубь слоя выщелачивания. Эффективные поры вызывают переход от однородного выщелачивания к дифференциальному выщелачиванию из-за более высокой диффузионной способности внутри пор, создавая слой выщелачивания и поверхность раздела объемного стекла, содержащую вогнутые элементы. Этап текстурирования, смоделированный на рис. 5а, напоминает этап текстурирования iii, описанный на рис. 1а.
На третьем этапе этого исследования по моделированию в качестве входных данных используется выщелоченная структура и моделируется процесс химической полировки с помощью диффузионной модели. Предполагается, что полировальный раствор мгновенно покрывает поверхность и проходит по эффективным поровым каналам. Со временем полировки раствор разъедает слой выщелачивания, образуя окончательную текстуру, напоминающую поверхность с кратерами, показанную на рис. 2. Результаты модели в зависимости от времени выщелачивания и времени полировки показаны на рис. 5b.
Соотношение сторон текстуры поверхности определяется соотношением Ra/Rsm, где Ra — шероховатость поверхности, а Rsm — средний размер элемента. Модель предполагает, что процесс выщелачивания имеет тенденцию к одновременному увеличению глубины и ширины поверхностных элементов. При фиксированном времени полировки более длительное время выщелачивания приводит к более глубоким и крупным элементам с более высоким соотношением сторон (путем сравнения поверхностей, сгенерированных моделью, в тех же столбцах на рис. 5b). С другой стороны, эта модель показывает, что в процессе химической полировки текстура поверхности становится более мелкой и крупной. Например, при фиксированном времени выщелачивания увеличенное время полировки создает более мелкие и крупные элементы с меньшим соотношением сторон (путем сравнения сгенерированных моделью поверхностей в тех же рядах на рис. 5b). Интересно, что аналогичные соотношения размеров элементов (Ra/Rsm) достигаются в этой модели за счет сохранения постоянного соотношения времени выщелачивания и времени полировки (например, сгенерированные модели поверхностей сверху слева направо по диагонали, на рис. 5b), однако это только из-за конкретных параметров диффузии, выбранных для выщелачивания по сравнению с полировкой. Эти поверхности имеют одинаковое соотношение сторон и разные значения Ra и Rsm. На рис. 5b верхний левый поверхностный элемент имеет малую глубину и небольшой размер, а нижний левый поверхностный элемент глубже и крупнее. В целом модель подтверждает, что двухэтапный процесс (выщелачивание и химическая полировка) может создавать текстурные поверхности с различным соотношением сторон, шероховатостью поверхности и размером элементов, как показали экспериментальные данные (рис. 4).
Заключение
Мы открыли новую стратегию создания текстур субмикронного и микрометрового размера на поверхностях силикатного стекла с помощью дифференциального процесса выщелачивания в кислых растворах. В этом процессе не используются химические вещества, содержащие HF или фтор, что обеспечивает технические решения для решения проблем безопасности и защиты окружающей среды в индустрии текстурирования стекла. В процессе текстурирования и химической полировки мы можем независимо настраивать размер текстуры поверхности (средний диаметр элемента) от 0,9до 2,3 мкм, а шероховатость поверхности (Ra) от десятков нанометров до сотен нанометров. Результаты эксперимента показывают, что процесс текстурирования хорошо контролируется этими ключевыми факторами. Во-первых, соответствующий процесс текстурирования наиболее эффективен для стекол с содержанием SiO ₂ от 63,6 до 67,5 мольных % и в травителе для стимулирования дифференциального выщелачивания. Во-вторых, более высокая концентрация кислоты, повышенная температура и время обработки обычно способствуют более быстрому процессу текстурирования. В-третьих, добавление ионов многовалентных металлов может еще больше сократить время текстурирования в пределах 2 часов. Это связано с тем, что выщелачивание и растворение стекла ускоряются за счет удаления растворимых ионов силиката посредством коагуляции силиката и ионов металлов. В этой статье мы также представили вероятный механизм текстурирования стекла, который включает три стадии: начальное формирование однородного слоя выщелачивания, дифференцированное выщелачивание и текстурирование, а также стационарное состояние с насыщенной мутностью и максимальной шероховатостью. Этот механизм хорошо подтверждается как экспериментальными данными, так и исследованием экспериментального моделирования. Мы надеемся, что эта новая стратегия текстурирования обеспечит более экологичный и конкурентоспособный по стоимости путь для исследования и производства текстуры стекла.
Методы
Материалы
Три силикатных стекла (стекло A, B и C) в этом документе были из семейств Corning® Gorilla® Glass с содержанием кремнезема 63,76, 67,37 и 70,9 мольных % соответственно. Стекло A и B обозначено как Glass 4 и Glass 1 в патенте США 20180282201A1 ²¹. Стекло C обозначается как Ex. H в патенте США US10259746B2, указанном в дополнительной таблице S1 ²⁹. Химические вещества марки ACS были приобретены у Fisher Scientific Inc., включая безводную лимонную кислоту, яблочную кислоту, молочную кислоту, винную кислоту, 37%-ную соляную кислоту и гексагидрат хлорида железа (III), хлорид алюминия, а также другие хлориды щелочных металлов и хлориды щелочноземельных металлов оцениваются в данной работе. Гидроксид натрия (NaOH) в виде 50 % масс. раствора был приобретен у Fisher Scientific Inc. и дополнительно разбавлен до 10 % масс. для удаления слоя выщелачивания. Деионизированная вода 15 МОм см ^-1 применялся для приготовления растворов, ополаскивания и очистки стекла.
Оборудование
Индивидуальный горячий блок был приобретен у компании Environmental Express Inc. для точного контроля температуры выщелачивания. Индивидуальные тефлоновые контейнеры объемом 2000 мл были заказаны в Applied Plastics Technology. Для минимизации потери объема раствора при испарении в процессе высокотемпературного выщелачивания использовали стеклянный холодильник.
Процесс текстурирования
Как правило, три куска стекла А размером 50 мм * 50 мм * 0,8 мм помещали в тефлоновый держатель и помещали в тефлоновый контейнер с 1000 мл свежеприготовленного раствора лимонной кислоты с концентрацией 10–30% масс. при 95–100 °С. При слабом кипячении стеклянные изделия подвергались обработке в течение определенного времени. Обработанные стекла промывали деионизированной водой при 20 °C, промывали в 10 % масс. растворе NaOH при 60 °C в течение 2 мин для удаления выщелачивающего слоя и последовательно промывали деионизированной водой при 20 °C. Текстурированные стекла высушивали на воздухе при комнатной температуре или в печи при 110 °C перед характеристикой. С помощью той же технологической процедуры были оценены различные параметры процесса текстурирования стекла, включая тип и концентрацию кислоты, добавки (например, хлорид железа (III)) и их концентрацию, а также температуру и время обработки выщелачиванием. Для различных композиций стекла применялись различные кислоты с целью получения субмикронной и микронной текстуры на поверхности стекла. Например, для текстурирования стекла А использовалась лимонная кислота, для стекла В и стекла С была выбрана соляная кислота. На поверхности стекла С не создавалась текстура из-за высокой кислотостойкости стекла.
Химическая полировка
Процесс химической полировки используется в двухэтапном процессе текстурирования для независимой настройки размера элемента текстуры (d) и шероховатости поверхности (Ra). Стекло сначала текстурируется на стадии кислотного выщелачивания, как описано ранее. Затем текстурированное стекло подвергается химической полировке или травлению в 10 % масс. NaOH при 95 °C в течение определенного времени для достижения целевого уровня мутности.
Характеристика
Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) и энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (ЭДС) использовались для оценки морфологии поверхности и получения информации о составе текстурированного стекла на разных стадиях. Атомно-силовая микроскопия (АСМ) с датчиками Bruker Dimension FastScan и FastScan-B в режиме постукивания использовалась для характеристики морфологии текстурированной поверхности, среднего размера элемента и определения показателей шероховатости. BYK Haze-Gard I использовали для измерения коэффициента пропускания дымки в соответствии с протоколом ASTM D1003. Значение коэффициента пропускания мутности было непосредственно измерено для стекол с односторонней текстурой. Если обе стороны стекол были текстурированы дифференциальным выщелачиванием, то одна из двух текстурированных поверхностей подвергалась механической полировке (с использованием CeO ₂ частиц для удаления 20 микрон поверхности). Затем измеряли коэффициент пропускания. В качестве альтернативы коэффициент пропускания мутности (значение y%) измеряли на двухстороннем текстурированном стекле. Затем мутность одностороннего пропускания (значение x%) оценивается по уравнению: y = 2x − x ²/100.
Моделирование
Основанная на связях формулировка перидинамического метода использовалась с сопряженной переходной диффузионной моделью, аналогом теплопроводности и расширения. Критическая деформация связи использовалась для зарождения пор, что коррелирует с объясненным значением σ _макс. параметр. Доля пустот рассчитывается на основе доли разорванных связей материала для каждой точки материала. Верхняя поверхность 2D-модели имела фиксированное граничное условие концентрации 1,0. Тело стакана начинается с нулевой концентрации. Поскольку большинство параметров в этой модели относительно неизвестны, использовались нормализованные единицы, и акцент делался на их относительных величинах. Параметры модели, используемые для моделирования, следующие: модуль Юнга стекла выбран равным E = 72 ГПа, энергия разрушения, связанная с σ _max слоя выщелачивания была параметризована и находилась в диапазоне G = 1–12 Дж/м ² . Плотность стекла составляет 2400 кг/м ³, что используется только для структурно-механического динамического отклика. Двумерная модель стекла предписывает постоянную нулевую деформацию вне плоскости. Отношение концентрации к деформации равно $C = — \,0,001/E$, емкость концентрации кислоты установлена равной 1,0, а коэффициент диффузии для стекла $D_{стекло} = 10$, граница раздела стекло-кислотный раствор как 200, а в растворе как $D_{кислота} = 400$. Для стадии кислотного выщелачивания (уравнение 3) зависимость коэффициента диффузии концентрации от доли пор, $F_{пор}$, колеблется от 5 до 30, а концентрация, $\varphi_{min}$, устанавливается равной 0,05 и $\varphi_{max}$ равным 1, а $F_{g,l}$ = 10. Для этапа химической полировки тот же коэффициент диффузии, зависящий от концентрации, используется для слоя выщелачивания, но начальная концентрация устанавливается равным 1,0 на верхней поверхности и вдоль всех эффективных поровых каналов и 0,0 на всех остальных участках. Это означает, что в полностью отполированной области коэффициент диффузии будет равен $10D_{стекло} = 100$.
Геометрия модели имеет длину 2 мм и исходное стекло высотой 0,9 мм со слоем раствора кислоты 0,1 мм сверху. Дискретизация материальных точек была установлена таким образом, чтобы минимальное расстояние между любой парой материальных точек составляло 1 микрон. Здесь стоит отметить, что масштаб длины в этой модели не имеет значения, поскольку физика автомодельна, и результаты этой модели будут анализироваться в безразмерном смысле. Модель запускается динамически, чтобы интегрировать уравнения движения и диффузионного потока во времени. Количество выполненных временных шагов составляет 50 000 с приращением временного шага 74,72 нс.
Список литературы
Кроисова Д. В Прогресс в оптике Vol. 57 (изд. Вольф, Э.) 93–132 (Elsevier, 2012).
Google ученый
«>
Clapham, P.B. & Hutley, M.C. Уменьшение отражения линз по принципу «Moth Eye». Природа 244 , 281–282. https://doi.org/10.1038/244281a0 (1973 г.).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Сай Х., Канамори Ю., Арафунэ К., Ошита Ю. и Ямагучи М. Эффект улавливания света субмикронными поверхностными текстурами в солнечных элементах из кристаллического кремния. Прог. Фотовольт. Рез. заявл. 15 , 415–423. https://doi.org/10.1002/pip.754 (2007 г.).
КАС Статья Google ученый
Эйзенхауэр, Д. и др. Гладкие антибликовые трехмерные текстуры для тонкопленочных солнечных элементов из жидкофазного кристаллизованного кремния на стекле. Науч. Респ. 7 , 2658. https://doi.org/10.1038/s41598-017-02874-y (2017).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый
«>
Парк, К.-С. и др. Нанотекстурированные поверхности из диоксида кремния с надежной супергидрофобностью и всенаправленной широкополосной сверхпроницаемостью. ACS Nano 6 , 3789–3799. https://doi.org/10.1021/nn301112t (2012 г.).
КАС Статья пабмед Google ученый
Луо, X. и др. Антибликовое и самоочищающееся стекло с прочной микрорельефной наноструктурой поверхности для использования в фотоэлектрических системах. Матер. Рез. Бык. 109 , 183–189. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2018.09.029 (2019 г.).
КАС Статья Google ученый
Skedung, L. и др. Ощущение маленького: исследование границ тактильного восприятия. науч. Отчет 3 , 2617. https://doi.org/10.1038/srep02617 (2013).
Артикул пабмед ПабМед Центральный Google ученый
«>
Zhu, H., Huang, Y., Lou, X. & Xia, F. Биоинспирированные сверхсмачиваемые поверхности для биосенсоров. Посмотреть https://doi.org/10.1002/viw.20200053 (2020).
Артикул Google ученый
Ча, Т.-Г., Йи, Дж.В., Мун, М.-В., Ли, К.-Р. и Ким, Х.-Ю. Наноразмерное моделирование микротекстурированных поверхностей для контроля супергидрофобной прочности. Ленгмюр 26 , 8319–8326. https://doi.org/10.1021/la02 (2010 г.).
КАС Статья пабмед Google ученый
Hart, S.D. Антибликовый стеклянный лист, имеющий равновесное сжимающее напряжение, и его методы. US8778496B2 (2014 г.).
Чен Л. и др. Новая технология масок ВЧ травления стекла и применение в фотогальванических элементах. J. Alloys Compd. 783 , 428–433. https://doi.org/10. 1016/j.jallcom.2018.12.311 (2019 г.).
КАС Статья Google ученый
Барбу, П., Лагзизил, А., Бессолес, Ю., Дерульак, Х. и Труве, Г. Парадоксальная кристаллическая морфология матового стекла. J. Некристалл. Твердые вещества 345–346 , 137–141. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2004.08.011 (2004 г.).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Колли, М., Хамидуш, М., Буауаджа, Н. и Фантоцци, Г. Влияние травления ВЧ на свойства натриево-известкового стекла, подвергнутого пескоструйной обработке. Дж. Евро. Керам. соц. 29 , 2697–2704. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2009.03.020 (2009 г.).
КАС Статья Google ученый
Пирет, Н. и др. Влияние состава стекла на кинетику травления и матирования стекла в концентрированных растворах HF. J. Некристалл. Твердые вещества 499 , 208–216. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.07.030 (2018 г.).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Шелле, К., Менниг, М., Круг, Х., Йоншкер, Г. и Шмидт, Х. Одноэтапное антибликовое золь-гелевое покрытие для экранов методом золь-гель. J. Некристалл. Твердые вещества 218 , 163–168. https://doi.org/10.1016/S0022-3093(97)00290-1 (1997).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Льюска, М., Энтони, А. и Бертомеу, Дж. Рост и свойства ZnO:Al на текстурированном стекле для тонкопленочных солнечных элементов. Междунар. J. Фотоэнергия 2014 , 406495. https://doi.org/10.1155/2014/406495 (2014).
КАС Статья Google ученый
Майлоа, Дж. П., Ли, Ю. С., Буонассизи, Т. и Козински, И. Текстурированное проводящее стекло с помощью наносферной литографии для увеличения поглощения света в тонкопленочных солнечных элементах. J. Phys. Д заявл. физ. 47 , 085105. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/8/085105 (2014).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Чжан В. и др. Тонкопленочные кремниевые солнечные элементы на текстурированном стекле с сухим травлением. Energy Procedia 44 , 151–159. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.12.022 (2014 г.).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Бертолини, Дж. К. Плавиковая кислота: обзор токсичности. J. Emerg. Мед. 10 , 163–168. https://doi.org/10.1016/0736-4679(92)-B (1992).
КАС Статья пабмед Google ученый
«>
Ozsvath, D.L. Фтор и здоровье окружающей среды: обзор. Rev. Окружающая среда. науч. Био/Техн. 8 , 59–79. https://doi.org/10.1007/s11157-008-9136-9 (2009 г.).
КАС Статья Google ученый
Hancock, R.R., Hughes, K.K., Jin, Y. & Li, A. Изделия из текстурированного стекла и способы их изготовления. Патент США US20180282201A1 (2018 г.).
Пол А. Химическая стойкость стекол; Термодинамический подход. Дж. Матер. науч. 12 , 2246–2268. https://doi.org/10.1007/BF00552247 (1977 г.).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Роэль, Х., Лам, П. и Диттер, Д. В Проблемы разработки белковых продуктов (ред. Уорн, Н.В. и Малер, Х.-К.) 291–304 (Springer, 2018).
Глава Google ученый
«>
McVay, G.L. & Buckwalter, C.Q. Влияние железа на выщелачивание стеклянных отходов. Дж. Ам. Керам. соц. 66 , 170–174. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1983.tb10010.x (1983).
КАС Статья Google ученый
Бремер, И. и др. Предотвращение отложений кремнезема в мембранных системах: удаление мономера и полимера кремнезема. Опреснение 132 , 89–100. https://doi.org/10.1016/S0011-9164(00)00138-7 (2000 г.).
КАС Статья Google ученый
Силлинг С.А., Векнер О., Аскари Э. и Бобару Ф. Зарождение трещин в перидинамическом твердом теле. Междунар. Дж. Фракт. 162 , 219–227. https://doi.org/10.1007/s10704-010-9447-z (2010 г.).
Артикул МАТЕМАТИКА Google ученый
Ши, К. , Гонг, Ю., Ян, З.-Г. и Тонг, К. Перидинамическое исследование коррозионного растрескивания под напряжением в трубах из углеродистой стали. англ. Фракт. мех. 219 , 106604. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2019.106604 (2019).
Артикул Google ученый
Kilic, B. & Madenci, E. Прогнозирование путей трещин в закаленной стеклянной пластине с использованием перидинамической теории. Междунар. Дж. Фракт. 156 , 165–177. https://doi.org/10.1007/s10704-009-9355-2 (2009 г.).
Артикул МАТЕМАТИКА Google ученый
Hu, G., Smith, C.M., Tang, Z. & Tietje, S.A. Стекла и стеклокерамика, включая градиент концентрации оксидов металлов. Патент США US10259746Б2 (2019).
Скачать ссылки
Благодарности
Ю. Дж. и А. Л. благодарят доктора Джеймина Амина за совет. Авторы благодарят Тимоти Даймонда за характеристику состава и толщины слоя выщелачивания стекла с помощью SIMS. Авторы признательны за любезную финансовую поддержку корпорации Corning Research and Development Corporation и Corning Inc.
Авторы и филиалы
Corning Research and Development Corporation, Corning, США
Юхуи Джин, Айзе Ли, Роберт Р. Хэнкок, Дэвид Э. Бейкер, Ручирей Йонгсантон, Л. и Дэвид Вевид К. Хьюз
Corning Inc., Corning, USA
Ross J. Stewart
Авторы
Yuhui Jin
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия
Айзе Ли
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Ross J. Stewart
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Robert R. Hancock
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Дэвид Э. Бейкер
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Ruchirej Yongsunthon
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Kelleen K. Hughes
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
David L. Weidman
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Вклады
Ю. Дж. и А. Л. открыли метод дифференциального выщелачивания для текстурирования поверхности стекла, разработали и провели соответствующее экспериментальное исследование. Р.С. провел исследование «Моделирование». Д.Б. и Р.Ю. охарактеризовали текстурированные поверхности с помощью СЭМ/ЭДС и АСМ соответственно. Р.Х. и К.Х. провел эксперименты по выщелачиванию. Все авторы участвуют в подготовке рукописи.
Автор, ответственный за переписку
Юхуи Джин.
Заявление об этике
Конкурирующие интересы
Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.
Дополнительная информация
Примечание издателя
Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и институциональной принадлежности.
Дополнительная информация
Дополнительная информация.
Права и разрешения
Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы укажете авторство оригинальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на статью, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Перепечатка и разрешения
Об этой статье
Комментарии
Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.
Скачать PDF
Химикаты для травления стекла
Меня часто спрашивают, какие химические вещества используются для травления стекла. Один из моих любимых, который часто всплывает, это « можно ли протравить стекло уксусом ?» НЕТ, вы не можете травить стекло уксусом! Я имею в виду, вы только посмотрите на бутылку, в которой он находится!
Существует ряд кислот, едких и абразивных веществ, которые используются для травления стекла. Однако многие из них чрезвычайно опасны и обычно не используются в домашних условиях или в условиях хобби. Основными химическими веществами, которые травят стекло и которые обычно используются в промышленных или профессиональных условиях, являются плавиковая и гексафторкремниевая кислоты. Но есть более безопасные варианты для домашнего использования.
Содержание
Плавиковая и гексафторкремниевая кислоты
Обычно плавиковая кислота используется для травления стекла. Но плавиковая кислота чрезвычайно реакционноспособна, поэтому ее обычно можно увидеть только на промышленных предприятиях или профессиональных предприятиях, где можно принять надлежащие меры предосторожности и создать специальные среды для подготовки.
Плавиковая кислота представляет собой высококоррозионную жидкость, а также сильный контактный яд. Он может даже проникать в ткани, и отравление может произойти быстро при попадании на кожу или в глаза или даже при вдыхании или проглатывании. Лично мне не хотелось бы даже находиться рядом с открытой тарой с плавиковой кислотой. Самое страшное в контакте с плавиковой кислотой — реакция часто задерживается. Поначалу ожог может быть даже не болезненным! Поэтому процесс травления стекла плавиковой кислотой является гораздо более обременительным, учитывая количество мер предосторожности, которые необходимо принять.
Часто используется чуть менее опасное неорганическое соединение, называемое гексафторкремниевой кислотой (h3SiF6). В то время как гексафторкремнезем, что интересно, производится естественным образом в больших количествах внутри вулканов, он производится как побочный продукт при производстве фосфатных удобрений.
Даже гексафторсиликат может быть опасен, поэтому вместо химического травления часто используются абразивные методы (пескоструйная обработка, гравировка, скрайбирование).
Травление стекла в домашних условиях
Для любителей, стремящихся добиться профессионального результата в домашних условиях без необходимости создавать лабораторию или вытяжную станцию, есть два основных метода достижения отличного результата травленого стекла.
Небольшие работы по травлению стекла
Пожалуй, для травления или матирования стекла в домашних условиях я бы порекомендовал только один продукт — крем Armor Etch Cream от Armor Products.
Крем для травления стекла Armor Products
Этот крем для травления стекла содержит сульфат бария, серную кислоту, бифторид натрия и бифторид аммония. Он быстро действует и специально разработан для любителей, чтобы получить постоянное травление стекла на всех видах стеклянных предметов, включая стаканы, окна и зеркала. Имейте в виду, однако, что это будет , а не травление стекла Pyrex, акрила или пластика. Вы также не будете использовать его на больших площадях стекла (об этом см. ниже). Это определенно больше продукт для любителей.
Несмотря на то, что Armor Etch отлично подходит для травления стекла в домашних условиях, из-за содержащихся в нем химикатов следует проявлять большую осторожность при его использовании. Вы должны убедиться, что вы;
Беречь от попадания в глаза и на кожу
Носить новые перчатки из бутилкаучука, тефлона, витона, саранекса или Responder
Носить полностью закрытые защитные очки
По возможности используйте продукт на открытом воздухе или в хорошо проветриваемых помещениях.
Знайте номера телефонов местной службы здравоохранения, если контакт все же произойдет. Площадь поверхности 1″ x 1″. Хотя я успешно использовал крем на больших площадях, вы бы никогда не попытались использовать его на целых стеклах. Для этого вы обычно используете раствор для травления.
Среднее травление стекла
Если вы хотите вытравить узоры на несколько больших участках, например, на оконном стекле, вы можете рассмотреть возможность использования раствора для травления, такого как раствор для погружения в ванну для травления Armor Products.
Armor Products Раствор для погружения в травильную ванну
Растворы для травильных ванн требуют, чтобы вы погрузили в ванну весь проект или кусок стекла, поэтому снова вам нужно убедиться, что вы используете все вышеперечисленные средства индивидуальной защиты, как указано выше.
Что мне нравится в растворах для травления, так это возможность использовать акриловые или масляные краски для нанесения рисунка на стекло, который затем создает негативную версию, когда вы снимаете краску после пребывания в растворе для травления. Вы даже можете использовать наклейки или виниловые узоры, вырезанные на машине для резки винила, чтобы создать более детализированный дизайн или повторить один и тот же дизайн несколько раз с точностью. Armor Products продает отличный трафаретный материал «Over’N’Over», который отлично подходит для создания мотивов.
Целое стекло с вытравленным мотивом
Заключительные слова о химикатах, травящих стекло
Я бы не стал проявлять творческий подход, когда речь идет о решениях для травления стекла. Наилучший вариант — использовать кремы для травления стекла, которые легко купить на рынке, и соблюдать надлежащие меры предосторожности. Вы получите лучший, долговечный и простой в применении результат, который не потребует создания какой-то химической лаборатории у вас дома.
Часто задаваемые вопросы
Вообще говоря, нет. Если уксус был крепким, а стекло достаточно старым, это действительно может вызвать небольшой эффект травления. Однако для относительно молодого стекла, возрастом менее 20 лет, уксусная кислота в уксусе недостаточно эффективна для травления стекла. На самом деле, большую часть времени люди используют уксус в качестве домашнего средства для мытья стекол.
Даже если бы вы могли найти все необходимые компоненты для производства собственной плавиковой кислоты в домашних условиях, это не то, с чем вы хотели бы возиться. Как обсуждалось в этом посте, это чрезвычайно опасно и опасно для вашего здоровья. Я бы придерживался розничных кремов для травления или ванн.
Нет. Они также не работают с плексигласом, акрилом или пластиком. Вам лучше использовать метод гравировки на этих материалах, если вы собираетесь создавать дизайн на таких подложках.
Нет. Хотя ацетон может растворить или повредить любое покрытие на стеклянных предметах, например антибликовое покрытие на очках, он не протравит само стекло.
Хотя добавление цвета к гравированному стеклу — отличная идея, это не делается специально во время самого процесса травления. Скорее, цвет наносится на протравленную часть стекла после того, как травление выполнено. В этой статье So Fontsy показано несколько примеров того, как это сделать.
Окончательный результат травления в вашем проекте будет зависеть от используемого продукта для травления, применения этого продукта и самого стекла. Некоторое стекло может лучше отображать гравированные рисунки из-за их состава. Я обнаружил, что на более прозрачном стекле гравированные узоры видны лучше, чем на зеленом, облачном или слегка старом стекле. Однако применение используемого продукта для травления на самом деле заключается в использовании правильной техники для получения наилучшего результата. Посмотрите отличное видео от Laser, Crafts and More о том, как добиться улучшенных результатов с помощью крема Armor Etch.
Травленое стекло можно безопасно использовать в обычной посудомоечной машине вместе со всем остальным. Поскольку процесс травления затронул только самый верхний слой стекла, его структурная целостность не была нарушена. Однако с гравированным стеклом может быть другая история, так как процесс гравировки может ослабить структуру стеклянного предмета, что означает, что он будет более восприимчив к экстремальному нагреву и охлаждению, происходящему в посудомоечной машине. Поэтому изделия из стекла с гравировкой следует стирать вручную.
Вы можете травить закаленное стекло большинством продуктов для травления точно так же, как и обычное стекло. Я видел, как многие люди выгравировали на окнах автомобилей логотипы брендов или названия компаний.
Да, травление стекла необратимо. Хотя можно отшлифовать верхний слой стекла, а затем отполировать его до исходного полупрозрачного состояния, вы, по сути, удалили слой стекла.
По словам Кейт Колстад, которая имеет степень бакалавра химии в SJSU : «Что происходит, когда крем для травления наносится на стекло, так это то, что атомы фтора в кислоте реагируют с атомами кремния в стекле, разрывая их связи с кислородом. атомов в стекле и вызывая разрушение молекулярной структуры стекла».
Какая кислота травит стекло?
Кислотное травление производится путем покрытия стекла кислотостойким веществом, например воском, через которое процарапывается рисунок. Затем объект погружают в фтористоводородную кислоту или наносят смесь разбавленной фтористоводородной кислоты и фторида калия для травления открытых участков стекла.
Посмотреть полный ответ на avs.scitation.org

Будет ли серная кислота травить стекло?
Атомы натрия и углерода на поверхности стекла эффективно удаляются химическим травлением серной кислотой.
Просмотр полный ответ на avs.scitation.org
Травит ли соляная кислота стекло?
Мы исследовали влияние обработки химическим травлением на такие свойства, как химический состав, шероховатость поверхности и относительный коэффициент пропускания стекла. Атомы натрия, кальция и алюминия на поверхности стекла были эффективно восстановлены химическим травлением соляной кислотой.
Посмотреть полный ответ на avs.scitation.org

Какой раствор используется для травления стекла?
Спрей для химического травления (обычно фтористоводородная кислота) растворяет незащищенные участки стекла, чтобы вытравить желаемое изображение.
Посмотреть полный ответ на сайте technic.com
Как гравировать стекло кислотой?
Травление стекла кислотой — это процесс, при котором на стекло наносится резист перед его погружением в плавиковую кислоту. Попав в кислоту, окрашенная поверхность, не покрытая резистом, стравливается, осветляясь или меняя свой цвет. Поверхность под резистом остается блестящей и нетронутой.
Просмотр полный ответ на Everythingstainedglass.com

ГРАВИРОВКА НА СТЕКЛЕ С ВЧ

Травит ли уксус стекло?
Травит ли уксус стекло? Как упоминалось выше, уксус не травит стекло. Уксус содержит уксусную кислоту, обычно от 5 до 8%, и на самом деле многие используют его для очистки стекла. Однако, если стекло очень старое, а уксус очень сильный, есть вероятность, что стекло может быть протравлено.
Посмотреть полный ответ на handcraftedhomegrown.com
Почему мое стекло не травится?
Любой мусор или крошечные комочки пыли могут помешать процессу травления, потому что крем для травления не будет протравливать равномерно. Протрите все слегка влажным мягким бумажным полотенцем. Поднесите стекло к яркому свету — это поможет обнаружить все, что вы пропустили.
Посмотреть полный ответ на etchworld.com
Что такое раствор для травления?
Кислотное травление включает реакцию разбавленного раствора соляной кислоты с бетонной поверхностью, а затем смывание водой. Кислота химически реагирует с поверхностным цементным молоком1, растворяя его и позволяя смыть его и другие водорастворимые загрязнения.
Просмотр полный ответ на duluxprotectivecoatings.com.au
Что HCL делает со стеклом?
Известно, что соляная кислота разъедает некоторые стекла при температуре выше 150 °C. Кислотная коррозия стекла значительно усугубляется присутствием низких концентраций фтористоводородной кислоты и/или ионов фтора. Атака соляной кислотой обычно проявляется как общая атака и потеря огнеупорности.
Посмотреть полный ответ на сайтеchemicalprocessing. com

Реагирует ли серная кислота со стеклом?
Серная кислота H ₂ SO ₄ не способна растворять стекло, поэтому ее можно безопасно хранить в стеклянной таре. Это связано с тем, что серная кислота просто недостаточно агрессивна, чтобы разъедать чрезвычайно прочные связи диоксида кремния (SiO ₂ ), которые являются основным компонентом стекла.
Посмотреть полный ответ на deepphysics.com
Безопасна ли соляная кислота для стекла?
Как правило, продукты, содержащие соляную кислоту или фосфорную кислоту, лучше всего подходят для удаления пятен от жесткой воды со стекла. Важно отметить, что это специализированный процесс из-за опасностей, связанных с использованием едких кислот, и вам не следует пытаться использовать эти продукты самостоятельно.
Просмотр полный ответ на westernreservewc.com
Может ли плавиковая кислота плавить стекло?
Плавиковая кислота представляет собой раствор фтористого водорода (HF) в воде и является предшественником почти всех соединений фтора. Это бесцветный раствор, обладающий высокой коррозионной активностью, способный растворять многие материалы, особенно оксид, а его способность растворять стекло известна с 17 века.
Посмотреть полный ответ на sciencedirect.com
Какая кислота самая сильная в мире?
Фторантимоновая кислота — самая сильная из известных суперкислот, которая в 100 000 миллиардов миллиардов миллиардов раз более кислая, чем желудочная кислота (pH -31,3).
Посмотреть полный ответ на byjus.com

Что плавиковая кислота делает со стеклом?
C.
Плавиковая кислота травит стекло благодаря прочной связи между анионами фтора и молекулами кремния в стекле. HF также реагирует с глазурями, эмалями, керамикой, бетоном, резиной, кожей, многими металлами (особенно чугуном) и многими органическими соединениями.
Просмотр полный ответ на chemistry.harvard.edu
Как приготовить раствор для травления?
Смешайте две части разбавленной перекиси водорода с одной частью соляной кислоты. Готово! Перекись водорода действует как окислитель, позволяя кислоте разъедать медь. Поместите плату для гравировки в новый раствор и смотрите, как она работает!
Посмотреть полный ответ на mad-science.wonderhowto.com
Как травить соляной кислотой?
Очистите бетонную поверхность. …
Смочите протравливаемую поверхность чистой водой. …
Надеть защитное снаряжение. …
Смешайте раствор кислоты, влив 1 часть кислоты в 10 частей воды. …
Налейте смесь в пластиковую садовую лейку.
Равномерно посыпьте смесью поверхность подготовленного бетона.
Посмотреть полный ответ на hunker.com
Из чего сделана жидкость для травления?
Жидкость для травления — это в основном раствор хлорида меди, жидкость хлорида железа, щелочное травление, травление кислотой / перекисью водорода (перекисью водорода).
Просмотр полный ответ на сайте seeedstudio. com

Что можно использовать вместо протравочного крема?
Возможно, вы этого не знаете, но стекло можно травить колой, но если вы предпочитаете пить колу, вы также можете сделать это с белым уксусом. Это может быть немного необычный метод, но он очень недорогой, а также очень эффективный.
Посмотреть полный ответ на luckybelly.com
Будет ли пищевая сода травить стекло?
«Пищевая сода — абразивный очиститель, поэтому есть вероятность, что она поцарапает ваше стекло или зеркало», — говорит Маркос Франко, сотрудник Mighty Clean Home.
Просмотр полный ответ на rd.com
Повредит ли фосфорная кислота стекло?
Хотя стекло обладает отличной стойкостью к большинству кислот, есть три типа, которые наносят значительный ущерб: фтористоводородная кислота, фосфорная кислота и фосфорные кислоты. Когда стекло подвергается воздействию этих кислот, особенно когда они представляют собой концентрированные растворы, может быстро возникнуть коррозия.

Матирование и травление — Шлифование и полирование стекла

Реклама:

Читать далее:

Статьи по теме:

Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

Отраслевая энциклопедия. Окна, двери, мебель

Содержание

Процедура протравливания стекла

Дополнительный способ матирования стекла

Плавиковая кислота и пасты

Окрашивание

Вклад участников

Главная страница.

искусство VS наука». — Статьи

Матовое стекло

Составы для матирования на основе жидкого стекла.

Составы для матирования стекла на основе плавиковой кислоты.

Химия — STEKLOREMSERVICE

Стекло для кислотного травления

Инструкции по травлению

Что такое травление стекла?

Какие принадлежности для травления вам нужны?

Обозначение блестящей (цветной) стороны

Маскировка

Остановка – резисты

Швабра

Травление и шлифовка

Кислотная паста

Партнерское раскрытие информации

Влияние концентрации плавиковой кислоты и времени травления на прочность сцепления смолы с различными стеклокерамиками

Принадлежности

Авторы

Принадлежности

Абстрактный

Похожие статьи

Цитируется

термины MeSH

вещества

Холодное декорирование, травление кислотой

Безшаблонный, более экологичный подход к микротекстурированию стекла

Предметы

Abstract

Введение

Результаты и обсуждение

Механизм

Основные факторы (концентрация травителя, время травления и температура)

Состав стекла

Процесс, ускоренный добавками

Настройка размера элемента с помощью полировки NaOH

Моделирование

Заключение

Методы

Материалы

Оборудование

Процесс текстурирования

Химическая полировка

Характеристика

Моделирование

Список литературы

Благодарности

Авторы и филиалы

Вклады

Автор, ответственный за переписку

Заявление об этике

Конкурирующие интересы

Дополнительная информация

Примечание издателя

Дополнительная информация

Дополнительная информация.

Права и разрешения

Об этой статье

Комментарии

Химикаты для травления стекла

Плавиковая и гексафторкремниевая кислоты

Травление стекла в домашних условиях

Небольшие работы по травлению стекла

Среднее травление стекла

Заключительные слова о химикатах, травящих стекло

Часто задаваемые вопросы