Способ электрохимической обработки стекла

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Ь .ь ь,. Ц Г 4 СА ЕСКОЙ ОБлл м к процессам ленты стекОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Паты СССР гв 380012,кл. С 03 С 21/00, 1969.Патент СССР М 320105,кл. С 03 В 18/02, 1966,(54) СПОСОБ ЗЛЕКТРОХИМРАБОТКИ СТЕКЛА(57) Изобретение относитсэлектрохимической обработ И зоб ретение от носится к п роизводству преимущественно Листового стекла на стекольных заводах, относящихся к промышленности строительных материалов.Целью изобретения является интенсификация процесса электрохимической обработки.На фиг. 1 показана электрохимическая ячейка, находящаяся в зоне защитно-восстановительной газовой среды, содержащей 8 - 14 об,ь Н 2 (остальное азот), поперечный разрез: на фиг. 2 - схема ячейки с подачей Н 2 в полый ограничительный элемент,Лента стекла 1 размещена на расплаве олова 2. Над стеклом 1 находится сплошной ограничительный элемент 3, нижняя поверхность которого покрыта слоем палладия 4 (фиг. 1). На палладий возможно также нанесение тонкого слоя другого металла 5, который легко смачиваетая расплавом металла 6. 1662967 А 1(я)5 С 03 С 21/00, С 03 В 18102 сплаве олова. Цель ификация процесса аботки. Для этого в ческой обработки роизводства по по- нного олова путем дрения ионов моди- в верхнюю поверхчестве источника алла используют си, через которую под к стеклу подают вола, формуемого на ра изобретения - интенс электрохимической обр способе злектрохими стекла в процессе его верхности расплавле электрохимического вн фицирующего металла ность стекла в ка модифицирующего мет стему палладий - мета избыточным давление дород, 2 ил. Полый ограничительный элемент 3 (фиг, 2) имеет внутреннюю полость 7, которая соединена с трубопроводом 8 высокого давления для подачи в нее водорода. Нижняя ф часть ограничительного элемента имеет по ( всей ее поверхности отверстия 9 малого ди- С аметра (0,05 - 0,35 мм), На ограничительный р элемент нанесен (с помощью СВЧ-плазмотрона, магнетрона или другим способом) слой Ро (палладия) так, чтобы закрылись все отверстия 9 и не было их пробоя от высокого давления (максимально до 150 кгс/см ), подаваемого в полость 7 водорода. Ограничительный элемент соединен с положительным, л а олово - с отрицательным полюсом источника электрического тока (не показан).Способ электрохимической обработки стекла реализуют следующим образом.В зазор, образуемый между нижней поверхностью ограничительного элемента и расплавом олова 2, заливают слой (толщиной 3 - 4 мм) расплавленного металла 6, 1662967живается на ограничител.нам элементе за счет сил смачивания (адгезии), При паде;е на электрохимическую ячейку при 600 - 900 С (ограничительный элементрасплав металла - стекло - расплав олава 1 электри ческого напряжения происходит внедрение в стекло Н" и РЬ 2+ (РЬ "). При этом водород попадает в ячейку за счет диффузии в палладиевую пластину 4 (фиг, 1) с боковых стаП р и м е р 1. Отформованная лента стекла 1 обычного химического состава (содержит в том числе да 14 мас,% Ка 20) толщиной 5 мм и шириной 1200 мм двигается по расплаву слова 2 в зоне защитна-васста- ЗО навительнай газовой смеси М 2(92 - 86%) и Н 2(8 - 14%) со скорастьо Чс = 200 м/ч, Ограничительный (палый) элемент 3 длиной 1100 мм и шириной ЗО мм размещают над стеклом на расстоянии 3,5 + 0,1 мм в зоне 35 700 С. Нижняя часть ограничительного элеомента покрыта слоем (пластина) Рс 1 толщиной до 21 мм, перекрывающим сетку отверстий 9, диаметр которых 0,2 мм (шаг между отверстиями 1 - 3 мм), На слой (пла стину) палладия нанесен тонкий (0,05 - 0.,1 мм) слой другого металла (или оксида), например алова. Под ограничительным элементом размещают расплав висмута (Б 1), который весьма слабо (электрохимически) 45 растворяется в стекле, хогя, как известно, потенциал ионизации В 1(7,287 эВ) существенно больше, чем у водорода (14 Я эВ),По трубопроводу 8 подают чистый водарад ( 100%), который пад давлением 21 50 кгс/см легко растворяется в палладии. атомное отношение до Н/Рб = 0,4, что саста ветствует примерно концентрации 4000 см" Н 2/100 г Рб, Такая громадная концентрация водорода с одной стороны пластины застав ляет диффундировать его в сторону расплава висмута, Висмут не растворяет водород ни в каком виде, однако паддействием электрического поля Н - Н" + е, и ионы Н" например свинца, Для лучшего смачивания ограничительного элемента на слой палладия 4 наносят тонкий слой, например, олова,Свинец не смачивает стекло 1, но удерран, Однако интенсивность процесса диффузии невелика, да и содержание водорода В газовой среде, окружающей аграничител ьн ый элемент, не высоко (8 - 14%), Для повышения интенсивности процесса электрахимической обработки стекла используют другую схему (фиг, 2). В полость 7 ограничительного элемента 3 пад давлением порядка 1 - 20 кгс/см" падгпот очищенный (ат воды, кислорода и механических примесей) водород.(протоны) легко проникают в висмут, внедряются в верхний слой стекла 1 на глубину,пропорциональную приложенному на ячейку напряжению, При напряжении на клем мах (огра ничител ьн ый элемент 3 соединенсо знаком "+", т.е, является анодом, а расплав олова 2 - со знаком "-" катод) источника тока О = 5 В через элементы электрохимической ячейки проходит ток силой 5,5 А (16,6 мА/см ), В результате ионы Ма смещаются вглубь стекла (к катоду), а их место замещают протоны Н (ионный обмен). Толщина модифицированного таким образом слоя стекла составляет величину порядка 5 - 15 5 мкм.Для повышения толщины указанногослоя (до 100 мкм и более) можно повышать электрическое напряжение или по ходу ленты стекла ставить несколько таких ячеек. В О таком случае механическая прочность стекла (стеклоиэделий) на изгиб может быть повышена до 2 - 2,5 раз по сравнению с исходным (отожженным) стеклом, а химическуго устойчивость, например к воде (кипя чение в воде), можно увеличить в 10 - 20 рази больше.П р и м е р 2. Технологические параметры формования стекла оставляют согласно примеру 1, но в качестве расплава 6 используют олово. В ограничительный элемент подают Н. под избыточным давлением Р = 1,05 кгс/смпри 800 С.Содержание водорода в палладиевойпластине 4 (расплаве 6) составляет 75 см /100 г палладия, При О = 20 В в стеклозвнедряются ионы Н, Яп и Яп на глубину 20 мкм, в результате чего совершенно изменяется структура модифицированного обесщелоченного слоя стекла, В силу малых радиусов замещающих 1 ча ионов Н, Яп и Яп в стекле возникает уплотнение, т.е, появляются напряжения сжатия, повышающие твердость и механическую прочность (химстойкость) стекла, Регулируемая комби+ 2+ +нация ионов Н, Яп и Яп позволяет изменять состав и влияние этих ионов на кремнийкислородную сетку стекла, изменяя также ега оптические свойства.П р и м е р 3. Технологические параметры остаются как в примере 1, но в качестве ограничительного элемента 3 используют медный брус с размерами в плане 40 х 1100 мм, имеющий на длине 1 = 100 мм (в общем случае 1 В, где В - ширина ограничительного элемента) только слой 5, состоящий из олова толщиной 0,1 мм (фиг, 1). В этом случае при использовании в качестве расплава 6 свинца в стекло внедряются ионы Н, Сц (Сц 2 ) и РЬ (РЬ ), которые после их восстановления водородом окружающей газовойсреды (8-14 об, о Н 2) изменяют оптическую плотность стекла и цвет (от серого до бронзового),Так, например, при 0 = 10 В, температуре 650 С, плотности тока 1 = 33 мА/см светопропускание в видимой области спектра (400 - 750 нм) не превышает 4 О. Стекло пригодно для изготовления фотошаблонов, Слой Рб (пластина 4 на фиг. 1) поглощает водород, который далее попадает в расплав РЬ и восстанавливает оксиды типа РЬО и РЬ 20 з, образующиеся в расплаве при гидро- лизе стекла (выделение кислорода при О з 3 В), Таким образом повышается качество модифицированного стекла за счет снижения полосности в окраске электрохимически обработанной поверхности и снижения царапин на стекле (оксиды могут кристалли.зоваться на краях ограничительного элемента при отсутствии восстановления ихводородом,5 Формула изобретенияСпособ электрохимической обработкистекла в процессе его производства по поверхности расплавленного олова путемэлектрохимического внедрения ионов моди 10 фицирующего металла в верхнюю поверхность стекла, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью интенсификации процесса электрохимической обработки, в качестве источника модифицирующего металла используют15 систему палладий - металл, через которуюпод избыточным давлением к,".теклу подаютводород.- ф+( )