Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №1
Шрифт:
Глава 1. Стекло как материал
Большинство газоразрядных приборов (а к ним мы относим и вакуумные лампы) имеют стеклянную оболочку. О свойствах стекла написано очень много. Мы приведём только самые важные, на наш взгляд, сведения, а подробности следует искать в специальной литературе, список которой приведён в конце книги. Мы же укажем на специфические трудности именно единичного и мелкосерийного производства в условиях лаборатории.
Они таковы: часто приходится пользоваться стеклом случайного происхождения, и таким, которое долго хранилось в неподходящих условиях.
Из этого стекла приходится
Спаивать стёкла одной плавки можно без ограничений, но в пределах даже одного класса стёкол (например, молибденовых) контроль уже необходим.
Поэтому предметом первой необходимости при наших работах будет поляриметр для контроля натяжений в деталях и готовых изделиях. Разумеется, применяться он будет как полярископ, то есть для качественных измерений, которых в нашем случае вполне достаточно. Как показали наблюдения автора, стеклодувы-профессионалы «ремесленного» типа таким контролем пренебрегают, полагаясь на многолетнюю практику. Это в корне неверно. Поляриметр для стеклодува должен быть таким же повседневным инструментом, как штангенциркуль для токаря.
Если нет полярископа промышленного изготовления, то следует изготовить хотя бы самодельный из стопы стеклянных пластин вместо поляризатора и поляризационного светофильтра от фотоаппарата вместо анализатора.
Обойтись без него можно либо для простых изделий, типа пробирки, да и то не всегда, либо в случае, если для уже известных, освоенных в производстве изделий применяется надёжный контролируемый отжиг.
С другой стороны, учитывая тот факт, что наличие видимых натяжений ещё не ведёт фатально к появлению трещин, и изделия на переходных стёклах, имеющие натяжения в допустимых пределах, вполне работоспособны в течении многих лет, следует подходить к вопросу о натяжениях, сообразуясь с опытом. В любом случае, если стекла в спае имеют отличный друг от друга К.Т.Р., весьма желательно изготовить несколько модельных спаев, поцарапать их ножом для резки стекла и оставить на несколько дней. Если появятся трещины, то таких спаев следует избегать (о том, как проверить соответствие к.т.р. спаиваемых стёкол друг другу — смотри ниже).
Состояние поверхности стекла имеет первостепенное значение как для стеклодувных работ, так и для готовых изделий. Сильно загрязнённое жиром стекло следует промыть чистым растворителем и протереть влажной тряпочкой
После этого стекло не должно иметь видимых загрязнений. Если они остались, то трубку следует промыть слабым (5 %) раствором азотной, а при нерастворимых и прочно сидящих на поверхности стекла загрязнениях — и плавиковой кислоты или бифторида натрия (фтористый натрий и какая-либо кислота по 5 %).
Эта операция может привести к матированию поверхности некоторых стёкол, поэтому её следует применять с известной осторожностью (впрочем, заматированная таким образом трубка становится прозрачной после обработки на стеклодувной горелке). Обработка стекла кислотами с целью очистки эффективна только в том случае, если оно не загрязнено жиром. Мелкие изделия из стекла можно очищать от органики обжигом на пламени горелки или в печи для отжига с последующим травлением.
Протирать трубки изнутри можно или продёрнув сквозь неё шнурок с привязанной чистой тряпкой — или с помощью длинного шомпола из металла (лучше нержавейки), проталкивая сквозь трубку комок влажной ваты.
Арбузов — химик и стеклодув — в своей книге, ныне ставшей раритетом, предупреждает от возможности нанесения царапин на внутреннюю поверхность трубки при её протирке. Это особенно важно при работе со стёклами, имеющими большой к.т.р. (платиновые стёкла) и толстыми стенками
При быстром нагреве на горелке трубки с царапиной на внутренней поверхности она может растрескаться. Нагрев происходит неравномерно. Во внешнем слое трубки возникают напряжения сжатия. А внутренний слой с царапиной — будущей трещиной — растягивается (рис. 1).
Напряжения разрывают ослабленное трещиной стекло вдоль трещины. Появление продольных трещин при нагреве стекла может служить указанием на варварскую протирку внутренней поверхности. Стёкла группы «Пирекса» к таким повреждениям малочувствительны, а кварцевое стекло нечувствительно вовсе. Само собой разумеется, что чистить стекло песком или другими абразивами не следует. Очень грязное стекло, если так уж хочется, можно мыть мылом с чистыми опилками.
Промывка плавиковой кислотой позволяет использовать в работе и сильно повреждённое атмосферной коррозией молибденовое стекло, которое в непротравленном виде совершенно невозможно обрабатывать на горелке из-за сильной кристаллизации и образования микротечей в спаях. Внешний слой, обеднённый щелочными окислами и обогащённый кремнезёмом при этом удаляется.
Травильный раствор для стекла — 5 % HF или 5 % NaHF2 всегда следует иметь под рукой в своей лаборатории. Хранить его, разумеется, следует в плотно закрытой полиэтиленовой (не стеклянной) посуде. На кожу рук он действует слабо, но глаза при работе с ним следует защищать очками.
Свойства стёкол определяются как химическим составом, так и физической структурой, которая, в свою очередь, может формироваться термической обработкой (см. технологию стёкол «Викор» и «кварцоидного» стёкла).
Например, алюмосиликатное стекло, из которых делают внешние колбы натриевых ламп высокого давления (довольно доступное стекло с к.т.р., немногим больше, чем у «Пирекса») имеет микроструктуру, невидимую глазом. Она возникает при охлаждении стекла после варки из-за того, что при низкой температуре стекло распадается на две не растворимые друг в друге при низких температурах стекловидные фазы. Структура этого стекла похожа по виду на поролон, и состоит из кремнезёмистого «скелета», в порах которого находится вторая фаза, обогащённая окислами бора и щёлочных металлов. Это явление называется ликвацией. Судя по тому, что стекло «Пирекс» прозрачно и не рассеивает свет, размер структурных элементов много меньше, чем длина световой волны.