Химические и механические свойства стекла
Химической стойкостью называется способность стекла противостоять разрушающему действию влаги, кислот, щелочей и других химических веществ. По интенсивности разрушающего действия на стекло химические вещества располагаются в следующем убывающем порядке: плавиковая кислота, фосфорная кислота, растворы щелочей, растворы карбонатов, кислоты, вода. С повышением температуры химическая стойкость стекла снижается.
По отношению к действию влаги стекла делятся на пять гидролитических групп или классов. Наиболее стойкие стекла (С37-1, С47-1) относятся к первому, наименее стойкие — к пятому классу (С52-1, С-48-1, С89-1). При малой влагостойкости ухудшается прозрачность стекла и непрерывно снижается поверхностное сопротивление при эксплуатации прибора во влажной атмосфере. Повышенное содержание в стекле щелочных оксидов, оксида свинца и борного ангидрида приводит к снижению химической стойкости. Поэтому химическая стойкость возрастает при удалении с поверхности стекла щелочных соединений. Это Достигается путем промывки стекла в соляной, азотной или муравьиной кислоте или отжигом стекла в печах, в атмосфере которых содержится диоксид серы.
Диэлектрические потери вызывают нагрев стекла, снижение его электрического сопротивления и, следовательно, повышение вероятности теплового и электрического пробоя, размягчения и деформации стеклодетали. Диэлектрические потери в стекле пропорциональны квадрату приложенного переменного напряжения и увеличиваются по мере повышения частоты тока, диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, а также при повышении температуры стекла.
Пары щелочных металлов восстанавливают диоксид кремния до свободного, при этом стекло окрашивается в черный цвет.
В присутствии примеси железа стекло приобретает коричневый оттенок. Следует учитывать, что пары щелочных металлов оказывают восстанавливающее действие на пассивирующую оксидную пленку в местах спая стекла с металлом — при этом нарушается герметичность и механическая прочность спая. Поэтому рекомендуется предварительно наносить на металлические вводы покрытия, оксиды которых не восстанавливаются щелочными металлами (например, покрытия на основе оксидов хрома).
Хранение влагонеустойчивого стекла во влажной атмосфере приводит к образованию на его поверхности при огневой обработке микроскладок, морщин (шероховатостей). Процесс кристаллизации снижает механическую прочность и прозрачность изделий, нарушает вакуумную плотность и герметичность спаев, ухудшает способность стекла к формованию. При кристаллизации на поверхности стекла с помощью лупы или микроскопа можно увидеть «иглы», «елочки» и другие виды кристаллов правильной формы.
Процесс кристаллизации обычно имеет место в следующих случаях: при длительной выдержке стекла в размягченном состоянии; при очень медленном охлаждении размягченного стекла; при непосредственном соприкосновении пламени горелки с поверхностью стекла и его перегреве; при наличии на поверхности стекла следов от потных рук.
Как известно, при взаимодействии пучка электронов со всеми материалами, из которых изготовляют высоковольтный прибор, например цветной кинескоп (а именно, с люминофором, аквадагом, алюминиевым покрытием, металлом маски и т.д.), возникает рентгеновское излучение. Длина волны рентгеновского излучения тем меньше, чем выше анодное напряжение. Суммарная интенсивность энергии рентгеновского излучения W пропорциональна анодному току /а, порядковому номеру Z (в таблице Менделеева) бомбардируемого вещества и квадрату анодного напряжения U.
Степень ослабления рентгеновского излучения зависит от толщины стеклооболочки и наличия в стекле специальных добавок, поглощающих рентгеновские лучи (например, оксидов церия, бария, свинца, стронция, сурьмы).
Следует учитывать, что стекла, содержащие оксиды свинца, темнеют при электронной бомбардировке, поэтому экраны кинескопов обычно изготовляют из стекол, содержащих оксиды церия л стронция.
Основными факторами, которые могут влиять на снижение механической прочности стекла, являются следующие: повышенные напряжения в стекле, особенно напряжения растяжения; поверхностные дефекты (царапины, мелкие трещины, посечки) — особенно опасны царапины, находящиеся на участке максимальных растягивающих напряжений; разнотолщинность на близлежащих участках стеклянной детали; малый радиус кривизны в стеклооболочках сложной формы; неоптимальная геометрическая форма сварных швов; посторонние включения и пузыри в стекле; повышенная влажность окружающего воздуха.
Следует отметить, что в процессе откачки (см. с. 140) в стеклооболочке электровакуумного прибора возникают дополнительные напряжения, вызванные разностью между атмосферным давлением и вакуумом внутри прибора. Величина этих дополнительных напряжений практически не поддается объективному контролю и часто в процессе вакуумной обработки напряжения, появившиеся в стекле на предыдущих операциях (например, на операции «заварка»), меняют свой знак (например, напряжения сжатия, упрочнявшие поверхность стекла, переходят в напряжения растяжения, что вызывает растрескивание стекло-оболочки).