Особенности очистки стеклянных и керамических деталей

Выделяющийся при растворении стекла газ — фтористый кремний — придает поверхности стекла шероховатость, что повышает прочность сцепления покрытий (люминесцентного, аквада-гового) с поверхностью стекла, а также увеличивает поверхностное сопротивление стекла.

Употребление резиновых прокладок и резиновых пробок недопустимо из-за выделения газообразных легколетучих органических загрязнений и недостаточной механической прочности (при длительной эксплуатации микрочастицы резины попадают внутрь тары). Не рекомендуется хранить детали в целлофане, в полиэтиленовых мешочках (из полиэтилена выделяются летучие органические вещества, загрязняющие детали) и в эксикаторах со смазкой, а также в вакуумных эксикаторах, так как в линии вакуумной подводки обычно содержатся пары масла. Пары масла присутствуют также в кондиционированном воздухе (при очистке кондиционированного воздуха от пыли его пропускают через масляные фильтры). При хранении свежеочищенных деталей даже в чистом кондиционированном воздухе на них через 20 — 30 мин появляются жировые загрязнения (особенно на влажных деталях).

При выборе оптимальной концентрации плавиковой кислоты исходят из следующего. С увеличением ее концентрации повышается скорость очистки, увеличивается степень шероховатости стекла, однако повышается вероятность перетравливания стекла, появления на нем дефектов вида «разъеды» и «расстекловывание», образование на поверхности стекла налетов плохо смываемых фторидов и значительно ускоряются процессы повторного загрязнения очищенных колб при их контакте с воздушной атмосферой промышленного предприятия. Кроме того, пары концентрированной плавиковой кислоты могут вступить в интенсивное химическое взаимодействие с металлическими деталями, вваренными в стекло, что вызывает растворение и коррозию металла. Металл перестает быть газонепроницаемым, и воздух по границам разрушенных кислотой зерен медленно проникает внутрь оболочки, что приводит к браку приборов вида «газность» и «натекание».

Практика показывает, что обрабатывать стекло следует в 1 — 2%-ном растворе плавиковой кислоты — эта концентрация является оптимальной и позволяет не только растворить поверхностный наиболее загрязненный слой стекла, удалить трещины, царапины, неоднородности и другие поверхностные дефекты, но и значительно повысить механическую прочность стекла и снизить его газовыделение в вакууме более чем в 8 раз. Применение более концентрированной (8 — 10%-ной) плавиковой кислоты, наоборот, уменьшает механическую прочность, снижает пробивное напряжение стекла (ухудшает электрическую прочность) и значительно повышает его газовыделение в вакууме (в основном за счет высокой сорбционной емкости шероховатой поверхности стекла и интенсивной адсорбции газов и паров из загрязненного атмосферного воздуха). Следует отметить, что при длительном хранении во влажном воздухе стеклодеталей, обработанных в плавиковой кислоте, происходит проникновение влаги в тонкий приповерхностный слой стекла. Удаление влаги из этого слоя возможно лишь при прогреве стекла в вакууме при температуре 300 — 400°С в течение не менее двух часов.

Плавиковая кислота, используемая в машинах мойки, быстро загрязняется нерастворимыми солями, в частности фторсиликатами бария и кальция, кристаллы которых осаждаются на поверхности стекла. Для облегчения удаления частиц, прилипающих к поверхности стекла, рекомендуется в плавиковую кислоту добавлять смачивающие добавки, например поверхностно-активное вещество синтанол.

Стекло отмывают от следов плавиковой кислоты и ее солей, образующихся при растворении стекла (например, фторсиликата натрия) водопроводной водой. Соли плавиковой кислоты лучше растворяются в холодной воде, чем в горячей, поэтому температура водопроводной воды не должна превышать 30°С. После плавиковой кислоты стекло обычно обрабатывают в щелочном растворе (например, 50 г/л едкого калия, 30 г/л тринатрийфосфата и 3 — 5 г/л поверхностно-активного вещества). Щелочной раствор нейтрализует следы плавиковой кислоты и ее паров и дополнительно обезжиривает протравленную поверхность стекла.

В последнее время рекомендуется обезжиривать стекло в растворе поверхностно-активного вещества — синтанола, которое в отличие от поверхностно-активных веществ ОП-7 и ОП-Ю легко смывается с поверхности стекла и не образует поверхностных пленок, способных при термическом разложении в вакууме «отравить» катоды.

При обработке стекла концентрированной плавиковой кислотой и при длительном хранении его во влажном воздухе возникает дефект стекла, называемый выщелачиванием или разъедом.

Разъеды на стекле — изменение химического состава поверхности стекла, вызывающее потерю прозрачности и появление матового оттенка. Нормальное прозрачное стекло состоит из взаимосвязанных щелочных (например, КгО, РЬО, СаО и др.) и кислотных оксидов (например, SiCh, В2О3, Р2О5), находящихся в строго определенном и постоянном соотношении друг с другом. Концентрированная плавиковая кислота с большей скоростью растворяет кислотный оксид — диоксид кремния, чем щелочные оксиды: избирательное растворение диоксида кремния приводит к обогащению поверхностного слоя стекла свободными, несвязанными, химически активными щелочными оксидами типа NaOH. Свободные щелочные оксиды интенсивно поглощают из атмосферного воздуха диоксид углерода — при этом на поверхности стекла образуются белесоватые налеты углекислых солей натрия и калия, резко снижающие прозрачность стекла (разъеды на стекле): К2О + СО2 — К2СО3. Разъеды, образующиеся при хранении стекла, обычно имеют точечную, капельную форму. При хранении стекла во влажном воздухе, например, в неотапливаемом, сыром помещении или под открытым небом, на его поверхности конденсируются капли влаги. Капли воды медленно, постепенно растворяют силикаты, входящие в состав стекла, с образованием Щелочи. Свободная щелочь активно поглощает диоксид углерода из воздуха.

Следовательно, разъеды на стекле появляются под действием плавиковой кислоты или капель воды, а проявляются (т. е. становятся видимыми) только под действием углекислого газа воздуха, поглощаемого разъеденными участками поверхности.

Стекло с разъедами имеет пониженную механическую прочность, плохую термостойкость (не выдерживает большого перепада температуры), обладает повышенным газовыделением и склонно к электрическим пробоям и утечкам.

Разъед, появившийся на стекле под воздействием влажной атмосферы, значительно усиливается после мойки стекла в плавиковой кислоте. Поэтому рекомендуется предварительно промыть колбы ЭЛТ в 5 — 7%-ной соляной кислоте перед обработкой их в плавиковой кислоте.

Чем меньше химическая устойчивость стекла, тем больше вероятность образования на нем разъедов. Поэтому стекла С-49-1, С-49-2, С-89-1, относящиеся к химически неустойчивым, нельзя обрабатывать плавиковой кислотой. Особенно интенсивно появляются «разъеды» около мест вварки в стекло металлических деталей.

Высокая степень очистки химически неустойчивых стекол достигается мойкой их в хромовой смеси. Хромовая смесь — насыщенный при комнатной температуре раствор хромпика (бихромата калия) в концентрированной серной кислоте (100 г хромпика на 1 л кислоты). Хромовая смесь в отличие от плавиковой кислоты не вступает в химическое взаимодействие со стеклом колбы, не растворяет и не изменяет структуры поверхностного слоя стекла. Однако хромпик имеет высокую окислительную способность и выполняет следующие функции: окисляет и выжигает органические загрязнения (соединения углерода); вступает в реакцию с большинством неорганических загрязнений и переводит их в легкорастворимые в серной кислоте соединения; разрушает и удаляет пленки полимеризованных минеральных масел, которые попадают на стекло из сетевого воздуха или при разбрызгивании смазок механизмами машин (в вакууме эти пленки могут возгоняться, что приводит к потемнению катодов из-за отложения на них углеводородов).

Серная кислота служит кислой средой, необходимой для окисляющего действия бихромата калия, и, кроме того, растворяет окисленные им загрязнения.

Оранжево-красный цвет хромовой смеси служит признаком присутствия в ней ионов шестивалентного хрома — активной составляющей части хромпика. Окисляющая способность хромовой смеси по мере ее использования постепенно уменьшается: активный шестивалентный хром превращается в пассивный трехвалентный. Соли образующегося трехвалентного хрома имеют зеленую окраску. Поэтому изменение цвета хромовой смеси из оранжево-красного в зеленый служит показателем ее непригодности для дальнейшего использования.

Для облегчения нанесения на стекло различных покрытий рекомендуется после мойки в хромовой смеси обработать колбу в течение 3 — 5 мин щелочным раствором, содержащим поверхностно-активное вещество.

Соляная, уксусная или азотная кислоты служат для удаления со стекла пыли, твердых частиц, окалины и слабых налетов лекислых солей (разъедов), образующихся при хранении и транспортировке колб. Предпочтение следует отдать уксусной кислоте, так как она лучше испаряется, а ее соли разлагаются с образованием безвредных для электровакуумных приборов веществ.

Применяют также промывку стеклянных и керамических деталей в 5%-ном водном растворе пероксида водорода при непрерывном кипячении в течение 20 — 30 мин. Очистка улучшается при добавлении в раствор пероксида водорода водного раствора аммиака, который стабилизирует и предотвращает разложение пероксида. Керамические детали очищают также в ультразвуковых ваннах с щелочным раствором, содержащим поверхностно-активные вещества.

Для очистки регенерируемой керамики от металлических налетов и загрязнений применяют смесь муравьиной кислоты, пероксида водорода и аммиака в соотношении 1:1:1.

К очень эффективным моющим средствам относится водяной пар — при очистке мелких стеклянных деталей в медицинских стерилизаторах он конденсируется на поверхности стекла, хорошо ее смачивает и очищает.