Способ электрохимической обработки стекла Советский патент 1991 года по МПК C03C21/00 C03B18/02 

Изобретение относится к производству 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.% Hz (остальное азот), поперечный разрез; на фиг. 2 - схема ячейки с подачей На 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 смачивается расплавом металла 6.

Полый ограничительный элемент 3 (фиг, 2) имеет внутреннюю полость 7, которая соединена с трубопроводом 8 высокого давления для подачи -в нее водорода. Нижняя часть ограничительного элемента имеет по всей ее поверхности отверстия 9 малого диаметра (0,05 - 0,35 мм). На ограничительный элемент нанесен (с помощью СВЧ-плазмот- рона, магнетрона или другим способом) слой Pd (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, 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,

О

ч

о J

например свинца. Для лучшего смачивания ограничительного элемента на слой палладия 4 наносят тонкий слой, например, олова,

Свинец не смачивает стекло 1, но удерживается на ограничительном элементе за счет сил смачивания (адгезии), При подаче на электрохимическую ячейку при 600 - 900°С (ограничительный элемент - расплав металла - стекло - расплав олова) электрического напряжения происходит внедрение в стекло Н+ и РЬ2+ (РЬ4). При этом водород попадает в ячейку за счет диффузии в пал- ладиевую пластину 4 (фиг. 1) с боковых сторон. Однако интенсивность процесса диффузии невелика, да и содержание водорода в газовой среде, окружающей ограничительный элемент, не высоко (8- 14%). Для повышения интенсивности процесса электрохимической обработки стекла использу- юг другую схему (фиг, 2). В полость 7 ограничительного элемента 3 под давлением порядка 1 - 20 кгс/см подают очищенный (от воды, кислорода и механических примесей) водород.

Пример 1. Отформованная лента стекла 1 обычного химического состава (содержит в том числе до 14 мас.% N320) толщиной 5 мм и шириной 1200 мм двигается по расплаву олова 2 в зоне защитно-восстановительной газовой смеси N2(92 - 86%) и Н2(8 - 14%) со скоростью Vc 200 м/ч. Ограничительный (полый) элемент 3 длиной 1100 мм и шириной 30 мм размещают над стеклом на расстоянии 3,5 ± 0,1 мм в зоне 700°С. Нижняя часть ограничительного элемента покрыта слоем (пластина) Pd толщиной до 21 мм, перекрывающим сетку отверстий 9, диаметр которых 0,2 мм (шаг между отверстиями 1-3 мм), На слой (пластину) палладия нанесен тонкий (0,05 - 0,1 мм) слой другого металла (или оксида), например олова. Под ограничительным элементом размещают расплав висмута (BI), который весьма слабо (электрохимически) растворяется в стекле, хотя, как известно, потенциал ионизации В (7,287 эВ) существенно больше, чем у водорода (14,6 эВ).

По трубопроводу 8 подают чистый водород ( 100%), который под давлением 21 кгс/см2 легко растворяется в палладии: атомное отношение до H/Pd 0,4, что соответствует примерно концентрации 4000 см3 На/100 г Pd.Такая громадная концентрация водорода с одной стороны пластины заставляет диффундировать его в сторону расплава висмута. Висмут не растворяет водород ни в каком виде, однако поддействмем электрического поля Н - Н+ + е, и ионы Н4

(протоны) легко проникают в висмут, внедряются в верхний слой стекла 1 на глубину, пропорциональную приложенному на ячейку напряжению. При напряжении на клем- мах (ограничительный элемент 3 соединен со знаком +, т.е. является анодом, а расплав олова 2 - со знаком - катод) источника тока U 5 В через элементы электрохимической ячейки проходит ток силой 5,5 А (16,6 0 мА/см2). В результате ионы Na 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 указанного слоя (до 100 мкм и более) можно повышать электрическое напряжение или по ходу ленты стекла ставить несколько таких ячеек, В 0 таком случае механическая прочность стекла (стеклоизделий) на изгиб может быть повышена до 2 - 2,5 раз по сравнению с исходным (отожженным) стеклом, а химическую устойчивость, например к воде (кипя- 5 чение в воде), можно увеличить в 10-20 раз и больше.

Пример 2. Технологические параметры формования стекла оставляют согласно примеру 1, но в качестве расплава 6 исполь- 0 зуют олово. В ограничительный элемент подают HЈ под избыточным давлением Р 1,05 кгс/см2 при 800°С.

Содержание водорода в палладиевой пластине 4 (расплаве 6) составляет 75 5 см3/100 г палладия. При U 20 В в стекло внедряются ионы Н+, Sn2+ и Sn4+ на глубину 20 мкм, в результате чего совершенно изменяется структура модифицированного обес- щелоченного слоя стекла. В силу малых 0 радиусов замещающих Na+ ионов Н+, Sn и Sn T в стекле возникает уплотнение, т.е. появляются напряжения сжатия, повышающие твердость и механическую прочность (химстойкость) стекла. Регулируемая комби- 5 нация ионов Н+, Sn2+ и Sn позволяет изме- нять состав и влияние этих ионов на кремнийкислородную сетку стекла, изменяя также его оптические свойства.

Пример 3. Технологические парамет- 0 ры остаются как в примере 1, но в качестве ограничительного элемента 3 используют медный брус с размерами в плане 40x1100 мм, имеющий на длине I 100 мм (в общем случае В, где В - ширина ограничитель- 5 ного 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+, Си+ (Си2+) и РЬ24(РЬ4), которые после их восстановления водородом окружающей газовой

среды (8-14 об. % N2) изменяют оптическую плотность стекла и цвет (от серого до бронзового).

Так, например, при U 10 В, температуре 650°С, плотности тока i 33 мА/см сае- топропускание в видимой области спектра (400 - 750 нм) не превышает 4%. Стекло пригодно для изготовления фотошаблонов. Слой Pd (пластина 4 на фиг. 1) поглощает водород, который далее попадает в расплав РЬ и восстанавливает оксиды типа РЬО и РЬ20з, образующиеся в расплаве при гидролизе стекла (выделение кислорода при U 3 В). Таким образом повышается качество модифицированного стекла за счет снижения полосности в окраске электрохимически обработанной поверхности и снижения

царапин на стекле (оксиды могут кристаллизоваться на краях ограничительного элемента при отсутствии восстановления их водородом.

Формула изобретения

Способ электрохимической обработки стекла з процессе его производства по поверхности расплавленного олова путем электрохимического внедрения ионов модифицирующего металла в верхнюю поверхность стекла, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса электрохимической обработки, в качестве источника модифицирующего металла используют

систему палладий - металл, через которую под избыточным давлением к стеклу подают водород,

0 + С-)

ЈМ+)

Изобретение относится к процессам электрохимической обработки ленты стекла, формуемого на расплаве олова. Цель изобретения - интенсификация процесса электрохимической обработки. Для этого в способе электрохимической обработки стекла в процессе его производства по поверхности расплавленного олова путем электрохимического внедрения ионов модифицирующего металла в верхнюю поверхность стекла в качестве источника модифицирующего металла используют систему палладий - металл, через которую под избыточным давлением к стеклу подают водород. 2 ил.

Фиг.1

+ Н

-(+;