Кинетика травления бариево-боратного стекла х-230 в кислотных смесях

ХИМИЯ

УДК 538.971

КИНЕТИКА ТРАВЛЕНИЯ БАРИЕВО-БОРАТНОГО СТЕКЛА Х-230 В КИСЛОТНЫХ СМЕСЯХ

© 2005 г. А.Х. Керефов, Н.В. Калинина, О.Г. Ашхотов

At manufacturing microchannel plates (MCP) for electron-optical devices is used a glass Х-230. For reception MCP with the optimum characteristics it is extremely important to know, how there is a process of dissolution a glass Х-230. In the present work was investigated dissolution Х-230 in the solutions HCl.

Микроканальная пластина (МКП) - важнейший элемент электронно-оптических преобразователей и приборов ночного видения, выполняющий функцию усиления электронных изображений. Ее характеристики в конечном итоге определяют параметры электронно-оптических преобразователей. В свою очередь, на характеристики МКП влияет то, насколько полно вытравливаются опорные жилы из растворимого бариево-боратного стекла Х-230 (объемный состав, % - 2,2 SiO2, 57,8 B2O3, 8,2 K2O, 19,0 BaO, 3,8 CaO, 8,8 Al2O3, 0,8 MgO). Выход этого стекла необходимо максимально увеличить для создания качественного эмиссионного слоя каналов. Известно [1], что слабо подкисленный раствор соляной кислоты (0,2 н) хорошо растворяет опорную жилу из бариево-боратного стекла. Практически все компоненты стекла образуют хорошо растворимые соли, но в результате травления заготовки МКП соляной кислотой в осадок выпадают гидратированные оксиды Si и Al, которые забивают микроканалы и адсорбируются на торцовых поверхностях МКП. В связи с этим перед исследователями стоит задача либо предотвращения образования осадков, либо их удаления. На процесс выхода остатков растворимого стекла в кислотном растворе могут положительно повлиять ингибиторы и стабилизаторы. Поэтому в настоящей работе была исследована кинетика растворения дисков стекла Х-230 в соляной кислоте и ее смесях с добавками глицерина, лимонной кислоты, аскорбиновой кислоты, а также с солями BaCl2, KCl и NaCl, образующих растворы с концентрацией 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 н.

Из многочисленных методов изучения процессов взаимодействия растворов кислот со стеклами мы выбрали метод кинетических измерений массы, суть которого заключается в периодической или непрерывной регистрации изменения массы стекла, помещенного в исследуемый раствор. Подобная схема была использована для того, чтобы приблизить эксперимент к условиям, характерным технологии вытравливания опорной жилы.

По этой же причине образцы не измельчались для увеличения поверхности взаимодействия и до конца измерений не извлекались из раствора, а перемешивание раствора не производилось. Схема измерительной установки и конструкция держателя образца, использованных нами в экспериментах, приведены на рис. 1 а.

а 6

Рис. 1. Установка для изучения кинетики травления стекол. а) 1 - одночашечные весы типа ВЛР-200; 2 - подставка; 3 - химически стойкий пластиковый стакан; 4 - раствор; 5 - нихромовый держатель; 6- образец. б) держатель образца.

Для регистрации массы нами использовались аналитические весы типа ВЛР-200, специально приспособленные для подобных измерений. На металлической подставке, которая не касается чашки и подвески весов, устанавливался прозрачный полиэтиленовый стаканчик емкостью 100 мл с исследуемым раствором. В него на подвеске из нихромовой проволоки диаметром 0,4 мм помещался исследуемый образец стекла в виде диска толщиной 0,5 мм диаметром 25 мм (рис. 1 б). Размеры подвески и стаканчика выбраны таким образом, чтобы в течение всего эксперимента подвеска с образцом не касалась стенок стакана. В качестве материала подвески был выбран нихром, химическая стойкость которого строго контролировалась следующим образом. Взвешенная с точностью до 0,0001 г подвеска (держатель образца) помещалась в исследуемый раствор. Через 8 ч подвеска извлекалась из раствора, промывалась водой и высушивалась при 100 °С, после чего повторно проводили взвешивание. Потери веса при испытании нихромового держателя на химическую стойкость не превышали 0,0002 г.

При взвешивании нами регистрировалось натяжение нити, стравленная масса образца определялась по формуле

Дтс=

где тс, кг - стравленная масса образца; T, кг-м/с - натяжение нити; рс, рж, кг-м-3 - плотности образца и раствора соответственно; g, м-с-2 - ускорение свободного падения.

Подобный метод физико-химического анализа с целью изучения процессов травления стекол нам представляется новым, так как в литературе мы не смогли найти ссылок на использование этого метода для изучения процессов травления стекол.

Результаты экспериментов и их обсуждение

В настоящей работе исследована кинетика травления дисков стекла Х-230 в растворах соляной кислоты с добавками глицерина, лимонной и аскорбиновой кислот с общей нормальностью 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 н.

Сравнительный анализ кривых изменения скорости травления стекла Х-230 (рис. 2) показывает, что максимальная скорость травления наблюдается для 0,3 н раствора соляной кислоты. Дальнейшее увеличение концентрации раствора приводит к уменьшению скорости. Добавление в кислотный раствор глицерина не меняет хода кривой. Максимальная скорость травления характерна также для 0,3 н растворов, но при концентрации 0,4 н скорость выше по сравнению с аналогичным раствором без добавок.

Введение в исследуемый раствор лимонной кислоты приводит к практически линейному росту скорости травления, а в случае аскорбиновой кислоты максимальный выход стеклянной массы наблюдается при концентрации раствора 0,2 н.

Для растворов соляной кислоты с добавками BaCl2, KCl, NaCl (рис. 2) характерна почти линейная зависимость с максимальной скоростью травления для 0,4 н растворов.

Рис. 2. Скорость травления стекла Х-230 в растворах а) 1 — HCl; 2 — HCl+глицерин; 3 — HCl+лимонная кислота; 4 — HCl+аскорбиновая кислота; б) 1 — HCl; 2-HCl+BaCl2; 3 — HCl+KCl; 4 — HCl+NaCl

Полученные данные позволяют сделать выводы о том, что введение в кислотный раствор HCl лимонной и аскорбиновой кислот, а также солей ВаС12, KCl, NaCl оказывают ингибирующее влияние на процесс взаимодействия стекла с раствором. Добавление глицерина приводит к увеличению скорости травления в 0,4 н растворе, что можно объяснить стабилизирующим действием глицерина на образующиеся гели кремниевой кислоты, который способствует комплексообразованию глицератов. Последнее может предотвратить выпадение из растворов малорастворимых осадков.

Литература

1. Дуброво С.К. Стекло для лабораторных изделий и химической аппаратуры. М., Л., 1965.

2. Тихонова З.И., Молчанов В.С. // Физика и химия стекла. 1979. Т. 2. № 4. С. 377-378.

3. Светлов В.А., Павличенко Т.И. // Физика и химия стекла. 1984. Т.10. № 6. С. 698-700.

4. Павлушкин Н.М., Журавлев А.К. Легкоплавкие стекла. М., 1970.

5. Гребенщиков И. В. // Керамика и стекло. 1931. Т. 7. № 11,12. С. 36.

6. МолчановВ.С., Молчанова О.С. // Тр. ГОИ. 1956. Т. 24. Вып. 145.

Кабардино-Балкарский государственный университет, г. Нальчик 21 марта 2005 г.

УДК 548.31

СТЕРЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ LiCaAlF6, NaSrAlF6, CaAlFs, Ca2AlFy, YF3,, OYF4, SrF2 и CaF2

©2005 г. В.Н. Сережкин, В.А. Исаев, А.Г. Аванесов, Н.Л. Сергиенко

With the help polyhedron Voronogo-Dirihle (PVD) and a method of crossed spheres the analysis of features of an environment of atoms Ca, Sr and Y by atoms of fluorine in connections. Coordination numbers with use of a method of crossed spheres are determined. Matrixes for luminescent properties with help PVD are analysed.

Люминесцентные свойства иона Pr3+ в значительной мере зависят от матрицы, в которую этот ион введен в качестве активатора. В соединениях с сильным для Pr3+ кристаллическим полем регистрируется широкая полоса люминесценции, за которую ответственны переходы 5d^4f [1]. Однако имеются соединения, в которых регистрируются только люминесцентные линии, соответвующие излучательным переходам с ^P-терма 4^конфигурации Pr3^ В соединениях со слабым кристаллическим полем возможна ситуация, при которой верхний возбужденный 4^-уровень (1So) расположен энергетически ниже смешанной 4f5d-конфигурации. В этом случае возможна регистрация каскадной эмиссии фотонов, т.е. последова-