|
|
Рельефный слой шлифованного стекла
состоит из микроскопических неровностей, которые устраняются полировкой.
Долгое время было нсясно, в чем заключается сущность
процесса полировки. Некоторые исследователи, например Herschel,
Hooke, Lecrenicr, Trench, Preston считали, что полировка
это тот же процесс шлифовки только протекает он при воздействии более тонких
порошков. Beilby, Bowden, Klemm, Smekal защищали теорию термической или
пластической «текучести» поверхностного слоя, согласно которой в -процессе
полировки верхний слой приобретает известную подвижность и перемещается в
значительной части на другие участки полируемого стекла, заполняй его
неровности. Гребенщиков обратил внимание на значение физико-химических
явлений; позднее было высказано предположение, что полировка является
процессом чисто химического характера, при котором иные факторы могут иметь
только второстепенное значение.
Далее было установлено, что элементарные процессы,
протекающие при шлифовке и полировке стекла, принципиально отличаются Друг от
друга. При шлифовке стекла под механическим воздействием абразивных зерен
непрерывно создается трещиноватый слой и верхним рельефный слой, тогда как
при полировке непрерывно и постепенно снимается рельефный слой шлифованного
стекла.
Исходная шлифованная поверхность характеризуется микрошероховатостью,
созданной выколками и бугорками рельефного слоя. При полировке, когда
поверхность стекла обрабатывается суспензией полировочного порошка и
полировальником, происходит съем стекла, первоначально с острых бугорков, при
этом образуются небольшие гладкие площадки; при дальнейшей полировке они
постепенно расширяются и в конце концов сливаются в одну гладкую и блестящую
поверхность.
Эффективность полировки можно характеризовать количеством
стекла, снятого за единицу времени. Кривая зависимости времени показывает,
что эффективность полировки при переходе от шлифованной к полированной
поверхности меняется. Наибольший съем стекла происходит при полировке
шероховатой шлифованной поверхности, затем эффективность полировки снижается,
и, наконец, съем стекла стабилизируется на определенном значении. Это связано
с изменением
давления на стекло в процессе обработки. Вначале при
^полировке шероховатой поверхности полировальник опирался на очень небольшую
площадь, образуемую высокими бугорками рельефного слоя, при этом удельное
давление было самым высоким. С увеличением полированной поверхности удельное
давление снижается и становится наименьшим при полировке гладкой поверхности,
когда нагрузка распределяется уже по всей площади.
При полировке гладкого стекла удельное да плен не не
меняется и эффективность становится постоянной.
Съем 'стекла при полировке происходит не только в
следствие воздействия механических факторов, но и в результате воздействии
физико-химических процессов, происходящих в поверхностном слое стекла.
Под воздействием атмосферной влаги или воды на свежей
поверхности стекла происходит гидролиз, при котором слабосвязанные
металлические попы кремнеземистой решетки стекла замещаются ионами водорода,
образовавшимися при дпссоциации воды. Эти процессы можно выразить следующей
приблизительной схемой:
При этом образуются гидроокиси щелочей и щелочноземельных
металлов и гель кремниевой кислоты (Si02-IIs0)- Этот слой имеет пористую
структуру, созданную системой капилляров, радиус которых зависит, в частности,
от состава
стекла
и может достигать 25 А. Поры в зависимости от сорта стекла
могут занимать от 10 до 30% общего объема слоя. Толщина поверхностной пленки,
образовавшейся под воздействием атмосфер пой влаги или воды, колеблется от 20
до 150 А. Рели пленка образовалась не при действии чистой воды, а при
воздействии кислых водных растворов, толщина ее может увеличиться до 7000 А.
Поверхностная пленка сильно отличается своими свойствами от глубинной массы
стекла. Они эластична, коэффициент преломления, независимо от состава стекла,
всегда находится в пределах пп= 1,74 ], а реакционная способность очень
высока: стенки капилляров покрыты группами ^ Si- ОН, способными к ионному
обмену. Пленка геля кремниевой кислоты не имеет резкого разграничения с
глубинной массой стекла, а постепенно переходит в нее. Это вызывается тем,
что вода дол же га диффундировать через капилляры геля п скорость диффузии
падает с увеличением расстояния от поверхности по параболе. Таким образом,
пленка геля выполняет защитную функцию, так как мешает гидролитическому
разложению глубинного слоя стекла, поэтому у стекол с малыми порами в
поверхностном слое гидролиз протекает медленно.
При полировке стекла непрерывно снимается поверхностный
слой — гель кремниевой кислоты. Съем слоя является, с одной стороны,
результатом механического воздействия, а с другой — результатом сложного
физико-химического процесса, протекающего в системе стекло — полировочный
порошок — полировальный инструмент.
Физико-химические процессы, приводящие к съему стекла,
осуществляются посредством образования комплексных соединений между
поверхностным слоем полировочного стекла и кристаллами полировочного порошка.
Существует ряд гипотез, трактующих по-разному суть
происходящих при этом явлений.
Дубровский объясняет коллоидно-химическую сторону
процесса. По его мнению, частицы крокуса в водной среде покры- ваются тонкой
пленкой гидроокиси железа Fe(OH)3t которая п результате частичной диссоциации
при рН—7 распадается па электрически заряженные группы [Fc(OHhJ+ и (ОН) \
Некоторые из этих групп примыкают к основному ядру Fc203 II создают
электрически заряженные коллоидные частицы (мицеллы) по следующей схеме: ( \т
Fe,JO:i-{n - х) Fc (ОН)э * Fe (ОН),"] f [(* -у)ОЪ~] !У(+) + !/ОН
Таким образом, в нейтральной или кислой среде частицы
полирующего порошка будут иметь положительный заряд, тогда как гель
кремниевой кислоты получит отрицательный заряд согласно уравнению: == Si -он
+ hoh->^ss— он-он(_) 1
В процессе полировки происходит взаимный контакт
положительно заряженных частиц крокуса с отрицательно заряженной поверхностью
кремнеземной пленки, при этом создается изо- электрический железосилнкатный
комплекс, который связан, с одной стороны, с поверхностью стекла, а с другой
— с кристаллами крокуса. Полирующий порошок, -прилипающий к поверхности
стекла, увлекается движением полировальника и срывает слой гелеобразного
кремнезема. Обнаженное глубинное стекло мгновенно гидролизу ется водой,
образуя новый защитный слой. Таким же способом отрывается гидроокисная пленка
с кристаллов крокуса.
Кроме 'Механического съема, существует еще и другая воэ-
можпосТь устранения кремнеземной пленки, которая основана на тиксотроппых
свойствах желеэосилнкатного комплекса: под действием ударов полировальника
поверхностный гель переходит в золь, который смывается водой с поверхности
стекла.
Keller подчеркивает прежде всего значение кристаллической
структуры -полировочного порошка. По его мнению, при полировке происходит
раздробление первичных кристаллитов величиной от 50 до 400 Л; высвобождаются дефектные
места в кристаллической решетке полирующего вещества, так называемые
катиоиовые или анионовые вакансии, обладающие высокой энергией евнзи и
высокой химической активностью. При полировке свежис поверхности излома
кристаллитов полировочного порошка приходят в соприкосновение с
гидролизованнон поверхностью гтекла; образуются железосиликатные соединения,
которые удаляются при работе полировальника. При применении смоляного
полировальника химически активная поверхность полирующего кристаллита вступает
в реакцию с органическими кислотами смолы; при этом как полагают, происходит
образование сложных комплексных соединений ню следующей схеме (R — остаток
органической кислоты):
причиной более высокой полирующей способности окиси церия
является, по мнению Keller, более высокая энергия связи Сс О по сравнению со
связью Fe—О; поэтому при одинаковом количестве дефектов решетки первичный
кристаллит СеО? будет несколько более твердым, чем частица Fca03.
Обе предложенные рабочие гипотезы обобщают полученный
практический опыт, согласно которому эффективность полировки находится под
влиянием как коллоидно- химических свойств полировочной суспензии, так и
кристаллической структуры полирующих частиц. В какой мерс здесь происходит
механический съем стекла и каково соотношение между ним и физико-химическими
процессами, прежде всего зависит от конкретных условий полировки:
полировочного порошка, полировального инструмента, полирующей жидко- сти,
давления, тонкости шлифовки, сорта стекла, кинематики полировальника,
величины полируемой поверхности, абсолютного количества и концентрации
полировочной суспензии и температуры при полировке. В некоторых случаях, в
особенности при -при меной и и высоких давлений и твердых зерен полировочного
порошка, при полировке могут преобладать механические факторы, дающие высокую
сполировку стекла. В других случаях преобладающими могут быть тепловые
воздействия, как например, полировка стекла связанными материалами и т. д.
Выбор полировочных порошков зависит от требований,
предъявляемых к качеству поверхности стекла. Самые высокие требовании
предъявляются к полировке оптического стекла, так как оно
обрабатывается при иных условиях, чем листовое; иначе полируется
хозяйственное стекло и совершенно специфические
условия необходимы для полировки ювелирных камней. Поэтому
нельзя определить характер данного полировального процесса без учета
конкретных условий, в которых он протекает, так как ттри полировке стекла
происходит сложное взаимодействие физических, химических и механических
процессов.
|