Чистка оптических деталей - Молчанова О.С.
Скачать (прямая ссылка):
При всем, казалось бы, разнообразии химического состава силикатных стекол их общую основу составляют кремнезем и его соединения и они определяют в большинстве случаев степень воздействия на стекло таких реагентов, как вода, кислоты и щелочи. Вода и кислоты весьма активно реагируют со свежеотполированной поверхностью стекла, разрушая силикаты, извлекая щелочи и другие окислы, растворимые в этих средах *. Кремнезем остается нерастворенным и образует тонкий пористый слой на поверхности стекла. Слой этот в зависимости от состава исходного стекла содержит, помимо кремнезема, и некоторые другие компоненты. Его структура и плотность различны в зависимости от условий образования: состава стекла, концентрации кислоты, температуры.
Разрушение поверхности подавляющего большинства изделий из промышленных стекол происходит и практически заканчивается во время их механической обработки - резки и обдирки, шлифовки и полировки. Во всех этих операциях, не говоря уже о последующей промывке, широко используется вода, взаимодействующая с поверхностью силикатного стекла. В процессе полирования, идущем с помощью водных суспензий, по мнению академика И. В. Гребенщикова, вода играет главную химическую роль [1]. Он писал: «Вода действует на шлифованную поверхность стекла и покрывает ее защитной пленкой. Крокус, применяемый для полировки, адсорбируется поверхностью стекла и связывает ее с поверхностью полировальника, как бы склеивает обе поверхности между собой. Полировальник при своем движении срывает с выступов оставшуюся при процессе шлифовки коллоидную
* Такое же действие на первых стадиях оказывает влага воздуха.
5
пленку и обнажает свежую поверхность стекла; применяемая при полировке вода вновь действует на обнажившиеся части стекла и покрывает их защитной пленкой. Перечисленные процессы повторяются, и из сказанного видно, что первыми вполне отполированными будут все наиболее выступающие точки поверхности. Толщина пленки определяет и предельную точность полировки стеклянных изделий.
В последующие годы высказывалась и защищалась иная точка зрения на процесс полировки. Считалось, что исключительная роль принадлежит механическим абразивным воздействиям. Эта роль, конечно, чрезвычайно велика, но нельзя отрицать взаимодействия воды со свежей поверхностью шлифуемого и полируемого стекла, т. е. самого факта образования измененного поверхностного слоя.
Общеизвестно, что полировка в неводных средах идет медленно и не дает того качества поверхности, какое можно достичь при полировке с использованием воды.
Если свежеотполированная поверхность стекла подвергается действию воды или растворов кислот, то рост поверхностной пленки, интенсивный в первые моменты, в дальнейшем замедляется, так как по мере увеличения ее толщины она все сильнее и сильнее затрудняет доступ разрушающего агента к нетронутым слоям стекла.
Если соприкосновение стекла с водой или кислотами продолжается непрерывно так, как это имеет место при некоторых специальных обработках, то поверхностная пленка, продолжая расти с убывающей скоростью, может достичь толщины порядка одной десятитысячной сантиметра; все же в подавляющем большинстве случаев она оказывается несоизмеримо тонкой по сравнению с толщиной неразложенного стекла.
В обычных условиях, на воздухе, рост пленки практически прекращается уже при достижении ею толщины в несколько десятимиллионных долей сантиметра. Этот тончайший слой - надежная защита стекла от дальнейшего разрушения, если действие воды или кислоты на стекло прерывается и пленка успевает подсохнуть. Если подсыхание сопровождается нагреванием, то защитное действие усиливается до такой степени, что практически исключает дальнейшее воздействие воды и кислот на стекла многих марок. Образование такой «выщелоченной» пленки идет с неодинаковой скоростью на стеклах разных составов.
Именно наличие этой пленки обусловливает некоторые оптические свойства стекла: количество отражаемого света (коэффициент отражения), его поляризацию, цвет поверхно-
6
сти в отраженном свете. Все эти свойства зависят от толщины и показателя преломления поверхностного слоя (как и от показателя преломления самого стекла). Окраска поверхности в отраженном свете появляется по мере приближения толщины пленки к 1/4 длины волны света, и пройдя ряд цветов, от желтого через коричневый, фиолетовый, синий до зеленого, снова и снова повторяется, становясь все бледнее и бледнее или до прекращения роста пленки, или до тех пор, пока толщина пленки перестанет быть сравнимой с длиной световой волны и явления интерференции уже не будет.
Коэффициент отражения с ростом толщины пленки периодически падает и снова возрастает до исходной величины. Минимальное значение коэффициента отражения для волн средней части видимого спектра будет при коричнево-фиолетовом цвете пленки.
Механические свойства стекла частично тоже обусловливаются наличием поверхностной пленки. При резании стекла алмазом он должен прорезать поверхностный слой и образовать под ним микротрещины. После этого достаточно легкого усилия (при небольшом смачивании), чтобы разломить стекло, так как влага проникает в свежую трещину и активно взаимодействует со стеклом; выделяющаяся кремневая кислота расклинивает трещину, способствуя разламыванию.
