Стеклодувное дело и стеклянная аппаратура для физикохимического эксперимента - Зимин В.С.
Скачать (прямая ссылка):
122
На самом мягком и узком пламени, поочередно разогревая каждую палочку верхнего ряда и стараясь не размягчать палочки нижнего, тонкой графитовой разверткой (типа тупой иглы) осторожно придавливают верхний ряд к нижнему. Придавливать разверткой лучше всего места пересечения палочек. Не меняя величину пламени, полученную сетку тщательно пропаивают по частям. Пропаивая, нужно внимательно следить за спаиванием палочек в местах пересечения. При небольшом перегреве стекло ячейки может заплавиться, а при сильном может порваться сетка.
К полученной сетке по окружности трубки припаивают трубку диаметром, равным диаметру исходной трубки. Предварительно слегка развертывают ее край так, чтобы он закрыл неровности, образованные при спаивании палочки с краями трубки. Тщательно пропаяв спай, получают трубку с сеткой — перегородкой (рис. 56,в). Во время проведения всех операций нельзя забывать периодически обогревать сетку в пламени горелки.
Работа в пламени горелки с особо тонкими палочками (0,3—
1 мм) представляет некоторую трудность. Сделать тройник, чет-верник, звездочку и, тем более, сетку из таких палочек без каких-либо приспособлений практически невозможно. Одно из приспособлений, сделанное из трубок (или более толстых палочек), показано на рис. 57. К ободку этого приспособления припаивают тонкие палочки, накладывая их друг на друга по заданной схеме. Затем (так же, как описано выше) спаивают палочки между собой. После спайки их либо отрезают от приспособлений, либо отпаивают с помощью пламени.
Г Л А В A V!l СПАИ СТЕКЛА С МЕТАЛЛАМИ
В настоящее время почти ни одна производственная и тем более научная лаборатория не обходится без электровакуумных или каких-либо других приборов, при монтаже которых приходится впаивать в стекло самые разные детали из металлов и их сплавов, а иногда и монокристаллы металлов. Поэтому каждый стеклодув должен знать условия образования прочного спая стекла с металлом и приемы спаивания.
В начале работы прежде всего необходимо ознакомиться с конструкцией прибора и условиями будущего эксперимента. В соответствии с заданными условиями следует подобрать стекло и металл, из которого будут изготовлены вводы или другие детали. При этом надо помнить, что металл должен обладать не только необходимой прочностью, упругостью или другими заданными механическими свойствами, но и определенными химическими свойствами (т. е. быть устойчивым к той или иной среде). Кроме того, температура плавления металла должна быть выше температуры спаивания. Составив перечень металлов и сортов стекла, которые удовлетворяют заданию, приступают к отбору оптимальных сочетаний. При этом следует учитывать не только конструкцию прибора в целом и конкретного спая, но и условия спаивания.
§ 41. Условия спаивания металла со стеклом
Смачивание металла стеклом. Первым условием образования прочного спая металла со стеклом является достижение температуры, при которой стекло начнет хорошо смачивать металл и сила сцепления между ними будет максимальной. Однако спаять хорошо очищенный металл со стеклом удается только под вакуумом (без-оксидный спай). Спай при этом получается ровный, цвет металла и стекла на границе спая не изменяется. Спай обладает достаточной прочностью, но изготовление его сопряжено со значительной трудностью и не все металлы можно использовать.
Установлено, что довольно прочный спай можно получить, используя образование промежуточного окисного слоя. Окислы металла, покрывающие металл с поверхности, при сплавлении растворяются в стекле, образуется тонкий переходный цементирующий слой, состоящий из металла, его окиси и стекла. После остывания на границе спая образуется слой, отличающийся по цвету и
124
от металла, и от стекла. Например, пограничный слой спая молибдена со стеклом С49-2 имеет светло-коричневый или шоколадный цвет, меди с тем же стеклом — светло-соломенный или красноватый. Такие спаи принято называть окисными, или оксидными.
Опытным путем было показано, что отполированные металлические пластины, в том числе и платиновые, при нагревании до 800 °С в вакуумной печи практически не смачивались стеклом, в то время как неотполированные смачивались. (Эти опыты косвенно показали, что на поверхности платины в обычных условиях образуется тончайшая окисная пленка.) На опыте было показано, что платина, предварительно прогретая на сильном кислородном пламени, гораздо лучше впаивается в стекло, чем непрогретая (не-окисленная).
Однако оксидные спаи не всегда обладают достаточной прочностью и часто быстро разрушаются при эксплуатации в растворах или во влажной атмосфере.
Предупреждение возникновения напряжений в спае. Вторым условием получения прочного спая металла со стеклом является правильный подбор материалов. На первый взгляд хорошо изготовленный спай после остывания часто разрушается. Это объясняется тем, что в стекле возникают сильные напряжения, так как стекло и металл чаще всего обладают сильно различающимися коэффициентами теплового расширения. Так, при остекловывании металлического стержня на значительной длине после остывания в стекле возникают напряжения, направленные параллельно оси стержня — осевое напряжение и перпендикулярно этой оси — тангенциальное напряжение. Кроме того, стекло, охлаждаясь и сжимая металлический стержень, испытывает растяжение; возникающее при этом напряжение называют радиальным (рис. 58). Радиальное и тангенциальное напряжения противоположны по знаку. При конструировании спаев следует это учитывать и подбирать условия так, чтобы в спае напряжения сжатия преобладали над напряжениями растяжения. Значения напряжений определяются коэффициентами теплового расширения стекла и металла, размерами спаиваемых частей, а также температурными условиями спаивания и последующего отжига.
