CN112174541A - 玻璃球舱的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料学技术领域，具体涉及一种玻璃球舱的表面处理方法；包括如下步骤：(1)将玻璃球舱沉浸于酸蚀液中酸蚀5～20分钟，取出清洗干净；(2)在步骤(1)所得玻璃球舱表面浸涂ZrO2‑SiO2复合溶胶，再进行热处理；本发明的有益效果：提供一种玻璃球舱的表面处理方法，可以消除、钝化玻璃球舱表面的微裂纹，或弥补表面裂纹缺陷，大幅提高全海深玻璃球舱的抗压强度。
Description
技术领域
本发明涉及材料学技术领域，具体涉及一种玻璃球舱的表面处理方法。
背景技术
海底地震仪是一种将检波器直接放置在海底的地震观测系统，在海洋地球物理调查和研究中，既可以用于对海洋人工地震剖面的探测，也可以用于对天然地震的观测，顾名思义海底地震仪需要放置在海底，又不能和海水有直接接触，需要放置在透明的，具有一定抗压强度的玻璃球体中，既可以保护海底地震仪，又可以顺利接受海底地震波数据。目前美国、英国、日本等国家纷纷投入大量人力物力进行海底探测活动，我国中科院在2017年就在马里亚纳海沟完成了两条万米级人工地震剖面。随着放置深度的增加对海底地震仪玻璃球舱的抗压强度要求也就越来越高。目前只有德国和美国等，少数几个国家才具备制备全海深(11000米)海底玻璃球舱的能力，我们国家所有科研需求都需要通过进口获得，但是因为产量以及国际竞争的加剧经常出现供不应求的现象，所以生产全海深地震仪用玻璃球舱势在必行。
合格的全海深地震仪用玻璃球舱有很多技术要求，包括净浮力、化学稳定性、抗压强度等，其中抗压强度是最重要的一个衡量指标，因为要在深海中对海底地震仪起到保护作用就要求玻璃球舱具备足够的抗压强度，使之不会在深海的巨大压力下破裂。玻璃是一种脆性材料，其理论强度很高，但是块状玻璃的实际强度与理论强度相差2～3个数量级，而加工后的玻璃表面强度又会大幅度降低，这是由于玻璃存在宏观和微观的缺陷，尤其是玻璃表面层的表面微裂纹对玻璃强度的影响尤为重要。
玻璃球舱是一种高硼硅玻璃，在使用过程中需要在表面开孔、密封。玻璃整体强度取决于裂纹尖端的张应力，裂纹尖端越尖锐，应力越集中，越易扩展断裂。开孔处与金属接触点和玻璃球舱中间密封处均会产生微裂纹，这势必会成为玻璃球舱的薄弱点，要想提高玻璃球舱的抗压强度，满足在全海深情况下使用，就必须要消除或者钝化玻璃球舱表面的微裂纹。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种玻璃球舱的表面处理方法，能够消除或钝化玻璃球舱表面的微裂纹。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种玻璃球舱的表面处理方法，包括如下步骤：
(1)将玻璃球舱沉浸于酸蚀液中酸蚀5～20分钟，取出清洗干净；
(2)在步骤(1)所得玻璃球舱表面浸涂ZrO2-SiO2复合溶胶，再进行热处理。
本发明的优选方案为，所述酸蚀液为0.5～2vt％的HF酸。
本发明的优选方案为，所述酸蚀温度为20～30℃。
本发明的优选方案为，所述ZrO2-SiO2复合溶胶的制备方法为：
(a)按照摩尔比例配制试剂，去离子水：无水乙醇＝1:(2～6)；DMF：氧氯化锆：正硅酸乙酯＝1:1:1；
(b)将氧氯化锆溶解于无水乙醇中，加入去离子水，待溶液澄清后，缓慢加入正硅酸乙酯，并充分搅拌，得到ZrO2-SiO2复合溶胶。
本发明的优选方案为，所述热处理温度为380～420℃。
本发明的优选方案为，所述热处理时间为1小时～2小时。
除非另有说明，本发明涉及液体与液体之间的百分比时，所述的百分比为体积/体积百分比；本发明涉及液体与固体之间的百分比时，所述的百分比为体积/重量百分比；本发明涉及固体与液体之间的百分比时，所述的百分比为重量/体积百分比；其余为重量/重量百分比。
与现有技术相比，本发明的有益效果：提供一种玻璃球舱的表面处理方法，可以消除、钝化玻璃球舱表面的微裂纹，或弥补表面裂纹缺陷，大幅提高全海深玻璃球舱的抗压强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步的说明。
参考例1 ZrO2-SiO2复合溶胶的制备
(a)按照如下摩尔比配制试剂，去离子水：无水乙醇：DMF：氧氯化锆：正硅酸乙酯＝15:40：1:1:1；
(b)将氧氯化锆溶解于无水乙醇中，加入去离子水，待溶液澄清后，缓慢加入正硅酸乙酯，并充分搅拌，得到ZrO2-SiO2复合溶胶。
实施例1玻璃球舱的表面处理
(1)HF酸蚀：取玻璃球舱，将存在微裂纹处沉浸于1vt％的HF酸中酸蚀10分钟，环境温度25℃，取出迅速用去离子水清洗至pH＝7；
(2)镀膜：对所得玻璃球舱的微裂纹处浸涂参考例1制备的ZrO2-SiO2复合溶胶，之后在400℃下保温处理1小时。
实施例2玻璃球舱的表面处理
(1)HF酸蚀：取玻璃球舱，将存在微裂纹处沉浸于1.5vt％的HF酸中酸蚀8分钟，环境温度25℃，取出用去离子水清洗至pH＝7；
(2)镀膜：对所得玻璃球舱对微裂纹处浸涂参考例1制备的ZrO2-SiO2复合溶胶，之后在400℃下保温处理1.5小时。
实施例3玻璃球舱的表面处理
(1)HF酸蚀：取玻璃球舱，将存在微裂纹处沉浸于0.8vt％的HF酸中酸蚀15分钟，环境温度25℃，取出用去离子水清洗至pH＝7；
(2)镀膜：对所得玻璃球舱对微裂纹处浸涂参考例1制备的ZrO2-SiO2复合溶胶，之后在380℃下保温处理2小时。
Claims (6)
1.一种玻璃球舱的表面处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将玻璃球舱沉浸于酸蚀液中酸蚀5～20分钟，取出清洗干净；
(2)在步骤(1)所得玻璃球舱表面浸涂ZrO2-SiO2复合溶胶，再进行热处理。
2.根据权利要求1所述的玻璃球舱的表面处理方法，其特征在于：所述酸蚀液为0.5～2vt％的HF酸。
3.根据权利要求1所述的玻璃球舱的表面处理方法，其特征在于：所述酸蚀温度为20～30℃。
4.根据权利要求1所述的玻璃球舱的表面处理方法，其特征在于：所述ZrO2-SiO2复合溶胶的制备方法为：
(a)按照摩尔比例配制试剂，去离子水：无水乙醇＝1:(2～6)；DMF：氧氯化锆：正硅酸乙酯＝1:1:1；
(b)将氧氯化锆溶解于无水乙醇中，加入去离子水，待溶液澄清后，缓慢加入正硅酸乙酯，并充分搅拌，得到ZrO2-SiO2复合溶胶。
5.根据权利要求1所述的玻璃球舱的表面处理方法，其特征在于：所述热处理温度为380～420℃。
6.根据权利要求1或5所述的玻璃球舱的表面处理方法，其特征在于：所述热处理时间为1小时～2小时。
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