RU1779674C

RU1779674C - Method for producing high-silica porous glass

Info

Publication number: RU1779674C
Application number: SU914901345A
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Дежкунов; Галина Петровна Роскова; Светлана Васильевна Корнева; Татьяна Сергеевна Цехомская
Original assignee: Институт Прикладной Физики Ан Бсср; Институт химии силикатов АН СССР
Priority date: 1991-01-09
Filing date: 1991-01-09
Publication date: 1992-12-07

Abstract

Использование изобретение относитс к технологии пористых высококремнеземных стекол и может быть использовано в различных област х науки и техники, где примен ютс издели из пористого стекла. Сущность изобретени : высококремнеземистое пористое стекло получают путем термообработки щелочеборосиликатного стекла и травлени в 0,1-5 М раствора сол ной кислоты . С целью повышени скорости выщела- чивани после выдержки в растворе кислоты 5-20 ч продолжают травление с воздействием ультразвуковых колебаний с амплитудой 3-15 АПор, где АПор - амплитуда колебаний, соответствующа порогу кавитации . С целью оптимизации режима амплитуду колебаний излучател устанавливают по максимальному подъему раствора в стекл нном капилл ре, помещенном вертикально в рабочей емкости с раствором сол ной кислоты. Способ позвол ет ускорить в 2-5 раз процесс выщелачивани . 1 з. п. ф-лы, 1 табл. s СThe invention relates to the technology of porous high silica glass and can be used in various fields of science and technology where porous glass products are used. SUMMARY OF THE INVENTION: High silica porous glass is obtained by heat treatment of alkali borosilicate glass and etching in a 0.1-5 M hydrochloric acid solution. In order to increase the leaching rate after soaking the acid in the solution for 5-20 hours, etching is continued with the action of ultrasonic vibrations with an amplitude of 3-15 APor, where APor is the vibration amplitude corresponding to the cavitation threshold. In order to optimize the regime, the oscillation amplitude of the emitter is determined by the maximum rise of the solution in a glass capillary placed vertically in a working vessel with a solution of hydrochloric acid. The method allows to speed up the leaching process by 2-5 times. 1 s p. f-ly, 1 tab. s s

Description

Изобретение относитс к технологии пористых высококремнеземных стекол и может быть использовано в различных обла- стлх науки и техники, где примен ютс издели из пористого стекла.The invention relates to a technology for porous high-silica glass and can be used in various fields of science and technology where porous glass products are used.

Известный способ получени пористых стекол состоит в гом, что двухфазные щело- чеборосиликатные стекла с двухкаркасной ликвационной структурой в виде изделий или порошка обрабатывают растворами кислот.A known method for the preparation of porous glasses consists in the fact that biphasic alkalibalosilicate glasses with a two-frame segregation structure in the form of articles or powder are treated with acid solutions.

Наиболее близким к за вл емому вл етс способ получени пористых пластин, заключающийс в том. что заготовки двухфазного щелочеборосиликатного стекла, подвергнутого предварительной тепловой обработке, с целью фазового разделени выдерживают в растворе сол ной кислоты при посто нной температуре до образовани сквозных пор, после чего промывают водой и сушагClosest to the claimed is a method for producing porous plates, which consists in. that preforms of biphasic alkali borosilicate glass subjected to preliminary heat treatment are kept in a solution of hydrochloric acid at a constant temperature until a through pore is formed, for the purpose of phase separation, and then washed with water and dried

При этом необходимое врем обработки устанавливают в зависимости от скорости выщелачивани стекла, котора определ етс свойствами стекла, составом раствора и его температурой.In this case, the necessary processing time is set depending on the leaching rate of the glass, which is determined by the properties of the glass, the composition of the solution and its temperature.

Общим недостатком указанных выше способов вл етс низка скорость выщелачивани заготовок стекла.A common disadvantage of the above methods is the low leaching rate of glass preforms.

Целью изобретени вл етс повышение скорости выщелачивани .An object of the invention is to increase the rate of leaching.

Поставленна цель достигаетс тем, что в способ получени высококремнеземистого пористого стекла путем термообработки щелочеборосиликатного стекла и травлени в 0.1-5 М раствора сол ной кислоты, включают выдержку в растворе кислоты 5-20 ч после чего продолжают травление с воздействием ультразвуковых колебаний с амплитудой 3-15 Апор, где Апор амплитуда колебаний, соответствующа порогу кавитации С целью оптимизации режима амппитуОThis goal is achieved by the fact that in the method of producing highly siliceous porous glass by heat treatment of alkali-borosilicate glass and etching in a 0.1-5 M hydrochloric acid solution, exposure to the acid solution is continued for 5-20 hours and then etching is continued with exposure to ultrasonic vibrations with an amplitude of 3-15 Apoor, where Apoor is the amplitude of the oscillations corresponding to the threshold of cavitation In order to optimize the ampoule regime

оabout

VV

ЬB

ду колебаний излучател устанавливают по максимальному подъему раствора в стекл нном капилл ре, помещенном вертикально о рабочей емкости с раствором сол ной кислоты.In order to oscillate, the emitter is set according to the maximum rise of the solution in a glass capillary placed vertically about the working capacity with a solution of hydrochloric acid.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

Пластину из НБС стекла закрепл ют в оправке, оставл ющей легкодоступными дл регулирующего вещества рабочие поверхности пластины. Оправку с образцом помещают в раствор кислоты, поддержива в нем заданную температуру при помощи термостата.The NBS glass plate is fixed in a mandrel which leaves the working surfaces of the plate readily accessible for the regulating agent. The mandrel with the sample is placed in an acid solution, maintaining the set temperature in it using a thermostat.

Через 5-20 ч (в зависимости от технологии термообработки) в рабочей среде возбуждают ультразвуковые колебани при амплитуде колебаний излучател , обеспечивающей ультразвуковой капилл рный эффект (3-15 Апор), в результате которого жидкость в капилл ре под действием ультразвука интенсивно прокачиваетс в направлении от излучател . Воздействие ультразвука приводит к существенному уменьшению толщины пограничного сло и интенсификации процессов диффузии, играющих важную роль в процессе выщелачивани .After 5-20 hours (depending on the heat treatment technology), ultrasonic vibrations are excited in the working medium at an oscillation amplitude of the emitter providing an ultrasonic capillary effect (3-15 Apor), as a result of which the liquid in the capillary is intensively pumped in the direction from emitter. The effect of ultrasound leads to a significant decrease in the thickness of the boundary layer and the intensification of diffusion processes, which play an important role in the leaching process.

Таким образом рабоча среда в канале капилл ра непрерывно обновл етс . В результате поддерживаетс посто нство концентрации раствора на границе поверхности заготовки - раствор, обеспечиваетс интенсивное удаление продуктов ре- акции из капилл рных каналов и существенное повышение скорости выщелачивани . Эксперименты показали, что ультразвукова энерги используетс эффективно при амплитуде колебаний излучател в интервале (3-15) АпорIn this way, the working medium in the capillary channel is continuously updated. As a result, the concentration of the solution at the interface between the surface of the preform and the solution is maintained; intensive removal of the reaction products from the capillary channels and a significant increase in the leaching rate are ensured. The experiments showed that ultrasonic energy is used efficiently with the oscillation amplitude of the emitter in the range (3-15)

Это обусловлено тем, что в диапазоне Апор - ЗАпор кавитационное облако, как правило , представл ет собой совокупность отдельных скоплений пузырьков, что соответственно дает неравномерность интенсификации процессов заполнени капилл рных каналов жидкостью. И только пои ЗАпоо кавитационные пузырьки в кави- тационной области распредел ютс равномерно , соответственно обеспечиваетс высока равномерность обработки заготовок .This is due to the fact that, in the Apor – Zapor range, the cavitation cloud, as a rule, is a set of individual accumulations of bubbles, which accordingly gives an uneven intensification of the processes of filling capillary channels with liquid. And only after wet cavitation bubbles in the cavitation region are distributed evenly, respectively, a high uniformity of processing the workpieces is ensured.

С увеличением амплитуды колебаний эффект интенсификации массообмена в капилл рных системах под воздействием ультразвука возрастает, достигает максимума и, начина с А 15АПор - уменьшаетс . Уменьшение эффекта при А 15АПор св зано с тем, что при таких амплитудах начинает уменьшатьс излучаема мощность, несмотр на увеличение амплитуды, что обусловлено уменьшением волнового сопротивлени жидкости вследствие большого, количества кавитационных пузырьков в объеме жидкости над излучателем. Таким образом увеличение амплитуды колебаний более 15Апор нецелесообразно, т. к. при этом увеличение скорости реакции не наблюдаетс , несмотр на увеличение расходуемой мощ0 ности.With an increase in the amplitude of oscillations, the effect of intensification of mass transfer in capillary systems under the influence of ultrasound increases, reaches a maximum, and, starting with A 15 APor, decreases. The decrease in the effect at A 15 APor is due to the fact that the radiated power begins to decrease at such amplitudes, despite the increase in the amplitude, which is due to a decrease in the wave resistance of the liquid due to the large number of cavitation bubbles in the liquid volume above the emitter. Thus, an increase in the amplitude of oscillations of more than 15 Apor is impractical because no increase in the reaction rate is observed, despite the increase in the consumed power.

Требуемый режим может быть установлен по увеличению подъема жидкости в вертикальном стекл нном капилл ре. Дл этого капилл р располагают в рабочей емкости сThe required mode can be established by increasing the rise of liquid in a vertical glass capillary. For this, capillary p is placed in a working container with

5 раствором кислоты и включают колебани , Измен амплитуду колебаний излучател , устанавливают режим, соответствующий максимуму подъема жидкости в капилл ре под действием ультразвука.5 with an acid solution and include vibrations, Changing the oscillation amplitude of the emitter, set the mode corresponding to the maximum liquid rise in the capillary under the action of ultrasound.

0На первой стадии выщелачивани (520 ч) ускорение процесса под действием ультразвука незначительно, поэтому ее целесообразно реализовывать без применени ультразвука.At the first leaching stage (520 hours), the acceleration of the process under the action of ultrasound is insignificant; therefore, it is advisable to implement it without using ultrasound.

5П р и м е р 1. Диск диаметром 30 мм и5 PRI me R 1. A disk with a diameter of 30 mm and

толщиной 2 мм из стекла исходного состава 6,8 Na20, 20,9 В20з; 0,3 А120з: 72,0 . термообработанного при 550° в течение 144 ч, помещают на подстав-ке в стакан с 12 mm thick of glass of the initial composition 6.8 Na20, 20.9 V20z; 0.3 A120s: 72.0. heat-treated at 550 ° for 144 h, placed on a stand in a glass with 1

0 М раствором HCI при комнатной температуре Спуст 7 ч включают ультразвуковые колебани частотой 20 кГц, амплитуду колебаний излучател поддерживают равной 12 мкм. Используют магнитострикцион5 ный излучатель, запитываемый из генератора УЗДН-1.With a 0 M HCI solution at room temperature After 7 hours, ultrasonic vibrations with a frequency of 20 kHz are turned on, the oscillation amplitude of the emitter is maintained at 12 microns. A magnetostrictive emitter is used, powered from the UZDN-1 generator.

Результаты измерений толщины проработанного под ультразвуком сло в сравне- нии с услови ми без применени The results of measurements of the thickness of the layer worked out under ultrasound in comparison with conditions without application

0 ультразвука приведены в таблице в зависимости от времени обработки.0 ultrasounds are shown in the table depending on the processing time.

Таким образом описываемый способ позвол ет ускорить в 3-5 раз процесс выщелачивани (в зависимости от требуемой глу5 бины обработки). При этом растрескивание практически отсутствует.Thus, the described method allows to speed up the leaching process by 3-5 times (depending on the required processing depth). In this case, cracking is practically absent.

Claims

1. A method for producing highly siliceous porous glass by heat treatment of alkali-borosilicate glass and etching in a 0.1-5 M hydrochloric acid solution, characterized in that, in order to increase the leaching rate, etching is continued for 5-20 hours after aging in an acid solution for 5 hours exposure to ultrasonic vibrations with an amplitude of 3-15 Apoor, where Apoor is the amplitude of the oscillations corresponding to the threshold of cavitation.

2. The method of pop. 1, characterized in that in a container with hydrochloric acid is placed 51779674 6

they shrink the glass capillary r, pour the amplitude of the oscillations of the installation over the maximum rise in the solution