Зеркало

ЗеркалоЗЕРКАЛО, гладкая поверхность тела, отражающая падающие на нее лучи света по определенным направлениям; промышленное значение зеркала получили в виде отполированных стеклянных пластинок различных размеров, покрытых с одной стороны тонким отражающим слоем металла. В настоящее время при изготовлении зеркал в качестве отражающего слоя преимущественно применяется серебро и в редких случаях - золото и платина. Производство зеркал распадается на две главные операции: 1) производство зеркального стекла и 2) покрытие этого стекла слоем металла.

Производство зеркального стекла. Шихта для зеркального стекла состоит из песка, соды, извести и обесцвечивающих веществ - мышьяка и селена. Все материалы, идущие на варку стекла, д. б. сухими и по возможности не содержать солей железа, придающих стеклу нежелательную зеленоватую окраску.

Необходимым условием для получения хорошего стекла является тщательное измельчение и перемешивание между собой составных частей шихты. Хорошие зеркальные стекла по анализу имеют след, соотношение окислов: кремнезема 72,1%, окиси натрия 12,2%, окиси кальция 15,7%, окиси железа и алюминия - следы. Состав, соответствующий такому содержанию окислов, следующий (в весовых частях): песка белого 100, соды 32, извести 38, мышьяка 0,4 и селена 0,007. 

Тщательно изготовленная из доброкачественных материалов шихта засыпается в стеклоплавильную печь, где и превращается под влиянием высоких температур в жидкую стекольную массу. Для изготовления небольших тонких зеркал применяется способ выдувания стекла, как и при изготовлении оконного стекла. Для получения зеркал больших размеров и из толстого стекла (толщиной от 5 до 12 мм после обработки) выдувной способ заменен прокаткой стекла. В виду того, что от зеркального стекла требуется весьма высокая степень чистоты и отсутствие каких бы то ни было пороков (свили, камней, пузырей и «мошки» - мелких пузырьков, заполненных газами и воздухом), плавка зеркального стекла в настоящее время производится почти исключительно в горшковых печах. Такая печь показана на фиг. 1, где А - регенераторы, заполненные насадками из шамотных кирпичей; Б - горшки, В - камеры для спуска стекла в случаях разрыва горшка. Горшки применяются самых больших размеров, вместимостью до 1500 кг. После окончания варки стекла к печи подводят литейный стол, при помощи подъемного крана вынимают из печи горшок и выливают содержимое его на стол; из небольших горшков стекло вычерпывается особыми ложками.

Горшковая печь

Прокатка стекла может производиться двумя основными способами, из которых каждый имеет несколько вариантов. По первому способу, стекло на литейном столе прокатывается по длине его при помощи катка, причем литейный стол может быть подвижным или неподвижным; в первом случае каток, раскатывающий стекло на столе, совершает лишь вращательное, во втором - вращательное и поступательное движения. По второму способу, стекло прокатывается в лист между двумя парами вальцов. Здесь опять - таки могут быть два варианта: а) вальцы делают передвижными, и готовый лист ложится на неподвижный приемный стол; б) вальцы только вращаются, стол же продвигается по мере того, как на него ложится лист. Применяемый при первом способе чугунный или стальной литейный стол составляется из 10—12 продольных гладких строганых частей. Длина его 9 м, ширина - 5 м, вес - 70 т. С двух боков стола прикрепляются планки, соответствующие той толщине, которую должен иметь лист; в то же время эти планки служат направляющими для катка. В других устройствах каток снабжается двумя ребордами, являющимися ограничителями ширины и толщины листа. Первое устройство лучше, т. к. стекло подвергается только вертикальному давлению, во втором же стекло -получает еще и боковой сдвиг, который при прокатке толстого стекла, нередко нарушает правильную поверхность листа. Преимущество же второй конструкции состоит в том, что лист после прокатки м. б. сдвинут и в сторону, чему в первой конструкции мешают боковые планки. Для изготовления узорчатого стекла стол снабжают соответствующей гравировкой. Нормальная толщина листов, прокатываемых на неподвижном столе, 4—8 мм. По окончании прокатки листы с подвижных литейных столов передаются в откальную печь; при неподвижных столах листы необходимо передвигать на промежуточный подвижной стол, с которого они сдвигаются в печь. Необходимость такой перегрузки является недостатком этого способа, особенно при изготовлении тонких листов, которые легко м. б. повреждены, а в узорчатых листах м. б. смят рисунок.

Машина для прокатки стекла между вальцамиВ последнее время типы машин для прокатки стекла между вальцами строятся с подвижным столом и с неподвижным прокатным приспособлением (схема на фиг. 2). Стекло наливается в приемник, установленный впереди первой пары вальцов 1; прокатанный предварительно между ними лист спускается по наклонной плоскости 2 ко второй паре вальцов 3 меньшего диаметра, между которыми он прокатывается до окончательной толщины, и через вторую наклонную плоскость 4 попадает на подвижной приемный стол 5, на котором по окончании прокатки отвозится к откальной печи. Приемный стол покрывается гладко отполированными и хорошо выравненными шамотными плитами. Все части машины, соприкасающиеся с горячим стеклом, снабжаются водяным охлаждением. Толщина листов регулируется расстоянием между центрами вальцов. Для получения по этому способу  узорчатых листов узоров снабжается верхний из второй пары валиков. При этом способе рисунок на листе получается сверху и не м. б. смят при передвижении листа.

Непрерывная прокатка стекла, протекающего постоянной струей из ванной печи, является проблемой, для разрешения которой проделано много опытов. Большая часть проектов подобных устройств сводится к тому, что стекло непрерывно течет из ванны в ковш, помещающийся в особой, открытой снизу, нагревательной камере. При литье ковш опрокидывается, и его содержимое выливается на стоящий непосредственно под ним подвижной литейный стол, который затем откатывается под вальцы. Удачным разрешением проблемы является установка Форда для производства зеркального стекла для автомобилей (фиг. 3): струя стекла, непрерывно вытекающая из желоба ванны и регулируемая заслонками, прокатывается в ленту и проводится через тоннельную откальную печь в одну операцию.

Установка Форда для производства зеркального стекла для автомобилей

Откалка (отжиг) листов зеркального стекла производится с целью устранения вредных напряжений в толще и на поверхности листа, получающихся при быстром охлаждении стекла во время его прокатки. Неотожженное стекло чрезвычайно хрупко и негодно к употреблению. Откальные печи устраиваются двух типов. Печи более старой конструкции представляют собою камеры до 8 м длины и 4 м ширины. Топку делают боковую или со стороны, противоположной входному отверстию печи. Под печи выстилается шамотными полированными плитами, образующими ровную горизонтальную поверхность.

Когда листы уложены в печь, ее закрывают и замазывают. Охлаждение листов зеркального стекла производится в течение 4—6 дней. Современные откальные печи строятся по типу тоннельных с охладительным каналом, доходящим до 100 м длины при ширине от 4 до 6 м. Для получения правильного отражения зеркальное стекло должно иметь совершенно плоские и строго параллельные друг другу поверхности. Это достигается в результате трех операций. Первая операция - грубая шлифовка на шлифовальном станке (схематический чертеж на фиг. 4) при помощи крупного песка и воды.

Грубая шлифовка стекла на шлифовальном станке

Шлифуемый лист 2 укладывается на круглый чугунный или железный стол 1 диаметром до 10 м, предварительно залитый тонким слоем гипса. После этого стол по рельсовому пути вдвигается под станок, соединяется с валом 3 и поднимается с рельсов вверх вместе с валом при помощи гидравлического подъемника до соприкосновения с шлифовочными стальными полосами, прикрепленными к вращающимся кругам 4. Нажатие кругов регулируется противовесом 5. Стол приводится в движение электромотором 6. Шлифовочные круги приводятся во вращение трением между листом и шлифовочными полосами; иногда для вращения кругов применяют особую систему зубчатых колес. После обработки поверхность стекла под микроскопом представляется покрытой сетью довольно глубоких царапин и полос. Вторая операция - тонкая шлифовка на тех же машинах, но при помощи мельчайшего песка или наждачного порошка. После этой обработки поверхность стекла делается равномерно матовой. Третья операция - полировка, которая восстанавливает прозрачность и блеск стекла. Полировка производится на полировочном станке войлочными кругами при помощи мелкого порошка пемзы и мумии. Полировочный станок в общем сходен по устройству с шлифовальным станком. Для шлифовки кромок зеркального листа служат особые фацетные станки с шлифовальными кругами или цилиндрами из специальных камней.

Покрытие стекла металлом. Для получения доброкачественного зеркала необходимо, чтобы слой металла, покрывающий стекло, был достаточно плотным и непрозрачным. Серебряный покровный слой испытывается следующим образом: если направить на зеркало лучи солнца или другого яркого источника света, то покровный слой должен просвечивать с синеватым оттенком. Следует отметить, что ультрафиолетовые лучи солнца проходят через зеркало.

Процесс серебрения зеркала состоит в том, что из раствора азотнокислого серебра восстановлением получают металлическое серебро, которое в виде мельчайших частиц осаждается на стекле. При увеличении в 300 раз заметно кристаллическое строение этих частиц. Минимальная толщина слоя, покрывающего стекло, равна 5,1·10-8 мм (по И. Естерману и С. Стерну). В качестве восстановителей применяют виноградный сахар, винную кислоту и ее соли, ацетон, формальдегид. Чем быстрее желательно провести процесс серебрения, тем тщательнее д. б. произведена подготовка стекла, т. е. его очистка и удаление жирных пятен. Применяемые для серебрения материалы д. б. химически чистыми. Аммиак и едкое кали д. б. совершенно свободны от углекислоты и хлора. Применяемая вода д. б. дистиллированной и также свободной от углекислоты. При серебрении больших дорогих зеркал процесс проводят при подогревании, применяя в качестве восстановителя калиевую соль винной кислоты.

Раствор для серебрения приготовляется следующим образом. Азотнокислое серебро растворяют при нагревании в 15—25%-ном растворе аммиака (удельный вес 0,940). Затем приготовляют раствор виннокислого калия в воде и добавляют его к первому раствору до тех пор, пока не получат белый осадок виннокислого серебра. Этот осадок растворяют, добавляя аммиак; полученный раствор фильтруют, и после двухдневного хранения ого в темноте и на холоде он готов для работы. Стекло до серебрения предварительно (для удаления жирных пятен) промывают концентрированным раствором едкого кали и раствором хлористого олова и обмывают обычной водой, а затем дистиллированной. Стол, на котором производят серебрение, имеет ряд труб, по которым проводится пар, а также стоки для отвода использованного раствора. При помощи резиновых прокладок стекло на таком столе укладывают горизонтально. Чтобы удержать жидкость на стекле, его по краям обкладывают воском. Затем выливают раствор серебра на стекло слоем в 3 мм и включают отопление; пар, проходя по трубам в течение 10 мин., нагревает поверхность стола и стекло до 50°С. Жидкость начинает дымиться и приобретает красновато-бурый оттенок. Через 20 мин. серебрение заканчивается. Оставшуюся жидкость с поверхности стекла удаляют при помощи резиновых губок и поверхность ополаскивают водой. В некоторых случаях процесс серебрения производят повторно. В помещении, где происходит серебрение, следует поддерживать равномерную температуру около 30°С. Слой серебра покрывают сначала защитным слоем лака, состоящего из сирийского асфальта, растворенного в бензине, а затем - обычным масляным лаком. Описанный выше способ изготовления зеркал требует небольшого количества раствора серебра и дает очень мало ила (грязи). Получаемые отходы собираются и могут быть снова использованы для переработки.

Другой метод серебрения зеркал открыт доктором Боте и практически осуществлен проф. Веттером. В качестве восстановителя применяется виннокислое серебро. Восстановитель готовят следующим образом: 7,5 г азотнокислого серебра растворяют в 60 г дистиллированной воды, затем растворяют 6 г сегнетовой соли (виннокислого калия-натрия) в 3 л воды и при кипячении к раствору добавляют понемногу, все время помешивая, азотнокислое серебро. Кипячение длится 10 мин. Полученный раствор фильтруют; он содержит виннокислое серебро. Затем 7,5 г азотнокислого серебра растворяют в 60 г дистиллированной воды. К раствору приливают нашатырный спирт до появления коричневого осадка окиси серебра, который растворяется новыми порциями нашатырного спирта. Добавляют 720 г дистиллированной воды и раствор фильтруют. Для серебрения берут равные части обоих растворов; смесь наливают на стекло слоем в 12 мм. Через 10 мин. серебрение заканчивается. Этот метод не требует подогрева стекла.

Массовое изготовление небольших зеркал производится след. обр.: в деревянный обитый резиной ящик устанавливается на ребро большое количество сдвоенных стекол; в ящик наливают взятые в равных объемах растворы: а) 40 г едкого кали (свободного от углекислоты и хлора) в 1 л воды; б) 40 г азотнокислого серебра в 1 л воды; в) 70 см3 аммиака в 1 л воды; г) 25 г сахара в 750 г воды и 50 см3 алкоголя. Через 10—15 минут серебрение заканчивается.

Применение сахарного раствора в качестве восстановителя было предложено Либигом. Раствор для серебрения по этому способу приготовляется следующим образом: берут 100 об. ч. раствора азотнокислого аммония (25 %-ной крепости, удельный вес 1,115), 140 об. ч. раствора азотнокислого серебра (10%-ного), 750 об. ч. раствора едкого натра (3,5%-ного, удельный вес 1,050), получают 990 об.ч. раствора «А». Этому раствору дают 3 дня отстояться. Для изготовления восстановителя растворяют 50 г сахара в воде и кипятят в течение часа с 3,1 г винной кислоты. Все это разбавляют 500 см3 воды (раствор «а»). Затем 2,857 г виннокислой окиси меди растворяют в воде и добавляют едкого натра; этот раствор также разбавляют 500 см3 воды (раствор «b»); затем 100 об. ч. раствора «а», 100 об. ч. раствора «b» и 800 об. ч. воды дают 1000 об. ч. восстановительной жидкости «В». Для серебрения берут: 50 об. ч. раствора «А», 250—300 об. ч. дистиллированной воды (20—28°C) и 10 об. ч. восстановительной жидкости «В». При таком методе на 1 м2 зеркала расходуется лишь 3—3,5 г серебра.

В СССР серебрение производится следующим образом. Сперва очищают стекло мелом или мумией, начисто его вытирают и кладут на подводочный стол. До начала серебрения обливают поверхность стекла 10%-ным раствором хлористого олова и морской губкой вытирают досуха. Для серебрения применяется раствор азотнокислого серебра, едкого натра и аммиака и в качестве восстановителя раствор обычного сахара (100 г на 1 л воды) с прибавлением 10 г химически чистой серной кислоты на 1 л воды. К первому составу добавляют 7—8% восстановительного раствора и смесь выливают на поверхность стекла слоем в 2—3 мм. В помещении поддерживается температура в 20—25°С. Через 2—3 мин. серебро осаждается; остаток раствора сливается, грязь смывается водой, и стекло сушится. Для большей белизны зеркала процесс серебрения повторяют. Слой серебра покрывают защитным слоем, состоящим из смеси свинцового сурика и сикатива в скипидаре.

Золочение стекла производится по преимуществу сухим путем посредством обжига в муфельных печах или же по способу Бетгера. В последнем случае растворяют 1 г чистого золота в царской водке на водяной бане, выпаривают раствор досуха, чтобы освободить его от избытка кислоты, и затем растворяют в воде до получения объема в 120 см3. Отдельно от золотого раствора приготовляют щелочной раствор (6 г едкого натра на 100 см3 дистиллированной воды). Восстановителем служит раствор 2 г крахмального сахара в 24 см3 дистиллированной воды, разбавленный 24 см3 алкоголя и таким же количеством альдегида удельным весом 0,87. Восстанавливающая жидкость каждый раз перед употреблением д. б. заново приготовлена. Предварительная обработка стекла - такая же, как и при серебрении. Раствор для золочения составляется из 64 об. ч. золотого раствора, 16 об.ч. раствора NaOH и 1 об. ч. восстановителя. По прошествии 5 минут золото начинает осаждаться в виде блестящего слоя, который так же, как и серебряный, покрывают впоследствии слоем предохранительной краски и сурика.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 8 - 1929 г.