Процесс травления стекла.

Травление можно производить парами неразбавленной или разбавленной плавиковой кислоты. Именно парами вытравливают обычно мерные и тонкие линии. Этот метод, как правило, используют для получения всевозможных линий разметок. Чтобы получить такие линии, их процарапывают на защитном покрытии, а после этого протравливают. Неразбавленную плавиковую кислоту HF употребляют для травления чрезвычайно редко, так как она быстро испаряется. Концентрированную кислоту употребляют для протравливания небольших участков стекла чаще всего путем нанесения кистью и выдерживая стекло под ее действием в течение 1 мин. Увеличение времени действия кислоты, например до 3 мин, приводит к образованию на поверхности стекла нерастворимых солей. В зависимости от концентрации можно получить протраву тусклого цвета и светлую с блестящей поверхностью. Время действия кислоты на стекло от 10 до 30 мин в зависимости от глубины протравы. Для увеличения блеска протравленного рисунка в травильный раствор добавляют серную кислоту. При этом травильный состав представляет собой 1 ч. HF, 3 ч. воды и 0,1 ч. H2S04. В травильном процессе изделия проходят ряд операций, следующих друг за другом: погружение изделия в кислоту, выдержка в кислоте, извлечение изделия из кислоты, отмывание его холодной водой, снятие защитного слоя (в горячей воде, если восковые покрытия, в скипидаре, если лаковые), промывание в щелочном растворе и окончательная просушка. В некоторых случаях готовые изделия вместо промывания в щелочном растворе протирают древесными опилками. Плавиковая кислота в процессе действия ее на стекло постепенно улетучивается из раствора, крепость ее ослабевает. В то же время на дне емкости собирается осадок кристаллов солей, которые смываются с разрушенной поверхности стекла. Через определенные промежутки времени приходится менять кислоту и очищать емкость от осадков. Удобнее всего собирать осадок широкой лопаткой. Для этого раствор взбалтывают деревянной лопаткой, на дно емкости ставят другую емкость высотой в 3-4 см, полностью закрывающую собой емкость с раствором. Поднявшиеся во время взбалтывания частички разложившегося стекла начинают осаждаться во второй емкости, которую затем осторожно вынимают вместе с осадком. Удаление разложившихся частичек стекла можно производить и кистью, но при этом необходимо строго соблюдать технику безопасности. Светлое травление и полирование стекла. Светлое травление, в отличие от матового, дает возможность получать рисунок, отличающийся прозрачностью и блеском. Его производят смесью плавиковой и серной кислоты, которая не только разрушает стекло, но и хорошо удаляет с его поверхности слой образующихся при этом кристаллов. Применяют следующие составы:

плавиковая кислота (35%)....16,7
серная кислота (80%)........22,6
вода........................60,7

плавиковая кислота (35%)...100
серная кислота (80%)........40
вода........................60

В зависимости от сорта стекла, температуры травильного состава, глубины рисунка время действия кислоты может колебаться в довольно больших пределах - от 2 до 30 мин. На основе светлого травления разработана технология химического полирования изделий из стекла. Используют, например, смесь такого состава (в массовых частях):

плавиковая кислота (60-65%)..25
серная кислота (80%).........50
вода.........................25

Как видим, по сравнению с раствором, применяющимся при светлом травлении, при полировке доля серной кислоты возрастает с 40 массовых частей до 50. Это делают для того, чтобы повысить растворимость и смываемость образующихся солей. Для этой цели изделие после 15-30 с химической обработки опускают в теплую воду, которая и смывает соли с поверхности стекла. Переменное погружение может повторяться 3-4 раза. Возможен и другой ритм травления, а именно 8-10 погружений продолжительностью по 5 с. Температура должна поддерживаться на уровне 40-50°С. После употребления смеси в течение 1-3 ч в нее добавляют дополнительно HF и H2S04 в соотношении 1:2 (на 10 л раствора достаточно добавить 0,5 л новой смеси). По окончании полировки изделие должно быть тщательно промыто в теплой воде, в противном случае рисунок, а иногда и поверхность изделия в отдельных местах получатся матовыми. Это происходит не только от небрежного мытья, но и от несвоевременности промывки, так как оставшаяся на его поверхности кислота продолжает разъедать поверхность. Химическая полировка изделий не только улучшает блеск изделия, но и повышает в 3-4 раза производительность труда по сравнению с механической полировкой. Но при этом изделие лишается своего естественного блеска, получающегося в процессе огневой полировки слоя, что значительно снижает его механическую прочность. Кроме того, эта работа требует чрезвычайно строгого соблюдения правил техники безопасности. Матовое травление позволяет получатьc веторассеивающую поверхность стекла.В зависимости от вида стекла применяют различные составы:

фтористый аммоний ........... 125 г
плавиковая кислота .......... 150 мл
вода дистиллированная ....... 250 мл;

фтористый аммоний ........... 250 г.
серная кислота ............... 50 мл
сульфат аммония .............. 25 г
вода дистиллированная ....... 250 мл

кремнефтористый калий ....... 250 г
соляная кислота ............. 250 г.
сульфат калия ............... 140 г
вода дистиллированная ...... 1000 мл

кремнефтористый аммоний ..... 160 г
сернокислый барий ....... 200-220 г
вода дистиллированная ....... 200 мл.

Часто для усиления образования солей на протравливаемой поверхности и получения более равномерного матового слоя к основному составу добавляют соли K2S04, ZnCl2 и др. Наиболее тонкую матовую поверхность получают при помощи солей калия. Натриевые соли, хотя и быстрее действуют на поверхность изделия, но образуют неровно-грубоватую поверхность. Аммониевые соли делают поверхность более тонкой. Характер матовости зависит от температуры раствора и продолжительности процесса. Температура колеблется от 15 до 30°С, продолжительность от 1 до 15 мин. Иногда матировать изделие удобнее не раствором, а пастой. Для получения матирующих паст употребляют индифферентные вещества (загустители): декстрин, крахмал, муку, казеин, фторит, криолит и др. В связи с тем, что при протравливании пастами любое их движение исключено, получают более зернистые и грубые поверхности. Если в матирующий состав добавить соли калия, то это придаст поверхности стеклоизделий более мягкую и ровную фактуру.
Примерный состав пасты:

фтористый аммоний .........10 г
плавиковая кислота (50%)...10 мл
сульфат бария .............25 г

При соотношении пасты и загустителя 1:1 матирование продолжают 5-10 мин. Если к пасте добавить небольшое количество глицерина, то ею можно писать при помощи пера. Для усиления действия пасты добавляют плавиковой кислоты. При протравливании небольшого участка стекла, чтобы паста не расползалась в стороны, ее окружают небольшим валиком из воска, парафина или пластилина. Рисунок можно нанести при помощи резинового штемпеля. Для этого употребляют жировые вещества, которые затем припудривают солями фтористого аммония. Для проведения более интенсивной реакции изделие нагревают до 30-40°С. Этим же штемпелем можно отпечатать рисунок из защитного материала, тогда рисунок будет блестящим, а фон - матовым.

Техника надписей на стекле кистями

На стекле пишут несколько иначе, чем на других материалах. Текст на стекле пишут с обратной стороны, как правило, по шаблону, вычерченному на кальке. При отсутствии кальки шаблон можно сделать из проолифленной белой бумаги. Шаблон должен быть вычерчен тщательно, особенно для академического шрифта. Приступая к выполнению надписи на стекле, его прежде всего необходимо промыть водой с мылом или содой и высушить. Затем на столе расстилают белую бумагу и на нее кладут стекло. На это стекло наклеивают шаблоны букв, которые необходимо написать. Для наклейки шаблонов может быть использован столярный клей, декстрин или просто мякиш свежего ржаного хлеба. Наклеив буквы, стекло поворачивают оборотной стороной и буквы прописывают с тыльной стороны стекла. Получаем зеркальное изображение надписи. После окончания работы следует внимательно просмотреть все буквы на просвет и, если будут обнаружены не покрытые краской места, их следует еще раз прописать. Через один-два дня, когда краска подсохнет, шаблоны снимают, стекло кладут на лист белой бумаги и по металлической линейке ножичком или лезвием бритвы подравнивают границы линий (рис. 3.29).

Рис. 3.29. Подравнивание простых надписей на стекле

Необходимо помнить, что линии в углах должны несколько выдаваться к полю, чтобы при подравнивании границ получить резкий прямой угол. Затем составляют из масляных красок нужный колер для фона, на котором будет располагаться надпись, и им покрывают всю поверхность стекла, где написаны буквы. Краску наносят тампоном, обернутым марлей. После того как краска высохнет, поверхность покрывают вторично более плотным слоем, который проверяют просмотром стекла на просвет. На стекле обычно пишут масляными или эмалевыми красками. Этими же красками тонируют и фон стекла. Если же стекло с надписью будет лежать на какой-нибудь специальной цветной подставке, его можно не тонировать. Надписи на стекле можно сделать и таким способом: вырезанные из бумаги или материи цветные буквы наклеить на стекло и подложить какую-либо цветную подкладку. Таким способом делают на стекле и красивые орнаментальные узоры. Более сложной является шрифтовая надпись «на просвет». В этом случае окрашивают только фон, а текст остается не заполненным. Для выполнения такой надписи изготовляют шаблон букв, наклеивают его на стекло и с оборотной стороны прописывают вертикальные просветы между буквами и пустоты внутри букв. Оконтурив кромки строки, покрывают фон (рис. 3.30).

Рис. 3. 30. Выполнение надписей на стекле «на просвет»

После высыхания фона и исправления на нем всех дефектов делают из марли и ваты тампон, с помощью которого и лессировочной краски в виде кармина или краплака покрывают все буквы тонким слоем. Приемом «на просвет» можно сделать непрозрачную надпись бронзой. Для этого после высыхания фона буквы покрывают смесью равного количества масляного лака и олифы. Когда лак немного подсохнет, широким мягким флейцем наносят на поверхность букв бронзовый порошок, а затем слой бронзового порошка слегка уплотняют, приглаживая его через бумагу. Если бронзу покрыть сверху еще охрой или кроном, она приобретет яркий блестящий цвет. Надписи «на просвет» можно сделать и другим способом: стекло покрывают каким-либо тоном масляной краски, поверхность которой после высыхания грунтуют белилами. Затем на белую поверхность переводят по шаблону шрифт и процарапывают буквы лезвием бритвы или ножа. Прямолинейные контуры букв при этом тщательно соскабливают по линейке, а криволинейные — по лекалу. Выскабливание букв обычно дает более четкий контур, чем выполнение их кисточкой. Выскобленные на стекле буквы покрывают бронзовым или алюминиевым порошком, или какой-либо другой краской. Если буквы покрыть цветным спиртовым прозрачным лаком и осветить с тыльной стороны, можно получить оригинальную световую надпись, часто применяемую в рекламах. В плакатно-шрифтовых работах надписи часто выполняют палочкой для письма, изготовленной из сухой древесины твердых пород: бука, березы (рис. 3.31). Один конец палочки застрагивают наподобие лопаточки. Для написания шрифтов применяют также плакатные перья (рис. 3.32). Надписи по шаблону или трафарету выполняют довольно часто, так как это значительно облегчает работу.

Рис. 3.31. Выполнение надписей палочкой для письма

Шрифтовые трафареты для набивки полусухой кистью могут быть нескольких видов: в виде целой азбуки, отдельных букв, части букв, отдельных слов, фраз, указателей и т. д.

Рис. 3.32. Палочка для письма и плакатные перья

Пользуясь хорошо вырезанными трафаретами можно достаточно четко написать текст. За неимением под рукой готовых шрифтовых трафаретов их можно вырезать из использованной целлулоидной рентгеновской пленки. Чтобы пленка при работе находилась на некотором расстоянии от бумаги, снизу ее края оклеивают целлулоидными пластинками шириной 5 мм и толщиной 0,5-1 мм. Прочный трафарет получают, склеивая два листа ватмана с прослойкой бязи между ними. После склейки трафарет хорошо проолифливают. При вырезании трафаретов букв, чтобы сохранить в трафарете выпадающие серединки, а также удержать при набивке вырезанные в буквах места, оставляют перемычки, например в буквах Н, Б, В и др. Для набивки букв по трафарету размечают предварительно места расположения букв и затем кистью набивают трафарет. Надписи на стекле можно получать также используя специальные чернила.

Белые чернила для стекла. В фарфоровой ступке перемешивают 20 г каолина хорошего помола и 80 г жидкого стекла (силикатного клея). Полученную смесь хранят в стеклянной посуде. Перед употреблением ее тщательно перемешивают.

Черные чернила для стекла. Тщательно перемешивают 20 г древесного угля в порошке, 20 г полиграфической черни и 60 г жидкого стекла. Смесь процеживают через сито. Хранят в стеклянной посуде. Перед употреблением тщательно перемешивают.

Травильные чернила для стекла:

Раствор А. 36 г фтористого натрия и 7 г сернокислого калия в 0,5 л воды.

Раствор Б. 14 г хлористого цинка в 0,5 л воды с добавлением 65 г соляной кислоты.

Перед употреблением раствор Б малыми дозами вливают в раствор А до получения соотношения 1:1, после чего хорошо взбалтывают. С помощью мягкого пера, тонкой кисти, деревянной палочки или трубочки из пластмассы рисуют на стекле буквы. Спустя полчаса на стекле появляется сделанная кистью или пером матовая надпись. Этим способом можно изготовлять этикетки на стеклянных банках или бутылках вместо бумажных. Такие надписи-этикетки удобнее не только в том отношении, что они прочнее бумажных, но и подменить их не так легко.

Варианты составов на основе плавиковой кислоты:

Плавиковая кислота 50%. Обработку ведут по следующей технологии. Стекло помещают в рамку из деревянных реек, снизу которой натянуты два слоя полиэтиленовой пленки. По краю стекла делают небольшой буртик из пластилина. Сверху тонким слоем наливают раствор плавиковой кислоты и выдерживают в течение 5—10 с. при температуре раствора 30—40 °С. После этого стекло промывают 5%-ным раствором питьевой (кальцинированной) соды, затем водой. 2. Плавиковая кислота—12 м. ч., сернокислый барий — 10 м. ч., фтористый аммоний — 10 м. ч. Заливают поверхность стекла тонким слоем раствора. Как только раствор высохнет, поверхность промывают 5%-ным раствором соды, а затем водой. В 25 м. ч. дистиллированной воды распускают 1 м. ч. желатина и добавляют 2 м. ч. фтористого натрия (калия). Покрывают этим раствором чистое стекло, сушат. Затем поверхность заливают 6% соляной кислотой. Время обработки 40—50 с, температура около 18 °С. После этого стекло тщательно промывают водой. Насыпают на стекло тонким слоем 12 м. ч. фтористого натрия. Отдельно смешивают 30 м. ч. воды, 30 м. ч. этилового спирта и 4 м. ч. Ледяной уксусной кислоты. Этим раствором заливают поверхность, посыпанную фтористым натрием. Время обработки 30—40 с, температура около 18°С. После обработки стекло тщательно промывают водой. Необходимо отметить, что в двух последних рецептах в результате реакции образуется плавиковая кислота. Она-то и травит стекло, делая его матовым. Есть также проверенный рецепт, где отсутствуют плавиковая кислота и жидкое стекло. Он включает два раствора. Раствор А: в 35 м. ч. дистиллированной воды растворяют 8 м. ч. хлористого натрия (поваренной соли) и 0,7 м. ч. сернокислого калия. Раствор Б: в 50 м. ч. дистиллированной воды растворяют 1,5 м. ч. хлористого цинка и 6,5 м. ч. соляной кислоты. Раствор Б вливают в раствор А малыми порциями и непрерывно перемешивают. Состав наносят на подготовленное стекло и выдерживают 30 мин. Затем стекло тщательно промывают. Используя матовое стекло, можно делать и различные «занавески». Стекло тщательно моют с мылом и сушат. По верхнему краю приклеивают широкую изоляционную ленту (хлорвиниловую). Ниже, отступив 3—4 см, наклеивают узкую полоску изоляционной ленты. Готовят предохранительный состав: в 20—30 м. ч. расплавленного парафина вводят 70 м. ч. керосина (осторожно — огнеопасно!). Резиновым штампом (можно использовать часть резинового валика для накатки рисунков при малярных работах) в промежутке между изолированными лентами наносят предохранительным составом рисунок. Затем по краю стекла и верху широкой изоляционной ленты делают валик из пластилина. Стекло кладут в ванночку. На поверхность, ограниченную валиком, наливают тонкий слой раствора и проводят травление раскрашенной стороны стекла. «Занавеска» на один переплет готова. «Тюль» на всей плоскости стекла делают с помощью уже упоминавшегося резинового валика для накатки рисунка при малярных работах. Выбирают валик с самым мелким рисунком. Можно некоторые крупные детали на валике разделить острым ножом на мелкие. Готовят стекло и предохранительный состав. В последний добавляют небольшое количество любой темной жирорастворимой краски (чтобы рисунок было легко видеть). Резиновым валиком за несколько проходов покрывают стекло рисунком из предохранительного состава. Иногда имеет смысл один или два прохода сделать под углом 90° к первоначальному (для большей оригинальности рисунка). Стекло по краю окантовывают валиком из пластилина и кладут в ванночку для травления. После обработки предохранительный состав смывают ацетоном. Затем стекло моют с мылом. «Тюль» готов.

Травление стекла по Гопкинсу

Хороший рецепт для приготовления небольшого количества травильной жидкости дает А. Гопкинс в "Scientific American": 24 плавиковой кислоты, 60 кристаллической соды (в порошке), 10 см3 воды. Употреблять эту травильную жидкость лучше всего следующим образом: сначала тщательно очищают стекло от всякой грязи. Затем место, которое надлежит сделать матовым, обводят бордюром из восковой массы, составленной из воска, сала, канифоли и асфальта (в порошке), смешанных вместе. Бордюр не дает разлиться травильной жидкости на те части поверхности стекла, которые не желают травить. Стекло подвергается сначала действию (в течение нескольких минут) обыкновенного травильного раствора (раствор плавиковой кислоты 1 : 10), который затем сливается. После этого поверхность стекла обмывается водой и высушивается как можно тщательнее с помощью губки или ватки. Затем стекло подвергается действию вышеуказанной травильной жидкости, которая наливается на стекло до тех пор, пока не образует толстого слоя. Жидкость оставляют на стекле в течение часа, после чего ее сливают и поверхность обмывается водой. Воду оставляют на стекле, пока образуется тонкая пленка силиката. Пленку эту счищают, а поверхность стекла еще раз промывают водой и бордюр из воска снимают.

Травление стекла по Калльетэ

Некоторые вещества прилипают к стеклу так крепко, что если их постараться отделить, то вместе с ними отдираются чешуйки стекла. Этот факт обратил на себя внимание французского профессора Калльетэ в то время, как он изучал способ припаивания стекла к металлам.

Изобретенный им тогда способ спайки применяется при приделывании кранов и прочих металлических приспособлений к стеклянным трубкам, предназначенным для проводки газов под высоким давлением. Для того чтобы припаять кусок металла к стеклянной трубке, достаточно посеребрить последнюю, чтобы сделать ее проводником электричества, и затем наложить на посеребренную часть кольцо из гальванической меди, к которой можно припаять любой металл оловом. Гальваническая медь, наложенная таким образом, так крепко прилипает к стеклу, что, если не захотят снять, то вместе с нею сдираются кусочки стекла.

Травление стекла по Кампманну

Еще более простой способ был предложен Кампманном в Вене. При приготовлении травильной жидкости последний употребляет деревянную посуду, железные части которой (обручи и т. п.) защищены от разъедающего действия кислотных паров слоем асфальтового лака.

Этот сосуд наполняется на 1/5 своего объема крепкой плавиковой кислотой, которая частично нейтрализуется осторожным и постепенным прибавлением нескольких кристаллов соды. Затем прибавляют еще немного соды небольшой деревянной лопаточкой. Сода прибавляется до тех пор, пока смесь не начнет пениться и не загустеет настолько, что будет прилипать к деревянной лопатке. Ввиду того, что кислотные пары очень вредны для здоровья, эту операцию следует производить на открытом воздухе, чтобы пары быстро уносились. Содержимое котла состоит теперь из хлористого натрия и нейтрализованной плавиковой кислоты. Смесь переливают в деревянную чашку и разбавляют водой, в 5-10-кратном количестве ее объема, смотря по тому, какой крепости желают получить травильную жидкость. Не рекомендуется употреблять смесь в слишком концентрированном виде, потому что в таком случае поверхность стекла при травлении получается неровной, грубозернистой и обсыпанной мелкими кристаллами. Если, с другой стороны, травильная жидкость слишком разбавлена водою, то поверхность стекла получится прозрачной, а не матовой. Оба эти недостатка можно легко исправить: если раствор слишком крепкий, то нужно прибавить небольшое количество плавиковой кислоты, частично нейтрализованной содой.

Травление стекла по Лайнеру

До настоящего времени предполагали, что для матовой протравы стекла необходимо употребление дорогостоящих хлористых солей. Недавно А. Лайнер открыл, что можно приготовить сравнительно дешевую травильную жидкость без хлористых солей. В "Polytechnisches Journal" помещены следующие два его рецепта:

а) Сначала приготовляют два раствора: Раствор I, состоящий из 1 части соды в 2 частях теплой воды и Раствор II, состоящий из 1 ч.поташа в 2 ч. теплой воды. Оба раствора I и II смешивают и к смеси прибавляют 2 ч. концентрированной плавиковой кислоты, а затем Раствор III, состоящий из 1 ч. сернокислого калия в 1 ч. воды.

б) Второй рецепт состоит из следующих составных частей: 8 воды, 4 поташа, 1 растворенной плавиковой кислоты и 1 сернокислого калия. Эту смесь обрабатывают хлористоводородной кислотой и поташом, пока она не вызовет матовой поверхности желаемой степени на пробном куске стекла.

Травильная жидкость для стекла

Истолочь в фарфоровой ступке 1 хлористого аммония и 1 сернокислого бария в мелкий порошок, высыпать в свинцовый сосуд и прибавить хлористоводородной кислоты до получения густой жидкости, размешивая свинцовой палочкой. 
(В таком составе раствор конечно ничего травить не будет, скорее всего имеется в виду не хлористый аммоний, а фтористый, или как описано в похожем рецепте травления стекла).

Жидкость можно влить в склянку, покрытую внутри парафином, для чего подогревают склянку, вливают в нее немного расплавленного парафина и вертят ее до тех пор, пока парафин покроет дно и внутренние стенки.

Начертание букв и узоров на стекле производится отточенным гусиным пером, и через полминуты жидкость смывается. При употреблении кислоты нужно соблюдать крайнюю осторожность, чтобы она не попала на кожу. Кислота вызывает сильные ожоги, трудно поддающиеся лечению. Пары также очень вредны для здоровья, поэтому процесс травления должен быть произведен в стеклянном шкафу.

http://glass.scud.ru/etching_glass/matting_glass.php

Вытравливание надписей на стекле

Для получения на стекле, например на бутылках с химикалиями и шкалах, несмывающихся надписей, составляют отдельно два раствора (частей):
1.
хлористого цинка .. 14
соляной кислоты ... 65
воды .............. 500
2.
поваренной соли ... 36
сернистого калия .. 7
воды .............. 500

Оба раствора в равных частях смешивают в углублении, сделанном в толстом куске парафина. Полезно к смеси растворов добавить две-три капли туши (но не чернил!), чтобы надписи были заметны во время их выполнения. Надписывание производят острым кончиком кисточки для акварельных красок или чистым пером. Надпись вытравливается на стекле примерно через полчаса, после чего стекло необходимо промыть водой.

Е.Н. Горячкин "Лабораторная техника и ремесленные приемы" Москва Просвящение 1969, стр 331-332

Это еще один яркий пример того, как в книгах перевирают рецепты, похоже на детскую игру в испорченный телефон. Естественно, что в таком составе никакого травления, кроме вони от выделившегося сероводорода, не будет. Здесь просто нет реагента, который мог бы травить стекло. Ниже приведен правильный рецепт.

Надписи-этикетки на стекле

В некоторых случаях бывает полезно вместо бумажных этикеток, наклеиваемых на стеклянные бутылки и банки, делать матовые надписи непосредственно на стекле. Такие надписи-этикетки удобнее не только в том отношении, что они прочнее бумажных, но и подменить их не так легко. Ввиду этого считаем небесполезным привести следующий состав, рекомендуемый для вытравления на стекле матовых надписей-этикеток.

1.
хлористого цинка .. 14
соляной кислоты ... 65
воды .............. 500
2.
фтористого натрия... 36
сернокислого калия . 7
воды ............... 500

При употреблении оба эти раствора смешивают в равной пропорции и с помощью мягкого пера или тонкой кисти рисуют на стекле буквы. Спустя полчаса на стекле появляется сделанная кистью или пером матовая надпись-этикетка.

.