【科普】玻璃表面清潔有哪些處理工藝
玻璃基片和坯體在進(jìn)行玻璃表面處理前，還應(yīng)進(jìn)行表面的清潔處理。因?yàn)榛蚺黧w的清潔程度對(duì)玻璃表面處理的產(chǎn)品質(zhì)量有很大的影響。因此清潔處理對(duì)于后續(xù)的玻璃表面處理工藝是非常重要的。
清潔玻璃表面的方法很多，主要根據(jù)玻璃表面原有的污染程度、滿(mǎn)足后續(xù)的玻璃表面處理工藝以及最終產(chǎn)品使用的目的要求，可采用其中一種清潔方法，也可將幾種方法結(jié)合起來(lái)采用。
玻璃表面清潔有原子級(jí)清潔表面和工藝技術(shù)上的清潔表面兩種類(lèi)型。原子級(jí)清潔表面需在超真空條件下進(jìn)行，是特殊科學(xué)用途所要求的。一般只需要工藝技術(shù)上的清潔表面，以滿(mǎn)足對(duì)產(chǎn)品加工的要求。
常用的清潔處理方法有以下幾種：
1 用溶劑清洗
常用的溶劑有水溶液（酸或堿溶液、洗滌劑水溶液等）；無(wú)水溶劑（乙醇、丙酮、乳化液等）。通常根據(jù)玻璃表面污染物的性質(zhì)來(lái)選擇溶劑的種類(lèi)。
（1）擦洗和浸洗
最簡(jiǎn)單的擦洗方法是用脫脂棉、鏡頭紙、橡皮輥或刷子，蘸水、酒精、去污粉、白堊等擦拭玻璃表面。擦洗時(shí)要防止將玻璃磨傷，同時(shí)要將表面殘余的去污粉、白堊用純水和乙醇清洗掉。
另一種常用的方法是將玻璃放在裝有溶劑的容器中，進(jìn)行浸泡清洗。浸泡一定時(shí)間后，用鑷子或其他特制夾具，將清洗過(guò)的玻璃取出，用純棉布擦干，此法所需設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，成本也較低。
用于清洗的有機(jī)溶劑有乙醇、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯、異內(nèi)醇、甲苯等。
除了利用溶劑溶解污染物以外，還可利用溶劑和玻璃表面的化學(xué)反應(yīng)，以清洗表面，如采用酸洗和堿洗。
實(shí)驗(yàn)室常用的洗液為K2Cr2O7和H2SO4的混合液，能氧化玻璃表面的油污，使油污從玻璃表面上除去。鉻離子容易吸附在玻璃表面，除去比較困難，如要防止鉻離子吸附，可改用硫酸和硝酸的混合液來(lái)清洗玻璃表面。除氫氟酸以外，混合酸加熱至60、85℃時(shí)效果較好。
如玻璃表面風(fēng)化，已形成高硅層，此時(shí)需在清洗液中加人一定比例的氫氟酸，例如使用硝酸和氫氟酸的混合液，可消除風(fēng)化層。
對(duì)于中鉛玻璃、高鉛玻璃以及含氧化鋇的玻璃，不宜用酸清洗，以防止酸對(duì)玻璃表面的侵蝕。
采用NaOH、Na2CO3等堿性溶液，能較好地清除玻璃表面的油脂和類(lèi)油脂，使這些脂類(lèi)皂化成脂肪酸鹽，然后再用水洗去。但浸泡時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，除去表面污染物層即終止，避免玻璃表面受堿侵蝕形成凹凸不平層。
（2）噴射清洗
為了提高清洗效率，生產(chǎn)中常用噴射清洗的方法，利用運(yùn)動(dòng)流體施加于玻璃表面，以剪切力來(lái)破壞污染物與玻璃表面的黏附力，污染物脫離玻璃表面再被流體帶走。通常采用一種扇形噴嘴，噴嘴安裝接近玻璃處，與玻璃表面之間的距離不超過(guò)噴嘴直徑的100倍，噴射壓力為350kPa，壓力愈大，清洗效果愈好。
考慮到降低成本，一般依次使用熱水、含洗滌劑的水溶液、自來(lái)水、去離子水作為溶劑進(jìn)行噴射清洗。
2 加熱處理
加熱處理是比較簡(jiǎn)單的表面清潔方法，可除去玻璃表面黏附的有機(jī)污物和吸附的水分，如在真空下加熱，效果更好。一般玻璃加熱清潔處理的溫度為100-400℃，在超真空下加熱至450℃，可得到原子級(jí)的清潔表面。
可采用電阻絲式高溫火焰加熱方法。采用重復(fù)“閃蒸法”，即在短周期（幾秒鐘）內(nèi)加熱至高溫，反復(fù)“閃蒸”能成功地清潔表面，且避免玻璃表面一些組成的擴(kuò)散和揮發(fā)。不易揮發(fā)的油污，可能受熱分解而在表面殘留炭粒。
只有高溫火焰如氫一空氣火焰，借助具有高熱能的氣體沖擊玻璃表面的油污膜，將能量傳給油污分子而有效地去除油污膜。酒精焰不能使玻璃表面獲得黑色呵痕，煤氣和壓縮空氣火焰可使玻璃表面獲得痕黑色呵痕。
3 有機(jī)溶劑蒸氣脫脂
用有機(jī)溶劑蒸氣處理玻璃表面，在15s-15min內(nèi)能清除玻璃表面的油脂膜，可作為最后一道清洗工序。常用的有機(jī)化合物有乙醇、異丙醇、三氯乙烯、四氯化碳等。在異丙醇蒸氣中處理過(guò)的玻璃其靜摩擦系數(shù)為0.5～0.64，清潔效果好。在四氯化碳、三氯乙烯蒸氣中處理的玻璃其靜摩擦系數(shù)為0.35～0.39，但這些溶劑中的氯與玻璃表面的吸附水反應(yīng)生成鹽酸，鹽酸會(huì)瀝濾玻璃表面的堿，所以用上述兩種溶劑蒸氣處理的玻璃表面常有白粉狀的附著物。用異丙醇蒸氣處理時(shí)，玻璃中的堿也會(huì)與醇分子中的OH一基團(tuán)迅速反應(yīng)，堿被氫取代而從玻璃表面移去，玻璃表面形成硅膠層，這是此法的缺點(diǎn)。
當(dāng)玻璃表面污染比較嚴(yán)重時(shí)，在有機(jī)化合物蒸氣處理前，先用去垢劑洗滌，以縮短有機(jī)溶劑蒸氣的脫脂時(shí)間。此法處理后的玻璃帶靜電，易吸附灰塵，故必須在離子化的清潔空氣中處理，以消除靜電。
4 超聲波清洗
超聲波清洗是將玻璃放在裝有清洗液的不銹鋼容器中，容器底部或側(cè)壁裝有換能器將輸人的電磁振蕩轉(zhuǎn)換成機(jī)械振蕩，玻璃在低頻或高頻的超聲波振動(dòng)下進(jìn)行清洗。
低頻時(shí)，振動(dòng)液中的汽蝕將污濁的玻璃表面的粗粒除去。高汽蝕將損壞玻璃表面，所以低頻時(shí)要小心地控制輸出功率。聲頻時(shí)清洗作用較緩和，可采用較大的功率。超聲波清洗每次操作時(shí)間為15s至幾分鐘，此法得到的靜摩擦系數(shù)為0.4。
5 輝光放電處理
將兩片玻璃夾起來(lái)，兩端夾人錫箔并通電，即沿玻璃表面放電，則可除去表面上的異物。實(shí)際應(yīng)用較多的為輝光放電，在氬、氧等氣體中放電電壓為500-5000v，產(chǎn)生等離子體，玻璃放在等離子體中，受到輝光放電等離子體中電子、陽(yáng)離子、受激原子和分子的轟擊，使表面變清潔。此法常用于鍍膜時(shí)玻璃基片的清潔處理。
6 紫外線(xiàn)輻照處理
利用紫外線(xiàn)輻照玻璃表面，使玻璃表面的碳?xì)浠衔锏任畚锓纸猓瑥亩_(dá)到清潔目的。在空氣中用紫外線(xiàn)輻照玻璃15h就能得到清潔的表面。如果增加紫外線(xiàn)的能量，用可產(chǎn)生臭氧波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)輻照玻璃Imin即可產(chǎn)生很好的效果，這是由于玻璃表面的污物受到紫外線(xiàn)激發(fā)而離解，并與臭氧中的高活性原子態(tài)氧作用，生成易揮發(fā)的H2O、CO2和N2，導(dǎo)致污物被清除。
7 離子轟擊處理
離子轟擊或稱(chēng)離子蝕刻、離子濺射，在表面測(cè)試儀中常用來(lái)清潔樣品表面。常用的濺射離子為Ar+，由離子槍加速。濺射的Ar+可逐步剝?nèi)ケ砻嫖廴疚镔|(zhì)，隨濺射時(shí)間的延長(zhǎng)，剝?nèi)サ谋砻鎸由疃纫搽S之增加。在利用高能離子轟擊玻璃污物的同時(shí)，也會(huì)使玻璃表面自身的一些組成蝕刻去，所以應(yīng)控制適當(dāng)?shù)臑R射速度和濺射時(shí)間，以獲得清潔的玻璃表面，又不致影響原有表面的組成和結(jié)構(gòu)。
8 干冰清洗
此方法是20世紀(jì)80年代末開(kāi)始應(yīng)用的清洗技術(shù)，目前國(guó)外在航空、汽車(chē)制造、食品加工等工業(yè)方面已廣泛應(yīng)用。將干冰顆粒磨成細(xì)粉，通過(guò)噴射清洗機(jī)與壓縮空氣混合，噴射到被清洗物品的表面，起到類(lèi)似刮刀的作用，將污垢迅速剝離、清除。此法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染，速度快、效率高、成本低、操作簡(jiǎn)便，并且在被清洗物表面不殘留清洗介質(zhì)，不需要進(jìn)一步清洗與干燥。在玻璃工業(yè)的表面清洗方面很有應(yīng)用前景。
9 綜合清潔處理
實(shí)際生產(chǎn)中，由于玻璃表面的污物不是一種類(lèi)型，往往有多種組分的污物，所以一方面要根據(jù)污物的類(lèi)型來(lái)選擇清洗劑；另一方面要提高清洗質(zhì)量和清洗效率，常常不能采用單一清潔處理方法，而是采用多種方法進(jìn)行綜合處理。
對(duì)于生產(chǎn)不久，油膩、污物比較少的玻璃，可采用噴射清洗法。先噴自來(lái)水沖洗灰塵，再?lài)娤礈煲呵逑从臀郏缓髧姛崴疀_去殘留的洗滌液，最后用去離子水清洗。也可將噴射和擦洗結(jié)合起來(lái)，先噴自來(lái)水沖洗浮灰，再?lài)娤礈煲翰⒂盟⒆硬料矗缓笥盟驘崴疀_洗，最后用去離子水清洗。
對(duì)于油污比較多的玻璃，先用有機(jī)溶劑浸泡或用有機(jī)溶劑蒸氣脫脂，然后進(jìn)行噴射清洗，除去灰塵等顆粒狀物，最后用軟化水或酒精沖洗。
對(duì)于貯存時(shí)間較久、油污比較多的玻璃，先用酸浸泡，除去風(fēng)化層，用水沖洗去除殘留酸，再用堿性溶液或洗滌劑，并配合刷洗、揩拭或超聲振動(dòng)，以除去油污，然后用水沖洗去除殘留堿性溶液，最后用去離子水、軟化水或酒精沖洗。
清洗液之間彼此是不相容的，從一種清洗液換成另一種清洗液之前，必須用水沖洗去除殘留清洗液以及表面沉淀物，酸洗后再用堿洗，中間必須先用水將酸沖洗干凈，才能再用堿洗。
同時(shí)還要注意清洗液之間的可溶混性，如用水洗后再用有機(jī)溶劑洗時(shí)，必須考慮兩者之間能否混溶，通常由水換成有機(jī)溶劑時(shí)，中間需加一種混溶的助溶劑，如用酒精進(jìn)行中間處理。
已經(jīng)清潔好的玻璃應(yīng)盡快進(jìn)行加工處理，避免貯存時(shí)產(chǎn)生二次污染。如必須貯存，應(yīng)放置在封閉容器、保潔柜、干燥箱內(nèi)的架子上，防止玻璃吸附水分、灰塵和油污。
