Физика и химия стекла, 2021, T. 47, № 3, стр. 350-353

ВВЕДЕНИЕ

Свинцовосиликатные стекла (ССС) являются основным материалом для изготовления электронных умножителей и микроканальных пластин (МКП). Состояние поверхности стекла влияет на коэффициент вторичной электронной эмиссии, который определяет конечный параметр МКП – коэффициент усиления. В [1–5] показано, что присутствие посторонних примесей на поверхности свинцовосиликатных стекол может влиять на эмиссионные характеристики каналов МКП. В настоящей работе анализировали влияние различных органических растворителей на поверхностные характеристики стекол С87-2 и С78-4 после шлифовки и полировки.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследовали свинцовосиликатные стекла марки С87-2 (SiO₂ – 40.2%, PbO – 41%, Na₂O – 7.0%, BaO – 7.0%) и C78-4 (SiO₂ – 36.8%, PbO – 54%, BaO – 3.0%). В качестве образцов использовали диски стекол (d = 25.0 мм, h = 0.45 мм). Резку производили алмазным диском со скоростью 12.5 мм/мин. Образцы шлифовали на замше с суспензией на основе трансформаторного масла, алмазной пасты НОМГ2/1 и изопропилового спирта. Полировку выполняли с использованием суспензии, приготовленной на основе кашицы отмученного фотопола, глицерина и дистиллированной воды. По окончании механической обработки образцы стекол промывали в бензине [6].

В экспериментах использовали следующие растворители класса “ос. ч.”: бензол, толуол, четыреххлористый углерод, ацетон, бензин, диметилсульфоксид, хлористый метилен, пентан, пентанол-1, а также изоамиловый, изобутиловый, изопропиловый и этиловый спирты [6].

До и после обработки образцов в органических растворителях состояние поверхности контролировали сканирующим зондовым микроскопом Solver Pro “NT-MDT”, а поверхностный состав оценивали методом электронной оже-спектроскопии. С помощью микрофотометра ИФО-463 измеряли коэффициент прозрачности и методом лежащей капли определялся краевой угол смачивания стекол дистиллированной водой [7–9].

После механической обработки образцы разделены на две группы. Измерения проводили в пяти точках на обеих поверхностях. На образцах первой группы измеряли прозрачность, краевой угол смачивания и регистрировали оже-спектры. Диски из второй группы взвешивали, помещали на 10 ч в один из перечисленных органических растворителей. После этого определяли изменение массы образцов на микроаналитических весах ВЛР-200 (точность до 0.0005 г). Для образцов первой группы измеряли поверхностную концентрацию, оптическую прозрачность и краевой угол смачивания.

Полученные усредненные данные для лучших растворителей (см. табл. 1) показывали, что краевой угол смачивания обработанной поверхности стекол снижается от 40° до практически полного растекания, при этом оптическая прозрачность увеличивается. Из таблицы видно, что выдерживание в растворителях приводит к уменьшению массы образцов. Наибольшее изменение массы образцов наблюдается после выдержки в толуоле.

После механической обработки на поверхности стекол присутствует значительное количество (более 90 ат. %) СН и кислорода, натрия, серы и хлорa. Длительная обработка стекол в органических растворителях, например, стекла C78-4 в толуоле, значительно уменьшает поверхностное содержание углеродных соединений (34 ат. %) и снижает неравномерность его распределения по поверхности, не внося других существенных изменений в состав поверхности (S – 4 ат. %, Cl – 1 ат. %, O – 6 ат. %, Na – 3 ат. %). В ряде случаев после выдержки в толуоле отмечается отслаивание пленок с поверхности стекол (рис. 2). Это свидетельствует об образовании инородного органического слоя на поверхности стекол на этапе механической обработки образцов.

Рис. 1.

Оже-спектры с поверхности стекла C78-4 до (спектр 1) и после обработки в толуоле (спектр 2) при комнатной температуре.

Рис. 2.

Остатки инородного слоя после обработки дисков стекол C78-4 и С87-2 в толуоле.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Механическая обработка поверхности изученных стекол приводит к образованию инородного слоя, состоящего, в основном, из органических соединений, наличие которых обусловлено использованием в шлифовальной суспензии трансформаторного масла. После обработки стекол в толуоле и четыреххлористом углероде в течение 10 ч слой исчезает, значительно снижая концентрацию углеродных соединений и неравномерность их распределения вдоль поверхности, увеличивая оптическую прозрачность и улучшая смачивание дистиллированной водой.