Илья Мельников - Варка. Способы обработки. Материалы и инструменты. Декоративное покрытие. Гравёрные работы
Химическая обработка стеклоизделий включает в себя декоративное травление художественных рисунков и полирование алмазной резьбы. В основе этих видов обработки лежат химические процессы взаимодействия стекла с фтористым водородом, плавиковой кислотой и ее солями.
При химической обработке фтористый водород и плавиковая кислота разрушают поверхностную кремнекислородную пленку и кремнекислородные образования – основу стекла; другие оксиды, входящие в состав стекла, также реагируют с фтористым водородом и плавиковой кислотой, образуя фториды и завершая таким образом процесс разрушения стекла. Так как в зоне реакции выделяется и кремнефтористоводородная кислота, то кроме фторидов образуются и соли кремнефтористоводородной кислоты. Если при обработке стекла образуются нерастворимые соли, прочно связанные со стеклом, протравленная поверхность стекла остается матовой, если растворимые – прозрачной.
Химической обработке часто подвергают не все изделие, а только некоторые участки; остальная поверхность, которая должна остаться необработанной, защищается кислотоупорным покрытием. Защитные покрытия изготавливают из восков (пчелиного, озокерита), углеводородов ( парафина, цезерина), высших жирных кислот (стеарина), смол (канифоли, битума, каучука), жиров и масла (льняного, олифы, животного жира), синтетических полимеров (поливинилхлорида), металлов (свинца). Компоненты защитных покрытий комбинируют таким образом, чтобы смеси получились жидкими и их можно было наносить кистью при обычной температуре, или расплавлялись только при повышенной температуре и наносились путем погружения в расплав или обваливанием. Покрытие должно хорошо наноситься на стекло, обладать хорошим сцеплением со стеклом, быть эластичным и прочным при остаточно тонким слое. Защитные покрытия наносят кистью, погружением в расплав, с помощью трафаретной печати, штемпелем, распылением.
При матовом травлении эффект матовости дают нерастворимые кристаллы солей, образующихся при взаимодействии плавиковой кислоты со стеклом. Кристаллы нерастворимых солей защищают поверхность стекла от дальнейшего разрушения, тогда как в промежутках между образовавшимися кристаллами плавиковая кислота продолжает свое разрушающее действие до тех пор, пока не образуются нерастворимые соли. Благодаря этому на поверхности стекла образуются неровности, усиливающие рассеяние света и обусловливающие матовый характер поверхности. Фактура поверхности зависит от состава стекла, скорости протекания реакции, размеров кристаллов и их количества.
При одинаковом травильном растворе на натрий-кальций-силикатных стеклах получается плотная и достаточно грубая фактора, на кальций-свинец-силикатных – более тонкая и полупрозрачная. Повышение температуры ускоряет образование плотной матовой фактуры. При малой скорости протекания реакций повышается равномерность травления, поэтому большие поверхности обрабатывают разбавленными матирующими растворами.
Размеры кристаллов зависят от условий их образования, например, при травлении в водном растворе кристаллы получаются относительно крупными; крупные кристаллы правильной формы делают поверхность стекла более прозрачной. Если травильный раствор приготовлен в виде пасты, то образуются мелкие кристаллы; чем больше кристаллов на единице площади стекла, тем плотнее и менее прозрачна его фактура.
При светлом травлении в результате реакций образуются растворимые соли и стекло получается гладким и блестящим. В следствие того, что соли не защищают стекло, плавиковая кислота может разрушить стекло на большую глубину. При светлом травлении применяют более концентрированную кислоту, которая быстро растворяет стекло, однако фактура стекла может получиться неравномерной и это можно использовать как декоративный прием.
Характер декоративного травления зависит от концентрации плавиковой кислоты и скорости протекания реакции. С течением времени процесс травления замедляется, чтобы его ускорить раствор перемешивают или изделие перемещают в растворе; при этом соли быстрее удаляются из зоны реакции. Если травящий раствор постоянно течет в одном направлении относительно изделия, то на стекле образуются полоски, так называемое линейчатое травление. При травлении по цветному стеклу накапливающиеся соли снимают кистью.
Основные материалы для травления – фтористый водород, плавиковая кислота и ее соли. В зависимости от применяемых материалов существуют следующие виды травления: парами плавиковой кислоты, концентрированной или разбавленной плавиковой кислотой, пастами и т.д. Процесс химической обработки регулируют, добавляя в травильный состав минеральные кислоты и активные вещества, участвующие в образовании фторосодержащих солей. В травильные составы можно вводить взамен плавиковой кислоты фториды аммония или щелочных металлов и минеральные кислоты, которые, взаимодействуя друг с другом, образуют плавиковую кислоту.
Плавиковая кислота разрушает не только стекло, но и другие материалы, поэтому оборудование, которое используют при химической обработке, изготовляют из материалов, не взаимодействующих с плавиковой кислотой.
Для полирования стеклоизделий применяют смесь плавиковой и серной кислот. Основной компонент смеси – плавиковая кислота, вступая в реакцию со стеклом, образует газообразный вторид кремния, а также фториды и кремнефториды металлов. Эти реакции приводят к растворению стекла и сглаживанию шероховатостей на шлифованной поверхности. Фториды и кремнефториды, образующиеся при взаимодействии плавиковой кислоты со стеклом, в основном малорастворимы и быстро покрывают плотным слоем поверхность стекла. Вводимая в полирующую смесь серная кислота взаимодействует с выделяющимися фторидами и кремнефторидами, превращая их в легкосмываемые сернокислые соли. Процесс протекает в два этапа: на первом этапе образуются определенные продукты реакции, на втором – происходят обратимые реакции и их результат зависит от концентрации серной кислоты, содержания воды и температуры.
Для полирования вместо плавиковой кислоты можно использовать ее соли, в частности фторид-бифторид аммония. Для химического полирования изделий из свинцового хрусталя используют полирующую смесь из фторида-бифторида аммония и серной кислоты.
Полирующие смеси приготовляют разных составов и концентраций для обработки разных изделий, Отполированные изделия промывают в воде и серной кислоте разной концентрации; температура полирующих смесей и воды 50-70 градусов С.
Термическая обработка
Термической обработкой называется процесс тепловой обработки, суть которого в нагреве стекла до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении с заданной скоростью с целью изменения или свойств стекла, или формы и поверхности изделия. Видами термической обработки, в результате которых изменяются свойства изделий и материала являются отжиг, закалка, упрочение; меняются форма и поверхность изделий – моллирование, отопка и оплавление края изделий, термическое полирование. Отопку и оплавление края изделий выполняют при предварительной обработке, термическое полирование – в сочетании с другими видами декоративной обработки.
Отжиг – это способ обработки, при котором удаляются или уменьшаются остаточные напряжения в изделиях из стекла, возникающие в процессе их изготовления. При формовании изделий из стекла и их охлаждения между поверхностными и внутренними слоями изделия возникает разность температур из-за слабой теплопроводности стекла. В результате неравномерного остывания поверхностных и внутренних слоев в стекле возникают напряжения сжатия и растяжения. Когда стекло после быстрого охлаждения полностью остывает, т.е. приобретает одинаковую температуру по всему объему, напряжения, возникшие в момент охлаждения, либо исчезают, тогда они называются временными, либо остаются, тогда они называются остаточными. Временные напряжения возникают, когда быстрое охлаждение протекает при температурах, при которых отсутствуют вязкие деформации в стекле. Остаточные напряжения связаны с вязкими изменениями формы стекла. Из-за этих напряжений стекло может растрескаться во время его обработки. Чтобы снять или уменьшить остаточные напряжения, изделия отжигают. Режим отжига зависит от состава стекла, назначения, размеров и формы изделий, условий формования, допустимых остаточных напряжений, Для большинства стекол, из которых вырабатывают художественные изделия, максимальная температура отжига – 500-520 градусов С.
Закалка создает в поверхностных слоях стеклоизделий остаточные напряжения, что повышает механическую и термическую стойкость изделий. Непосредственно после формования производится процесс закалки; он производится в две стадии: сначала изделие нагревают до 500-600 градусов С (в зависимости от химического состава стекла, формы и размеров изделия), затем быстро охлаждают. В результате обработки в изделиях появляются равномерно распределенные напряжения: в наружных слоях сжатия, во внутренних слоях – растяжения. Закаленное стекло в 4-6 раз прочнее отожженного, его нельзя подвергать механической обработке. Закалка – конечная стадия технологического процесса.
