Илья Мельников - Варка. Способы обработки. Материалы и инструменты. Декоративное покрытие. Гравёрные работы
Прочность изделий повышают также их упрочением в расплавах солей. Для этого изделия из стекла, содержащие оксид натрия, выдерживают в течение 1-4 часов в расплаве нитрата калия при температуре 400-500 градусов С. При этом стекло, содержавшее ионы натрия, обмениваются на ионы калия из расплава. За счет более крупных ионов калия в поверхностном слое возникают напряжения сжатия, приводящие к повышению прочности изделия.
При термическом полировании стеклоизделия нагревают до температуры, превышающей температуру размягчения стекла, При этом очень тонкий поверхностный слой стекла разлагается и все микронеровности и микротрещинки, образовавшиеся при формовании или шлифовании, сглаживаются под действием поверхностного натяжения. Термическое полирование способствует повышению химической и механической стойкости изделий.
Механическое полирование и шлифование
На поверхности стекла даже при наличии только атмосферной влаги постоянно происходит процесс гидролиза, продукты которого образуют тончайшую пленку, защищающую стекло от разрушения; по химическому составу эта пленка представляет собой в основном кремниевую кислоту. Защитная пленка имеет большую механическую прочность. Чтобы осуществить процесс полирования необходимо удалить этот защитный слой, для чего необходимо удалить пленку, изменив ее свойства. На пленку воздействуют полирующим материалом, который она впитывает, отвердевая при этом; в таком виде она сравнительно легко удаляется с помощью механической обработки.
Основное условие полирования – высокая дисперсность полирующего материала и его меньшая твердость по сравнению с твердостью обрабатываемого стекла. Частички полирующего материала, скользящие по поверхности стекла, должны снимать с нее только защитную пленку кремниевой кислоты и обнажать для химического действия воды все новые и новые поверхности стекла, не оставляя при этом на стекле даже мельчайших царапин. Полировальник, с закрепленными на нем зернами полирующего порошка, снимает при своем движении защитную пленку с вершин выступов шлифованной поверхности стекла; после этого обнажившаяся свежая поверхность стекла химически взаимодействует с водой и образуется новый слой пленки, который опять снимается полировальником, и так до полного завершения полирования, когда поверхность стекла становится прозрачной и блестящей).
В качестве полирующих используются следующие материалы: пемза – тонкодисперсная горная порода, полирит – смесь оксидов редкоземельных элементов с преимущественным содержанием диоксида церия, получаемая из отходов химического производства, крокус – оксид железа в кристаллической форме.
Эффективность полирования зависит от скорости вращения полировальника, температуры поверхности стекла, от количества и реакции полирующего материала.
При шлифовании обрабатываемое изделие прижимают к металлическому диску (шлифовальнику), на который подают пульпу – смесь абразива с водой; при этом изделию сообщают возвратно-поступательные и круговые движения. При обработке стекла используются различные шлифующие материалы и инструменты.
К естественным шлифующим материалам относятся алмаз, корунд, наждак и кварц; к искусственным – синтетический алмаз, карбиды кремния и бора, электрокорунд. Относительную твердость абразивных материалов оценивают по минералогической шкале твердости – так называемой шкале Мооса. Шкала Мооса – набор стандартных минералов. Твердость каждого минерала оценивают методом царапания эталоном, т.е. стандартным материалом. За эталоны приняты десять минералов, расположенных в порядке возрастания твердости: 1 – тальк, 2 – гипс, 3 – кальцит, 4 – флюорит, 5 – апатит, 6 – ортоклаз, 7 – кварц, 8 – топаз, 9 – корунд, 10 – алмаз. Твердость материалов указывают с точностью до 0,5 балла. Эффективность применения абразивных материалов оценивают их микротвердостью и режущей способностью – количество материала, сошлифованного в единицу времени.
Для эксплуатации шлифующих инструментов решающее значение имеет зернистость порошков, из которых изготавливаются соответствующие инструменты, в основном шлифовальные круги. Номер зернистости определяется в зависимости от крупности зерен основной фракции данного порошка и соответствует размеру сита (в сотых долях миллиметра), на котором задерживается основная фракция порошка. Например, если основная фракция проходит через сито с размером ячеек 2000 мкм и задерживается на смежном сите с размером ячеек 1600 мкм, то такой порошок имеет номер 160. По зернистости порошки подразделяются на шлифзерно (зернистость от 200 до 16 мкм), шлифпорошки (зернистость 12 – 3 мкм), микропорошки (М63 – М14), тонкие микропорошки (М10 – М5). К номеру зернистости микропорошков добавляется буква М; номер порошка соответствует наибольшему размеру (в мкм) зерен основной фракции, примеру, микропорошок, размер основной фракции которого 14 – 10 мкм, обозначается номером М14. Порошки одинаковой зернистости производят с различным содержанием основной фракции. В зависимости от содержания основной фракции в обозначение порошка после номера вводят одну из добавочных букв – В, П, Н, Д; буква В характеризует порошок с наиболее высоким содержанием основной фракции, буква Д – с наименьшим.
Инструментами чаще всего служат шлифовальные круги на основе карбида кремния, электрокорунда, синтетического алмаза на органических и неорганических связках. К органическим связкам относятся вулканитовая, бакелитовая, к неорганическим связкам относятся керамическая, металлическая. В процессе работы связка не должна быстро стачиваться, в то же время связка должна истираться настолько, чтобы затупившиеся зерна выкрашивались своевременно, открывая новые режущие зубья абразива. Если связка истирается медленно, то круг называют твердым, если быстро – мягким; круги делятся на чрезвычайно мягкие, весьма мягкие, мягкие, средней мягкости, средние, средней твердости, твердые, весьма твердые, чрезвычайно твердые.
Алмазные круги. Подавляющее большинство рисунков на стеклоизделия наносят при помощи алмазных кругов. Алмазные круги изготовляют на основе природных и синтетических алмазов. Природные и синтетические алмазы имеют одинаковую кристаллическую решетку, плотность, твердость и другие физико-механические свойства. Они отличаются друг от друга только формой зерен, характером их поверхности, прочностью и хрупкостью.
После дробления синтетические алмазы классифицируют по фракциям. В зависимости от размера зерен, метода их получения и контроля порошки подразделяются на шлиф-порошки (от 3000 до 40 мкм), микропорошки (от 80 до 1 мкм и менее) и субмикропорошки (от 1,0 до0,1 мкм менее). Размер зерен в каждой фракции шлифпорошков определяется размерами сторон ячеек двух контрольных сит в мкм, из которых через верхнее сито зерна должны проходить, а в нижнем задерживаться. Зернистость шлифпорошка определяется по основной фракции о обозначается дробью, у которой числитель соответствует размеру ячейки верхнего сита, а знаменатель – размеру стороны ячейки нижнего сита. Зернистость шлифпорошка обозначается дробью, у которой числитель соответствует наибольшему, а знаменатель наименьшему размеру зерен основной фракции, например, 60/40 обозначает зернистость микропорошка, размер зерен основной фракции которого 60 – 40 мкм.
Алмазные круги заключены в металлический корпус, на рабочей поверхности которого нанесен рабочий алмазоносный слой из шлифпорошка или микропорошка толщиной 1-3 мм в рависимости от размера и назначения круга.
Основными параметрами кругов из синтетического алмаза являются форма, размер, зернистость, связка и концентрация. Форма круга бывает плоская и с двусторонним коническим профилем. Форму, размеры и зернистость кругов выбирают в зависимости от размеров обрабатываемых изделий и выполняемых операций.
Эксплуатационные свойства круга во многом зависят от связки. Для обработки стекла применяют главным образом круги на металлических связках, которые делают из различных композиций цинка, олова, железа, алюминия, меди, никеля. Круги на металлических связках изготовляют с наполнителями – карбидом бора и кремния, электрокорундом. Чтобы наполнитель не влиял на чистоту обрабатываемой поверхности, его зернистость должна быть на 2-3 ступени ниже зернистости порошков из алмаза.
Концентрация алмазов в алмазоносном слое характеризуется массовой концентрацией алмазов и массовой долей алмазов. Массовая концентрация алмазов – это отношение массы алмазного порошка к объему алмазоносного слоя; массовая доля алмазов – это отношение массы алмазного порошка к массе алмазоносного слоя. Относительная концентрация алмазов – это отношение массовой концентрации алмазов к условной массовой концентрации алмазов, равной 0,88 г на 1 см куб алмазоносного слоя (4,39 карата). Это соответствует относительной концентрации 100. Относительная концентрация 150 соответствует концентрации 1, 32 г/см куб.
