Текст книги "Варка. Способы обработки. Материалы и инструменты. Декоративное покрытие. Гравёрные работы"

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.

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.

Алмазные круги изготовляют концентрацией алмазов 25-200 с интервалом 25 единиц. Для обработки стекла обычно используют круги концентрацией 50, 100, 150. Концентрацию алмазных кругов выбирают с учетом зернистости круга, вида и режимов обработки, состояния шлифуемой поверхности. Типоразмер алмазного круга и его характеристику выбирают в зависимости от выполняемой операции, формы обрабатываемого изделия и способа его изготовления; диаметр круга и толщину алмазоносного слоя определяют формой изделия и видом рисунка.

Алмазные, карборундовые, электрокарборундовые круги затачивают, придавая им различные профили для разных видов обработки.

При обработке изделий из стекла алмазным инструментом в качестве охлаждающей жидкости применяют воду. Вода охлаждает алмазный круг и обрабатываемое изделие и предотвращает таким образом появление прижогов и образование трещин на поверхности стекла, облегчает процесс нарезания граней. При этом уменьшается шероховатость обрабатываемой поверхности, лучше удаляется шлам с поверхности круга и из зоны обработки, благодаря чему меньше засаливаются зерна и круг. При шлифовании стекла алмазным инструментом применяют смазочно-охлаждающие жидкости.

Декорирование выдувных изделий

Гутное декорирование

Гутным декорированием называется украшение изделий при выработке. Разнообразные приемы гутного декорирования позволяют создавать разнообразные художественные изделия, обогатить ассортимент выдувных изделий. Гутное декорирование – это цветной наклад, вырезание и налеп, рельефное украшение поверхности, вплавление стеклянной крошки и декоративных пластинок, украшение тканями из стекловолокна, создание стилизованных фигурок свободным формованием и т.п.

Изделия из накладного стекла изготовляют различными способами в зависимости от вида изделий и их последующей обработки. Накладные изделия изготовляют двумя способами: с помощью цапф ( при использовании дорогостоящего цветного стекла) и набором цветной стекломассы непосредственно из горшка или ванной печи.

Цапфы 1 – это отожженные сплошные цилиндры цветного или глушеного стекла. При изготовлении накладных изделий цапфы предварительно разогревают, прилепляют к концу стеклодувной трубки и подогревают до рабочего состояния в окне нагревательной или стекловаренной печи. Одновременно из бесцветного стекла изготовляют баночку 2, которую соединяют с размягченным концом цапфы (рис.б) и после этого ножницами отрезают нужное количество стекла. Затем баночку с цветным стеклом разогревают и цветное стекло, расплавляясь, растекается по ее поверхности (рис.в). На баночку, покрытую цветным стеклом, набирают бесцветное стекло и после этого выдувают изделие. При этом слой цветного стекла получается внутри стенки изделия. Но, повторим, этот способ используется редко из-за его дороговизны.

Обычно цветной наклад изготовляют, набирая цветное стекло непосредственно из горка или ванны. На бесцветную баночку набирают цветное стекло, из которого выдувают тонкостенный пузырь.

Этот пузырь разогревают так, чтобы размягчилась только верхняя его половина. После этого трубку поднимают и создают разряжение внутри шара. Разогретая часть шара втягивается внутрь так, что образуется двухстенная воронка (рис.б).

Внутрь воронки помещают набор бесцветного стекла (рис. в). Верхний слой цветного стекла смачивают водой и отбивают. После этого изделие выдувают обычным путем.

При изготовлении мелких изделий с нацветом, в частности рюмок с бесцветной ножкой, из цветного стекла раздувают тонкостенный шар, верхнюю часть которого разогревают до пластичного состояния. После этого, не прекращая вращения, интенсивно вдувают воздух внутрь шара. В верхней части шара продувается отверстие, которое при продолжающемся нагревании трубки и вдувании воздуха расширяется до воронки. После этого нагревание прекращают, а воронку ставят на подставку, помещают в нее набор бесцветного стекла и выдувают изделие обычным путем.

Цветной наклад можно получить из отпрессованных и отожженных заготовок цветного стекла в виде полусфер. Заготовки разогревают и получают цветной наклад по обычной технологии. При такой технологии экономится цветное стекло.

Для получения наклада в верхней части в форме предварительно выдувают цилиндр из цветного стекла, который после отжига разрезают на кольца. Чтобы прикрепить цветное кольцо к бесцветному набору, кольцо сильно разогревают и вставляют в гнездо в верхней части формы, в которой выдувают бесцветную пульку. Цветное кольцо пристает к пульке. Для хорошего спаивания пульку с цветным кольцом разогревают и выдувают в окончательной форме. Таким же образом изготовляют изделия с разграниченным накладом, например в виде горизонтальных колец.

Частичный наклад можно получить, используя небольшие пластинки или набор цветного стекла, При этом возможно получение цветных пятен как на всей поверхности изделия, так и на небольших ее участках. Цветные пятна получают, нанося на бесцветную баночку или пульку небольшие пластинки или кусочки цветного стекла.

Аналогичным образом изготовляют изделия с разграниченным накладом в виде горизонтальных колец.

В данном случае во избежание растрескивания цветных колец их разогревают путем разогрева формы. Таким же образом можно получать вертикальные цветные полосы. При этом в форму в вертикальном положении вставляют отрезки цветных полос. Для спиралеобразного расположения на изделии цветных полос необходимо к дну пульки с вертикально расположенными полосами прилепить понтию и, вращая заготовку, превратить вертикальные полосы в спиральные. Затем пулька отбивается от понтии, разогревается,, место прилепа заглаживается и изделие выдувается в форме.

Частичный наклад можно выполнить с применением пластинки цветного стекла или цапфы. Здесь возможно нанесение цветных кружков и пятен как по всей поверхности изделий, так и на небольших участках. Можно получать также цветной наклад на изделии под углом. Один из приемов получения такого наклада состоит в том, что из цветного стекла выдувают баночку, прокалывают ее шилом, расширяют отверстие и ножницами отрезают часть стекла под углом. Затем осуществляют набор бесцветного стекла и после оформления пульки выдувают изделие в форме.

Для выработки изделий с постепенным ослаблением окраски снизу вверх на бесцветный набор снизу накладывают цветное стекло, при этом границу соприкосновения стекол можно сдвигать по внешней поверхности набора. После раздувания баночки на нее набирают бесцветное стекло, раздувают пульку, выдувают и оформляют готовое изделие.

Для получения изделий с постепенным ослаблением окраски сверху вниз из набора цветного стекла изготовляю продутую баночку. На эту баночку набирают бесцветное стекло, раздувают пульку, выдувают и оформляют готовое изделие.

Одним из способов получения частичного наклада является получение на изделиях акварельного пятна. В данном случае цветное пятно наносится с помощью тонкостенной, специально выдуваемой тонкостенной пульки. При этом происходит сплавление стенок бесцветной пульки со стенками цветной, Остальное цветное стекло, оставшееся на пульке, удаляется. Акварельное пятно на изделии может быть получено при нанесении цветного слоя как на баночку, так и на пульку.

Этим способом можно получать рисунок по трафарету, кроме того он дает мягкий оттенок цвета.

Эффективным способом гутного декорирования является навивка цветной нити. Простейший способ нанесения нити состоит в том, что один из мастеров выдувает пульку, а второй набирает на трубку цветное стекло, закатывает на металлической плитке, превращая его в штабик. Далее штабик разогревается и конец его прикрепляют к основанию пульки. При этом мастер, держащий стеклодувную трубку с пулькой, вращает ее, и цветное стекло навивается на пульку. Толщина получаемой при этом нити пропорциональна скорости вращения пульки и вязкости цветного стекла. Чем выше скорость вращения и ниже вязкость стекла, тем нить тоньше, и наоборот, чем медленнее вращает пульку мастер и чем выше вязкость стекла, тем толще получается нить (рис.).

Интересный декоративный эффект получается при зачесывании нити, т.е. оттягивании ее вниз или вверх при помощи пинцета, крючка и т.п. Иногда для декорирования изделий применяется так называемая путаная нить, которая получается при беспорядочном хаотичном нанесении нити на поверхность пульки. При нанесении нити из сульфидно-цинкового стекла на пульку из свинцового хрусталя нить приобретает темно-дымчатый след с металлическим отливом. Часто цветная нить наносится на край изделия, который оформляется непосредственно в процессе выработки.

Рельефное украшение стеклоизделий

Вальцованные изделия. Эти изделия имеют рельефную внешнюю и внутреннюю поверхность за счет применения формирующих элементов (рис.).

Вальцованные изделия изготовляют следующим образом. Набор стекла после закатывания его в катальнике сильно выдувают в рифленую металлическую или керамическую форму, в результате чего на боковой поверхности набора образуются выступающие волнообразные валики. При дальнейшем разогреве и окончательном выдувании изделия валики несколько сглаживаются с внешней стороны, а внутренняя сторона, напротив, становится более рельефной, волнистой, Таким образом достигается выразительный декоративный эффект – игра света, обусловленная преломлением на рельефной поверхности, Этот эффект характерен для всех видов вальцованных изделий. Вспомогательные формы и приспособления бывают различных конструкций и размеров, например, состоящие из металлических полос. Когда набор стекла предварительно выдувается в эту форму, поверхность стекла несколько продавливается между полосами и равномерность толщины стенок нарушается. Дальнейшее выдувание происходит как обычно. Можно также пользоваться приспособлением из металлических прутьев с верхним отгибом.

Приварка и налеп декоративных элементов. Этот вид гутного декорирования широко применяется при декорировании изделий разнообразной формы. Примером такого декорирования может служить изготовление рюмок, бокалов, фужеров с лепестковой ножкой. На выдутый сосуд подают набор стекла и отрезают определенную порцию. С помощью металлического крючка или пинцета формируют лепестки на нижней части сосуда. Пинцетом слегка подрезают нижнюю часть набора и оттягивают ножку. Донышко формуют обычным способом. Налепы можно производить и другими способами. На горячую поверхность выдутого изделия подают порцию стекломассы и затем с помощью ручного штампа придают ей нужную форму. Для создания определенного рельефа налепа можно использовать форму с последующим закручиванием отформованного налепа пинцетом. Аналогичен прием налепа тонкого слоя окрашенного стекла. В этом случае набор стекла подается на рамку, в него вдувается воздух. После отбивки лишнего стекла налеп выравнивают с помощью стержня. После удаления рамки производится окончательное выравнивание краев. При необходимости производится подогрев. Иногда выполняются сферические налепы из цветного стекла на вальцованных изделиях. Для этого на вальцованную заготовку навиваю стеклянную нить, При этом нить прилепляется только в выпуклых местах заготовки. Затем мастер нагревает заготовку и слегка выдувает ее. В местах, где нить не пристала к стеклу, она сначала утоньчается, а затем обрывается. Под влиянием сил поверхностного натяжения формируются сферические налепы на выпуклостях вальцованной пульки. Далее изделие свободно выдувается и отделывается.

Рельефное формование и декорирование изделий характерно для гутного изготовления художественных скульптурных форм. Здесь стилизованный выдувной корпус из цветного стекла сочетается с бесцветными рельефными налепами. Аналогичные приемы характерны также для сплошных скульптурных форм (рис.).