Cпособы и виды обработки стеклоизделий
Существуют следующие методы стеклоизделий и обработки стекла: механическая (края) и холодная обработка поверхности стеклянных изделий, химическая, тепловая и нанесение поверхностных покрытий. При декоративной обработке изделий эти методы применяют в различных сочетаниях.
Механическая (холодная) обработка — это обработка стекла резанием. К механической обработке поверхности изделий относится шлифование, полирование, гравировка и гранение. Такие методы, как матирование, притирка (пришлифовывание), градуирование и сверление, являются частными видами перечисленных способов.
Шлифованием именуется процесс снятия слоя стекла абразивным инструментом (шлифовальным кругом). Шлифованию подвергают поверхности плоские и второй формы. Цель шлифования — во-первых, обеспечить верную геометрическую форму изделия и придать ему правильные размеры, во-вторых, подготовить поверхность обрабатываемого изделия к последующей механической обработке — полированию.
Шлифование включает в себя две стадии. Первая стадия — обдирка либо неотёсанное шлифование; на данной стадии используют крупнозернистые абразивы. Вторая стадия — дистировка либо узкое шлифование, в то время, когда поверхность обрабатывают последовательно все более небольшими абразивными порошками.
Сущность процесса шлифования содержится в следующем. Поворачивающийся в горизонтальной либо вертикальной плоскости круг (шлифовальник) опирается собственной тяжестью на зерна абразива, находящиеся на поверхности обрабатываемого изделия. Стекло, со своей стороны, перемещается или в горизонтальной, или в вертикальной плоскости вращательным либо прерывисто-поступательным перемещением.
Наряду с этим зерна абразива перекатываются и попадают в пространство между стеклом и шлифующей подробностью.
В ходе шлифования шлифующая подробность опирается примерно на 15—20% зерен, находящихся под ней. Эти зерна передают стеклу упрочнения от находящейся в движении шлифующей подробности. Размеры зерен абразивного материала неодинаковы в разных направлениях, исходя из этого и действие этих зерен на стекло неодинаково. Оно носит вибрационно-ударный темперамент.
В следствии в точках соприкосновения зерен со стеклом появляются трещины, большая глубина которых зависит от размера и природы зерен выбранного абразивного материала. Большие зерна абразивного материала более прочны, исходя из этого при обработке стекла такими зернами образуются более глубокие трещины, чем при обработке небольшими.
По окончании многократного действия зерен поверхностный слой стекла покрывается сетью трещинок. При последующем прокатывании зерен удаляются осколки, отделяющиеся в следствии растрескивания поверхностного слоя от главной массы стекла. Это ведет к образованию «выколок» либо «каверн». Бесчисленное количество расположенных рядом выколок содействует рассеянию света и образует матовую поверхность, характерную для шлифованного стекла. Глубина выколок от 3 до 30 мкм.
Глубже этого поверхностного, изрытого выколками слоя расположен второй, с более не сильный показателями разрушения. Данный второй слой образован трещинами, идущими в глубь стекла. Толщина его в 1,2… 1,3 раза больше толщины верхнего рельефного слоя.
Отдельные трещины попадают еще глубже.
Так, при шлифовании стекла происходят два параллельных, совпадающих по времени, но не по месту процесса: при первом, что есть подготовительным, происходит разрушение на некую глубину поверхности с образованием развитой сети трещинок; при втором, являющемся производительным, из верхней части слоя, покрытого трещинами, извлекаются осколки, отделенные от главной массы стекла. При шлифовании все более небольшими абразивными порошками структура обрабатываемой поверхности стекла подготовляется к следующей стадии процесса — полированию. В некоторых случаях поверхности, подвергнутые шлифованию, оставляют неполированными, матовыми.
В механическом разрушении стекла при шлифовании участвует и вода, которую подают на обрабатываемую поверхность. Попадая в образующиеся трещины стекла, она оказывает в силу собственной упругости расклинивающее воздействие, что существенно снижает поверхностную прочность стекла, содействуя тем самым увеличению производительности сошлифовыва-ния.
Полированием достигаются зеркальный блеск и высокая чистота поверхности стекла. Полирование в большинстве случаев делают за шлифованием. Эти процессы взаимосвязаны.
Но природа и назначение их разны.
Механизм процесса полирования возможно представить следующим образом. Мягкий полировальник (круг, изготовленный из мягких материалов: войлока, фетра, сукна) с закрепленными на его поверхности зернами полировального порошка снимает на протяжении вращения с вершин, появившихся при шлифовании выколок, предохранительную пленку.
Мгновенно на обнажившихся участках выколок от соприкосновения с влагой, содержащейся в полировальной суспензии, образуется пленка, которая при очередном повороте полировальника снимается полировочным порошком. Под действием жидкости на поверхности стекла происходит процесс гидролиза, т. е. химическое сотрудничество поверхности стекла с водой. Продукты гидролиза образуют .узкую поверхностную пленку, защищающую стекло от предстоящего разрушения.
По составу эта пленка является гелемкремниевой кислоты. На свежей поверхности стекла пленка появляется очень скоро, прочно сцепляется с главным стеклом и имеет большую механическию прочность. Толщина пленки колеблется в зависимости от состава стекла от 0,001 до 0,1 мкм.
Скорость полирования зависит от последовательности технологических параметров. Так, увеличение давления полировальника на изделие постоянно увеличивает скорость полирования. В практике полирования это давление колеблется от 3000 до 13 000 Па. Предстоящее увеличение давления может привести к разрушению температуры изделия и увеличению стекла. На увеличение производительности полирования положительно воздействует повышение скорости полировальника, на практике она образовывает 4…7 м/с.
Предстоящее повышение скорости нежелательно, поскольку это может привести к сбрасыванию полирующего материала с полировальника и к нарушению его контакта со стеклом.
Громадное значение имеет температура поверхности стекла. В большинстве случаев полирование ведут при повышенных температурах (60… 70 °С). Предстоящее повышение температуры приводит к бою стекла от перегрева.
Понижение температуры ниже 60°С существенно тормозит процесс полирования.
Гранение — метод обработки, при котором на поверхности изделия режущей кромкой абразивных инструментов создают узоры в виде разнообразных надрезов либо прорезов, и придают поверхности изделия верные геометрические грани. Как прием механической обработки стекла гранение было заимствовано из приемов обработки природных камней.
По собственной природе процесс гранения не отличается от процесса шлифования стекла, основан на возвратно-ударном действии зерен абразивного порошка на поверхность стеклянного изделия и отличается лишь громадным съемом стекла в ходе обработки. Громаднейшее распространение гранение взяло при декоративной обработке хрустального стекла.
Разновидностью гранения есть алмазная резьба, кое-какие элементы картинок которой напоминают граненые драгоценные камни и приводят к игре света.
Гравирование — вид обработки, при которой на поверхности изделия вырезают разные изображения, орнаменты, надписи. Гравированные картинки бывают выпуклые и углубленные.
Сверление — обработка, при которой в следствии резания сверлом в стекле образуются сквозные отверстия. Значительно чаще отверстия высверливают в технических стеклах. Крайне редко сверлению подвергают декоративные изделия.
Сверление — долгая операция, в ходе сверления изделие может расколоться, прочность изделия по окончании сверления существенно понижается, исходя из этого отверстия в стеклянных изделиях целесообразней делать в ходе их изготовления прожиганием либо прокалыванием при формовании.
При сверлении применяют охлаждающие жидкости: воду, керосин либо скипидар. Назначение этих жидкостей состоит не только в охлаждении стекла, но и в удалении небольших крошек и обломков стекла. Под просверливаемое изделие подкладывают мягкую узкую подложку.
Дабы на выходе сверла из изделия не образовывались громадные раковины и выколки, при достижении сверлом определенной глубины, изделие переворачивают и сверлят иначе.
Градуированием на поверхность изделий наносят главные (опорные) точки, нужные для предстоящего построения отсчетных либо измерительных шкал. Градуирование обширно употребляется при изготовлении химико-лабораторного и специальных стекла , применяемых в правильном приборостроении.
Химическая обработка — декоративная обработка стекла, при которой художественный эффект достигается методом сотрудничества компонентов состава стекла с химическими реагентами (газообразным фторидом водорода HF, его водными растворами, плавиковой ее солями и кислотой), находящимися в контакте с поверхностью изделия.
При химической обработке протекают химические процессы, из-за которых фтористый водород либо плавиковая кислота начинают реагировать не только с этими составляющими стекла, как оксиды лития, натрия, калия, магния, кальция, бария, свинца, цинка, но и с диоксидом кремния, что есть главным компонентом большинства неорганических стекол. В ходе химической обработки образуются фториды, растворимые в воде, чем и завершается процесс разрушения поверхностного слоя стекла, т. е. происходит как бы травление поверхности. Помимо этого, в зоне химического сотрудничества выделяется и кремнефтористоводородная кислота, которая вступает в реакцию с ранее появившимися фторидами, что ведет к появлению среди продуктов родной кислоты и-реакции солей.
В случае если при химической обработке образуются нерастворимые соли, прочно связанные с главным стеклом, протравленная поверхность стекла из прозрачной делается матовой. В случае если растворимые соли смогут быть легко удалены с обработанной поверхности, то стекло остается прозрачным.
Существуют следующие виды химической обработки изделий из стекла: полирование картинок алмазной резьбы на поверхности изделий; матирование поверхности стекла; декоративное травление.
Полирование — это процесс, при котором с поверхности изделия стекла удаляют микронеровности, появившиеся при механической обработке стекла. В следствии полирования поверхность получает блеск и прозрачность. Полирование используют в основном для отделки элементов алмазной резьбы на изделиях из свинцового хрусталя. Изделия полируют смесью водных растворов плавиковой и серной кислот.
Для каждого состава стекла устанавливают собственные режимы полирования, каковые корректируют в ходе работы.
Стекло, подвергнутое химическому полированию, получает серебристый блеск. В случае если вращать такое изделие, то блеск его сперва возрастает, а после этого значительно уменьшается. Угол рассеяния может быть около 20° и более, что и растолковывает появление серебристого блеска.
Химически полированные стекла отражают и рассеивают лучи света, а стекла, полированные механическим методом, характеризуются полным отражением лучей.
Матирование поверхности — метод обработки стекла, при котором на поверхности изделия создается разветвленная сеть микронеровностей и выколок, что ведет к сильному рассеянию света таковой поверхностью. Обработанная так поверхность делается матовой. Матирование применяют для придания элементам рисунка матовости либо создания на поверхности изделия светорассеивающего фона.
Состав травильных растворов для матирования поверхности зависит от состава стекла, желательной фактуры и вида изделий поверхности: тонко- либо грубозернистой. Во многих случаях изделия матируют не растворами, а пастами.
Используют пасты жидкие и частые. При применении жидких паст участки поверхности стекла, каковые должны остаться прозрачными, покрывают защитными составами. Рисунок густыми пастами наносят на поверхность изделия без защитного покрытия.
Декоративное травление — метод обработки, при котором на поверхности изделия методом травления стекла создают рельефный рисунок. Данный метод обработки сходен с механическим гравированием стекла.
Тепловой обработкой именуют совокупность операций, которые связаны с нагреванием изделий, выдерживанием их при больших температурах и последующим охлаждением, направленных на трансформацию или особенностей стекла (отжиг, закалка), или поверхности и формы изготовляемых изделий (моллирование, отопка, оплавление края, термическое полирование). полировщик и Шлифовщик стеклоизделий имеет дело с отопкой, термическим полированием и оплавлением края. Отопку и оплавление края изделий применяют лишь для подготовки изделия к декоративному оформлению.
Отжиг — метод обработки изделий из стекла, что ставит целью удалить либо уменьшить внутренние остаточные напряжения в стеклоизделиях.
При формовании изделий и их последующем охлаждении из-за нехорошей теплопроводности стекла в различных частях изделия появляется разность температур. В следствии поверхностные и внутренние слои остывают неравномерно и в них появляются растяжения и напряжения сжатия. В то время, когда изделие всецело остывает, т. е. температуры по всему количеству изделия выравниваются, напряжения, появившиеся в момент охлаждения, или исчезают, или остаются.
Исчезающие напряжения именуют временными, а те, каковые остаются — остаточными. Наличие в изделии из стекла временных либо остаточных напряжений, в особенности неравномерно распределенных по количеству, отрицательно отражается на его механической прочности. Исходя из этого для снятия напряжений используют дополнительную тепловую обработку — отжиг, что есть нужной стадией технологического процесса изготовления стеклоизделий.
Условия изготовления художественных изделий из стекла особенно содействуют происхождению напряжений. Такие изделия довольно часто изготовляют толстостенными и чем толще стена, тем больше в ней напряжения. Многие художественные изделия имеют сложную конфигурацию при неравномерно распределенной стекломассе по количеству изделия, с резким переходом от узких частей к утолщениям.
В большинстве случаев, художественные изделия в ходе изготовления подвергают или механическому действию, или частичному повторному нагреванию, в связи с чем по высоте изделия появляются территории перепадов температур. На узких стенках изделий довольно часто устанавливают массивные элементы (к примеру, ручки), имеющие в момент соединения более большую температуру. Исходя из этого в местах крепления приставных подробностей появляются местные напряжения.
Разрушение таких изделий, в большинстве случаев, начинается с появления трещин в местах концентрации этих напряжений. Образованию местных напряжений стекла содействует кроме этого использование непрогретых железных инструментов. Время от времени напряжения появляются в изделиях из многослойных (накладных) стекол в .связи с отличием термических коэффициентов линейного расширения соединяемых стекол, и неравномерностью остывания слоев.
Режим отжига зависит от состава стекла, назначения, формы и размеров изделия, условий формования, допустимости остаточных напряжений. Для большинства стекол, из которых создают художественные изделия из стекла, большая температура отжига 500…520 °С.
Успех механической обработки стекла зависит от того, как как следует отожжено изделие. Наличие остаточных внутренних напряжений в стекле может привести к его растрескиванию в ходе обработки.
Закалка — метод обработки изделий, из-за которой в поверхностных слоях стеклянных изделий с целью увеличения механической и термической прочности создают равномерно распределенные напряжения. В следствии прочность закаленного стекла увеличивается в 4…6 раз если сравнивать с прочностью отожженого стекла. Закаленное стекло нельзя подвергать механической обработке.
Закалка есть конечной стадией технологического процесса.
Термическое полирование — метод тепловой обработки, при котором нагретое изделие из стекла подвергается действию острого высокотемпературного пламени. Наряду с этим тонкий поверхностный слой стекла расплавляется и все микронеровности, небольшие трещинки, образующиеся при формовании, под действием поверхностного натяжения, сглаживаются. Термическое полирование содействует кроме этого увеличению химической стойкости и механической прочности изделий.
Для расплавления стекла в поверхностных слоях при термическом полировании используют высокотемпературное пламя, плазменные источники, источники инфракрасного и лазерного излучения.
Нанесение поверхностных покрытий — метод декоративной обработки, при котором на поверхности изделий создают узкие слои металлов либо их оксидов разнообразного состава, свойств и внешнего вида. К примеру, при обработке изделий конкретно по окончании формования растворами солей разных металлов на стекле приобретают цветные оксидометалличе-ские покрытия.
При соприкосновении с тёплой поверхностью раствор соли разлагается под действием больших температур и образуются узкие пленки металлов, оксидов металлов либо смеси металлов с оксидами. За счет этого поверхность изделия окрашивается в различные цвета.
К разновидностям этого метода обработки относятся лризация и украшение изделий пленками драгоценных металлиризация (от греческого ирис — радуга) — это метод обработки подогретого стекла парами солей некоторых металлов, каковые образуют на поверхности стекла узкую радужную пленку. При ирризации значительно чаще используют легковозгоняющие-ся соли металлов.
Эти соли владеют свойством преобразовываться в пар без плавления и, напротив, переходить из газообразного состояния сходу в жёсткое. Эффект ирризации обусловлен тем, что лучи света с волнами разной длины, отраженные от обеих поверхностей пленки, складываются. Наряду с этим одни цветовые волны усиливаются, а другие ослабляются.
В зависимости от этого в суммарном отраженном луче преобладает некий цветовой оттенок.
Украшение пленками драгоценных металлов делают, нанося на краски и стекло пасты, каковые разлагаются при повышенных температурах. Таким методом наносят слои золота, серебра, платины.
Для декорирования художественных изделий применяют силикатные и люстровые краски.
Силикатные краски являются тонкомолотые легкоплавкие цветные стекла. На протяжении обжига (при температурах 500…550 °С) изделия, расписанного силикатными красками, краски приплавляются к поверхности стекла, образуя прозрачные либо непрозрачные цветные покрытия. Исходя из этого различают прозрачные и непрозрачные силикатные краски (эмали).
Полупрозрачные краски занимают промежуточное положение.
Люстровые краски (люстры) являются растворамисмолянокислых солей тяжелых металлов в органических растворителях. По окончании нанесения таких красок на стекло и последующего обжига на поверхности изделий образуется узкая окрашенная пленка оксидов металлов. Эта пленка отливает в отраженном свете железным блеском.
оттенок и Цвет плёнки железного блеска зависят от металла, на базе которого приготовлен люстр.
Способ поверхностного окрашивания листового стекла методом электрохимического осаждения металлов основан на регулируемом ионном обмене, что пребывает в следующем. В случае если к находящимся в соприкосновении расплаву металла и листовому стеклу приложить разность электрических потенциалов от источника постоянного тока, то ионы металла-красителя диффундируют (попадают) в поверхностные слои стекла, приводя к окраске. Таким методом возможно окрашивать стекло в серовато-медные и бронзово-медные тона различной интенсивности.
Устройство для окрашивания стекла этим способом складывается из бронзового электрода, под которым находится расплав окрашивающей лигатуры (приготовляется методом обоюдного плавления олова либо свинца с металлом-красителем — медью, кобальтом, никелем — в соответствующих пропорциях). Металл-краситель диффундирует направленно в поверхностные слои ленты стекла, которая будет в пластичном состоянии на поверхности расплава олова, имеющего температуру 600…800 °С.
Чтобы концентрация меди в лигатуре не понижалась, медь непрерывно подводят в расплав и растворяют в нем. Сплав меди со свинцом окрашивает стекло в медный цвет, олова и меди — в розоватый, олова и серебра — в желтый, олова и кобальта — в серовато-светло синий.
