3. Виды глазурных покрытий.

Глазурь (нем. Glasur, от Glas — стекло), стекловидное покрытие на керамике толщиной 0,15—0,3 мм, закрепленное обжигом. По химической природе глазурь представляют собой щелочные, щёлочноземельные и др. алюмосиликатные и алюмоборосиликатные стекла. Глазурь предохраняет керамические изделия от загрязнения, действия кислот и щелочей, делает их водонепроницаемыми и придаёт изделиям декоративные свойства, соответствующие архитектурно-художественным требованиям.

  По температуре спекания Глазурь подразделяют на тугоплавкие (1100—1350°С) и легкоплавкие (900—1100°С). Плавкость глазури зависит от состава и природы входящих в неё материалов. Различают глазурь для фарфора (1132—1420°С), полуфарфора (1250—1280°С), фаянса (1100—1180°С), майолики (940—1040°С) и др. На керамические изделия наносят также и др. тонкие покрытия из беложгущихся и цветных глинистых масс (ангобы). Глухие (непрозрачные) белые или окрашенные глазури, применяемые в основном для покрытия металлических изделий, называются эмалями.

  Химический состав тугоплавких высокожгущихся глозурей, которые, как правило, наносятся на изделия в сыром виде, т. е. без предварительного сплавления (фриттования), обогащен кремнезёмом и глинозёмом за счёт щёлочноземельных окислов: в состав таких глазурей входят кварц, каолин, глина, природные карбонаты двухвалентных металлов (доломит, мрамор и др.). В большинстве глазурей содержится полевой шпат. Химический состав легкоплавких низкожгущихся глозури, которые обычно фриттуют, обогащен щелочными и щёлочноземельными окислами и борным ангидридом. Материалы для сплавления таких глазурей: кварц, полевой шпат, бура или борная кислота, карбонат стронция, магнезит, доломит и др.

  Сырые глазури готовят путём тонкого помола исходных материалов в шаровых мельницах совместно с добавкой пластичной глины для поддержания частиц стекла во взвешенном состоянии. Глазурь наносят на изделия в виде однородной суспензии. Глазурь окрашивают смешением с пигментами (непрозрачные покрытия) и сплавлением с красящими окислами (прозрачные покрытия). Для глушения используют соединения олова, циркония, титана и др. Существует много способов получения декоративных покрытий, например «кракле» (сетка трещин), «змеиная кожа» (сборка Глазури.), «кружева» (вспучивание Г.) и др. Возможна роспись одной Г. по другой, подглазурная и надглазурная роспись красками и т.д. Г. наносят на высушенные изделия и затем подвергают «политому» обжигу (однократный обжиг) либо на предварительно обожжённые изделия (бисквитные) с последующим «политым» обжигом (двукратный обжиг).

9. Ювелирные материалы.

   1. Характерные отличия драгоценных металлов и основные характеристики их механических и физко-химических свойств.

Драгоценные металлы — это металлы, относящиеся к так называемой благородной группе: золото, серебро, платина; и металлы платиновой группы — рутений, пал­ладий, иридий, осмий, родий. Название «драгоценные» они получили за высокую их стоимость по сравнению с другими металлами, а «благородные» — благодаря сво­ей высокой химической стойкости во многих средах и красивому внешнему виду в готовых изделиях. Для изго­товления многих художественных изделий и в ювелирном деле используются золото, серебро, платина, палладий, а также сплавы на основе этих металлов.

Они не подвержены коррозии, потому и получили свое название «благородных». Они обладают важными качествами для изготовления ювелир­ных украшений — мягкостью, тягучестью, пластичнос­тью и способностью сплавляться с другими металлами. Высокая стоимость изделий из этих металлов предопре­делила их название «драгоценные».

Благородные металлы применяются не только в юве­лирном деле, но и в точном приборостроении, авиации, химической промышленности. Наибольшим спросом при изготовлении ювелирных изделий пользуются се­ребро и золото.

Детальное изучение свойств и характеристик материалов, с которыми должен работать ювелир, необходимо для правильной и качественной их обработки. Только тот, кто всесторонне изу­чил и познал свойства и особенности применяемых материалов, будет в состоянии придать им правильную форму и красивый внешний вид в готовых украшениях.

В производстве ювелирных изделий необходимо в первую очередь учитывать физические свойства металлов и сплавов, плотность, температуру плавления, тепловое расширение, тепло­проводность, отражательную способность. Знание этих свойств позволяет правильно выбрать термические режимы литья, ковки, прокатки, пайки и других видов горячей обработки металлов.

Важное значение при различных методах изготовления метал­лических деталей ювелирных украшений, оправ драгоценных кам­ней, столовых приборов и посуды из сплавов благородных ме­таллов имеют их основные механические свойства. К ним отно­сятся: прочность, твердость, упругость, пластичность. Эти же свойства имеют первостепенное значение и при использовании ювелирных изделий в качестве украшений и предметов домашнего обихода. Учитывая эксплуатационные требования, предъявляе­мые к долговечности этих изделий, ювелир может на основе деталь­ного знания механических свойств сплавов различной пробы обоснованно подойти к выбору наиболее рациональной в данном случае марки сплава.

Не меньшую роль в технологии производства и в процессе потребления ювелирных изделий играют химические свойства как чистых металлов, так и их сплавов: стойкость к воздействию внешней среды — кислот, щелочей, газов, пресной и морской воды, оказывающих большее или меньшее агрессивное действие на металл колец, браслетов, кулонов, цепочек и других ювелир­ных украшений.

И, наконец, особое место в характеристиках материалов зани­мают технологические свойства. К ним относятся: жидкотекучесть, ликвация и усадка металлов при литье, ковкость, свариваемость и обрабатываемость резанием. Знание этих свойств особенно важно при выборе методов и режимов обработки ювелирных из­делий.

Ознакомление с металлическими материалами начинается с изучения их физико-химических свойств и основных положений металловедения — науки о металлах, знание которых поможет установить, какие многосторонние практические выводы выте­кают из этой науки. При этом станет ясным, что многие дефекты, возникающие при обработке металлов на практике из-за недо­понимания их внутреннего строения и свойств, могут быть легко предупреждены.

Золото. Химический элемент, символ Аu, имеет порядковый номер 79, атомный вес 197,0, основную валентность III, плот­ность 19,3 г/см3, температуру плавления 1063° С, температуру кипения 2970° С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии 18—20 кгс/мм2.

Золото — металл красивого желтого цвета, тонколистовое (сусальное) золото имеет зеленоватый оттенок. Золото с трудом образует химические соединения, оно химически устойчиво на воздухе, в воде и в кислотах, за исключением царской водки (см. стр. 62) (в последней золото растворяется с образованием золотохлористоводородной кислоты Н [АиС14]). Оно взаимодей­ствует также со свободными ионами хлора, цианидом калия и натрия, бромом и некоторыми другими химикатами, не имеющими применения в производстве ювелирных изделий.

Золото имеет высокую отражательную способность и хорошо полируется; оно обладает высокой пластичностью и прокаты­вается в листы толщиной до 0,0001 мм. Тепло- и электропровод­ность золота ниже, чем у меди. Удельная теплоемкость его сравни­тельно невелика. Из-за невысокой твердости и прочности золото используют в ювелирном деле в виде сплавов с другими метал­лами и в очень редких случаях в чистом виде.

Серебро. Химический элемент, символ Ag, имеет порядковый номер 47, атомный вес 107,88, валентность I, II, плотность 10,5 г/см3, температуру плавления 960,5° С, кипения 2210° С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии 25 кгс/мм2.

Серебро — металл белого цвета, практически не изменяю­щийся под действием кислорода воздуха при комнатной"темпера­туре, однако из-за наличия в воздухе сероводорода со временем покрывается темным налетом сульфида серебра Ag2S. Серебро устойчиво в воде, но растворяется в азотной и горячей концентрированной серной кислоте. С царской водкой оно образует нерас­творимый хлорид серебра AgCl. Как и золото, серебро взаимо­действует со щелочными растворами цианидов.

Серебро хорошо полируется, имеет высокую отражательную способность; оно обладает хорошей ковкостью и самой высокой из всех металлов тепло- и электропроводностью. Чтобы повысить твердость и прочность серебра, его используют в сплавах с дру­гими металлами. При изготовлении ювелирных украшений се­ребро в чистом виде применяют сравнительно редко.

Платина. Химический элемент, символ Pt, имеет порядковый номер 78, атомный вес 195,23, валентность II, IV, плотность 21,45 г/см3, температуру плавления 1773,5° С, температуру ки­пения 4410° С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии около 50 кгс/мм2.

Металл имеет бело-серую окраску, схожую по цвету со сталью, и практически нерастворим ни в воде, ни в кислотах, за исключе­нием горячей царской водки, при взаимодействии с которой об­разуется платинохлористоводородная кислота H2[PtCl2]. Пла­тина весьма пластична, хорошо полируется и обладает большой отражательной способностью. Наряду с палладием и иридием она имеет очень низкую тепло- и электропроводность, низкую удель­ную теплоемкость и с трудом вступает в химические соединения. Платина в чистом виде очень мягка, поэтому ее легируют иридием, родием и другими металлами. Для изготовления ювелирных из­делий в сплав, кроме этих компонентов, добавляют еще и медь.

Металлы платиновой группы (иридий, палладий, родий) в химическом отношении настолько схожи с платиной, что разделение их затруднительно.

Иридий. Химический элемент, символ Ir, имеет порядковый номер 77, атомный вес 193,1, основную валентность III, плотность 22,5 г/см3, температуру плавления 2454° С, температуру кипе­ния 5300° С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии 172 кгс/мм2. Из-за большой твердости и высокой температуры плав­ления иридий с трудом поддается обработке. Относительное уд­линение при растяжении составляет лишь 2%. При высоких температурах металл можно обрабатывать давлением. При не­большой добавке иридия к платине значительно повышается ее твердость.

Палладий. Химический элемент, символ Pd, имеет порядковый номер 46, атомный вес 106,4, основную валентность II, плотность 12,0 г/см3, температуру плавления 1554,5° С, температуру кипе­ния 4000° С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии 52 кгс/мм2.

Палладий имеет более светлую окраску, чем платина, он хими­чески устойчив на воздухе и в воде, растворяется в горячей, слегка Разбавленной азотной кислоте с образованием нитрата палладия ^d(NO3)2. При температурах от 400 до 850° С палладий покрывается светло-фиолетовым окисным слоем, который исчезает при более высоких температурах. Благодаря хорошей обрабатывае­мости, низкой температуре плавления и относительной дешевизне, он чаще других металлов платиновой группы используется в юве­лирных изделиях. Как легирующий металл, палладий улучшает свойства платины, осветляет ее окраску, а также способствует отбеливанию сплава при получении так называемого белого золота.

Родий. Химический элемент, символ Rh, имеет порядковый номер 45, атомный вес 102,91, основную валентность III, плот­ность 12,4 г/см3, температуру плавления 1966° С, температуру кипения 4500° С, твердость по Бринелю 101 кгс/мм2.

По цвету родий сходен с платиной, не вступает во взаимодей­ствие с кипящими кислотами и смесями кислот, но растворяется в щелочных растворах цианидов; абсолютно не окисляется на воздухе и в воде, хорошо поддается горячей обработке давлением.

Физ. Св-ва

Твердость по Бринеллю

Среди физических св-в металлов твердость и результативные данные испытания на растяжение (придел прочности , относительное удлинение и др. ) являются самыми важными для практиков. Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление внедрению другого, более твердого тела. При определении твердости по Бринеллю закаленный стальной шарик диаметром D вдавливается силой P в испытуемый образец. При этом образуется отпечаток в виде сферической лунки, диаметр которой измеряют. Твердость по Бринеллю определяется из следующего отношения:

HB=P/F *кгс/мм2

Диаметр вдавливаемого шарика выбирают в зависимости от твердости и толщины испытуемого образца. Между диаметром шарика и диаметром отпечатка выдерживается соотношение

d = (0.2 /0.7)D

При испытании цветных металлов часто используют шарик диаметром 10 мм, а нагрузку принимают равной P = 10D2, т.е. 1000 кгс. При испытании очень мягких металлов применяют шарики диаметром 5 и 2,5 мм. Нагрузка в этом случае должна быть соответственно меньше. С помощью измерительного микроскопа определяется диаметр отпечатка d. А затем по диаметру вычисляется поверхность отпечатка.

Испытание на растяжение.

Особенно ясное представление об изменение св-в металла в процессе пластической деформации дает испытание на растяжение. Испытание стандартных цилиндрических и плоских образцов производится на разрывных машинах. Образец закрепляют в захват разрывной машины и затем нагружают постепенно увеличивающимся усилием. Перед началом испытания измеряют диаметр образца и вычисляют площадь его поперечного сечения. Напряжение, возникшее в металле, определяют по формуле

σ = P/F0 где σ – напряжение в кгс/мм2, P – нагрузка кгс, F0 –начальная площадь поперечного сечения образца в мм2. Напряжение рассчитывается на 1 мм2 поперечного сечения об­разца. С увеличением нагрузки образец удлиняется, при этом од­новременно уменьшается его поперечное сечение.

Относительное удлинение б представляет со­бой отношение абсолютного удлинения образца после разрыва ∆ l = lк - l0 (где lк — конечная расчетная длина образца) к его начальной расчетной длине 10, выраженное в процентах, σ = ∆ l/ l0 100%

Когда напряжение достигает наибольшей величины, проис­ходит разрыв образца и процесс растяжения прекращается.

Участок упругой деформации. Упругая деформация характе­ризуется тем, что она продолжается до тех пор, пока действует нагрузка; при снятии нагрузки удлинившийся образец снова вращается в исходное состояние. Если уве­личить напряжение, то соответственно этому увеличится и отно­сительное удлинение. При снятии дополнительной нагрузки удли­нение будет соответствовать первоначальному значению. Если нагрузку снять совсем, то удлинение будет равно нулю.

Участок пластической деформа­ции. Если образец подвергается большему нагружению и дефор­мируется в области пластической деформации, то он будет сохра­нять удлинение и после прекраще­ния действия нагрузки. Переход от упругой деформации к пла­стической осуществляется постепенно. Пластическая деформация образца начинается при напряжении, равном пределу упругости, и заканчивается при его разрыве. При дальнейшем увеличении нагрузки образец разрушается. Предел прочности при растяжении характеризует сопротивление металла пластической деформации, а относительное удлинение соответствует возможностям деформации. Между результатами испытания на растяжение и пробой на твердость существует тес­ная взаимосвязь: металлы большой твердости, как правило, обла­дают высокой прочностью, в то время как относительное удлине­ние их невелико.

На прочность металлов оказывают влияние следующие факторы:

1) легирование — сплавление чистых металлов с легирующими компонентами повышает прочность металлов;

2) пластическая деформация — она приводит вначале к повышению прочности, которая затем с увеличением степени дефор­мации резко снижается (когда достигнут предел текучести);

величина зерна — мелкозернистая структура придает ме­таллу более высокую прочность, чем крупнозернистая;

температура — с повышением температуры прочность по­нижается.

При высокой прочности и высоком пределе текучести требуются и большие усилия для деформации. Если относительное удлине­ние невелико, то при прокатке, волочении, ковке, расплющива­нии, штамповке, гибкие и других операциях металл может под­вергаться лишь небольшим пластическим деформациям. У ме­талла с высокой пластичностью относительное удлинение может быть более 30%. Резке и распиловке предшествует пластическая деформация до тех пор, пока частицы металла не распадутся. Чем ниже прочность металла, тем меньшая сила необходима для разделения его частиц.

Температура и количество теплоты. Между этими понятиями необходимо делать четкое различие. Температура характе­ризует степень нагрева тела, измеряется термометром или пиро­метром, и выражается в градусах Цельсия (°С) или в градусах Кельвина (К).

Количество теплоты характеризует количество теп­ловой энергии, содержащейся в теле или потребной для повыше­ния его температуры. Единицей измерения количества теплоты является калория (1 кал = 4,1868 Дж), представляющая собой количество теплоты, необходимое для нагрева 1 г воды на 1С в интервале температур от 14,5 до 15,5° С. Килокалория (1 ккал) выражает количество теплоты, которое необходимо для нагрева кг воды на 1С. Если сообщить 1 кг золота количество теплоты, равное 1 ккал, то его температура повысится почти на 30°С, расход тепла на нагрев также понизится. Это различие в потребности тепла для нагрева 1 кг воды и золота объясняется их разной удельной теплоемкостью. Удельной теплоемкостью называется количество теплоты, выраженное в ккал, необходимое для нагрева 1 кг вещества на 1°С. Каждому металлу свойственна определенная удельная теплоемкость.

Зная удельную тепло­емкость, можно легко вы­числить количество тепло­ты, необходимое для на­грева металла от ком­натной температуры до температуры плавления. Так как удельная тепло­емкость при повышении температуры несколько изменяется, то для расче­тов используют ее среднее значение.

Тепловое расширение. Известно, что каждый металл при на­гревании расширяется, а при охлаждении сжимается. Это свой­ство является общим для всех металлов, но изменения размеров при изменении температуры у разных металлов различны. Для их определения необходимо знать коэффициент линей­ного теплового расширения, который характе­ризует увеличение размера образца длиной в 1 м при нагревании на 1° С. У платинового образца это удлинение составляет всего лишь 0,0000089 м.

Тепловое расширение следует учитывать при изготовлении ювелирных изделий. Так, например, в пластинах, спаянных из серебра, вследствие различия их коэффициентов теплового расширения возникают напряжения в паяном шве при изме­нении температуры. При пайке ювелирных изделий из сплавов серебра скрепленные мягкой стальной проволокой детали зача­стую смещаются, так как коэффициенты теплового расширения этих металлов сильно отличаются по величине.

Теплопроводность. Из всех металлов наибольшей теплопро­водностью обладает серебро, в этом мог убедиться каждый ювелир, когда он держал в руках серебряную проволоку при нагреве ее.

Для характеристики теплопроводности различных материалов пользуются коэффициентом теплопроводности. Это величина, характеризующая количество теплоты, пе­реданной за 1 с через образец серебра сечением 1 см2 и длиной 1 см при разности температур на концах образца в 1 С [выражается в кал/(см*с*град)].

Отражательная способность. Из всей области электромагнит­ных волн световые волны занимают относительно небольшой участок, а именно, длины волн от 4 • 10~5 до 8 • 10~б см. Определен­ная часть световых волн, падающих на поверхность металла, поглощается им, а часть отражается от нее. Отражательная спо­собность у металлов различна. Золото хорошо отражает дневной свет, однако в желтой области спектра, т. е. при длине световых волн 5,5-10~7м, отражательная способность золота очень незначительна. В красной области спектра отражательная способность золота почти 100%, в голу­бой области — менее 40%. Се­ребро в области видимого света обладает наиболь­шей отражательной спо­собностью. Минимальная отражательная способ­ность серебра, как и боль­шинства металлов, наблю­дается в голубой области спектра. Из-за образова­ния сульфида серебра на поверхности металла от­ражательная способность его резко уменьшается .

Металлы платиновой группы обладают меньшей отражательной способностью, чем серебро. Отражательная способность платины на 30%, а родия на 20% меньше, чем у серебра. Однако, несмотря на это, сереб­ряные изделия покрывают родием, так как при длительном хра­нении на воздухе серебро темнеет, в то время как отражательная способность родия остается неизменной.