Архит._материал._-_Шеина_Ч1

Прокатка применяется также в производстве стеклянных труб. Стекломасса непрерывно поступает на вращающийся вал и развальцо-

вывается двумя роликами; внутренний диаметр трубы определяется диаметром формующего вала.

Отливка стеклянных изделий в формы встречается на практике редко; так

изготовляются, например, крупные диски для астрономических приборов. Ведутся опыты по отливке фасонных труб с раструбами и фланцами в быстро вращающихся формах (способ центробежного литья).

Моллирование (изгибание). Изогнутое архитектурное стекло известно с давних времен. Оно широко использовалось в Западной Европе в 1939 – 1940 гг., потом оно пропало почти на три десятилетия. Поначалу изгибалось обыкновенное стекло, а потом в связи с возросшей заботой о безопасности и техническим прогрессом стало возможным производить изогнутое закаленное и ламинированное стекла. Пока во всем мире только несколько компаний производят высококачественное изогнутое стекло (рисунок 186).

Процесс моллирования является медленным. Стекло должно быть нагрето до температуры изгибания, изогнуто и медленно охлаждено. Процесс практически невозможно ускорить. До сих пор использовались традиционные приспособления: песочный, керамический, плоский стальной и кольцевой шаблоны (лобовое стекло автомобиля).

Рисунок 186 – Торговый центр. Внутренняя отделка из моллированного стекла (Москва)

Новая система формовки стекла включает в себя комплексное оборудование и гибкую без шаблонную систему. Она снимает ограничения на длину и радиус изгиба. Тесты показали, что точность формы в данном случае гораздо выше, чем при сгибании стекла на традиционных шаблонах. Моллированию подвергают заготовки из оптического стекла и крупную стеклянную скульптуру. Изогнутое стекло может быть впоследствии закалено или укреплено, а также ламинировано посредством cast-in-place (заливное). Стекла с пиролитическим покрытием (рефлективное и энергосберегающее) возможно изгибать в любых направлениях, без выжженных участков.

Наиболее распространенной формой применения такого стекла являются лифты, вращающиеся двери, вестибюли и балюстрады. Туннельные конструкции и пешеходные мосты из изогнутого стекла становятся все более распространенными при постройке выставочных комплексов («ЭКСПО 2000», Ганновер, Германия), аэропортов, гостиниц, офисов (фасад штаб-

252

квартиры фирмы «Лухта», Лахти, Финляндия) и торговых центров (купол Пикадилли, Лондон, Англия).

Термическая (горячая), механическая (холодная) и химическая (в от-

дельности либо во взаимном сочетании) обработки отформованных изделий для придания изделиям заданных свойств.

Горячая обработка стекла включает отколку, отопку, огневую полировку и другие операции, требующие нагревания изделий. Отколка колпачков, образующихся на выдувных изделиях после выработки в форме, производится посредством надреза алмазом и последующего прогрева изделия у надреза узким пламенем горелки. Колпачок отскакивает по линии надреза, после чего острые края шлифуются или подвергаются оплавлению вручную, с помощью горелки, или на машинах периодического либо непрерывного действия.

Огневая полировка (оплавление поверхности изделий) обычно производится вручную. В процессе полирования огнём поверхность изделия нагревают до температуры, превышающей температуру размягчения стекла. Нагрев должен быть настолько быстрым, чтобы на поверхности стекло расплавилось. Внутри масса должна иметь температуру, не превышающую температуру деформации изделия. Предпочитают острое пламя, которое плавит очень тонкий слой стекла. При этом на поверхности сглаживаются все неровности, а именно: неровности, передаваемые металлической формой и отделочным инструментом, царапины, неровности, возникшие в процессе полирования и разрезания, или острые грани после разрезания трубочек при изготовлении бус. Вышеперечисленные дефекты поверхности можно устранять при помощи полирования огнем сразу же после изготовления изделия, еще не успевшего остыть. Таким способом обрабатывают изделия прессованные и выдуваемые в металлические формы, формованные вручную и развернутые, изготовляемые автоматически и оплавленные. Иногда изделия отжигают и обрабатывают при обычной температуре. Возникшие при этом дефекты устраняют повторным нагреванием и полированием, после чего опять следует отжиг. При полировании огнем наступают изменения в химическом составе поверхностного слоя, который теряет в пламени часть летучих щелочных оксидов, вследствие чего увеличивается содержание SiO2 и, как следствие, его химическая стойкость.

Закалка стекла. Закалённые изделия термически и механически гораздо более прочны, чем отожжённые. В результате закалки получается небьющееся стекло, применяемое для остекления окон вагонов, автомобилей, самолётов и т. п. Чтобы закалить листовое стекло, его предварительно разогревают до 600…650 °С, затем быстро охлаждают на решётке путём равномерного обдувания воздухом. В архитектуре закаленное стекло зачастую применяется в фасадах зданий, так как по прочности к удару и перепадам температур оно превосходит обычное стекло в 10 раз (рисунок 187).

253

Рисунок 187 – Лестница, выполненная из закаленного стекла

В фасаде высотного здания цилиндрической формы штаб- квар-тиры RWE AG в Эссене архитек-торами компании

«Ingenhoven Overdiek Kahlen and Partners» (Ин-генховен Овердик Кален и Парт-неры) использовано закаленное стекло. Двойной фасад (по всей высоте этажа) служит для естественной венти-

ляции офисных помещений, охлаждения здания в ночное время и максимального проникновения дневного света. Внутренний фасад с изоляционным покрытием состоит из раздвижных дверей по всей высоте комнаты, которые можно открывать в целях осуществления естественной вентиляции. На уровне каждого этажа архитекторы закрывают пространство между остеклениями при помощи конусной вентиляционной установки, называемой «рыбий рот». В целях сонцезащиты в пространстве между остеклениями устанавливаются регулируемые подъемные жалюзи. Требования к остеклению и несущей конструкции при строительстве холодного фасада изложены в DIN 18516 (часть 6), а толщина стекла регулируется в зависимости от внешней нагрузки (DIN 1055) или исходя из требований к конкретному объекту.

К холодной обработке стекла относится его резка, сверление, шлифовка, гравирование и полировка. Последние две операции придают стеклу ровную и гладкую поверхность. Оборудование для холодной обработки стекла и зеркала выпускает итальянская фирма Z Bavelloni.

Шлифованием называют механический процесс снятия слоя стекла свободным или связанным абразивным материалом при помощи боковой поверхности шлифовального круга, вращающегося около вертикальной оси, или же при помощи периферии шлифовального круга, вращающегося около горизонтальной оси.

Шлифовальная поверхность может быть как плоской, так и другой формы (рисунок 188). Шлифовка – сначала грубая (обдирка), а затем тонкая дистировка осуществляется с помощью абразивов и даёт матовую поверхность изделий.

Рисунок 188 – Облагораживание стекла шлифованием

Полировка сглаживает микронеровности поверхности, остающиеся после шлифовки, и придаёт стеклу прозрачность и блеск. В производстве листового стекла шлифовка и полировка выполняются на одинаковых станках

254

(ручных или конвейерных), только при шлифовке применяется металлический плоский диск, а при полировке – мягкий (например, суконный) полировальник. При массовом поточном производстве автоматическая шлифовка и полировка осуществляются на конвейерных линиях, производительность которых определяется сотнями тысяч квадратных метров листового стекла в год. Шлифовка применяется также для нанесения матовых узоров на поверхность стеклянных изделий с помощью пескоструйных аппаратов и для образования на изделиях алмазных граней.

Гравирование – механический процесс обработки стекла в большинстве случаев с применением свободного абразивного материала. Рисунок либо гравируется в глубину, либо обрабатывается рельефно. Рельефную обработку стекла раньше называли резанием.

Гравирование стекла является одним из самых трудоемких процессов техники декорирования стекла и всегда считалось большим искусством.

В 1906 г. Рудольф II выдал Кашпару Леману привилегированную грамоту на монопольное право на гравирование стекла (рисунок 189).

Рисунок 189 – Первая гравюра на стекле. Деталь гравированной чаши Кашпара Лемана, 1605 г. (фото Й. Брока)

Различают следующие виды гравирования: пластическое или скульптурное (в глубину и рельефное), линовка, скользящее гравирование и гравирование путём снятия тонко-

го слоя стекла полированием.

Для первых трёх видов гравирования можно использовать гравировальные круги из меди или электрокорунда, а в отдельных случаях и из карбида кремния. Скульптурные гравюры наиболее трудоёмки, поэтому первоначально работают с грубозернистым наждаком. Вместо него часто оказывается более выгодным сначала использовать карборундовые или корундовые гравировальные кружки.

Рисование алмазом иногда также называют гравированием, рифлением и царапанием. Алмаз закрепляют в держателе специальной замазкой. Во время работы держатель держат так же, как обычную ручку при письме. При рисовании алмаз нельзя двигать в любом направлении. Его необходимо всегда держать таким образом, чтобы режущая грань и остриё были заточены в направлении движения. Алмаз глубоко проникает в стекло, хотя прорез не является отчётливым с поверхности. Движением алмаза на гладкой блестящей поверхности образуются тонкие рельефы (рисунок 190).

Рисунок 190 – Рисунок, нанесенный алмазным острием в комбинации с обработкой карборундовым кругом

255

Гравирование электрическим током. При действии на стекло электриче-

ского тока на его поверхности остаются следы в виде тонких линий различной конфигурации.

Изделие погружают в раствор водного электролита, на дно сосуда помещают металлическую пластинку, которую присоединяют к одному полюсу электрического тока. Платиновый электрод присоединяют к другому полюсу, при движении которого происходит гравирование стекла. Гравирование в общих чертах соответствует внешнему виду образуемых линий (рисунок

191).

Рисунок 191 – Гравироваль- но-фрезерные станки САУНО

В процессе гравирования на кончике платиновой иглы может образоваться шарик, который служит доказательством того, что даже платина плавится, хотя её температура плавления 1770 оС. Железный электрод обгорает, и окалина сплавляется со стек-

лом. В точках плавления железа в стекле возникают большие трещины. Графитовый электрод оставляет широкий и неравномерный след, поэтому не пригоден для этих целей. Ковровый электрод оставляет след, подобный следу после железного электрода.

Пескоструйная гравировка позволяет

выполнять детализацию высокой степени и наносить рисунки любой сложности, вплоть до воспроизведения фотографий. Пескоструйной обработкой с фото маской можно производить одностадийную и сложную многоступенчатую резьбу (рисунок 192).

Рисунок 192 – Пескоструйная гравировка

Для получения красивого трехмерного эффекта достаточно последовательно, один за другим, удалять соответствующие части шаблонов. Технология

256

пескоструйной обработки может применяться также для создания непрозрачной «вуали» на поверхности стекла.

Гравирование лазером. Очень интересна технология создания детализированного трехмерного изображения внутри самого стекла с помощью лазерного луча. Стекло пропускает свет в видимом диапазоне, но когда лазерный пучок сфокусирован внутри, оно начинает абсорбировать энергию лазерного импульса. С помощью лазера художник заставляет небольшие точки, похожие на маленькие бриллианты, возникать внутри стекла, причем без повреждения поверхности. В точке фокуса молекулярная структура вещества меняется, формируя точку, отражающую свет во всех направлениях. Материал бомбардируется лазерными импульсами в соответствии с рисунком художника, и десятки тысяч точек совместно образуют волшебное изображение. Весь процесс контролируется компьютером.

Гравирование лазером позволяет добиться высокой степени детализации рисунка.

Рисунок 193 – Установка лазерной гравировки трехмерных изображений

Химическая обработка. Распространённым методом химической обработки является травление стекла азотно-фтористым водородом или растворами плавиковой кислоты и её солей. Взаимодействие фтористых соединений со стеклом приводит к образованию нерастворимых и малорастворимых химических соединений, и поверхность изделия становится матовой (рису-

нок 194).

Рисунок 194 – Матовое стекло

При травлении слабыми растворами плавиковой кислоты в смеси с концентрированной серной кислотой на поверхности стекла происходит равномерное образование растворимых соединений, и она становится гладкой и блестящей (кислотная полировка). Химически полируют главным образом свинцовые стёкла, ос-

новные компоненты которых SiO2, K2O, PbO, причем с возрастающим содержанием последнего улучшается блеск. Часто присутствуют также Na2O, ZnO, BaO, CaO.

Для нанесения на изделия методом травления рисунков применяют специальные машины – пантографы, резец которых вычерчивает рисунок на предварительно нанесённом на изделие защитном кислотоупорном слое, снимая его. После этого изделие погружают в ванну с раствором кислоты, которая протравливает стекло в местах, где оно обнажено резцом. Обработкой парами хлористого олова в сочетании с другими солями получают ирризирующие стекла, поверхность которых похожа на перламутр. При комбинированном прогреве слабо окрашенного стекла с молочным стеклом и последующем травлении плавиковой кислотой получают атласные стекла и т.д.

Декорирование стекла

Цветные протравы образуют особую группу способов облагораживания стекла, обычно причисляемых к художественным способам, так как они имеют одинаковый способ нанесения, т.е. при помощи кисти, распылением или печатью, и аналогичный способ обжига (рисунок 195).

Принципиальное различие заключается в том, что при раскрашивании стекла на его поверхность наносят слой чужеродного вещества, который при высокой температуре соединяется с исходной поверхностью, остающейся без существенных изменений.

В случае же цветных протрав на поверхность стекла наносят суспензию, которая содержит соли серебра или меди.

При высокой температуре ионы этих металлов проникают в поверхностный слой стекла (диффузия) с одновременным выходом ионов щелочных металлов.

Рисунок 195 – Декоративное стекло

Ионы серебра или меди окрашивают стекло на определённую глубину, изменяют его химический состав.

Обмен ионов на поверхности стекла следующий: Na-силикат + Ag → Ag-силикат + Na; 2Na-силикат + Cu → Cu-силикат + 2Na.

Роспись стекольными муфельными красками. Стеклянные предметы рас-

писывают муфельными красками, которые представляют собой тонко измельчённые цветные стёкла или смеси легкоплавких стёкол с окрашенными компонентами. Краски имеют температуру размягчения и плавления ниже температуры размягчения стеклянного изделия, на которое их наносят. При

258

подготовке к нанесению порошки красок смешивают с соответствующими связывающими веществами и разбавителями. Изделия с нанесённым слоем обжигают в специальных печах при температурах ниже размягчения стекла, но выше температуры размягчения слоя краски таким образом, чтобы после обжига краска была гладкой и блестящей (таблица 47).

Таблица 47 – Химический состав стекольных муфельных красок без добавок красителей

По составу муфельные краски представляют собой либо тонко измельченные цветные стекла – прозрачные краски и «морозы», либо легкоплавкие стекла или плавни с красителями – краски непрозрачные, поверхностные, кроющие и рельефные. Это могут быть смеси металлических резонаторов с разбавителями и связывающими веществами (золото, платина, серебро и люстры). В непрозрачных красках в качестве наполнителей применяются оксиды олова, сурьмы, циркония и церия, а также диоксид титана. Укрывистость красок достигается наполнителями прямо или же в результате рекристаллизации наполнителей в краске, а иногда и самими красителями.

Начиная примерно с X в., для росписи церковных окон применялись контурные краски. Чёрная контурная краска представляла собой стекло, окрашенное оксидами железа, меди, а позднее – кобальта. Интересно, что контурная краска зачастую сохранялась лучше, чем основное стекло. Из других оттенков раньше других была найдена так называемая телесная краска, много позднее были получены краски различных цветовых оттенков.

Синие красители и краски. Основным оксидом, дающим синюю окраску, является окись кобальта Co2O3. Красящая способность его настолько велика, что для получения тёмно-синей краски достаточно уже 1 % Co2O3. Максимальное количество для кроющих красок составляет 3 %. Оксидом кобальта окрашены прозрачные краски и морозы, в которых она растворяется. В кроющих красках она находится в виде нерастворимого красителя. Тенарова синь является красителем шпинельного типа СuОAl2O3. Цветовые оттенки получают изменением соотношения обоих оксидов.

Зеленые краски и красители. Оксид хрома самостоятельно или в комбинации с другими окислами окрашивает красители и стекло в зеленый цвет. Свежую, весеннюю зелень получают смешиванием закиси железа и оксида меди в соотношении 3:1. Оксид хрома для изготовления красителей получа-

259

ют разложением бихромата калия углем или серой. Они восстанавливают бихромат до темно-зеленого тонкого порошка – оксида хрома:

К2Сr2О7 +3/2 С → Сr2О3 + К2О + 3/2 СО2.

Светло-зеленые тона получают в присутствии оксида меди – СuОСr2О3, а темно-зеленые – оксида кобальта СоОСr2О3.

Коричневые красители и краски. Для получения коричневых тонов смешивают несколько оксидов до образования чистой коричневой краски. Это преимущественно соединения шпинельного типа, например смесь оксида цинка с оксидами железа (ZnОFе2О3) и хрома (ZnОСr2О3) . Иногда дополнительно добавляют оксиды кобальта и никеля. Для получения шоколадного оттенка берут равные доли Fe2O3 и Сr2O3 или избыток Fe2O3.

Красные красители и краски. Ярко-красную или сигнальную краски усредненного состава 3CdS2CdSe приготовляют обжигом сульфида кадмия и селена либо карбоната кадмия в смеси с серой и селеном, иногда сульфата кадмия и смеси сульфатов и селенидов щелочных металлов по уравнению

2CdSО4 + Na2S + Na2Se → CdSCdSe + 2Na2SО4.

Желтые красители и краски. Желтый цветовой оттенок дают: кадмиевая желть или сульфид кадмия CdS; сурьмяная желть или пиросурьмяновокислый свинец Pb2·Sb2O7; хромовая желть или хромовокислый свинец PbCrO4.

Кадмиевую желть различных цветовых тонов получают в результате смешивания в различных соотношениях аморфного и кристаллического сульфида кадмия.

Черные красители и краски. Черные красители содержат такие компоненты, как оксид железа, кобальта, никеля, меди, хрома и марганца, закиси железа и марганца.

Пурпурные и фиолетовые красители и краски. Красным компонентом

золотистой пурпуры является Касаева пурпур. Это тонкодисперсный осадок гидроксида олова SnО(OH)2 или оловянная кислота H2SnO3, насыщенная адсорбированным коллоидным золотом. Тонкодисперсное золото приготовляют восстановлением хлористого золота AuCl3 хлористым оловом SnCl2 в кислой среде. Окраска зависит от содержания золота. Синеватый оттенок, особенно при светлых тонах, устраняют добавлением хлористого или углекислого серебра. Влияет также и состав несущего стекла, например, свинцовые плавни, дают сине-фиолетовые оттенки (таблица 48).

Таблица 48 – Физические свойства соединений, применяемых для красок и красителей

260