Применение цветных художественных эмалей в качестве стеклообразного вещества, наплавляемого на металлическую поверхность является одной из древнейших технологий в декоративно-прикладном искусстве.
Техника перегородчатой эмали возникла в средиземноморском бассейне в Греко-римский период и получила наивысшее развитие в Византийской империи в 10−12 в.в., откуда она, по всей видимости, проникла в Азию, Китай и на территорию современной России. Параллельно искусство перегородчатой эмали широко развивалось в западной Европе (провинция Лимож), где искусство эмали было известно еще с 5-го века до нашей эры в виде кельтских выемчатых эмалей.
На дизайн средневековых перегородчатых эмалей большое влияние оказала техника инкрустации золотых ювелирных изделий полудрагоценными камнями, кусочками смальты и цветными пастами, появившаяся в Древнем Египте и получившая широкое распространение в Европе в эпоху Меровингов. На золотую основу напаивали тонкие золотые перегородки, а затем промежутки между ними заполняли тщательно подогнанными кусочками камней, стекол, или цветными пастами на основе связующего из органических смол.
Позднее эту сложную и кропотливую технику вытеснила перегородчатая эмаль клуазоне (сЫзопее), где также на металлическую пластину напаивались перегородки, но пространство между ними заполнялось мелкоразмолотыми цветными эмалями.
В настоящее время в распоряжении художников-эмальеров находится широкий спектр цветных художественных эмалей отечественного и импортного производства для создания произведений искусства: в сфере ювелирного дела, в рамках эмалевой живописи и декоративно-прикладного искусства.
Однако выпускаемые промышленностью горячие художественные эмали имеют ряд недостатков: существенные ограничения по возможностям получения декоративных эффектов, ряду физико-химических свойств, а также ограниченная номенклатура выпускаемых промышленностью эмалей. Поэтому применение новых композиций художественных эмалей и разработка технологий по их использованию являются актуальными. В работе предложено использовать в качестве цветных непрозрачных эмалей силикатные композиции на основе некоторых сортов художественной смальты и цветного бисера. Применение новых материалов эмалей на основе силикатных композиций смальты и бисера в качестве цветной горячей эмали позволит улучшить дизайн художественных изделий, снизить материальные затраты при производстве изделий в технике горячей эмали и придать новые потребительские свойства материалам, ранее не применяемым для этих целей.
Степень теоретической разработанности темы исследования В процессе разработки силикатных композиций экспериментальных эмалей был проведен анализ следующей литературы: по истории художественной эмали: Э. Бреполь, А. А. Гилодо, Т. А. Макарова, М. А. Неглинская, Е. Н. Некрасова, А. А. Титов, У. Хайдн;
— по технологии эмалирования, производству, свойствам и составам эмалей: Э. Бреполь, В. В. Варгина, А. Петцольд, Г. Пёшманн, Л. 3. Засухина, В. П. Клюев, И. Коцик, А. Г. Лацетти, М. Л. Нестеренко, В. А. Локшин, Г. Л. Мэттьюс, А. А. Пупарев, Н. Магуоп;
— по химии стекла и эмали: А. А. Аппен, М. В. Артамонова, Н. М. Павлуш-кин, Н. А. Топоров, М. М. Шульц.
Результаты анализа отечественных и зарубежных литературных источников по технологии художественного и промышленного эмалирования показали, что вопрос применения новых материалов в качестве горячих эмалей практически не исследован.
Цель и задачи исследования
.
Целью диссертационной работы является разработка новых материалов для художественного эмалирования с использованием силикатных композиций на основе смальты и цветного бисера.
В соответствии с указанной целью были поставлены и решены следующие задачи:
— исследование физико-химических и декоративных свойств силикатных экспериментальных эмалей по сравнению с выпускаемыми промышленностью цветными художественными эмалями;
— разработка технологических параметров создания художественных изделий в технике перегородчатой эмали с использованием силикатных экспериментальных эмалей;
— определение соотношений компонентов предлагаемых экспериментальных эмалей для получения заданных декоративных эффектов;
— разработка технологических рекомендаций по применению силикатных экспериментальных эмалей в производстве художественных изделий.
Объект и предмет исследования.
Объектом исследования являются экспериментальные силикатные композиции на основе смальты и бисера, а также образцы экспериментальных силикатных покрытий на меди.
Предметом исследования являются физико-химические свойства, операции, действия, процессы, обеспечивающие применение силикатных экспериментальных эмалей для изготовления художественных изделий в технике перегородчатой эмали.
Методология и методы исследования.
В качестве методологической базы применялся системный подход, предполагающий комплексное рассмотрение предмета исследования. Для получения аналитических данных использовался метод сравнительного анализа. В работе использовались основные положения теории спектрофотомерии, примененные для получения количественных характеристик цвета экспериментальных эмалей. Обработка результатов проводилась методом математического анализа с использованием стандартных программ.
Экспериментальные исследования выполнялись с использованием муфельной печи СНОЛ-1,6.2ДО, 8/9-М1. Температуру измеряли с использованием электронного микропроцессорного измерителя-регулятора температуры ТРМ 1-Н.У.Р производства фирмы ОВЕН и термоэлектрического преобразователя типа ДТПКхх5 ТХА с классом допуска 2. Массу определяли с помощью лабораторных весов серии ВСЛ-2К/0,01 с ценой деления шкалы (дискретностью) 0,01 г и классом точности II (высокий). Исследования макроструктуры срезов эмалевого покрытия производилось с помощью оптического микроскопа «Неофот-32». Определение элементного состава образцов проводится методом электронно-зондового микроанализа. Чувствительность метода составляет ~ 0.1 вес. %. Цветовые характеристики исследуемых экспериментальных эмалей оценивали с помощью методов спектрофотомерии с использованием спектрофотометра фирмы Сгега2Мас-ЬеЖ ЗреМгоеуе. Характеристики микротвердости Исследование твердости экспериментальных эмалей производилось на автоматическом микротвердомере ИМ-8 фирмы Ати. Погрешность измерения ± 5,0%. Исследования значений температурного коэффициента линейного расширения производилось с помощью автоматического дифференциального кварцевого дилатометра модели ДКВ-5.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработаны силикатные композиции на основе художественных стекол (цветных смальт и бисера), пригодные для использования в качестве цветной художественной эмали по меди и изготовления художественных изделий высокого качества.
2. Доказано, что разработанные силикатные композиции имеют высокие технологические и художественные свойства для создания художественных изделий в технике перегородчатой эмали, что позволяет расширить диапазон возможностей художника-эмальера и придать новые потребительские свойства уже известным материалам.
3. Установлены технологические параметры применения экспериментальных эмалей для создания художественных произведений в технике перегородчатой эмали по меди, которые допускают включение отдельных компонентов в виде кусков смальты, цветного стекла в поверхность цветового эмалевого слоя для создания сложных цветовых переходов, а также возможность использования их совместно с композициями классических горячих эмалей, что позволяет существенно расширить цветовую палитру художественных изделий.
4. Определены количественные соотношения компонентов силикатных композиций и выбраны температурные интервалы обжига разработанных композиций на разных стадиях изготовления перегородчатой эмали, в зависимости от размеров изделия.
Практическая значимость работы.
1. Полученные эмалевые покрытия обладают повышенной химической устойчивостью, что позволяет применять химическую очистку медной поверхности от окалины (травление) при многократном обжиге изделия. Защищаемые эмалевые покрытия обладают повышенной плотностью по сравнению с известными эмалями за счет меньшей газонасыщенности, что улучшает технологические свойства эмалей.
2. Разработана методика получения эмалевых покрытий на основе силикатных экспериментальных эмалей, позволяющая расширить художественные приемы создания произведений искусства и объектов декоративно-прикладного искусства в технике перегородчатой эмали.
3. Разработанные композиции могут успешно применяться как в индивидуальном художественном творчестве, так и в серийном производстве. Их практическое применение минимизирует материальные затраты в процессе изготовления художественных изделий.
4. На основе предложенных силикатных композиций можно создавать индивидуальную цветовую палитру. По сравнению с художественными эмалями, выпускаемыми промышленностью, разработанные эмалевые композиции обладают повышенной экологичностью и являются более безопасными в работе.
5. Разработаны рекомендации по технологии использования силикатных композиций. Полученные результаты используются в учебном процессе для специальности ТХОМ. Разработанные технологии приняты к внедрению в производстве художественных и ювелирных изделий на предприятии «ООО «Велес».
Положения, выносимые на защиту.
1. Предлагаемые в работе экспериментальные силикатные цветные эмали обладают достаточными технологическими свойствами и могут успешно применяться в технике перегородчатой эмали.
2. Использование силикатных композиций в художественном эмалировании существенно расширяет возможности художника-эмальера.
3. Применение экспериментальных силикатных эмалей позволяет получать декоративные эффекты, невоспроизводимые с помощью традиционных горячих эмалей.
4. Использование экспериментальных силикатных эмалей делает процесс эмалирования более безопасным для человека и окружающей среды.
Достоверность результатов и обоснованность основных положений и выводов диссертационной работы обеспечивается применением современных методов исследования, тщательной обработкой и обобщением большого количества экспериментальных данных по изучаемой проблеме, публикациями и докладами, практическим участием в конференциях и выставках, апробацией в производственных условиях.
Апробация работы.
Материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на научно-технических конференциях: Первая международная научно-практическая конференция вузов России «Развитие современного искусства: Наука и образование в области ювелирной промышленности» СПУТД, (СПб., 2007 г.) — Вторая международная научно-практическая конференция вузов России «Развитие современного искусства: проблемы и перспективы дизайн-образования» СПУТД, (СПб., 2008 г.) — XVII международная молодежная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» ТПУ (Томск, 2011 г.) — региональный смотр-конкурс творческих работ студентов «Технология художественной обработки материалов». Диплом 1-й степени в номинации «Научное исследование». Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» (СПб., 2012).
Практические результаты работы успешно применяются в художественной практике на протяжении более 10-и лет. Изделия, изготовленные с применением силикатных экспериментальных эмалей неоднократно экспонировались на российских и международных выставках, где были отмечены следующими наградами.
1. Емельянов Александр. Диплом по номинации «Тенденции ювелирной моды — лето 2006» за развитие традиций художественной эмали (Выставка «Мир камня» 9−12 июня 2006 года). Также подобные дипломы получили студенты и выпускники кафедры Материаловедения и технологии материалов СпбГМТУ, проходившие обучение у Емельянова А. Ю. и работающие в технике эмали с применением разработанных композиций силикатных эмалей.
2. Емельянов Александр. Диплом и серебряная медаль по номинации «Эмальерное искусство» (2-я степень) за серию работ «Коллекция украшений с эмалью» (11-й международный конкурс ювелирного и камнерезного искусства «Ювелирный Олимп» Спб, ЦВЗ «Манеж» 7 — 10 декабря 2006г).
Публикации. По основным результатам диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 5 статей — в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации научных результатов диссертаций.
Выводы из эксперимента:
— наибольшее практическое значение в данном эксперименте имеет измерение параметров ЬСк — Светлоты, Насыщенности и Цветового тона. Показания измерений цветового тона и светлоты соответствуют визуальной оценке образцов;
— большинство исследованных цветных экспериментальных эмалей имеют средние значения насыщенности цвета;
— на примере желтой и красной экспериментальных эмалей, полученных на основе силикатные композиции смальты и бисера (С4+№ 11) и (С8+№ 23) видно, как меняются указанные параметры цвета с изменением пропорций исходных компонентов;
— на примере сравнения расчетных и эмпирических данных координат цветности для композиций силикатных экспериментальных эмалей (С4+№ 11) и (С2+№ 9) можно заключить, что более достоверные значения дает метод измерения координат цветности в системе ЬСк.
— проведенные исследования могут быть использованы при цветовом проектировании серийных изделий декоративно-прикладного искусства с применением силикатных экспериментальных эмалей. Так, зная цветовые характеристики отдельных силикатных композиций экспериментальных эмалей (смальты и бисера), можно примерно прогнозировать результативное значение цвета силикатных композиций на основе нескольких компонентов. Однако, следует учитывать, что на конечный результат может оказывать влияние множество различных случайных факторов, таких, как толщина слоя эмали, степень помола силикатных композиций, температура и время обжига, конфигурация изделия и параметры муфельной печи (наличие и степень температурного градиента).
4. Влияние технологических параметров на свойства силикатных экспериментальных эмалей.
4.1. Влияние технологических параметров на физико-химические свойства эмалевого покрытия.
При изготовлении перегородчатых эмалей на различных стадиях производства: от подготовки поверхности и самих силикатных композиций, до получения законченного изделия, основными технологическими параметрами, влияющими на качество эмалевого покрытия будут следующие:
— величина помола частиц эмали;
— материал и качество подготовки металлической пластины, предназначенной для эмалирования;
— наличие контрэмали;
— полное удаление влаги из нанесенного на металлическую поверхность эмалевого порошка;
— температура и время обжига эмалевого изделия;
— толщина слоя эмалевого покрытия и форма изделия.
Теперь рассмотрим влияние этих факторов по отдельности.
Величина помола частиц эмали.
Во время подготовки к исследованиям были проведены многочисленные опыты по использованию экспериментальных эмалей на основе цветных смальт и бисера с различной степенью измельчения частиц стекла для использования их при производстве перегородчатых эмалей. Наилучшим образом зарекомендовали себя эмали с величиной зерна 0,1−0,5 мм в диаметре. Такой размер зерен наиболее подходит для закладывания эмалей в небольшие ячейки между перегородками, так как при работе в технике перегородчатой эмали более крупная зернистость размолотой эмали затрудняет закладывание ее в мелкие ячейки, а более тонкий помол меньше 0,25 мм) затрудняет просушку эмали и может вызывать окисление силикатных эмалей при обжиге (характерно для смальты), что негативно сказывается на их цветовых характеристиках. Однако для экономии материала и упрощения технологического процесса, в большинстве случаев не требуется отсеивание фракций эмали с величиной зерна менее 0,1 мм для получения качественного эмалевого покрытия с точки зрения физико-химических свойств эмалевых покрытий, хотя это можно делать для удобства работы с эмалью. Величина помола частиц имеет значение также для декоративных свойств готового изделия, но это подробно будет рассмотрено в следующей главе.
Материал и качество подготовки металлической пластины, предназначенной для эмалирования В разделе 2.1 «Выбор материала основы» дается обоснования выбора меди марки М1 в качестве предлагаемого материала для изготовления перегородчатых эмалей с использованием силикатных композиций экспериментальных эмалей и требования, предъявляемые к металлической поверхности.
Для наилучшего сцепления экспериментальных эмалей с металлом, поверхность металлической пластины должна быть очищена от всех возможных загрязнений: жира, грязи, толстых оксидных пленок, краски и др. Очистка может производиться как, механическим путем с помощью абразивных материалов, так и с помощь растворов кислот. Несмотря на то, что полное отсутствие оксидной пленки снижает смачиваемость поверхности металла расплавом эмали [8], в случае эмалирования меди желательно обработать металлическую поверхность в слабом растворе кислоты с последующей промывкой в проточной воде (для очистки меди использовался раствор лимонной кислоты с концентрацией не более 5%). Это позволяет также выявить кристаллическую макроструктуру меди, что создает микрорельеф на поверхности металла, также способствующий сцеплению эмали с медью. Тонкая оксидная пленка, улучшающая сцепление эмали с металлом, на поверхности очищенной от загрязнений меди образуется достаточно быстро при контакте с кислородом во время нанесения эмали, просушки и обжиге изделия.
Как и в случае использования обычных горячих глухих (непрозрачных) эмалей [79], сцепление экспериментальных эмалей с металлической основой получается более прочным при нанесении их на шероховатую поверхность металла, чем на гладкую или полированную. В этом случае сцепление улучшается за счет увеличения плоскости покрытия металла эмалью и неравномерного рельефа металлической поверхности.
Наличие контрэмали Перегородчатые эмали обычно выполняются на металлических поверхностях, имеющих значительно большую площадь, относительно к толщине металла. Вследствие этого, нанесение эмали на поверхность металла только с одной стороны может привести к короблению изделия вследствие разности коэффициентов линейного термического расширения металла и эмалевого покрытия. Во избежание этого нежелательного эффекта, перегородчатая эмаль делается либо двусторонней, либо на обратную сторону изделия наносится слой контрэмали. Подробнее об использовании контрэмали описано в разделе 1.1.6. «Технологический процесс нанесения эмали».
Контрэмаль в большинстве случаев наносят на обратную сторону изделия перед набором рисунка из перегородок на лицевой стороне. Толщина контрэмали не должна превышать толщину лицевого слоя, чтобы избежать деформации изделия. Как уже отмечалось выше, контрэмаль составляют из силикатные композиции различных эмалей, чтобы придать ей более универсальные свойства, а кроме того желательно, чтобы контрэмаль содержала мелкодисперсные фракции для придания ей большей пластичности. После обжига контрэмали на обратной стороне, металлическая пластина слегка выгибается, становясь выпуклой со стороны контрэмали. Этот дефект можно ослабить после остывания пластины, прижав ее по всей плоскости. Чтобы во время этой операции, контрэмаль не скалывалась, рекомендуется наносить контрэмаль достаточно тонким слоем, не более 0,5−1 мм в обожженном состоянии. Окончательного выравнивания пластины можно добиться только после обжига эмали на лицевой стороне.
Полное удаление влаги из нанесенного на металлическую поверхность эмалевого порошка.
Для получения качественного эмалевого покрытия при нанесении порошка эмали на поверхность металла мокрым способом, необходимо, чтобы перед загрузкой изделия в печь для обжига, вся влага, содержащаяся в эмалевом порошке, полностью испарилась. В противном случае возникает опасность резкого вскипания влаги, оставшейся в эмалевом порошке. При одновременном изготовлении большого количества изделий целесообразно проводить сушку эмали перед обжигом в сушильных шкафах при температуре около 80 °C. Однако, при изготовлении единичных изделий несложной конфигурации достаточно просушить нанесенную эмаль на горячей подложке, либо осторожно помещая заготовку на короткое время (не более 5 с) в разогретый муфель.
Температура и время обжига эмалевого изделия Для получения изделий высокого качества в технике горячей эмали необходимо четко соблюдать соотношения температуры и времени обжига в зависимости от размера и массы изделия. Средняя температура обжига экспериментальных эмалей составляет 850 °C, что было выявлено в ходе экспериментов. Однако, как указывалось выше, на разных стадиях производства перегородчатых эмалей целесообразно использовать различные значения рабочих температур. Так, при первом обжиге эмалевого порошка, нанесенного на изделие, следует производить обжиг на максимально допустимой температуре, в случае экспериментальных эмалей для меди марки М1 этот диапазон составляет 860−890 °С. Это необходимо для того, чтобы расплавленная эмаль качественно заполнила все ячейки, образованные перегородками. Время обжига должно быть достаточным во-первых для того, чтобы расплав эмали полностью растекся по поверхности изделия и во-вторых, чтобы произошло удаление газовых пузырьков из расплава эмали (дегазация). Но не следует чрезмерно увеличивать время обжига изделий, так как вследствие этого может произойти «прогарание» тонких слоев эмалевого покрытия вследствие реакции с окисью меди, и нежелательные химические реакции в расплаве эмали, могущие привести к изменению цвета эмалей. Для экспериментальных эмалей время первого обжига изделий составляет 3−5 минут для небольших изделий с площадью поверхности до 4000 мм². Для более крупных изделий время обжига может быть увеличено до 10 минут.
Последующие обжиги для доработки изделия могут производиться при более низких температурах и в более коротком временном интервале. Финальный обжиг для получения эффекта глянцевой поверхности механически сошлифован-ной эмали (т.н. горячая полировка) может производиться в интервале температур 780−820 °С и в течение 1−3 минут, в зависимости от размера изделия.
Толщина слоя эмалевого покрытия и форма изделия.
Этот фактор имеет важное значение для качественной эксплуатации готовых изделий, не считая декоративных свойств покрытия, о чем речь пойдет ниже. Как уже отмечалось ранее, идеальные прочностные характеристики эмалированного изделия проявляются при покрытии медной поверхности с обеих сторон эмалью одинаковой толщины с одинаковыми свойствами. Однако, на практике это мало применимо. Чаще, для компенсации напряжений используют контрэмаль, составленную из композиции различных по свойствам эмалей. Как правило, контрэмаль наносят на оборотную сторону изделия в первую очередь, а затем уже декорируют лицевую сторону, если изделие одностороннее. Слой контрэмали не должен быть слишком толстым (не более 1−1,5 мм), чтобы не допустить деформации изделия после остывания. Вследствие некоторой разницы коэффициентов термического расширения металла и эмали, медные пластинки толщиной до 1 мм, покрытые контрэмалью, слегка прогибаются в сторону эмалированной поверхности. Этого можно избежать используя изначально слегка выпуклые пластинки, при покрытии которых контрэмалью с вогнутой стороны деформации не происходит. В случае же когда используются плоские заготовки под перегородчатую эмаль, как уже описывалось выше, деформацию можно уменьшить, прижав пластинку с контрэмалью после выгрузки из муфеля. Окончательное выравнивание можно получить только после покрытия эмалью лицевой стороны. Однако, следует избегать слишком неравномерных пропорций при эмалировании плоских изделий. В случае, если длина плоской пластинки под эмаль вдвое или более превышает ее ширину, деформации при остывании выровнять не удается. В этом случае можно увеличить толщину металла, сократив, по возможности толщину эмалевого слоя.
Использование экспериментальных эмалей позволяет получать эмалевое покрытие с толщиной слоя значительно большей, чем у классических эмалей без существенной потери прочности (до 2-х мм, при наличии контрэмали для медных пластинок с толщиной не более 1 мм). Однако, следует учитывать, что на изделиях, имеющих некоторый радиус искривления, толщина слоя не должна превышать 1 мм, чтобы избежать скалывания эмали при остывании обожженного изделия.
4.2. Влияние технологических параметров на оптико-декоративные свойства экспериментальных эмалей.
Основными технологическими параметрами, оказывающими влияние на оптико-декоративные свойства эмалевых покрытий являются следующие:
— температура и время обжига эмалевых силикатных композиций;
— степень очистки эмалевого порошка от различных загрязнений (частиц металла, попадающих в эмаль при размалывании в металлической ступке, примесей, содержащихся в воде для промывки смачивания эмалевого порошка и др.);
— величина эмалевых зерен, образующаяся при размалывании стекломатериалов;
— степень очистки эмалевого порошка от пылевидных фракций (этот фактор наиболее важен для прозрачных эмалей);
— при повторном обжиге после сошлифовывания верхнего слоя эмали при выравнивании поверхности покрытия — степень шероховатости поверхности перед повторным обжигом и степень очистки ее от частиц абразива, используемого для шлифовки.
Теперь можно рассмотреть эти факторы по отдельности.
Температура и время обжига силикатных композиций.
С точки зрения зависимости декоративных свойств исследуемых силикатных композиций от режимов обжига, основная особенность экспериментальных эмалей на основе цветных смальт и бисера заключается в том, что часть силикатных композиций холодных оттенков теряют эффект глушения при первичном обжиге с температурой более 800 °C и требуют вторичного обжига (наводки) с температурой не выше 820 °C. Механизм и причины этого процесса описаны выше. В этом случае глушение полностью или частично восстанавливается, в зависимости от температуры и времени выдержки. Эффект потери глушения может быть использован в качестве художественного приема для получения более темных тонов. Восстановление глушения происходит как правило при финальном обжиге (горячей полировке) перегородчатых эмалей, происходящем в диапазоне 780−820 °С, поэтому данный эффект нельзя считать недостатком. Необходимо отметить, что эффект наводки присущ ряду ювелирных эмалей, выпускаемых промышленностью и широко описан в литературе.
Как уже отмечалось выше, при производстве перегородчатых эмалей, средняя температура обжига экспериментальных эмалей составляет 850 °C. Для оптимального растекания эмали по поверхности металла, и для качественного заполнения ячеек первый обжиг изделия рекомендуется производить в диапазоне 860 900 °C. Несмотря на то, что этот температурный диапазон недостаточен для полной растекаемости некоторых силикатных композиций экспериментальных эмалей (но вполне достаточен для получения изделий требуемого качества), не рекомендуется производить обжиг при температурах выше 900 °C, так как это может привести к изменению (потемнению) цвета эмалей и появлению прогаров — темных пятен на поверхности тонкого слоя эмали вследствие взаимодействия пигментов эмалей с кислородом, металлом и другими компонентами силикатных композиций.
Что касается времени обжига экспериментальных эмалей, с точки зрения оптимизации декоративных свойств, время обжига должно быть по возможности минимальным, чтобы не допустить разложения красящих пигментов и потери цвета. Как правило, среднее время обжига небольших изделий составляет 2−3 минуты, в зависимости от размера изделия, температуры и степени готовности изделия. Однако первоначальный обжиг непрозрачных перегородчатых эмалей может производиться более долгое время (до 10 минут), поскольку вследствие сильной усадки, все цвета будут докладываться вторым слоем и обжигаться при более низкой температуре. Это необходимо для качественного заполнения расплавом эмали всех пустот и дегазации эмалевого слоя. Однако, при финальном обжиге изделия, время обжига должно быть минимально достаточным, чтобы не допустить вышеуказанных дефектов. Температура финального обжига перегородчатых эмалей на меди толщиной до 1 мм, с применением силикатных композиций экспериментальных эмалей для небольших изделий с площадью поверхности до 8000 мм составляет 780−820 °С. Время обжига для изделий с данной площадью поверхности — 1 — 2 минуты. Финальный обжиг более массивных изделий следует производить при температуре не менее 820 °C, вследствие высокой теплоемкости самого изделия (данные действительны при использовании муфельной печи с вышеуказанными параметрами).
Степень очистки эмалевого порошка от различных загрязнений.
Для получения качественного эмалевого покрытия необходимо соблюдать некоторые требования к чистоте материалов:
— отсутствие посторонних примесей в эмалевом порошке (частиц эмали других цветов, не совместимых с основным, механических загрязнений — пыли, грязи, частиц металла);
— химическая чистота воды для смачивания эмалевого порошка.
При размалывании крупных кусков стекломатериалов в стальной ступке происходит неизбежное скалывание мелких частиц металла в процессе толчения. Это приводит к появлению черных точек на поверхности обожженной эмали. Для предотвращения этого дефекта необходимо обрабатывать эмалевый порошок сразу после размалывания с помощью магнита до тех пор, пока на поверхности магнита не перестанут собираться стальные опилки, находившиеся в эмалевом порошке.
Также важно следить за тем, чтобы в процессе работы в эмалевый порошок не попадали различные загрязнения: пыль, органические частицы, частицы эмалей другого цвета или химического состава.
Величина эмалевых зерен.
В отличие от художественных эмалей, выпускаемых промышленностью, при обжиге порошка размолотой экспериментальной эмали, не происходит полное слияние зерен размолотой эмали. Этот эффект нельзя отнести к недостаткам экспериментальных эмалей, поскольку, это в целом не влияет на прочность эмалевого покрытия, и можно утверждать, на основе экспериментальных данных, что прочность экспериментальных эмалей на медной подложке превосходит прочность художественных эмалей, выпускаемых промышленностью. Более того, это придает художественным изделиям особый декоративный эффект, трудно достижимый при использовании «обычных» эмалей. В зависимости от использования экспериментальных эмалей разной степени помола и смешивания различных оттенков цветов силикатных композиций на основе смальты и бисера можно получать сложные дискретные цвета экспериментальных эмалей.
С технической точки зрения, для изготовления перегородчатых эмалей небольших размеров, не рекомендуется использовать слишком мелкие или слишком крупные фракции помола экспериментальных эмалей, что было подробно описано выше. Но при изготовлении более крупных изделий (панно и т. п.), можно использовать достаточно крупно размолотые стекломатериалы, вплоть до включения в эмалевый слой отдельных стеклянных бусин и кусочков смальты.
Степень очистки эмалевого порошка от пылевидных фракций и посторонних включений Этот фактор имеет наибольшее значение при изготовлении небольших ювелирных украшений, где будут бросаться в глаза дефекты, вызванные инородными примесями в составе эмали органического и неорганического происхождения. Чтобы избежать попадание пыли и инородных частиц в эмалевые составы, размолотая эмаль должна храниться в плотно закрытых емкостях, а при работе с эмалью требуется следить за чистотой рабочего места и используемых инструментов. Также следует тщательно следить за чистотой стекломатериалов перед размалыванием эмали.
Степень шероховатости поверхности перед повторным обжигом и степень очистки ее от частиц абразива, используемого для шлифовки При изготовлении перегородчатых эмалей в «средневековой» технике, когда слой эмали постепенно сошлифовывается вместе с перегородками, следует следить, чтобы при сошлифовывании изделий на промежуточных стадиях, перед очередным обжигом поверхность эмали была максимально гладкой, без заметных царапин и неровностей. Это особенно важно при глянцевом («огненном») полировании. Для этого шлифование должно производиться с постепенным уменьшением зернистости абразивных материалов и тщательной промывкой поверхности проточной водой после шлифования. В противном случае (при недостаточно гладкой поверхности, особенно при наличии заметных царапин и шероховатостей) после обжига изделия на поверхности эмали могут наблюдаться дефекты в виде белесых «потертостей» на месте царапин и шероховатостей. При недостаточно тщательном промывании поверхности сошлифованной эмали от микрочастиц абразивных материалов, мелкие частицы абразива могут забиваться в поры эмали и также вызывать цветовые дефекты эмалевого покрытия.
4.3. Подбор технологических параметров и количественных соотношений исходных материалов в композициях экспериментальных силикатных эмалей.
Исходя из требований к предлагаемым составам силикатных эмалей, описанных выше, можно сделать следующие выводы относительно параметров технологического процесса эмалирования и количественных соотношений исходных материалов в композициях экспериментальных силикатных эмалей:
1. Величина помола частиц силикатных эмалей должна составлять не менее 0,25 мм (диаметр частицы), однако, допустимо присутствие в помоле небольшого количества более мелких фракций эмали. Для изготовления изделий декоративно-прикладного искусства малых форм в технике перегородчатой эмали, максимальный размер эмалевых частиц — 0,5 мм, однако, где это допустимо с технологической точки зрения, возможно использование более крупных фракций для создания особых декоративных эффектов, вплоть до вплавления в поверхность силикатной эмали кусочков смальты и бисера.
2. Для наилучшего сцепления экспериментальных эмалей с металлом, металлическую поверхность следует очистить механическим или химическим путем от всех возможных загрязнений: жира, грязи, толстых оксидных пленок, краски и др. Металлическая пластина должна быть отожжена для удаления внутренних напряжений и иметь некоторую степень шероховатости.
3. Для использования предлагаемых силикатных эмалей предложено использовать медь марки М1. Допускается наличие на поверхности металла тонкой оксидной пленки, — это способствует прочному сцеплению эмали с металлом.
4. Наиболее подходящая толщина медной пластины для изготовления художественных изделий в технике перегородчатой эмали составляет 1 мм, при этом обратная сторона изделия должна содержать слой контрэмали для предотвращения деформации изделия и уменьшения прочности эмалевого покрытия. Толщина слоя контрэмали не должна превышать толщины лицевого покрытия.
5. Перед обжигом эмали, изделие должно быть тщательно просушено во избежание вскипания остатков влаги во время обжига.
6. При изготовлении изделий в технике перегородчатой эмали, следует учитывать конфигурацию изделий. Эмаль, проложенную в ячейки, образованные перегородками следует обжигать в горизонтальном или наклонном положении. Обжиг эмалевого порошка в вертикальном положении можно производить с большой осторожностью. Обжиг эмали, проложенной в ячейки не следует производить в перевернутом состоянии, для предотвращения осыпания эмалевого порошка при нагреве изделия в печи.
7. Температурный диапазон и время обжига изделий в технике перегородчатой эмали должны выбираться в зависимости от размера, массы изделия и стадии готовности изделия. Средний температурный диапазон обжига экспериментальных силикатных эмалей составляет 820−850 °С. Время обжига в среднем составляет 3−5 минут для изделий небольшого размера.
8. Толщина слоя эмалевых покрытий при использовании силикатных экспериментальных эмалей в технике перегородчатой эмали составляет 0,5−1 мм. Однако в процессе изготовления изделия толщина эмалевого покрытия может быть и больше, так как при сошлифовывании эмали вместе с перегородками, толщина эмалевого покрытия уменьшается.
5. Примеры реализации результатов исследований.
На основе разработанных силикатных композиций экспериментальных силикатных эмалей была изготовлена серия украшений и декоративных панно в технике перегородчатой эмали, представленных на рисунках 32−37. Автор изделийЕмельянов А. Ю. Подробное описание технологического процесса изготовления изделий в технике перегородчатой эмали с применением разработанных силикатных композиций дано в приложении 6.
Рисунок 31 — Кулон «Цветок лотоса». Рисунок 32 — Кулон «Солнце». Размер 52 / 23 мм Диаметр 30 мм.
Рисунок 33 — Кулон «Цветок лотоса». Рисунок 34 — Кулон «Бастет» (кошка). Размер 38/25мм Размер 38/22мм.
Представленные кулоны выполнены с применением предложенных в работе экспериментальных силикатных эмалей. Их дополнение промышленными эмалями позволяет добиться художественного эффекта невоспроизводимого при применении лишь промышленных эмалей. Использование различных соотношений силикатных композиций на основе смальты и бисера одной величины помола позволило получить сложные цветовые переходы и цветовые эффекты в виде мозаичной структуры эмалевого покрытия. В изготовлении кулона «Солнце» (рисунок 33) на последнем обжиге была применена белая эмаль производства Великобритании. Кулон «Цветок лотоса» (рисунок 34) покрыт на завершающем этапе прозрачной легкоплавкой эмалью для создания дополнительной глубины цвета. Кулон «Бастет» содержит включения цветной смальты, что позволяет получить контрастные цветовые переходы, не разграниченные перегородками.
Риунок — 35. Панно «Город Востока». Размер 112 / 92 мм.
Панно «Город Востока» (рисунок 35) и панно «Город» (рисунок 36) выполнены с использованием композиций экспериментальных эмалей различной величины помола исходного сырья и кусков смальты, вплавленных в эмалевый слой, что делает возможным создание декоративно-цветовых эффектов, практически недостижимых при использовании промышленных эмалей. Это позволяет получать сложные контрастные и дискретные переходы в пределах одной ячейки, ограниченной перегородками. Использование возможностей силикатных экспериментальных эмалей не только придает новые потребительские свойства уже известным материалам, но и значительно обогащает декоративные возможности эмалевой живописи. Оба панно на последних обжигах дорабатывались голубой и белой эмалью для получения дополнительных цветовых эффектов.
Рисунок — 36. Панно «Город». Размер 130 / 81 мм.
Заключение
.
Результаты исследований физико-химических, технологических и декоративных свойств разработанных экспериментальных силикатных эмалей позволили сформулировать общие выводы по работе и перспективные направления развития темы:
1. Разработаны новые составы художественных эмалей, способные улучшить дизайн эмалированных изделий и не уступающие по совокупности своих свойств мировым аналогам.
2. Выявлены достоинства силикатных экспериментальных эмалей. Установлено, что по сравнению с выпускаемыми промышленностью художественными эмалями, силикатные экспериментальные эмали обладают следующими преимуществами:
— не содержат вредных и опасных для здоровья примесей и являются более экологичными;
— более высокой химической стойкостью, что существенно упрощает техV нологический процесс изготовления перегородчатых эмалей, в частности, позволяет производить очистку непокрытых эмалью медных поверхностей в растворах органических кислот;
— большей плотностью, что способствует повышению прочности эмалевого покрытия и упрощает механическую обработку эмалированных изделий;
— являются более доступными по сравнению с ювелирными эмалями импортного производстваих применение является экономически целесообразным.
3. Декоративные свойства экспериментальных силикатных эмалей способны существенно расширить возможности художественного эмалирования при создании художественных изделий в технике перегородчатой эмали.
4. Технологические свойства предлагаемых экспериментальных эмалей для использования их в технике перегородчатой эмали по меди не уступают свойствам горячих художественных эмалей, выпускаемых промышленностью.
5. Разработана технология применения силикатных экспериментальных эмалей для создания художественных произведений высокого качества в технике перегородчатой эмали.
6. Предложен перечень рекомендаций по разработке и внедрению разработанной технологии в процесс производства художественных изделий. Апробация результатов работы подтвердила эффективность практического применения силикатных композиций экспериментальных эмалей.