Материалы для ювелирных изделий
Шрифт:
Этилсиликат и его подготовка
Технический этилсиликат (C2H50)4Si является прозрачной жидкостью желтовато-зеленоватого цвета с удельной массой не выше 1,0. Он содержит (по массе) 30–40 % кремнезема (SiO2) и до 15 % соляной кислоты (НС1). Применение этил силиката как связующего объясняется тем, что, взаимодействуя с водой, он способен выделять кремнезем по реакции
(C2H50)4SI + 2Н20 – SiO2 + 4С2Н5ОН.
Сначала образуется золь, коллоидный раствор, т. е. тончайшая взвесь твердого материала в жидкости, для смешивания с пылевидным кварцем. В дальнейшем, при сушке, золь переходит в гель (студенистый нерастворимый осадок), обволакивающий и склеивающий отдельные песчинки, затем – в аморфный кремнезем, а после прокаливания – в кристаллический кремнезем.
Таким образом, после прокаливания огнеупорное покрытие состоит только из кристаллического кремнезема (кремнезема кварцевого песка и кремнезема этилсиликата), что обеспечивает высокую огнеупорность покрытия.
Спирт, образующийся при гидролизе, удаляется из огнеупорного покрытия испарением при сушке.
Однако вода с этилсиликатом почти
С целью улучшения процесса гидролиза, увеличения прочности облицовочного огнеупорного покрытия и ускорения его сушки применяют в небольших количествах соляную кислоту с плотностью 1,18—1,19 г/см3. (Возможны случаи применения борной кислоты и глицерина.) Соляная кислота ускоряет гидролиз этилсиликата, способствует выделению геля оксида кремния и схватыванию его при нанесении и сушке огнеупорного покрытия. Количество соляной кислоты будет рассмотрено ниже.
Гидролиз может быть одноступенчатый и двухступенчатый. При одноступенчатом гидролизе в спирт вводят необходимое по расчету количество воды и остальные добавки, после чего смешивают с определенным количеством этилсиликата. Одноступенчатый гидролиз является более простым и распространенным, но в нем процесс гидролиза протекает более медленно, а в связи с этим уменьшается время его хранения.
При двухступенчатом гидролизе количество растворителя и воды вводят в два приема. Его преимущества заключаются в большей устойчивости раствора, который можно хранить при температуре не выше 23 °C до 10 месяцев.
Приводим пример двухступенчатого гидролиза. Количество дистиллированной воды и растворителя (С2Н5ОН) или ЭАФ (эфироальдегидной фракции) определяют в зависимости от модельного состава и количества кремнезема в этилсиликате по таблице П.3.2.
Первая ступень гидролиза состоит из смешивания меньшей части растворителя с необходимым количеством подкисленной воды и этилсиликата. При смешивании подкисленная вода и этилсиликат вводятся постепенно при непрерывном перемешивании при нагреве не более чем до 38–50 °C. В случае подъема температуры выше 50 °C введение подкисленной воды и этилсиликата прекращают до необходимого понижения температуры. После введения всего количества ингредиентов раствор продолжают перемешивать еще около 30 мин. Такой раствор может храниться длительное время.Таблица П.3.2
Количество воды и растворителя в зависимости от модельного состава.
Вторая ступень гидролиза производится за несколько дней до употребления раствора. При этом после первой ступени гидролиза в частично гидролизованный раствор вводят остальную часть растворителя, перемешивают и выдерживают не менее суток. Срок хранения после полного гидролиза составляет не более 15 суток.
На ряде производств вместо дорогостоящего этилсиликата применяют жидкое стекло.Жидкое стекло
В качестве жидкого стекла наиболее употребительным является натриевое стекло содовой варки состава
Na2O п • SiO2 + mH2O.
Углекислый газ, находящийся в воздухе, вызывает разложение жидкого стекла по формуле
Na9O п • SiO2 + С2O ← Na2CO3 + nSiO2.Поэтому жидкое стекло желательно хранить в закрытой таре. При разложении выпадает кремнезем в виде студенистого осадка. Такое стекло к работе непригодно.
Плотность жидкого стекла определяется ареометром. Пленку, которая может образоваться на поверхности жидкого стекла, перед измерением плотности удаляют.
Характеристикой жидкого стекла является модуль. Модуль – это отношение числа граммолекул кремнезема к числу граммолекул оксида натрия. Модуль натриевого жидкого стекла определяется по формуле
где SiO2 – содержание кремнезема, % (по массе); Na2O – содержание оксида натрия, % (по массе); 1,032 – отношение молекулярных весов оксида натрия и кремнезема.
В зависимости от способа приготовления жидкого стекла его состав, модуль и плотность незначительно отличаются (табл. 3.5.2).Таблица П.3.3
Типы жидкого стекла
Жидкое стекло перед употреблением подвергают подготовке тремя способами и в зависимости от его дальнейшего применения:
1) разбавляют водой до необходимой удельной массы;
2) повышают модуль хлористым аммонием;
3) отделяют оксид натрия от кремнезема.
В художественном литье применяют первый способ подготовки жидкого стекла.
Требуемое для разбавления жидкого стекла количество воды определяется по формуле
где Vb – объем воды, л; Vc – объем исходного разбавляемого жидкого стекла, л; γс – удельная масса исходного жидкого стекла, т/м3; γрс– необходимая удельная масса разбавленного жидкого стекла, т/м3.
Обычно разбавление жидкого стекла производят до удельной массы 1,32.
Количество воды для разбавления часто определяют
из графика (рис. П.3.1). Например, жидкое стекло удельной массой 1,1 следует разбавить до 1,32.Рис П.3.1.
График для определения количества воды при разбавлении жидкого стекла:
1 – на 1 л;
2 – на 1 кг.На вертикальной оси графика находим значение требуемой удельной массы 1,32. Проводим горизонтальную линию от этой величины до пересечения с линией 2. Из точки пересечения опускаем вертикальную линию вниз и по горизонтальной шкале находим, что на 1 кг жидкого стекла необходимо ввести около 0,4 л воды.
П.4. Материалы для декоративной отделки ювелирных изделий
Эмалирование
Эмалирование – вид декоративной отделки, связанный с покрытием участков ювелирного изделия легкоплавкой стекловидной массой
Эмаль представляет собой легкоплавкий сплав различных цветов.
При производстве ювелирных изделий из драгоценных металлов используют горячие эмали. Их наносят в порошкообразном состоянии на поверхность отливки, а затем наплавляют, подвергая обжигу. Эмаль не только украшает изделия (кольца, броши, кулоны и пр.), но и защищает их от коррозии.
В состав эмали входят кремнезем, глинозем и другие оксиды, называемые «плавнями». По химическому составу эмаль состоит из соли кремниевой кислоты. Компонентами сплава являются окислы свинца, кремния, калия, бария, натрия, трехокиси мышьяка, сурьмы и окислы красящих металлов. Цвет эмалей может быть самый различный и зависит от входящих в них веществ. Красные цвета получают включением оксида хрома, металлической меди, соединений золота, оксида железа. Черный получают добавлением оксида иридия, оксида марганца. Желтый цвет дают оксид хрома, титановая кислота, трехокись сурьмы, соединения серебра. Синий и голубой получаются от оксида кобальта, зеленый – оксида меди и оксида хрома. Бирюзовый цвет – соединением оксида олова с фосфорнокислой медью, а также металлической медью. Некоторые вещества в разных пропорциях придают сплаву различную окраску. Это: оксид хрома, оксид железа, металлической меди, оксид марганца.
Цветные эмали могут быть прозрачными и непрозрачными (глухими). Непрозрачными эмали получаются в результате добавления в состав сплава оксида олова, трехокиси мышьяка, фосфорной кислоты и других веществ, заглушающих прозрачность.
Преобладание тугоплавких соединений (окиси кремния) приводит к частичной кристаллизации, к расстекловыванию.
Легкоплавкие соединения (оксид натрия, калия и др.) снижают прочность эмали.
Художественные эмали должны быть с температурой плавления до 800 °C, химически стойкими к отбеливанию, обладать хорошей кроющей и адгезионной способностью, ярким цветом и блеском. Процесс эмалирования включает три основных этапа: подготовка изделия, нанесение эмали и обжиг.
Изделие готовят следующим образом: очищают от загрязнений, крацуют, обезжиривают и травят. Перед наложением эмали ее куски размалывают в порошок с частицами размером до 0,01 мм. Стремятся к тому, чтобы эмалевый порошок был однородным по размеру зерен. Пылевидные частицы после разлома обычно удаляют, промывая порошок водой.
Размолотую эмаль смешивают с водой в виде кашицы и накладывают на изделие кистью или шпателем. Для получения качественного покрытия важно, чтобы температурный коэффициент расширения эмали был близок к коэффициенту расширения металла.
Для литья и эмалирования более всего подходит золото. На дошедших до нас фигурках из серебра эмаль в большей или меньшей степени сколота, так как эмаль плохо сцепляется с серебром. Фигурки золотого литья моделируют в основном за счет эмали, а не золота. Золото образует только остов – металлический стержень, покрытый толстым эмалевым слоем. В таких изделиях эмали больше, чем металла. Это объясняется тем, что только так можно обеспечить сцепление эмали с металлом и исключить возникновение напряжений в металле. Напряжение, возникающее на границе между облитым металлом и эмалью можно уменьшить, если эмаль наносить на небольшие плоскости, т. е. расчленить поверхность металла на ячейки и выемки. Идеальным способом будет покрытие литой поверхности тугоплавкой белой эмалью, смешанной с клеем (трагантом), который наносится на поверхность литого изделия слой за слоем кисточкой или шпателем. Следует использовать шероховатость отливки, по возможности усилить ее обработкой штихелем.
После наложения эмали изделие тщательно просушивают и обжигают при температуре 600–800 °C в муфельных печах с открытой спиралью. Каждое ювелирное изделие помещают на специальные подставки из никеля или жаропрочного сплава эмалью вверх.
В процессе обжига наблюдают за состоянием поверхности эмали. Как только она приобретает стекловидный блеск, подставку с изделиями извлекают из печи. После обжига металлические части изделия, не покрытые эмалью, отбеливают для удаления оксидов. Отбеливание производят в слабом растворе серной кислоты (до 15 %) или в концентрированной соляной кислоте. Для эмалей с пониженной кислотостойкостью рекомендуют применять лимонную или щавелевую кислоту.
Техника художественного эмалирования разнообразна. В одних случаях эффект достигается введением в композицию небольших цветовых пятен, в других – эмаль является основным декоративным элементом. Иногда эмалью покрывают почти все изделие, а металл служит только конструкционной основой.
Эмали бывают выемчатые, перегородчатые, прозрачные, гладкие и живописные (финифть).
Для декоративной отделки ювелирных отливок чаще всего применяют выемчатые эмали. Перегородчатые и гладкие эмали применяются достаточно редко и описываться не будут, а прозрачные эмали применяются практически во всех случаях изготовления ювелирных отливок, и потому некоторые сведения о них будут изложены.