Строительные статьи и публикации

Создание рисунка, орнамента, узора или какого-либо изображения путем изменения и нарушения (модифицирования) физической и химической структуры поверхности стекла, а также на других твердых материалах называется гравированием (от нем. gravieren, франц. graver - вырезать на чём-либо).

Использование гравировки на стекле легко объясняется тем, что это достаточно древняя технология. Археологические находки свидетельствуют, что техникой гравирования начали пользоваться с эпохи палеолита. Были найдены древние гравировки на кости, камне, дереве, металле и более поздних периодов. Поэтому гравировка на стекле – естественное явление. Скорее всего, впервые гравировка была произведена посредством ручных абразивных (металлических) инструментов (кругом, резцом и др.) механическим способом. Кстати, это самый трудоемкий и сложный метод модификации стекла. Эта техника не позволяет делать копии, репродуцировать изображения.

Итак, технологии ручного гравирования: метод выстукивания, метод резания, метод шлифования и метод гранения.

Гравирование посредством механического удаления с поверхности стекла мелких частиц при помощи механического или абразивного инструмента называется методом гранения и шлифования. После этого поверхность стекла становится матовой. Если нужно, то ее можно и отполировать. Гранение до настоящего времени является популярнейшим методом декорирования предметов из боросиликатного стекла и хрусталя. Данная технология была изобретена на основе метода огранки драгоценных камней. Гранение бывает также алмазным (так называемая алмазная резьба), таким способом гравируют хрусталь. Узоры наносятся при помощи глубоких порезов трехгранного сечения.

Шлифование – достижение декоративного эффекта посредством неглубоких и небольших рисок, которые наносятся на стекло абразивным инструментом. Технология шлифования от технологии гранения отличается тем, что при гранении на поверхности стекла создаются плоскости (грани), а при шлифовании – неглубокие риски.

Гравирование посредством «выцарапывания» стеклорезом (либо другим специальным высокотвердым инструментом) рисунка на поверхности стекла называется методом резания.

Еще одна технология гравирования – выстукивание. В данном случае рисунок на стекле создается скоплением точечных механических повреждений на его гладкой поверхности. Инструментом здесь служит специальный метчик, при помощи которого наносятся удары.

Абразивно-струйное гравирование (пескоструйная обработка) является одним из популярнейших методов гравирования в силу своей простоты и большой производительности. При использовании данного технологического процесса есть возможность изготовлять серии одинаковых изделий. Процесс гравирования этим методом не сложен: мелкие частицы абразивного материала ударяются на большой скорости о поверхность и скалывают кусочки стекла. Вследствие этого стекло становится матовым и непрозрачным, так как оно повреждено и покрыто множественными случайными микроскопическими сколами.

Метод гравирования, основанный на происходящих физико-химическим процессах, возникающих при взаимодействии стекла с мездровым или костным клеем, так и называется «физико-химическим гравированием». Эта технология, благодаря затвердеванию и высыханию клея, позволяет создать эффект «изморози» на стекле. Взаимодействие между частицами клея и стекла сильнее, чем взаимодействие между самими частицами стела. Поэтому клей во время высыхания и затвердевания при помощи механической силы вырывает с верхнего слоя стекла частицы, создавая тем самым раковины различных форм. Именно они и создают такой удивительный рисунок морозных узоров.

В настоящее время, благодаря научно техническому прогрессу, существуют и другие технологии гравирования: электродное, поверхностное лазерное, ультразвуковое, электронно-ионное и объемное.

Ультразвуковое гравирование – технология, основанная на ультразвуковых колебаниях, на их свойстве переносить большую энергию при небольшой амплитуде. Интенсивное влияние ультразвукового излучения на абразивные частицы ударяет их о поверхность стекла с огромной силой, которая в тысячи раз превосходит их вес.

Электронно-ионное гравирование – такой метод художественного декорирования стекла, при котором изделие опускается в емкость (ванну) с расплавом соли металла, затем на стекло единовременно начинают действовать ионные обмены в емкости и сканирующие электронные лучи. Между электронным лучом и ионными обменами в ванной появляется нужное напряжение. От того, какой насыщенности будут элементы рисунка, изменяется интенсивность сканирующего электронного луча в течение всего процесса.

Еще одна технология декорирования стекла называется электродное гравирование – метод, при котором поверхность стекла нарушается электрической дугой, которая возникает вследствие взаимодействия электрода со стеклом, находящимся в емкости с электролитом. Когда электрод движется по стеклу, оно растрескивается. Трещины отходят в разные стороны от той линии, по которой движется электрод. Причем температура дуги такая высокая, что эти трещины сразу же сплавляются.

Лазерное гравирование – метод, при котором создаются полутоновые и штриховые рисунки при помощи непосредственного влияния сфокусированного лазерного излучения на обрабатываемую поверхность. Плюсом данной технологии является отсутствие напряжения в стекле после применения лазера. Что такое лазер? Лазером называется источник электромагнитного светового излучения инфракрасного и ультрафиолетового, или видимого, диапазонов, его воздействие на различные материалы обусловлено вынужденным когерентным излучением молекул и атомов. Лазерные лучи в современности используются очень широко. Это происходит за счет высокой температуры лазерного излучения, которая весьма эффективна. Лазерный луч обладает свойством концентрировать энергию в очень маленьком объеме. Его возможности уникальны и находят применение во многих отраслях и технологиях. Естественно, лазер стали использовать и в резке, сверлении, а также декорировании стекла. Лазер способен создавать в стекле как плоские узоры, так и двух или трехмерные.

Следующим методом художественного декорирования стекла будет технология травления, которая используется уже давно не только по отношению к стеклу, но и к другим твердым материалам. Травление – это растворение верхнего слоя материала химически активными веществами. После применения этой технологии, стекло либо остается прозрачным, либо становится матовым. Все зависит от того, какие соли (растворимые или нерастворимые) образуются в верхних слоях стекла при химическом разрушении оксидов и кремнекислородных образований, эти соли достаточно прочно связанны с поверхностью материала. При технологии травления обычно используют плавиковую (фтористоводородную) кислоту, именно она задерживает в верхнем слое стекла фторсодержащие соли. Итак, кристаллы нерастворимых солей сохраняют поверхность, не дают ее разрушать, однако плавиковая кислота в промежутках между ними дальше разрушает стекло. Стекло разрушается до того времени, пока нерастворимые соли не покроют весь его верхний слой. Таким образом созданные неровности на стекле увеличивают рассеивание света. Вот от этого и зависит шероховатость и матовость стекла. Вид поверхности обуславливается размером кристаллов нерастворимых солей, а также их количества на единицу площади. Немалое значение здесь играет, с какой скоростью проходит реакция и каков состав стекла. Так как химия не стоит на месте и стремительно развивается, к настоящему времени появилось множество разновидностей декорирования стекла технологией травления даже без использования плавиковой кислоты.

Диффузия ионов меди или серебра в верхний слой стекла с единовременным выходом ионов щелочных металлов, выщелачивание оксидов металлов («технология просветления») – все это инновационные химические методы модифицирования стекла.

Новым видом декорирования стекла является технология просветления. Она состоит в том, что на стекло наносится просветляющее покрытие, которое придает стеклу повышенную прозрачность и оттенок определенного цвета или радужный. Цвет зависит от толщины наносимого просветляющего слоя, от угла падения света, а также от равномерности нанесения. Именно данные световые и цветовые эффекты используются при декорировании, в том числе и маленьких стеклянных изделий. Этот метод был разработан в начале ХХ века с целью увеличения коэффициента пропускания света в сложных оптических системах, которые состоят из нескольких линз – окуляры, объективы и др. С целью модификации поверхности стекла этот метод стал использоваться совсем недавно. Эффект просветления – это явление интерференции световых волн, которые отражаются от наружных и внутренних границ просветляющего слоя (пленки). Если при взаимном гашении соблюдать конкретную толщину слоя, сила отраженного света будет очень маленькой, интенсивность же света, который проходит, станет максимальной.

Существует еще одна новая химическая технология декорирования стекла – диффузия, или цветное травление, цветная протрава. В этом случае поверхность стекла обрабатывается лессирующей суспензией, в состав которой входят медь и серебро. При повышении температуры ионы металлов из лессирующего слоя проникают в верхний слой стекла, при этом ионы щелочных металлов покидают его. Вот так ионы меди и серебра окрашивают стекло в результате изменения его химического состава.

Таким образом, методы гравирования стекла делятся на группы по тому, какое влияние они оказывают на поверхность стекла: химическое травление, механическое разрушение, плавление. К этой классификации нельзя отнести технологию нанесения узора «изморозь» или «мороз». Ведь в данном случае стекло, не смотря на то, что повреждается механически, еще и подвергается воздействию физико-химической реакции.

Помимо всего прочего, одним из главных признаков различных технологий может быть и то, позволяет ли она выполнить точные копии изделия, то есть воспроизвести на поверхности предметов одинаковые изображения. Таким образом, некоторые методы гравирования применяются только для изготовления уникальных предметов, а другие применяются для массового производства.