Материалы для ювелирных изделий - Владимир Куманин

Таблица П.3.1

Фракционный состав 6-й и 7-й групп асбеста

Кремнеземистые огнеупоры подразделяются на 5 марок по химико-минералогическому составу и на 8 классов в зависимости от зернового состава. Огнеупоры 1—4-го классов в отсутствие более мелких следует размалывать в шаровых мельницах. Обычно используют огнеупоры 5—8-го классов, причем чем тоньше рисунок изделия, тем более мелкий класс. Для литья по выплавляемым моделям применяют молотый пылевидный кварц, изготовленный из кварцевого песка.

Кристобалит. Это наиболее качественный наполнитель для гипсовых форм, что обусловливается его динамометрической характеристикой. Большое термическое расширение кристобалита при 230–280 °C составляет – 1,6 %, а при 800 °C – около 1,8 %, что позволяет компенсировать усадку гипсовых форм при их прокаливании, а также устранять влияние усадки металлов и легкоплавких моделей на размеры получаемых изделий. Пологость кривой линейного расширения формовочных материалов с кристобалитовым наполнителем при 260 °C обусловливается стабильностью размеров форм в большом интервале температур, что положительно влияет на точность отливок и сохранение целостности форм. Отсутствие кристобалита привело к использованию искусственных тридимита-кристобалитовых динасов и к получению искусственного кристобалита из песка.

При нагреве до 1600–1650 °C в течение 1,5–2 ч кварцевый кристобалит превращается в кристобалит. Введение в песок 0,5–1 % щелочного минерализатора Na2CO3 позволяет снизить температуру обжига кварцевого песка до 1350–1400 °C с выдержкой от 10 до 35 мин. Полученный после такой обработки материал содержит 91–97 % кристобалита.

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 не смешивается, поэтому реакция гидролиза идет очень медленно. Для введения воды в этилсиликат и ускорения реакции применяют растворители, растворяющие в себе и воду, и этилсиликат. Этот раствор называют гидролизованным раствором этилсиликата. Растворителями могут быть этиловый спирт (С2Н5ОН), эфироальдегидная фракция (83–85 % С2Н5ОН, 1,5 % метилового спирта, менее 3 % эфира, менее 2 % сивушных масел и до 1 % кислот), ацетон (СН3СОСН3) и растворитель № 16 (более 90 % С2Н5ОН и по 2 % воды и толуола).

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.