Облагораживание и улучшение качества ювелирных и поделочных камней

Человек издавна стремился получить самоцветы искусственным путем, а также улучшить качество природных цветных камней. Одна­ко только в XX в. стало возможным искусственно выращивать анало­ги алмаза, рубина, сапфира, изумруда и других драгоценных минера­лов. Некоторые вещества, выращенные для технических целей, также с успехом стали использовать в ювелирном деле.

Подоблагораживанием ювелирно-поделочного материала понима­ют искусствен-ное улучшение его свойств с целью повышения ювелир­ных и художественно-декора-тивных качеств самоцветов. Чаще всего облагораживание сопряжено с изменением окраски минерала. Люди занимались этим еще в глубокой древности.

При облагораживании использовали мед, различные охры и сурик, медный купорос, прими­тивные кислоты. С развитием химии пропитка минералов химически­ми реагентами стала обычным делом. В наше время после открытия радиоактивности и рентгеновских лучей было обнаружено, что мно­гие самоцветы обладают способ-ностью изменять цвет при ионизиру­ющем облучении. Сейчас в геммологии накоплен большой опыт обла­гораживания минерального камнесамоцветного сырья. В практи-ческих целях для изменения окраски самоцветов используют три типа воз­действия:

• пропитывание химически активными веществами;

• термическое воздействие;

• ионизирующее облучение.

Рассмотрим каждый тип воздействия. Например, всем известный самоцвет бирюза, которая является сложным фосфатом меди, теряя воду, бледнеет. Ювелиры называют этот процесс старением бирюзы. Чтобы избежать старения, в давние времена бирюзу пропитывали вос­ком, парафином, жиром, а в наше время — коллоидальным кремнезе­мом, жидким стеклом, различными органическими смолами.

Агат в природе чаще всего встречается в виде натечных агрегатов серого цвета. Для окраски агатов используют неорганические соли "хрома (зеленый цвет), железа (желтый цвет), кобальта (синий цвет), никеля, меди и других металлов. Часто химическую пропитку агатов; сочетают с температурным обжигом: в старину невзрачные серые агаты выдерживали в сахарном сиропе, а затем обжигали в печах, получая при этом замечательные ониксы с контрастным цветным рисунком. Окрашенные старыми мастерами агаты практически невозможно от­личить от лучших природных образцов.

Качество природных цветных камней можно улучшить термообра­боткой. Горщики Урала, извлекая из недр кристаллы мориона (черная разновидность кварца), запекали их в тесто и в результате обжига по­лучали прекрасные желтые кристаллы цитрина — несомненно, более ценную разновидность.

Поступающие на мировой рынок из стран Индокитая природные сапфиры зачастую характеризуются слишком густым черно-синим цве­том, что существенно снижает их стоимость. Прогрев в течение не­скольких суток при температуре более 1000°С, как правило, позволяет сделать природные сапфиры существенно более светлыми.

Ионизирующее облучение нередко приводит к изменению окраски самоцвета в обратную сторону по сравнению с термообработкой. К со­жалению, облученные радиоактивными химическими элементами са­моцветы часто сами становятся радиоактивными. В геммологической практике обычно используются установки облучения с радиоактивным изотопом 60⁰С. Например, топаз — бесцветный, прозрачный ми­нерал, который после облучения в зависимости от дозы становится коричневым, голубым или зеленым. Также как алмазы, которые при облучении солями радия окрашиваются в зеленый цвет, при облуче­нии нейтронами — в коричневый, а при облучении в потоке электро­нов — в голубой цвет. Диффузионная обработка — новый способ изме­нения цвета ювелирных камней (главным образом сапфиров) за счет нанесения на камень определенных веществ, аналогичных тем, кото­рые окрашивают его в естественных условиях, и последующей продолжительной тепловой обработки.

 

Искусственные материалы

Термин «искусственный» относится к продуктам, полностью или частично произведенным человеком.

Синтетические камни — это кристаллизованные или перекристал­лизованные продукты, полностью или частично произведенные чело­веком различными методами.

Ювелирные камни, получаемые в лабораторных и заводских усло­виях (рубины, сапфиры, изумруды), по своим внешним и физическим свойствам почти не отличаются от природных. У них очень похожи окраски, одинаковые твердость и плотность, тождественны и их хими­ческий состав и показатели преломления. Но различия в условиях об­разования природных минералов и их синтетических аналогов отра­зились на некоторых особенностях в их росте и внутреннего строения. Это проявляется в зональности кристаллов и характере распределе­ния окраски и включений. В настоящее время разработаны промыш­ленные методы изготовления практически любых ювелирных камней. Однако синтетические камни в десятки, а некоторые и в сотни раз де­шевле природных. Так, например, 1 карат природных рубинов стоит от 1,2 до 29 тыс. $, а синтетических — от 3 до 56$.

В 1970 г. компания «Дженерал электрик» (США) объявила о син­тезе ювелирных алмазов различных цветов массой более 1 карата, но стоимость их очень высока и в ювелирных изделиях они пока не нашли применения.

В основе получения синтетических кристаллов лежат обычные про­цессы кристаллизации, т. е. гетерогенные химические реакции, при которых образуются монокристаллы или их поликристаллические агре­гаты. Процесс может осуществляться как в результате преобразова­ния исходной твердой фазы, так и путем образования твердой фазы из жидкой и газообразной.

Кристаллизация начинается только в том случае, когда исходная фаза становится пресыщенной (переохлаждение). В практике синтеза и выращивания кристаллов пресыщение обычно создается за счет температуры, давления и концентраций.

Используются следующие методы синтеза и выращивания кри­сталлов:

• выращивание кристаллов из расплава — камни группы корунда (в том числе звездчатые формы), рутил, стронций, гранаты, шпи­нели, титан;

• из растворов (изумруды, рубины, шпинели, александриты, гра­наты, кварц);

• из газовой среды;

• выращивание в твердой фазе (для ювелирных кристаллов не применяются).

Выращенные камни — твердые вещества, частично или полностью изготовленные человеком и не имеющие аналогов в природе.

Кубический оксид циркония — фианит - впервые синтезирован в Физическом институте АН СССР. Физические свойства фианитов удовлетворяют самым высоким требованиям: они имеют большой по­казатель преломления; более высокую; чем у алмаза, дисперсию; твер­дость 8 по шкале Мооса.

АО «Ювелиры Урала» (г. Екатеринбург) — единственное в мире предприятие, выращивающее изумрудную щетку и изготовляющее изделия из нее.

Реконструированные камни — искусственные продукты, изготов­ленные путем соединения, плавления или прессования мелких фраг­ментов природных минералов (например, прессованный янтарь, би­рюза и др.).

Прессованный янтарь (синоним — амброид) представляет собой продукт переработки при температуре 140-200^оС и выше (без доступа воздуха янтарь становится пластичным) и повышенном давлении ян­тарной муки, получаемой посредством измельчения мелких кусочков янтаря, с добавлением красителей и без них.

Составные камни — это кристаллические или аморфные твердые тела, состоящие из двух или более частей, соединенных не естествен­ным образом, а путем искусственного склеивания или другими мето­дами. Составные части могут быть как ювелирными камнями или дру­гими минералами, так и синтетическими камнями или химическими продуктами.

Например, дублет альмандин/стекло; алмазные дублеты, состоящие из алмазной коронки, приклеенной к павильону из бесцветного синте­тического сапфира (при погружении в йодистый метилен видна раз­ница в показателях преломления коронки и павильона); дублет, име­ющий верх камня из природного сапфира, к которому по рундисту приклеивают основание из синего синтетического сапфира, и т. д.

Имитации — материал любого происхождения, имеющий с матери­алом, который он имитирует, лишь внешнее сходство.

Камни-имитации являются подделками природных или синтети­ческих камней или продуктов, частично или полностью сделанных че­ловеком. Эти камни имитируют эффект, цвет и внешний вид природных ювелирных или синтетических камней, не передавая их химических и/или физических свойств и/или их кристаллической структуры.

Имитация органических веществ — это произведенные человеком продукты, которые не обладают физическими или химическими свойствами природных аналогов, но имитируют их внешний вид, цвет и эффект.

Имитации жемчуга — это полностью или частично произведенные человеком продукты, имитирующие внешний вид, цвет и эффект на­турального или культивированного жемчуга, но не обладающие их физическими или химическими свойствами, даже если они обра­зованы из природных веществ. Любой продукт, внешне похожий на жемчуг, является имитацией, если его внешние слои не полностью со­стоят из перламутра, выделившегося внутри живого моллюска.

Бирюза из керамики, фальшивые бриллианты: симили — это огранен­ные стекла, покрытые снизу слоем металла, и стразы — стеклянные сплавы, изобретенные в XVIII в. немецким ювелиром Ж. Страссом.

 

Контрольные вопросы

1. Какие камни минерального происхождения относятся к полудрагоценным, почему и их единица массы?

2. Какими характеристиками обладают (горный хрусталь, нефрит, лазурит, малахит, халцедон, агат, амазонит, родонит и лабрадор).

3. Какие камни минерального происхождения относятся к поделочным, почему и где они применяются?

4. Какими характеристиками обладают (яшма, обсидан, чароит и селенит).

5. Какими свойствами обладают камни органического происхождения и их природа образования (жем­чуг,культивированный жемчуг, янтарь и коралл).

6. Что такое облагораживание и с какой целью оно производится?

7. Какие материалы использовались и используются при облагораживании камней?

8. Какие типы воздействия используются для изменения цвета камня?

9. Какие действия необходимо предпринять для предотвращения старения бирюзы?

10.Какие реагенты используют для изменения цвета агата?

11.Какой результат дает термообработка камней?

12.Укажите недостатки технологии ионизации облучения камней и раскройте суть этой технологии.

13. Раскройте суть диффузионной технологии.

14. К каким продуктам относятся искусственные материалы?

15.Что означает термин «синтетические камни» и где получают такие камни?

16. В чем заключается сходство и отличие натуральных и искусственных камней?

17. Что заложено в основу получения синтетических кристаллов (камней)?

18. Назовите методы синтеза и выращивания кристаллов.

19. Что такое «выращенные камни» (приведите пример)?

20. Что такое «реконструированные камни» (приведите пример)?

21. Что такое «составные камни» (приведите пример)?

22. Что такое «имитации»?

23. Что такое «имитация органических веществ»?

24. Что такое «имитации жемчуга»?

 

Лекция № 9. Проектирование и изготовление (тиражирование)

Ювелирных изделий

 

Проектирование ювелирных изделий выполняют художники-ювелиры (дизайнеры), они разрабатывают эскизы, в которых отображают все элементы конструкции ювелирного изделия. По разработанным эскизам изготов­ляют модели, которые утверждаются художественным советом. После утверждения модели ювелирного изделия, разрабатываются рабочие чертежи этого изделия. Рабочие чертежи согласовываются с техническими и контролирующими службами изготовителя и утверждаются руководством разработчика и изготовителя. Согласованная и утвержденная конструкторская документация размножается и передается всем производственным и контролирующим службам предприятия изготовителя, а оригинал и контрольный экземпляр остается у разработчика проекта.

Предприятие изготовитель разрабатывает технологические процессы изготовления этого изделия с учетом всех требований конструкторской документации. На стадии разработки технологических процессов, технологи выдают задания конструкторам на разработки необходимых для изготовления ювелирного изделия средств технологического оснащения (штампы, литьевые формы, приспособления, режущий, измерительный и вспомогательный инструмент).

Более половины современных ювелирных изделий изготавливают методом литья. Есть изделия, которые в станочном исполнении дешевле и качественнее чем изготовленные ручным способом (это цепи). Но высокопроизводитель­ные технологии порождают массовость и однородность изделий, что уменьшает покупательский спрос, поэтому изделия ручного (индивидуального) изготовления предпочтительнее.

Производство ювелирных изделий по различным технологиям (ручная или машинная), это зависит от объемов производства (программы выпуска).

Ювелирные изделия изготавливают в условиях следующих типов производства:

- серийное производство (когда программа выпуска одного образца ювелирного изделия, более 200 шт. в год);

- единичноепроизводство (когда программа выпуска одного образца ювелирного изделия менее 200 шт. в год);

- индивидуальноепроизводство (когда изготавливается одно изделие по рисунку (эскизу) автора).

Стоимость однотипных изделий, изготовленных вручную, на порядки выше, чем изготовленных с использованием различного оборудования.

Основными процессами изготовления ювелирных товаров являют­ся заготовка материалов, создание формы изделия, его отделка и худо­жественная обработка, огранка и закрепление камней (вставок).

Заготовку материалов из сырья и полуфабрикатов производят различными технологическими методами (плавкой, прокаткой, волочением, ковкой, резкой и т.д.). Из исходного сырья драгоценных металлов получают нужные сплавы и припои, пруткам придают заданный профиль, шайбы раскатывают в кольца, листы режут на ленты и прокаты­вают до нужной толщины. Волочением получают проволоку различ­ного диаметра.

Для создания требуемой формы изделий в современном ювелирном производ­стве применяются следующие технологические методы:

- штамповка;

-литье - по выплавляемым моделям;

-сборочные и отделочные операции (монтировку, чеканку, басму, скань (филигрань), шлифовку, просечку и др.).

Штамповка — механический метод формирования изделий или де­талей из листового материала на механических прессах со сменными штампами, состоящими из матрицы и пуансона.

При оценке штампованных изделий необходимо различать следу­ющие основные виды холодной листовой штамповки:

• тиснение (чеканка по рельефу). Заготовку устанавливают, между верхней и нижней плитой штампа и за один ход пресса образуется нужный (заданный) рисунок. Рисунок может быть нанесен на изделие посредством подъема или опускания металлической заготовки под давлением штам­пов. Этот метод применяется при чеканке монет, медалей, порт­сигаров;

• листовая обработка штамповкой. При штамповке формовкой тон­кая листовая заготовка пластически деформируется между мат­рицей и пуансоном без существенного изменения толщины, при этом получают полые рельефные детали небольшой высоты;

• вырубка. В процессе этой операции из листа или полосы, посредством неподвижной матрицы и подвижного пуансона вырезают заготовку по замкнутому контуру;

• пробивка. При этой операции в заранее вырубленной детали пробивают сквозное отверстие (нужной формы и размера) пуансоном;

• глубокая вытяжка — ряд последовательных операций, посредством которых заготовка из листового материала превращается в готовое изделие пуансонами, протягивающими ее сквозь вытяжные мат­рицы, в то время как прижим препятствует образованию складок на поверхности, деформируемой заготовки.

В соответствии с особенностями проведения технологических опе­раций штамповки для получаемых изделий характерно наличие за­усенцев, т. е. слегка приподнятых частей металла на изделии.

В последние годы штамповкой создают легковесные объемные украшения. Штамповка используется практически на всех крупных и средних предприятиях. Но из-за высокой стоимости штампов она рентабельна только при большой программе выпуска изделий.

Литье по выплавляемым восковым моделям — способ получения копий с образца будущих изделий (кулон, кольцо, серьги и т. д.) и их деталей, выполненных вручную мастерами высокой квалификации из тугоплавкого металла.

Модель снабжают специальным литником, который рассчитывают и создают вместе с моделью.

Следующий этап — изготовление резино­вой пресс-формы. В качестве сырья для резиновых форм использу­ют сырые резиновые смеси. Подготовка резиновой смеси заключается в ее распрессовании в вулканизационном прессе при температуре 100°С в течение 1 мин. Для изготовления из полученной пластины сырой резины вырезают модели по форме металлической рамы, смачивают бензином и укладывают в пачки. Толщина пачки зависит от высоты модели. Собранный пакет содержит модель ювелирного изделия. Затем проводят прессование и вулканизацию при температуре 160…180^оС в течении 7…10 минут. Для извлечения модели из пресс-формы резиновый пакет разрезают скальпелем. Линию разреза дела­ют неровной.

Модельный воск представляет собой однородную смесь из двух-трех воскообразных компонентов, отвечающую требованиям достаточной пластичности и прочности. Состав загружают в инжекционный бачок, после этого включают нагреватель и регулируют давле­ние сжатого воздуха в зависимости от величины и формы модели. На рабочую часть резиновой пресс-формы наносят тонкий слой талько­вой пудры. Нагретый до определенной температуры модельный состав путем надавливания подается из бачка в пресс-форму. Заполненную модельным составом пресс-форму охлаждают и осторожно извлекают восковую модель.

Для сборки моделей в блоки используют литники — восковые сто­яки с металлическим стержнем внутри. На литник тонким лезвием электропаяльника припаивают модели, которые образуют блок — «куст». Блок моделей заливают формовочной массой и устанавливают на вибрационный стол.

Выплавление восковых моделей и прокалка опок производятся в спе­циальных печах, обеспечивающих определенный температурный режим — от 100 до 1000°С. Металл заливают в формы специальной установки для центробежного литья; частота вращения плавильного узла 11 — 220 об./мин. Отделяют блок от формовочной массы легкими ударами молотка по стержню блока. Окончательно очищают отливки от формовочной смеси в 30%-ном растворе плавиковой кислоты. Пос­ле промывки и сушки можно отделять отливки от литниковой систе­мы.

Отделенные отливки еще не являются готовыми изделиями, даже если они отлиты по модели целого изделия. Они поступают в монти­ровочный цех для обработки поверхности, подгонки размеров колец, сборки замковых узлов в серьгах и брошах, припайки ушек кулонов и т. д., и только после окончательной монтировки можно приступать к закреплению камней и полировке.

Микролитье, или точное литье, по выплавляемым моделям — это наиболее эффективный способ тиражирования ювелирных изделий. Литьем получают как отдельные детали для последующей их монти­ровки, так и целые изделия. Применение литья позволяет получить любое количество копий сложнейших изделий, изготовленных вруч­ную, которые требуют только незначительной ручной доработки. Кро­ме того, мелкосерийное производство украшений способом литья пред­почтительнее штамповки.

Монтировка — процесс соединения отдельных деталей изделий пу­тем пайки, сварки, клепки.

Чеканка — трудоемкий, но высокохудожественный способ. Декор выбивается с помощью чеканов (стальных стержней определенного профиля). Виды чеканки: из листа и чеканка по литью. Чеканка может быть машинная и ручная. Сущность процесса заклю­чается в том, что за счет давления на чекане или штампе на заготовке остается отпечаток рисунка рабочей части чекана или штампа. В изде­лиях, выполненных методом ручной чеканки, различимы следы молотка, металл в крайних точках всегда отличается тонкостью, изделия состоят из нескольких кусков, в то время как тиражированные изделия штампованы из одного куска. Басма (тиснение) является своеобразным усовершенствованием че­канки. Вместо многократных ударов чеканом, используются басменные доски-матрицы. Преимущество — быстрота, экономия металла (так как используется лист значительно меньшей толщины). Процесс стоит в следующем: на матрицу кладут тонкий лист металла (0,2-3,3 мм), предварительно отожженный и отбеленный. Сверху наклады­вается прокладка из свинца. По этой свинцовой подушке наносят уда­ры деревянным молотком, свинец вдавливается во все углубления матрицы, точно повторяя весь ее рельеф. Такие же деформации претер­певает и металлический лист, зажатый между матрицей и свинцовой прокладкой. Свинец удаляют, и с матрицы снимают басму — тонкий рельеф, очень точно воспроизводящий все детали матрицы, включая и фактуру. Рисунок получается мягким, как бы слегка сглаженным.

Скань (филигрань)- сочетаниедвух основных элементов, из которых состоят изделия, выполненные этим способом (проволока и мелкие шарики, допол­няющие проволочный узор (зернь)).Термин скань подчеркивает основ­ную технологическую особенность — то, что проволока применяется ссученной, свитой в шнуры. Чем тоньше проволока и чем туже, круче она ссучена, тем красивее изделия, особенно если при этом узор дополня­ется зернью (мельчайшие шарики).

При этом способе сначала по определенному рисунку выгибают, отрезают из проволоки детали и приклеивают на клей. Накладной узор посыпают измельченным припоем, который на пламени горелки соеди­няет детали. Готовый узор отбеливают, а затем подвергают серебре­нию, золочению, полировке или оксидированию. Узор дополняют зернью, вставками из камней или эмалью. На выпуске филигранных изделий специализируются московский ювелирный завод, «АО Красносель­ский "Ювелирпром"» и некоторые др.

В современном производстве сканые изделия изготовляются от на­чала до конца вручную или при помощи несложных приспособлений.

 

Виды и разновидности скани:

• напайная скань — узор из проволоки, и зернь напаивают на листовой металл. Ее разновидности: фоновая или глухая, просечная или выпиленная — после пайки узора фон удаляют выпиловкой, рельеф­ная скань по чеканке; напайная скань с эмалью или перегородча­тая эмаль, при которой после пайки скани все пространство между перегородками, образованными сканью, заполняют эмалью;

• ажурная скань — узор, состоящий из элементов, выполненных из проволоки, спаивается только между собой, без фона, образуя как бы кружево из металла, а зернь напаивают на это кружево. Ее раз­новидности:

-плоская ажурная скань, ажурная еканье эмалью или «оконная» эмаль — ячейки между деталями заполняют­ся прозрачной просвечивающей эмалью, образуя миниатюрные цветные витражи;

-скульптурно-рельефная ажурная скань;

-мно­гоплановая или сложная скань — узор скани, состоит из двух или многих планов, напаянных один на другой, когда нижний узор служит как бы фоном и на него накладывают и припаивают новый рисунок, лежащий в другой плоскости, на нем третий и т. д. рельефно-ажурная скань применяется для изготовления окладов на иконы:

-объемная скань — объемные предметы (вазы, кубики, подносы, ларцы, объемные изображения, архитектурные формы и др.), выполненные такой тех­никой. Некоторые объёмные изделия изготовляют из отдель­ных частей, которые затем монтируют (собирают) в целую композицию. В на­стоящее время сканые изделия могут быть тиражированы посред­ством литья и гальванопластики. Использовать штампы можно только для воспроизводства фоновой скани.

Пропиловка (просечка) — удаление части основного металла для получения ажурного орнамента путем выпиливания или вырубки методами штамповки или механической обработки.

Шлифовка — предварительная обработка поверхности изделия аб­разивными материалами с целью устранения неровностей и заусенец.

Метод изготовления влияет на цену изделия. Стоимость изделий, выполненных вручную, выше, чем аналогичных изделий, полученных методом литья, но выплавляемым восковым моделям или изготовлен­ным методом штамповки. Цепи, изготовленные машинным способом, намного дешевле, чем собранные и отделанные вручную.