CC BY
28УДК 625.87
И.С. Родивилова1, С.В.Чуппина2
Известны ювелирные металлические глины, разработанные в 1990 г. корпорацией Mitsubishi Materials [1]. Они представляют собой материалы из благородных металлов (серебро и золото), технологические свойства которых аналогичны свойствам обычной гончарной глины, из них можно лепить, их можно прокатывать или перерабатывать методом экструзии, что весьма удобно при изготовлении ювелирных изделий ручной работы [2, 3]. Так называемые Precious Metal Clay (PMC) глины состоят из мелкодисперсных металлических порошков и водного раствора органического связующего, после их сушки и обжига получаются ювелирные изделия по свойствам близкие к тем, которые получают, например, методом литья3.
Первые марки глин состояли из относительно крупных частиц примерно одного размера и имели высокие температуру обжига (900°С) и величину усадки (до 30%). Современная серебряная глина марки PMC3 (Mitsubishi Materials) может обжигаться при 600°С и имеет усадку не более 10%. Металлический порошок в ее составе отличается более высокой дисперсностью и сложным гранулометрическим составом. Кроме Mitsubishi Materials металлические глины под маркой Art Clay Silver (ACS) производит еще одна японская компания - AIDA Chemical Industries. Помимо глин на основе благородных металлов разработаны материалы, содержащие порошки меди, бронзы и стали.
Консистенция рассматриваемых металлсодержащих продуктов может легко изменяться путем варьирования содержания воды в их составе, они могут быть как твердыми, так и пастообразными. Так в 2009 г. компания AIDA начала производство пасты как модификации золотой глины, предназначенной для нанесения покрытий на изделия из серебра. Особенностью таких покрытий является то, что их толщина практически не ограничена, а их поверхность может быть текстурирована, что обеспечивает широкие возможности использования технологии покрытий на основе металлических глин в ювелирном производстве. К недостаткам таких покрытий следует отнести их пористость, и связанные с этим невысокие защитные свойства, что, однако, не имеет решающего значения в
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ЮВЕЛИРНЫХ ГЛИН ДЛЯ ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ
Санкт- Петербургский госуда рственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26
Исследованы свойства современных ювелирных материалов - металлических глин. На основе данных электронной сканирующей микроскопии определены дисперсный состав и морфология частиц глины. Количественно и качественно состав связующего охарактеризован методами дериватографии и ИК-спектроскопии. Проверена возможность нанесения покрытий из золотой глины на основу из серебра.
Ключевые слова: ювелирные материалы, состав, декоративные покрытия, драгоценные металлы, связующее.
том случае, когда приоритет отдается декоративным свойствам.
В задачу первого этапа настоящего исследования входило определение состава и свойств образцов серебряной (марка PMC3) и золотой (марка PMC) глин производства Mitsubishi Materials и бронзовой глины производства Prometheus. Для исследования гранулометрического состава частиц композиционного материала использовали сканирующий электронный микроскоп Quanta 3D 200i. Предварительно образец исходной композиции с целью удаления связующего многократно промывали водой, центрифугировали при 3000 об/мин и высушивали при комнатной температуре. На рисунках 1-3 представлены снимки образцов при увеличении 15 000 крат. Данные микроскопии показывают, что диаметр большинства частиц находится в диапазоне 0,5-20 мкм, частицы имеют преимущественно округлую форму. Распределение частиц по размерам на примере серебряной глины представлено в виде гистограммы на рисунке 4, построенной по данным визуального измерения и подсчета частиц. Распределение частиц по массе рассчитывали из предположения, что частицы имеют идеальную сферическую форму. В этом случае можно перейти от размера частиц к их массе по формуле, связывающей диаметр и объем шара.
По характеру поверхности можно предполагать, что частицы серебра и золота получены распылением расплава, а частицы бронзы - распылением из расплава и последующим спеканием более мелких частиц.
Содержание связующего и других горючих органических компонентов по данным термогравиметрического анализа (дериватограф Q1500D системы F. Paulik, J. Paulik, L. Erdey) можно оценить как 2 - 3 мас. % (рисунки 5, 6). Пробу для термического анализа готовили высушиванием исходного состава при комнатной температуре до постоянной массы. Для композиций из благородных металлов изменение массы связано только с выгоранием органических компонентов, в случае с бронзовым композитом кроме аналогичной потери массы на начальном этапе при высоких температурах происходит окисление образца, сопровождающееся увеличением его массы.
1 Родивилова Ирина Сергеевна, студ. 3 курса каф. технологии стекла и общей технологии силикатов, [email protected]
2 Чуппина Светлана Викторовна, д-р хим. наук, профессор каф. технологии стекла и общей технологии силикатов, [email protected]
Дата поступления - 4 сентября 2012 года
3 Для многих специалистов словосочетания «ювелирные глины», «металлические глины» представляются неоправданными, не отражающими природу, состав и структуру этих материалов. Однако, поскольку и в отечественных, и в зарубежных источниках информации для обозначения данного рода продуктов широко используются эти выражения, авторы сочли возможным сохранить аутентичные понятия.
Рисунок 1. Электронно-микроскопические изображения частиц золотой глины
Рисунок 2. Электронно-микроскопические изображения частиц серебряной глины
Рисунок 3. Электронно-микроскопические изображения частиц бронзовой глины
Рисунок 4. Распределение частиц серебряной глины по расчетной массе и размерам
Рисунок 5. Дифференциальная термограмма и термовесовая кривая для серебряной глины
Рисунок 6. Дифференциальная термограмма и термовесовая кривая для бронзовой глины
Состав связующего исследован методом ИК-спектроскопии (PerkinElmer Spectrum 65 FT-IR). Для выделения связующего исходный состав разбавляли небольшим количеством воды, твердые частицы отделяли на центрифуге, раствор высушивали при комнатной температуре, а твердый остаток спрессовывали в таблетку с KBr, спектр показан на рисунке 7. В спектре отмечаются характеристические линии поглощения связей C—H, O—H, C—O, и согласно базе данных прибора основной компонент связующего идентифицируется как метилцеллюлоза.
1081 1стгл,сы
tC-0'l
Рисунок 7. ИКС связующего серебряной глины
Приготовлены комбинированные образцы из серебряной и золотой глин. Для получения покрытия использовалась золотая глина PMC (Mitsubishi Materials), разбавленная водой до необходимой консистенции. В качестве подложки служили серебряная глина и прокатанное высокопробное серебро, покрытие предварительно высушивали при обычных условиях и обжигали при 750°С. Удовлетворительное сцепление покрытия с подложкой отмечено только для подложки из глины, в случае прокатанной пластины после обжига покрытие отслаивается от поверхности. Чтобы исключить возможное влияние коробления покрытия при сушке и обжиге, а также окисления подложки при нагревании, опыт повторили, дополнительно применив обмазку покрытия перед обжигом в защитной атмосфере составом на основе гипса. Это позволило лишь частично улучшить сцепление, - при механической обработке покрытие отслаивается.
Таким образом, для получения покрытий на гладких подложках необходимо оптимизировать коммерческие составы металлических глин и технологию их применения с целью повышения их адгезионных свойств, которые намеренно ограничивают, поскольку данные пластичные материалы предназначаются для ручного формования.
Литература
1. Moldable mixture for use in the manufacturing of precious metal articles: пат. 5328775 США; заяв. 18.11.1992; выдан 12.07.1994. http://www.google.com.ua/patents/US5328775?hl=ru
2. McCreight T Working with Precious Metal Clay. Portland: Brynmorgen Press, 2000. 128 р.
3. Landenwitch J Setting Stones in Metal Clay. Portland: Brynmorgen Press, 2008. 120 р.
