Развитие зеркал и технологий их создания

Водные «зеркала», как-то естественные водоемы или широкие сосуды, заполненные водой, обладают серьезным недостатком – смотреться в них можно лишь придав телу наклонное положение, близкое к горизонтальному, что создает неудобства.

Первыми исправить ситуацию попытались народы, населявшие десять тысячелетий назад территорию современной Турции, где, неподалеку от Анатолии, археологами были найдены небольшие зеркала из полированного обсидиана (вулканического стекла). Ремесленники Месопотамии 6000 лет назад изготавливали медные зеркала, спустя два тысячелетия их технологии переняли мастера из Древнего Египта. В Китае, примерно четыре тысячелетия назад, была разработана технология создания бронзовых зеркал. Несколькими веками позже китайские и индийские мастера занялись изготовлением медно-оловянных зеркал.

Развитие технологий производства зеркал получило новый виток с наступлением нашей эры – в Сидоне (Ливан) примерно в 77 году н.э. был открыт способ нанесения на стекло сусального золота. А римские мастера занялись изготовлением зеркал из выдувного стекла с нанесением расплавленного свинца.

Амальгаму, состоящую из ртути и серебра, создали китайские ремесленники – в 500 году н.э. в Китае был налажен выпуск стеклянных зеркал с амальгамным покрытием. Через несколько веков венецианским купцам удалось выяснить секреты изготовления китайских зеркал и к XVI веку Венеция стала монопольным производителем качественных зеркал в Европе.
Этому способствовало изобретение братьями Доменико раскатанного листового стекла. Венецианские зеркала, произведенные в Мурано, отличались высокой четкостью отражения, а введенные мастерами в состав амальгамы бронза и золото позволили получить отражение в зеркале, выглядящее значительно лучше оригинала. Стоимость муранских зеркал была не просто значительной – она была колоссальна. Оправленное венецианское зеркало большого размера в 16 веке можно было легко обменять на торговый корабль. На фоне популярности зеркал среди аристократии, фабрики по их производству открылись прежде во Франции, затем в Германии и в XVIII веке розничные цены на зеркала многократно снизились, что позволило приобретать их не только знати, но и семьям со средним достатком.

Современные технологии создания зеркал базируются на открытии Юстуса фон Либиха – немецкого ученого, разработавшего способ одностороннего серебрения стекол в 1835 году. Открытие Либиха позволило со временем снизить опасность (из-за паров ртути) процесса изготовления зеркал и максимально удешевить их.

Как устроено зеркало?

Основной элемент конструкции современных зеркал – листовое флоат-стекло, прошедшее полировку. Сам по себе лист стекла обладает крайне низкими отражающими способностями, но у него высокая однородность структуры.В результате проведенной полировки достигается практически идеальная гладкость поверхности стекла, на ней нет углублений и выпуклостей, способных негативно повлиять на качество отражения. Кроме того, стекло хорошо поддается обработке, что позволяет придать ему любую плоскую форму.

Зеркальные свойства полированное стекло получает благодаря различным металлическим покрытиям, нанесенным на одну из его сторон. С этой целью могут использоваться различные металлы – алюминий, хром, серебро и др. Поскольку в XVIII-XIX веках зеркала изготавливались с применением серебра, за процедурой нанесения металлов на стекло установилось стойкое название «серебрение». Методика использования амальгамы – сплавов различных металлов с ртутью – многие века составлявшей основу производственного процесса по созданию зеркал, ближе к середине прошлого века была заменена более безопасными технологиями, рассмотренными далее.

Раскрой и обработка стекла

Зеркала применяются в различных целях, поэтому их размеры и форма могут быть самыми разнообразными. Для получения зеркал определенного размера требуется прежде выполнить кройку и резку листового стекла. Эти операции выполняются при помощи специальных станков, режущим инструментом служат технические (нешлифованные) алмазы.

Вырезанные таким образом стекла необходимо отполировать и отшлифовать по линиям срезов, придавая им заданный угол по отношению к основному листу стекла. Обработанные края (срезы) называются фацетами. Благодаря фацетам стеклянные изделия становятся безопасными для рук, поскольку об них нельзя порезаться, одновременно улучшается внешний вид будущих зеркал.

Выполняется один из двух видов фацета – широкий и крутой. Зеркальное стекло с широким фацетом обрабатывается под 10-15^о углом у основной плоскости, ширина фацета при этом равна 20-25 мм.Широкая кромка выполняется при изготовлении зеркал большой площади, для создания которых используется толстое листовое стекло. Крутой фацет вытачивается под углом от 40 до 50^о. Его максимальная ширина меньше, чем у широкого фацета и не превышает 8 мм. Тонкие стекла, идущие на изготовление небольших зеркал, более хрупки, поэтому заточка крутого фацета выполняется с сохранением 2-3 мм кромки с обратной стороны стекла, на нижнем ребре которой вырезается фаска – эта мера позволяет укрепить будущее зеркало.

Фацеты создаются в три приема, поскольку обработка краев стекла – занятие сложное. Прежде выполняется грубая резка фацета, с этой целью применяются металлические фризы и зерна карборунда. Затем края повторно шлифуются карборундовым камнем, а на завершающем этапе – полируются на станке, оснащенном войлочными дисками с использованием полирующих материалов.

Завершив полировку фацетов, необходимо очистить поверхности зеркальной заготовки от пылевых и грязевых частиц, отполировать и обезжирить – эти операции осуществляет полуавтоматическая установка конвейерного типа. Стеклянное изделие выставляется в вертикальном положении, нижняя кромка зажимается обрезиненными валиками, затем активируется работа установки. Заготовка движется по конвейерной ленте, в процессе движения она обдается паром, зачищается щетками с мягким ворсом в присутствии порошкового мела, на завершающей стадии остатки загрязнений и чистящих материалов смываются водой, изделие обдается горячим воздухом. Обезжиривание производится чаще всего вручную, для этого поверхности стекла протираются ветошью, смоченной в растворителе или техническом спирте.

Металлизация зеркал

Слои металла наносятся на подготовленное стекло несколькими способами, наиболее популярны два из них – серебрение и алюминирование.

При выполнении серебрения стекло покрывается 0,15-0,3 мкм слоем серебра. Для металлизации стекла серебрением необходим щелочной раствор азотнокислого серебра и восстановители – соли винной кислоты, формальдегид или инвертный сахар. При соединении этих компонентов во время гидролиза происходит образование глюкозы с некоторым количеством фруктозы, а также альдегидной группы. Серебро восстанавливается и оседает на зеркальном стекле благодаря глюкозе, кристаллизация обеспечивается хлористым оловом. Процесс металлизации серебрением занимает порядка 10 минут, для получения серебряной пленки достаточной плотности его необходимо повторить несколько раз. Чем более толстый слой серебра нанесен на зеркало, тем выше будет его стоимость.

Металлизацию небольших зеркал производят, опуская стеклянную заготовку одной стороной в раствор, содержащий описанные выше реагенты. Зеркала большой площади серебрят, положив их на стол и нанеся раствор на обращенную вверх плоскость.

Алюминирование выполняется иначе – в условиях высокой температуры и под давлением в 0,003 Па. Стеклянные заготовки перед такой металлизацией требуется особенно тщательно обезжирить, а после произвести их обработку электроразрядом. Затем стекло выставляется в вертикальную кассету и заводится в камеру вакуумной установки. Для испарения алюминия применяется проволочный жгут из жаропрочного никеля либо вольфрама – мельчайшие капли алюминия притягиваются к стеклу и оседают на нем, образуя пленку толщиной чуть более 0,12 мкм. Процесс алюминирования занимает максимально 20 минут. По его завершению кассеты со стеклянными заготовками зеркал извлекаются и изучаются – алюминиевая пленка не должна иметь разводы и участки задымления.

Зеркала, металлизированные алюминием, химически устойчивы к атмосферной влаге, сернистым соединениям и прочим веществам химического происхождения, присутствующим в воздухе. По сравнению с зеркалами, выполненными серебрением, алюминированные зеркала характеризуются более низкими спектральными характеристиками и менее качественным отражением, однако их стоимость значительно ниже. Поэтому галантерейные зеркала различной формы и размеров металлизируются алюминием, а их дорогие мебельные аналоги – серебром.

Защита металлического слоя зеркал и установка в оправу

Металлический слой, нанесенный на стекло для получения зеркала, крайне тонок, его легко повредить. С целью защиты металлического слоя после серебрения зеркального стекла на него наносятся несколько защитных слоев. Первый из них – медная пленка, ее толщина должна совпадать с толщиной металлизированного покрытия. Затем, поверх медного слоя, наносится нитроэмаль или нитролак, содержащий алюминиевую пудру – они обеспечат сохранность медной пленки от механических повреждений.

Алюминированное покрытие также защищается от повреждений механического характера, только уже одним слоем, образованным непрозрачными лакокрасочными материалами. Его нанесение производится с использованием лаконаливных машин. Зеркала с алюминированной пленкой, которым предстоит «работать» в условиях высокой влажности, защищаются специальным покрытием – нитроэмалью, смешанной с битумным лаком.

Независимо от типа защитных покрытий и количества нанесенных слоев, они должны образовать равномерную и плотную пленку, не имеющую каких-либо повреждений.

Завершающая операция по созданию зеркал – установка их в оправу. Зеркала, имеющие средние габаритные размеры – ширина от 300 до 550 мм и высота от 400 до 700 мм – часто выставляются на основание из дерева, многослойной фанеры или ДВП. Зеркала, предназначенные для установки на стол и стену, оправляются в металлические, деревянные и пластмассовые рамы, подрамники или выставляются на подставках. «Карманные» зеркальца закрепляются в футлярах из картона, имеющих вид папки, оправляются в металл и пластик, оснащаются съемными (сдвижными) стеклянными крышками.