Материаловедение. Часть 2

ДРЕВЕСИНА
Древесина для художественно-оформительских работ используется при изготовлении каркасов, планшетов и стендов, несущих конструкций и т. д. При выборе древесины необходимо определить условия, в которых будет эксплуатироваться изделие (внутри помещения или для наружных работ), вид нагрузки, оформления и окраски.

Строение древесины

Физико-механические свойства древесины
Физические свойства
Плотность
Влажность
Запах
Теплопроводность
Звукопроводность
Электропроводность Текстура
Блеск
Цвет
Механические свойства
Твердость
Упругость
Прочность
Износостойкость
Сопротивление раскалыванию
Дефекты (пороки)
Косослоистость
Сучковатость
Порок- это недостатки отдельных участков, снижающие качество и ограничивающие возможности использования материала.

Дефекты (пороки)
Косослоистость — размещение волокон древесины наискось доски или бруса. Прочность на излом такого материала значительно уменьшается.
Косослоистость создает трудности при соединении различных видов древесины и ее ручной обработке для изготовления изделий художественного оформления.
Сучковатость — один из наиболее распространенных дефектов древесины, особенно хвойных пород, в которых с течением времени сучки выпадают. В местах расположения сучков прочность древесины уменьшается.

Для декоративного оформления с использованием древесины (лиственных и хвойных пород) сучковатость не является дефектом, а, наоборот, придает особую красоту и привлекательность.

Для изготовления несущих конструкций, каркасов и других элементов художественного оформления используют в основном следующие материалы из древесины.
Доски — основной вид пиломатериалов. Ширина их должна быть не менее двойной ее толщины. Есть доски толстые и тонкие, обрезные и необрезные.
Тонкие доски имеют толщину 13, 16, 19, 22, 25 и 32 мм, а толстые — 40, 50, 60, 75 и 100 мм.
Ширина обрезных досок от 80 до 250 мм (относительно к толщине), а длина — от 1 до 6,5 м.
Бруски не толще 100 мм, но уже, чем доски. Ширина бруска может быть не больше двойной толщины. (Их можно назвать узкие доски.)
Бруски из тонких досок называют рейками. Рейки бывают четырехкантные, обрезанные со всех сторон, и двухкантные, обрезанные лишь с двух.
Пиломатериалы

Строганый шпон получают из лиственных пород древесины на шпонострогальных станках. Этот шпон имеет красивую текстуру и поэтому широко используется в художественных работах для декоративного оформления (стендов, планшетов, а также интерьеров). Толщина строганого шпона 0,4, 0,6, 0,8, 1,0 мм.
Лущеный шпон изготовляют лущением (обтачиванием) колоды. Этот шпон одноцветный и не имеет такой красивой текстуры, как строганый.
Шпон — тонкая доска. Шпон бывает строганый и лущеный.

Фанера- слоистый материал, состоящий из трех и более листов лущеного шпона, иногда в композиции с другими материалами.
В зависимости от применения из шпона изготовляют фанеру различных марок. Для художественно-оформительских работ в основном используют обычную фанеру, которая бывает шлифованной и нешлифованной толщиной от 1,5 до 18 мм. Декоративную фанеру изготавливают из березового, ольхового или липового шпона и облицовывают с одной или с двух сторон строганным шпоном из ценных пород дерева, либо полимерными пленками, декоративным бумажно-слоистым пластиком.

Древесностружечные плиты (ДСП) листовой композиционный материал, изготовленный путём горячего прессования древесных частиц, преимущественно стружки, смешанных со связующим веществом неминерального происхождения с введением при необходимости специальных добавок.
Они легко поддаются механической обработке. Благодаря сочетанию ряда положительных качеств — легкости, достаточной прочности, красивому внешнему виду, конструкционности, они находят широкое применение в качестве оснований для выполнения художественно-оформительских работ.
Древесные материалы на основе отходов

Сырьем для производства плит служат полимерные вяжущие материалы и древесина. В качестве подсобных применяют материалы, придающие плитам необходимые свойства.
Связующие полимеры должны быстро и необратимо твердеть при термообработке массы и прочно соединять частицы древесины, быть водостойкими, нетоксичными, без резкого устойчивого запаха, огнебезопасными, иметь светлую окраску во избежание загрязнения цвета плит.
Карбамидные и фенольные термореактивные материалы вполне удовлетворяют этим требованиям.
Стружку — основной материал — приготавливают из самых разнообразных древесных пород, как хвойных, так и лиственных (береза, осина, ольха, бук, сосна, ель и др.).
Легкие и мягкие породы древесины дают более плотные и прочные плиты, чем породы тяжелые и твердые. Обычно тяжелые породы применяют для среднего слоя плит, отбирая для лицевого слоя мягкую и легкую древесину, дающую мелкую однородную стружку.
Хранят древесностружечные плиты в сухих закрытых помещениях, не допуская резких колебаний влажности и температуры. Укладывают плиты в горизонтальном положении.

Древесноволокнистые плиты — это листовые материалы, получаемые путем горячего прессования волокнистой массы, состоящей из органических волокнистых наполнителей и синтетических полимеров.
Как основания для художественно-оформительских работ в основном применяют твердые плиты.
Длина плит 120—140 см, ширина 120—180 см, толщина 3—4 мм.

СТЕКЛО
Стекло́ — вещество и материал, один из самых древних и универсальных в практике человека. Материалы для стекла имеют искусственную аморфную структуру, получаемую из минерального расплава, содержащего стеклообразующие компоненты (оксиды кремния, бора, алюминия и тд.). Процесс перехода из жидкого расплава в твердое стеклообразное состояние обратим.
* Для улучшения качеств стекла (обычно утолщенного, более 4 мм), применяемого в оформительских работах, его полируют с одной или двух сторон.

Эксплуатационно-технические свойства
Плотность (обычное оконное стекло- 2500кг/м³, армированного-2600кг/м³)
Пористость отсутствует (за искл. теплоизоляционных и звукопоглощающих)
Стойкость к агрессивным веществам (искл. фосфорная и плавиковая кислот)
Высокий предел прочности при сжатии
Хрупкий
Оптические свойства (именно они отл. оконное, витринное и др. светопрозрачные стекла. Эти свойства характеризуются светопропусканием, поглощением и отражением)

Обычное оконное стекло выпускается толщиной от 2 до 6 мм. Толщина стекла подбирается в зависимости от размеров выполняемой работы и ее назначения. Для выполнения вывесок, табличек, указателей и др. наиболее удобным является стекло толщиной 4 мм. Сначала стекло обезжиривают одним из органических растворителей, после чего на нем можно выполнять те или иные виды работы.
Виды стекла
Светопрозрачные

Витринное стекло представляет собой крупногабаритные бесцветные листы (полированные).
Для создания в помещении рассеянного света можно использовать рифленое, или узорчатое, стекло, проходя через которое свет преломляется и рассеивается.

Цветное стекло по составу аналогично обычному оконному, но в процессе производства к нему добавляют соли различных металлов, которые окрашивают его в различные цвета. Такое стекло применяется при создании подсветок.

Армированное стекло имеет внутри параллельно поверхностям сварную светлую металлическую сетку из термообработанной стальной проволоки диаметром 0,35-0,45 мм. Стекломасса армируется в процессе формирования способом проката. Прочность при этом не увеличивается, а наоборот уменьшается, но такое стекло безопасно- при разрушении от механических и тепловых воздействий осколки удерживаются металлической сеткой. Армированное стекло может иметь гладкую, кованую или узорчатую поверхность, быть плоским и волнистым, бесцветным и цветным.

Закаленное стекло имеет сравнительно высокую механическую прочность и термостойкость. Его нагревают и потом резко охлаждают. Такую процедуру производят 5-6 раз .Таким образом при разрушении оно распадается на мелкие осколки с округленными гранями.

Светонепрозрачные
Стемалит- листы плоского стекла, внутренняя сторона которых окрашена керамической краской. Листы подвергаются термообработке, при которой происходит закалка стекла и закрепление краски.
Выпускают 27 цветов и применяют для отделки интерьеров и облицовке фасадов.

Марблит- материал в виде плоских прямоугольных или квадратных плит с полированной лицевой и рифленой внутренней поверхностью. Его производят из глушенной цветной стекломассы. Выделяют два вида – стекламрамор и декоративный марблит.
Плиты стекломрамора выпускаются белого, голубого, синего, бежевого, зеленых цветов, однотонные или с мраровидным рисунком.
Декоративный марблит выпускается темно-зеленого или черного цвета с кристаллическими вкраплениями, которые блестят при определенным освещением.

Эмалированные плитки- изготавливаются из отходов оконного или витринного стекла, разрезая его по заданным размерам и покрывая с одной стороны слоем эмали, закрепляемой при термообработке. Обычно выпускают их размерами 100х100мм или 200х200мм при толщине 4-6 мм.
Смальта- куски глушенного цветного стекла неправильной формы и толщиной до 10 мм, полученные из стекломассы отливкой или прессованием. Обычно делают из нее мозаичное панно, декоративные вставки при отделке фасадов и интерьеров.

Ситалл получают путем полной или частичной кристаллизации стеклянных расплавов.
Пеностекло (вспененное стекло, ячеистое стекло) — теплоизоляционный материал, представляющий собой вспененную стекломассу. Для изготовления пеностекла используется способность силикатных стёкол размягчаться и (в случае наличия газообразователя) пениться при температурах около 1000°С. По мере нарастания вязкости при охлаждении вспененной стекломассы до комнатной температуры получившаяся пена приобретает существенную механическую прочность.

МЕТАЛЛ
Мета́ллы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами

Свойства металлов
Физические свойства
Химические свойства
Цвет
Пластичность
Теплопроводность
Плотность
Температура плавления
Твердость Способность к окислительно-восстановительным реакциям

Виды металлов
Черные металлы
Цветные металлы
Черные металлы — это соединения элемента железа с углеродом и другими добавками: марганцем, кремнием, серой, фосфором и т. п.
Цветные металлы — это медь, латунь, бронза, алюминий, цинк и др. Их характерная особенность — способность образовывать на поверхности окисную пленку, которая предотвращает дальнейшую коррозию металла.
В зависимости от содержания углерода в сплаве черные металлы подразделяются на сталь (до 2 % углерода) и чугун (более 2 % углерода).

Для оформительских работ из черных металлов чаще всего используют чугун, который в расплавленном состоянии позволяет получить любую сложную форму путем ее отливки.
Для этого используют чугуны: серый (СЧ), белый (БЧ) и ковкий (КЧ).
Серый чугун хорошо льется, но не обладает способностью противостоять ударным усилиям. Разнообразная кухонная и бытовая утварь – чугунки, сковороды, утюги, изготовленная литьем при минимальной последующей обработке имела низкую себестоимость и легкость в производстве.
Чугун

Белый чугун, получаемый в результате термической обработки, обладает очень высокой прочностью, а получаемый на его основе ковкий чугун можно обрабатывать кузнечными инструментами. При маркировании чугуна ставят цифры, которые обозначают прочность чугуна или содержание в нем отдельных элементов, определяющих его свойства.
Сплав из белого чугуна используют в следующих отраслях: машиностроение, станкостроение, судостроение. В машиностроении из него изготавливают: детали грузовых и легковых автомобилей, тракторов, комбайнов и др.
Ковкий чугун предназначен для использования:
в машиностроительной отрасли для изготовления конструкций станков;
для изготовления корпусов и комплектующих автомобилей;
при производстве железнодорожных вагонов;
в изготовлении оборудования для сельского хозяйства.

Сталь – это самый распространенный сплав на планете. Получают ее промышленным способом из чугуна, из которого под влиянием высоких температур выжигают избыток углерода и другие примеси. Стали в основном получают двумя способами: плавление в мартеновских печах и плавление электропечах.
Сталь для оформительских работ используют как конструкционный материал в виде провода, металлических прутьев (круглых, квадратных, шестигранных), изделий из различного проката (уголков, швеллеров, двутавров) и листового материала (изготовление каркасов, несущих
элементов и т. п.), а также для изготовления инструментов, используемых для этих работ.
Сталь

Цветные металлы
Медь (М) в основном встречается в виде различных соединений. Содержание примесей придает соединениям меди различные свойства (упругость, текучесть и др.).
Изделия из меди приобретают красивый внешний вид путем механической и химической отделки.
Для художественных работ наилучшим материалом является красная медь, которая обладает высокой пластичностью и позволяет выполнять ее ручную и механическую обработку.

Латунь (Л)- обозначается с цифрой, которая указывает на процентное содержание в сплаве меди (остальное цинк) представляет собой сплав меди и цинка желтоватого цвета.
Для повышения прочности, антикоррозионных свойств в латунь добавляют железо, марганец, никель, свинец и др.
Она очень легко чеканится, допускает глубокую вытяжку, хорошо отжигается и разнообразно отделывается.

Бронза (БР) представляет собой сплав меди с оловом. Помимо олова в сплав часто входят и другие элементы (кроме цинка).
По сравнению с латунью бронза прочнее, более коррозионно-стойкая. Бронза с давних времен считается наиболее благородным скульптурным материалом. Из нее можно изготовлять различные декоративные элементы путем ручной и механической обработки.

Алюминий — легкий и малоокисляющийся материал, хорошо поддается различным видам художественной обработки. Однако, работая с алюминием, необходимо соблюдать особую осторожность при отжиге, так как он плавится при относительно низкой температуре.
Иногда для выполнения работ применяют алюминий с небольшими добавками, образуя при этом сплавы с различными свойствами. В практике оформительских работ для создания больших декоративных панно используют конструкционный алюминий — дюралюминий, однако этот материал очень жесткий и обрабатывать его довольно трудно.

Олово — тяжелый мягкий металл серебристого цвета с 75 температурой плавления 232 °С. В чистом виде олово не подвержено коррозии.
Для художественно-оформительских работ олово применяют в качестве припоя при паянии (припои составляются в основном со свинцом).
Хранить олово необходимо при положительных температурах, так как при отрицательных ( - 1 3 °С) оно превращается в серый порошок. Явление это носит название «оловянная чума».

КАМЕНЬ
Ка́мень (др.-рус. и ст.‑слав. камы, камень, каминь)-минерал или твёрдая горная порода природного происхождения, кроме песка и металлов.
В практике оформительских работ при оформлении интерьеров, изготовлении мемориальных досок используют мрамор, гранит, песчаники и известняки.

Мраморы образовались из известняков (реже из доломитов) под влиянием высокой температуры под действием огромных давлений в толще земной коры, вызвавших перекристаллизацию известняков.
Они состоят из крупных кристаллов известкового шпата (кальцита), иногда с примесью зерен доломита.
Мрамор в зависимости от примесей бывает белоснежный, розовый, желтый, красный, черный и других цветов; нем часто имеются жилки и узоры.
Применение мрамора для скульптурных произведений и в художественном оформлении обусловлено его хорошей податливостью различным видам обработки.
Применяют мрамор в основном для выполнения внутренних работ, так как под влиянием атмосферных факторов (важнейший из них — сернистый газ, содержащийсяв воздухе) он выветривается, теряет блеск полировки, изменяет свой цвет.
МРАМОР

Гранит относится к глубинным породам и является одной из самых распространенных в земной коре горных пород. Это кислая порода, состоящая из кварца (20— 40 %), калиевого полевого шпата — ортоклаза (40— 70 %) и слюды-мусковита или биотита (5—20 %). Вследствие большого содержания ортоклаза цвет гранита чаще всего серый, голубовато-серый, темно-красный.
Структура гранита ясно выраженная — зернисто-кристаллическая. По размерам зерен граниты делят на мелко-, средне- и крупнозернистые.
Граниты хорошо обрабатываются: их обтесывают, шлифуют и полируют.
ГРАНИТ
Свойства гранита
Долговечность(разрушаться начинает после 500 лет)
Прочность
Устойчивость к атмосферным воздействиям
Водонепроницаемость
Экологичен
Пожаростойкость
Легкость в обработке
Устойчивость к воздействию грибков и кислот

Большинство памятников и монументов делают именно из него.
Его прочность и устойчивость к истиранию позволяют использовать камень для изготовления ступеней, облицовки полов, подъездов и даже мостовых.
В условиях холодного климата наиболее востребованный строительный материал - это гранит. Свойства его позволяют облицовывать здания и даже набережные там, где бывают суровые зимы.
Этот камень способен преобразить ваш дом как изнутри, так и снаружи. Дизайнеры с успехом используют его для изготовления колонн, лестниц, плинтусов, столешниц и перил. Облицовывают им также стены домов.
Применение гранита в бассейнах, ванных комнатах и фонтанах связано с тем, что он совсем не пропускает воду. А также не разрушается под ее воздействием.
Из него производят:

Песчаники (их еще называют цементовые пески) относятся к обломочным породам, в которых зерна связаны между собой каким-либо веществом (глиной, кальцитом, кремнеземом и др.).
Песчаники образуются в результате разрушения горных пород, переноса обломков водой или ветром и отложения с последующей цементацией. Степень окатанности обломков и степень отсортированности по величине зёрен указывают на протяженность переноса обломков от места первоначального образования. В подавляющем большинстве разновидностей песчаников преобладает кварц, как наиболее устойчивый физически и химически минерал.
В зависимости от цементирующего вещества, придающего определенную окраску, различают глинистые, мергелистые, известковые, кремнистые, битумные и другие песчаники.
ПЕСЧАНИКИ

Для художественно-оформительских работ в основном используются кремнистые песчаники (цементирующее вещество — кремнезем).
В сравнении с другими природными материалами по этому свойству его положение находится между известняком и гранитом. Камень песчаник отличают высокие химико-физические свойства, благодаря которым он не боится влаги, устойчив к изменениям погоды, резким оттепелям и сильным морозам.

Известняки состоят главным образом из кальцита (СаС0₃ ) . Они образовались в морских бассейнах в основном из остатков животного мира (зоогенные породы), а также за счет химических осадков. Известняки залегают обычно пластами. Они бывают белого цвета или в зависимости от примесей (глины, кварца, окиси железа и др.) желтоватого, серого, красноватого, бурого и др.
Большое содержание примесей значительно ухудшает свойства известняков. Для оформительских и скульптурных работ в основном применяются мраморовидные известняки, представляющие собой переходные породы от известняков к мраморам. В них под микроскопом среди массы равномерной плотности видны кристаллические зерна известкового шпата (кальцита)
ИЗВЕСТНЯК