CC BY
61
---------------- © Е.П. Мельников, А.В. Ножкина, Ю.А. Павлов,
Т.Б. Теплова, В.Б. Ключикова, П.И Дубинин,
2011
УДК 691.2 + 671.15 + 679.8
Е.П. Мельников, А.В. Ножкина, Ю.А. Павлов,
Т.Б. Теплова, В.Б. Ключикова, П.И Дубинин,
НАУЧНАЯ ШКОЛА ХУДОЖЕСТВЕННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
Единый научно-образовательный комплекс (научная школа) художественной обработки материалов МГГУ состоит из взаимосвязанных научных направлений, формировавшихся на протяжении длительного промежутка времени, начиная от Московской горной академии Российской империи рубежа конца XIX - начала XX столетия, продолжая временем Московского горного института в течение всего XX века и переходя к периоду Московского горного университета XXI века.
Ключевые слова: минералогия, геммология, дизайн обработка камней, инновационные технологии, научные исследования, подготовка кадров.
Современные горные науки - это комплекс наук об освоении недр, первичной переработке (обогащении) и обработке добытого природного сырья [4].
Под художественной обработкой природного камня понимается совокупность технологических процессов, направленных на изменение объема, физико-технических и декоративных свойств материала заготовки или изделия, с целью получения фактуры обработанных поверхностей и формы изделия, раскрывающих красоту камня и обладающего не только функциональными, но и эстетическими качествами [5].
С самого начала формирования кафедры «Технология художественной обработки материалов» (ТХОМ) в составе Московского государственного горного университета были заложены основополагающие принципы подготовки специалистов по обработке природного (декоративного и облицовочного) камня, сформулированные академиком В.В. Ржевским в его фундаментальной работе «Горные науки»:
- физико-техническая и химическая оценка природного камня для целей его добычи, первичной переработки и обработки;
- экономическая оценка, планирование и организация производств по обработке природного камня;
- разработка технологий и технологических процессов по добыче, первичной переработке и обработке природного камня;
- проектирование природно-технических комплексов камнедобывающих, камнеперерабатывающих и камнеобрабатывающих предприятий;
- конструирование, изготовление и эксплуатация специализированного оборудования и инструмента по добыче, первичной переработке и обработке природного камня;
- энергообеспечение, энергооборудование, автоматизация и компьютеризация камнеобрабатывающих производств;
- охрана труда и окружающей среды от вредного влияния камнеобрабатывающих производств.
Кроме того, специфика эстетической направленности специальности «Технология художественной обработки материалов» потребовала более широкого подхода к научным направлениям кафедры ТХОМ.
При создании кафедры технологии художественной обработки материалов в составе Московского государственного горного университета, которая будет отмечать свое 15-летие в 2011 году, были заложены базовые научные направления обучения студентов новой для ВУЗа специальности, основанные на инженерной фундаментальности компетенций студентов при освоении этого наукоёмкого, многовекторного художественно-технического блока образовательных дисциплин [1, 2]. Учебный процесс по направлению ТХОМ строится на базе следующих научно-методических направлений:
1. Научное направление фундаментальной технической подготовки и отвечающих потребностям своего времени актуальных технических исследований и научных разработок стало основным при формировании данного образовательного направления. Фундаментальная общая научная школа характерна для специалистов всех факультетов и кафедр нашего Университета. Эта традиция заложена и в основание научной деятельности и образования студентов кафедры ТХОМ, созданной в 1996 году и являющейся одной из молодых кафедр ВУЗа.
2. В первые годы существования кафедры (до 2000 г.) сформировались два специальных первых научных направления подго-
товки специалистов - техническое и художественное. Особенностью научных исследований и обучения студентов этого этапа стали работы, связанные с интеграцией художественно-проектных и технологических задач промышленной обработки поделочных и облицовочных природных камней на базе информационных систем [3]. Технологическое и дизайнерское направления явились как бы двумя полюсами сферы художественной обработки материалов. Многим в то время казалось, что органичное сочетание таких разных направлений или вообще невозможно или затруднительно. Но время, как самый объективный судья, показало, что мастерство и искусство могут развиваться совместно, взаимно дополняя и обогащая друг друга. И только такой симбиоз науки, техники и вдохновения рождает новое изделие, когда на богатой научнотехнической почве вырастают и расцветают творческие возможности студентов.
3. В 2001-2003 гг. к имеющимся научным направлениям дополнилось ювелирное дело, включающее элементы и научных и прикладных разработок, что позволило начать работу с ювелирными камнями и металлами. Такое востребованное направление расширило состав предприятий и фирм, заинтересованных в подготовке специалистов, украсило и обеспечило большую притягательность данной специальности.
4. Заслугой 2004-2010 гг. работы кафедры ТХОМ явилось создание нового геммологического научно-прикладного направления МГГУ, развивающего исследования в трех главных областях, охватывающих основной спектр ювелирно-поделочных камней: генезис и свойства самоцветов; диагностика и оценка самоцветов; технологическая геммология,- охватывающих основной спектр ювелирно-поделочных камней. Генетическая геммология позволяет выявлять признаки, отражающие происхождение драгоценных камней и определяющие их свойства, что важно для потребителя и ценно для эксперта-геммолога.
Диагностическая геммология устанавливает наименование самоцвета и его качественные параметры (цвет, чистоту, степень прозрачности, светопреломление, плотность, твердость, спектры поглощения света, люминесценцию и др.), влияющие на его отнесение к природным камням, синтетическим образованиям или имитациям, а также на рыночную стоимость камня.
Например, для магматических рубинов Таиланда и Камбоджи характерно минимальное содержание хрома, отвечающего за насыщенность красной окраски каждого природного кристалла, а повышенное количество в них оксидов железа придает им нежелательный коричневый оттенок.
Напротив, метаморфогенные рубины Мьянмы, Пакистана, Афганистана, Таджикистана, формирующиеся в перекристаллизован-ных мраморах, кристаллических сланцах, кондалитах и т. п. породах, содержащих, по сравнению с другими генетическими типами благородных корундов в 1,5-2,0 раза больше оксида хрома, придающего яркую красную окраску, а также максимальное количество оксидов титана и ванадия, обеспечивает им знаменитый «бархатный» пурпурный цвет ил оттенок, что позволяет их относить к эталонным, лучшего качества в мире рубинам.
Технологическая геммология устанавливает степень и пределы механического и теплового воздействия на камень без его разрушения и изменения природных качественных характеристик, или выясняет характер влияния драгоценного камня на обрабатывающие инструменты и оборудование.
Образование геммологического направления в техническом высшем учебном заведении еще более расширило диапазон исследований и приобретения практических навыков студентами.
5. Постоянное внимание профессорско-преподавательс-ким составом кафедры уделяется традиционным и современным технологиям обработки материалов (художественное гравирование с помощью станков с ЧПУ, обработка поверхности камня и металла в режиме квазипластичности с получением поверхностей с нанораз-мерной шероховатостью, разработка технологии получения опаловой эмали, компьютерный реинжениринг как технология реставрации памятников культуры бесконтактным методом измерений и другие).
6. Очередным расширением творческо-научных возможностей кафедры явилось освоение в 2010 году технологии получения так называемой опалесцирующей эмали. И на ее основе, а также на основе традиционной белой и других цветов эмалей, изготовления тестовых учебных и эксклюзивных ювелирных произведений эмальерного искусства школы МГГУ.
7. На базе выполненных ранее научно-технических исследований в настоящее время создается научно-учебная нанотехноло-
гическая лаборатория. В процессе разработки и создания находятся новые научные образовательные направления и лаборатории: огранки самоцветов, эмальерного искусства, каменнометаллической пластики, системного исследования новых высокотвердых материалов. Но неизменной и приоритетной для кафедры остается многогранная научная и производственная работа, связанная с природным камнем.
Специалистами кафедры ТХОМ предлагается новый способ и технология алмазного шлифования подложек интегральных микросхем (ИМС) для микроэлектроники из твердых алмазоподобных материалов и кристаллов (алмаз, сапфир, кремний и т.д.), с получением высококачественной поверхности шероховатостью 1-10 нм и существенным сокращением брака продукции при производстве.
Суть способа состоит в том, что при обработке кристаллического материала в определенном интервале контактных напряжений происходит не хрупкое разрушение, а пластичное удаление нанослоя обрабатываемого материала. Обработанная поверхность имеет нанометровый рельеф и практически не нарушенный подповерхностный слой. По новой технологии (по сравнению с традиционной технологией) время химико-механической полировки уменьшается в 4 раза, исключается операция алмазной полировки, отмывки и отжига. Способ может быть реализован практически на любом специализированном оборудовании при оснащении его дополнительными приспособлениями, обеспечивающими контролируемое усилие прижима. Возможна автоматизация процесса.
Модернизация камнеобрабатывающей, алмазно-бриллиантовой, художественной и ювелирной отраслей отечественной промышленности, обеспечивающих конечные процессы комплексной переработки минеральных ресурсов при производстве высококачественных архитектурно-строительных и других промышленных изделий, требует квалифицированных специалистов различных профессий. В МГГУ с 1997 г. Ведется подготовка: бакалавров техники и технологии по направлению 551600 - «Материаловедение и технология новых материалов» (до 2005 г.); дипломированных специалистов (с 2001 г.) с квалификацией инженеров-технологов по направлению 656700 и специальности 121200, а с 2005 г. - по направлению 261000 и специальности 261001 - «Технология художественной обработки материалов», аспирантов и докторантов по смежным специальностям горных наук [1].
Изложенные принципы были актуальными и в предыдущие годы, но приобрели осязаемую очерченность и определенность в настоящее время - в период частых смен учебных планов первого, второго, третьего и очевидно не последнего поколения.
Эта, казалось бы, обычная, но частая учебно-методическая работа заставила нас взглянуть на учебный процесс и более широко, и более глубоко, чтобы обеспечить сохранность уникального фундамента рассматриваемой специальности и не утерять ее привлекательности среди молодежи и востребованности в жизни.
Весь образовательный, научный и творческий процесс подготовки молодых специалистов на кафедре ТХОМ состоит из ряда относительно самостоятельных модулей, но в целом составляющих единый профессиональный комплекс:
1.Общеобразовательный модуль с явно выраженной эс-тетическо-технической направленностью.
2. Художественный модуль (рисунок, живопись, цветоведение, композиция, дизайн с превалированием его современной компьютерной составляющей).
3. Геммологический модуль, объединяющий следующий цикл наук: «Месторождения и свойства самоцветов», «Физика алмазов и сверхтвёрдых материалов», «Синтез алмазов и цветных камней», «Диагностика и оценка алмазов самоцветов», «Промышленная классификация ювелирных и технических алмазов и цветных камней».
4. Ювелирный модуль («Ювелирный дизайн», «Ювелирное дело», «Эмальерное искусство», «Камнерезное искусство»).
5. Технологический модуль, объединяющий научные основы и технологии обработки природного камня (облицовочного, поделочного, ювелирного): «Физико-химические эффекты в технике и технологии», «Испытания и оценка качества материалов», «Специальные технологии обработки камня», « Информационные технологии в камнеобрабатывающем производстве», «Автоматизация процессов обработки камня», «Оборудование, оснастка и инструменты камнеобрабатывающего производства».
Например, в геммологическом модуле в курсе лекций «Физика алмаза» рассмотрены физико-механические и оптические свойства алмазов (спектроскопия поглощения, фото- и рентгено-люминесценция), структура природных и синтетических алмазов, проявление оптически активных дефектов алмазов в аномальном
рассеянии рентгеновских лучей и влияние этих дефектов на физико-механические и теплофизические свойства алмаза. Представлены результаты исследования кинетики трансформации азотных дефектов и процессов старения природных и синтетических алмазов, изменения их окраски в результате воздействия на них высоких давлений и температур или высоких энергий. Рассмотрены стандарты на измерения физических свойств алмаза.
В последнее время из-за роста требований однозначности идентификации и надежности аттестации драгоценных камней в геммологии усиливается необходимость обращения к методам, требующим применения более сложного и дорогостоящего по сравнению с традиционной геммологией научного оборудования и приборов. Эти методы, разработанные для других наук, таких как химия, физика и геология, рассматриваются в курсе лекций «Диагностика и оценка алмазов и цветных камней».
Диффузная УФ-оптическая отражательная спектроскопия в видимой области (УФ-ВО). может применяться в сочетании с ИК-спектроскопией для идентификации драгоценных камней, на основе базы данных этих спектров. ИК-спектроскопия в настоящее время является основным (базовым) методом количественного анализа состояния примесей в алмазах и главным критерием подразделения их по физической классификации на четыре типа (Ia, Ib, IIa и IIb), в соответствии с количеством и состоянием примесей азота и бора. В спецкурсе «Диагностика и оценка алмазов и цветных камней» рассматриваются также результаты применения в диагностике алмазов и цветных камней спектроскопии комбинационного рассеяния. Новым прибором в области геммологических исследований за последние годы стал лазерный микроспектрометр комбинационного рассеяния. Эта чувствительная люминесцентная технология нашла широкое применение в области идентификации включений (и пломбировочных материалов) в различных драгоценных камнях, даже под их поверхностью, а также самих драгоценных камней. Так как спектры комбинационного рассеяния могут быть получены на установленных в оправу камнях, этот метод удобен для изучения изделий. Он играет одну из ведущих ролей в определении факта искусственной обработки алмаза в условиях высоких температур и давления. Рассмотрена люминесценция алмаза под воздействием УФ-излучения (флуоресценция) и излучения в видимой области спектра (фотолюминесценция), рентге-
новская флуоресценция, дифракция рентгеновских лучей. Рентгеновская флуоресценция регулярно применяется для решения многочисленных проблем идентификации. Этот метод применяется для получения общего химического состава различных материалов. Дифракция рентгеновских лучей также является старым методом в геммологии, но до настоящего времени является однозначным методом идентификации камней по их кристаллической решетке
В лекциях спецкурса «Синтез алмазов и драгоценных камней» рассмотрены основные методы и физико-химические основы процессов выращивания моно- и поликристаллов алмаза и драгоценных камней. Представлены аппараты и оснастка, применяемые для роста кристаллов, рассмотрены методы и аппаратура, применяемые для контроля параметров процесса и качества синтезированных кристаллов.
В технологическом модуле, объединяющем научные основы и технологии обработки природного камня, в спецкурсе «Физикохимические эффекты в технике и технологии» изложены научные основы и практические результаты взаимодействия алмаза с различными металлами и химически активными по отношению к углероду средами позволяют обосновывать представления об определяющем влиянии физико-химических процессов, протекающих в зоне контакта алмаза с обрабатываемым или обрабатывающим материалом, на износостойкость алмазного инструмента и производительность процесса обработки алмаза в бриллианты. На основе представленных в курсе лекций теоретических и экспериментальных результатов исследований показано, что возможно управление скоростью обработки алмазов и стойкостью алмазного инструмента путем подбора реакций взаимодействия алмаза с химически активными по отношению к углероду средами.
Кафедра ТХОМ является выпускающей, отвечающей за уровень общеобразовательной, профессиональной подготовки и активную гражданственную позицию молодых специалистов, вступающих в жизнь в очень напряженный временной промежуток развития человеческого общества. Поэтому наша кафедра стремится, в соответствии с действующими учебными планами последних лет, расширить научно-образовательные контакты профессорско-преподавательского состава и студенческого коллектива со специалистами и студентами других кафедр МГГУ. Также, взаимополез-ные научно-творческие взаимоотношения сложились у нас с дека-
натом ГЭМ, Вечернего факультета, Физико-технического факультета, Учебным центром довузовской подготовки и кафедрами геологии, физики горных пород и процессов, физико-технического контроля процессов горного производства, технологии машиностроения и ремонта горных машин.
В учебном процессе подготовки специалистов по направлению 261001 кафедра ТХОМ проводит занятия со студентами по 24 дисциплинам (на дневной форме обучения) и 27 дисциплинам (на вечерней форме обучения). Другие кафедры Университета соответственно ведут занятия по 37 и 34 дисциплинам. Из пяти практик 4 ведет кафедра ТХОМ и 1 кафедра геологии.
Приведенные данные демонстрируют высокую степень интеграции кафедры ТХОМ в общеуниверситетский образовательный процесс.
Данный подход к формированию единого профессионального комплекса наук, связанных с технологией художественной обработки материалов, органично вписывается в структуру горных наук Московского государственного горного университета и позволяет создавать новые научные направления, а также развивать уже существующие.
------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мельников Е.П., Миков И.Н., Теплова Т.Б., Павлов Ю.А., Морозов В.И. Состояние и развитие ювелирно-камнерезного направления образования и исследований в МГГУ / Труды научного симпозиума "Неделя горняка-2010":Сб. статей. Отдельный выпуск горного информационно-аналити-ческого бюллетеня.
2. Мельников Е.П., Павлов Ю.А. К вопросу о многоуровневой подготовке специа- листов-ювелиров // «Дизайн. Материалы. Технология», №2(3)/2007. -С. Петербург, ИПЦ СПГУ ТД, 2007.
3. Павлов Ю.А., Ткач В.Р. Организация камнеобрабатывающего производства с использованием информационных технологий. М.: ИКФ "Каталог", 2006. -358 с.
4. Ржевский В.В. Горные науки. - М.: Недра, 1985. - 96 с.
5. Морозов В.И., Дубинин П.И., Дубинина А.П. Тенденции развития художественной обработки природного камня в России. - Труды XI Международного симпозиума «GEOTEChNiKA - GEOTECHNICS 2004», Польша, г.Устронь, 2004, с. 51-58. ЕШ
Коротко об авторах
Мельников Е.П. - профессор, доктор геолого-минералогических наук, заведующий кафедрой технологии художественной обработки материалов (ТХОМ), академик РАЕН, председатель общества геммологов России, E-mail: evmelnikov@list.ru
Ножкина А.В. - профессор, доктор технических наук, заведующая лабораторией ОАО "Научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента (ВНИИАЛМАЗ), Е-маі1: noj kina@inbox.ru
Павлов Ю.А. - профессор, доктор технических наук, заместитель заведующего кафедрой ТХОМ, E-mail: jathom@list.ru Теплова Т.Б. - профессор, доктор технических наук, E-mail: teplova_t@mail.ru
Ключикова В.Б. - доцент, кандидат исторических наук, E-mail: klyuchvb@mail.ru
Дубинин П.И. - ст. преподаватель, кандидат технических наук. Московский государственный горный университет Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
