Какую печь лучше выбрать?

С этим вопросом к нам обращаются практически все, кто уже имеет оборудование в домашней или профессиональной мастерской. А также те, кто только планирует его её создавать.

Что же выбрать, какое устройство поможет быстро и недорого превратить волшебный порошок в металл? Постараемся быть максимально объективными и рассказать что хорошо и оптимально, а что мы бы не рекомендовали делать.

И конечно, дабы пресечь спекуляции, сразу оговоримся, что статья касается исключительно глин высшего качества, с которыми работает Студия. Благодаря чистоте сплава данные материалы имеют высокие температуры спекания, близкие к точке их расплавления. Такие глины очень требовательны к точности оборудования (без скачков и колебаний), а также, предназначенных для работы на высоких температурах.

Когда-то давно, в 2010 году, начиная работать с металлическими глинами, мы обжигали наши первые изделия на даче, на простой конфорке газовой печи. И этот способ был для нас единственно доступным и понятным. Но очень быстро мы "уперлись" в возможности и ограничения данного способа. Ниже читайте раздел "Есть ли альтернатива" и узнаете, почему!

Стало понятно, что данный способ приводит только к первичному спеканию металла (мы тогда работали с ArtClay Silver 650, который мог был обожжен на 650 градусах, которые мог дать бытовой газ) и изделие после обжига очень пористое и ломкое. Именно это впечатление мы слышали и от других людей, особенно ювелиров, столкнувшихся с металлическими глинами.

Наш опыт использования муфельных печей (первую печку мы купили в 2012 году) сразу повысил и наше мастерство и сложность работ, которые мы могли воплотить в металле. Однако, от незнания и нехватка средств, печь мы купили дешевую, хоть и английского производства, TSMP R-14Q. Она до сих пор "жива", но активно эксплуатировалась с 2012 по 2016 год. За это время мы трижды поменяли в ней нагревательные спирали. Один раз - термопару и задник печи "в сборе". Пришлось доделывать систему охлаждения электроники и все это - самостоятельно. А так хочется купить печь и чтобы она "работала из коробки".

По состоянию на 2023 год у нас 8 муфельных печей разного уровня и функционала. И каждая из них имеет свои нюансы и предназначение. А мы работаем только с двумя материалами - металлической глиной и фарфором!

Для того, чтобы подойти к выбору оборудования и подбору характеристик, давайте с вами вспомним, что происходит во время термообработки наших изделий.

Здесь сразу можно разделить два типа материалов, обжигающихся кардинально отлично друг от друга:

• Базовые металлы (цветные и черные) - Бронза, медь, латунь, железо, мельхиор, сталь - требуют наличия бескислородной восстановительной среды обжига, которую нам обеспечивает кокосовый активированный уголь, насыпанный в стальную емкость.
• Драгоценный металл (серебряная глина) - неприхотлив в обжиге. Требует только основы для обжига (керамической плитки или тигля на подставке), находящейся в кислородной среде.

Иногда в инструкции к материалу написано, что он может быть обожжен без угля, так называемый "1-step firing", однако с точки зрения физико-химического процесса, данный обжиг не обезопасит изделие от окисления и возможно, частичного разрушения и потери некоторых свойств после обжига. Мы рекомендуем использовать классический "2-step firing", двухстадийный способ обжига в угле.

Итак, ставим подготовленное изделие в печь!

Если мы обжигаем изделия из базовых металлов, необходимо сразу собрать необходимую конструкцию для обжига - из стальной емкости, угля на дне, подставки (сетки) с изделием, уложенным с учетом всех технологических нюансов (см фото с оленем выше).

1. На начальном этапе обжига (до 100 градусов Цельсия) из изделия удаляются остатки жидкости. Если нагрев происходит шоковый (поместили не высохшее изделие в раскаленную печь, например с наложенной эмалью), жидкость превратится в пар моментально с деформированием изделия. Дважды убедитесь, что ваше изделие полностью просушено!
2. В течение первого низкотемпературного обжига (предварительный обжиг, предобжиг) на температурах 350-580 градусов из изделия удаляется органика. Происходит открытое горение или тление (в зависимости от условий обжига и типа материала), выжигание связующего, образование золы, окалины на изделии и на емкости для обжига.
3. Между первым (предобжигом) и вторым (основным) обжигом мы вынимаем изделие из печи вместе с емкостью, добавляем большое количество кокосового угля. По весу 100-300 грамм на стандартную емкость, не считая угля под изделием. Уголь имеет очень большую площадь поверхности пор и поглощает газы. Изделие, помещенное в уголь, оказывается в защитной среде и не окисляется. Однако вокруг емкости может появляться зола и угольный порошок, оседающий на конструкциях печи.
4. После основного высокотемпературного обжига рекомендуется дать изделию медленно остыть в камере печи. Остывание лучше проводить до температуры около 300 градусов Цельсия. Во время остужения конструкция теплоизоляции печи (футеровка) и стальная емкость с изделиями сжимаются. Благодаря этой деформации от емкости отлетает окалина и угольная пыль. Сначала кусками (когда емкость новая), а потом все более мелкими частицами. Если емкость накрыта крышкой, быстрее будет деформироваться крышка, нежели банка. И приподнимая крышку, мы обеспечиваем резкую подачу кислорода в емкость и уголь может вспыхнуть. Будьте внимательны! Если емкость вынуть из печи красного цвета (более 600 градусов, как на фото выше) - окалина, отлетающая от емкости загрязнит площадь радиусом до 2 метров на отдалении от резко остывающей емкости. Это будет смесь угольной пыли и стальной окалины. Рекомендуется оставлять емкость до полного остужения в печи. Это сильно облегчит вам регулярную уборку печной (помещения, где стоит печь). Мы в Студии держим рядом с печами строительный пылесос для уборки печей. Делается это только после полного остужения печи и зоны вокруг нее.

Итак, что мы выяснили?

Вот основные пункты, которые нам надо знать:

• Температуры предварительного обжига - 350-580 градусов. Температуры обжига - 730-960 градусов.
• Банка и уголь пылят и от них летит окалина.
• Материал горит открытым огнем при выжигании связующего.
• Емкость надо минимум 1 раз вынимать в процессе обжига из горячей печи.
• Емкость остывает в печи.

На основе того, что мы узнали давайте подумаем о критериях для выбора идеальной печи. А потом посмотрим, есть ли что-то из готового оборудования, что нам подойдет или же придется искать "кулибина", который сделает нам именно такой "космолет", который нас устроит по всем параметрам!

• Угольная пыль и мелкодисперсная окалина оседает на всем, что есть в печи. Значит она осядет на верхней части спиралей печи. От этого спираль будет находиться не в окислительной среде, а в неравномерно окислительно-восстановительной и такая спираль быстро перегорит и ее надо будет менять. При горении связующего, различных наполнителей для полых форм, при обжиге эмалей - выделяется много органики и паров, которые тоже могут повлиять на спирали, будь они открытыми. Вывод напрашивается сам - искать аппарат со скрытыми спиралями.
• Так как между предварительным обжигом и основным обжигом надо вынуть емкость и засыпать в нее уголь, нужно представить себе этот процесс. Печи с вертикальной загрузкой и большим литражом отпадают сразу - открывать печь на температуре 350-560 градусов небезопасно и очень неудобно. Плюс к этому большинство печей могут быть оснащены датчиком открытия дверцы, который прерывает отработку программы и часто требует остывания печи перед ее перезапуском. Итак, нам нужна печь с фронтальной загрузкой и без датчика открытия дверцы.
• Еще один критерий - это герметичность печи. То есть, дверца печи должна быть плотно закрыта на протяжении всего времени термообработки. Не рекомендуется "заглядывать" в печь, дабы проверить как там все "печется". Это приведет к замене воздушной массы с горячей на холодную и может привести к температурному скачку. Прюс к этому, печи с щелью в нижней части дверцы не дают равномерной зоны нагрева. Ближе к дверце будет холоднее и на высоких температурах это расхождение (градиент) будет намного выше - около 100 градусов, что может быть очень критично для обжига материала. Вывод - печи для лэмпворкеров не подойдут (что это такое - в следующем разделе!)
• Мы должны знать, что если печь на 1000 градусов, то это - ее критическая температура, а не рабочая. Рабочая температура обычно на 10% ниже максимальной. То есть для аппарата с максималкой в 1000, рабочая длительная эксплуатация - 900 градусов Цельсия. Допускается нечастое использование на температурах -5% от максимальной, что укладывается в наши потребности. Значит наша печь должна иметь максималку 1000 градусов минимум.

Так как муфельная печь - это оборудование для профессионального использования, а не для быта, поэтому требования к его функциональности зависит от задач, которые оно будет выполнять. Главное - это процедура качественного нагрева предметов, помещаемых в печь. Ведь все печи одинаково хорошо могут справиться с этой задачей? Нас ждет много интересных особенностей. Рассмотрим только пять видов наиболее распространенных электрических печей. 

• Печи для керамики и фарфора чаще всего бывают с фронтальной или вертикальной загрузкой, причем литраж печи может быть очень большим - от нескольких литров до сотен литров. Открывается фронтальная дверца (просто крышка или со спиралями нагрева) или верхняя крышка печи. В печах для керамики для большей термической эффективности и финальной температуры - открытые спирали в пазах или спирали на керамических трубках по нескольким сторонам, иногда даже - в поде (на дне печи). Футеровка - обычно из легковесного пористого кирпича. Контроллер-программатор. Подключение к питанию на 1 или 3 фазы (220-380в). Большая потребляемая мощность. Температуры обычно - до 1320 градусов в зависимости от модели и мощности. Печи зарубежных и некоторых отечественных производителей оснащены датчиком открытия дверцы, так как при высокой температуре продолжение нагрева при открытой двери очень опасно. 
• Печи для фьюзинга (сплавления стекла) чаще всего имеют нагревательный элемент в верхней крышке печи. То есть при обжиге изделий мы поднимаем всю печь, а дно остается неподвижным на каркасе. Это - ради удобства загрузки и выгрузки изделий. Более легкая футеровка, меньшая мощность ввиду более низких температур (до 900-1000 градусов). Однако, нагрев сверху не прогреет изделие внутри емкости, либо это потребует значительно больше времени, что скажется на счете за электричество и износе оборудования.
• Печи для лэмпворка (закалка бусин и изделий из стекла) требует нагрева камеры на средних температурах (500-600 градусов Цельсия) с обязательным подъемным механизмом дверцы (или щели в дверце) для размещения мандрелей с изделиями. И очень важна регулируемая скорость нагрева и остужения изделий, так как резкие перепады температуры приведут к растрескиванию стекла. К явным недостаткам подобного типа печей можно отнести неравномерность распределения температур в камере при повышении рабочих температур. Дверь закрывается под собственным весом, есть щель для мандрелей и со временем она только увеличивается.
• Печи лабораторные (стоматологические, исследовательские) требуют максимальной точности термообработки, контроля скорости нагрева и закрытых нагревательных спиралей и термопары во избежание воздействия на них возможных паров и газов, выделяющихся из образцов при термообработке. Чаще всего футеровка печи сделана из максимально плотных материалов. Все это влияет на стоимость оборудования. При малом литраже такие печи - самые дорогие.
• Печи для эмальеров (ювелирные) должны хорошо держать тепло и иметь кварцевое окошко для контроля расплава эмали на поверхности изделия. Обычно такие печи имеют небольшой литраж и мощность, но хорошую футеровку. Рекомендуется в таких печах иметь закрытые нагревательные элементы, так как мельчайшие элементы окалины от спиралей могут запечься в расплаве эмали и привести к выбраковке изделия.

Помните пословицу "Скупой платит дважды"?

Приспособления для термообработки металла могут быть и намного дешевле, чем профессиональные муфельные печи. И да, это в разы повышает шанс того, что материал станет доступнее и популярнее среди начинающих мастеров. Однако, маркетинг маркетингом, а физику не обманешь. Термообработка доступными способами ведет к неконтролируемому нагреву. То есть, вы можете ориентироваться только на альтернативные критерии измерения. Например, на визуальные признаки (свечение металла) или на время прокалки. 

Итак, что мы имеем?

1. Обжиг газовой горелкой. Простейший и наиболее дешевый способ превратить глину в металл.

Плюсы - стоимость набора мизерна. Вам нужно иметь горелку (подойдет хозяйственная, или вообще - только насадка на баллон), баллон газа для зажигалок (или для туристических горелок) и огнеупорную поверхность. Еще нужен пинцет для переворачивания изделия.

Минусы - контроль нагрева только по цвету нагревшегося металла и времени прогрева. Нужно непрерывно вручную греть горелкой изделие, исключительно одно за раз, при этом контролируя цвет. Обжечь можно только серебро 999 пробы. Велик риск не допечь изделие или наоборот, случайно расплавить его. Температура плавления 999 серебра более чем на 300 градусов ниже температуры горения пламени горелки. Большие ограничения по объему, дизайну изделия.

2. Обжиг в горшочке Hot-Pot. Инновация от PMC (Mitsubishi Materials), работает на таблетках сухого горючего (типа сухого спирта) или на специальном топливе.

Плюсы - доступный обжиг, поджег и ждешь. Можно обжечь пару-тройку изделий. Некоторые горшочки выглядят красиво.

Минусы - Полное отсутствие контроля термообработки и не совсем приятный запах. Обжечь можно только серебро 999 пробы. Риск не допечь изделие или расплавить его (при использовании альтернативных видов топлива с большей температурой горения). Большие ограничения по объему, дизайну и количеству обжигаемых изделий.

3. Обжиг в микроволновой печи. Инновация японская, широко продвигалась производителями глин ArtClay и PMC. Бокс для обжига (типа MicroKiln) - керамический или керамоволокнистый "стакан" со слоем специальной графитовой обмазки, превращающей энергию микроволн в тепло. При этом стакан не успевает раскалиться снаружи и его можно брать руками в перчатках.

Плюсы - возможность обжига в бытовой микроволновке, относительная дешевизна, по словам производителей работает для серебра 999 и 960, одностадийных базовых металлов. Имеется много вариантов зарубежного и отечественного производства. Некоторые производители рекомендуют устройство для фьюзинга стекла, горячей эмали, обжига низкотемпературной керамики.

Минусы - различное соотношение мощность/время у разных микроволновок приводит к неконтролируемому и не одинаковому нагреву, так как отсутствует визуальный и инструментальный контроль нагрева (бокс закрыт при термообработке). Есть риск не пропекания или наоборот, расплавления изделия. Требует осторожной эксплуатации (бокс внутри очень горячий) и отдельной микроволновки (не той, в которой вы готовите еду).

4. Дешевые муфельные печи. Муфельная печь, упрощенно - это сочетание теплоизоляционного материала камеры внутри негорючего каркаса, нагревательных элементов на стенках печи (обычно 2-3 стороны) и термоконтроллера (термопара + регулятор + реле). Во многих странах производятся и продаются дешевые печи, схожие по конструкции, но обладающие одними недостатками. Выглядят как стальной "кубик" на пластинах-боковинах. Терморегулятор обычно расположен снизу конструкции.

Плюсы - печь порой серьезно дешевле профессиональных образцов, хороша для старта в домашней мастерской, быстрый нагрев при невысокой мощности, закрытая камера, контроль температуры. Некоторые производители позиционируют данные печи "для всех типов работ" в диапазоне аж до 1250 градусов.

Минусы - дешевые материалы и комплектующие. Дешевая тонкая спираль быстро нагревает камеру, но так же быстро перегорает. Тонкая футеровка из керамоволокна или альтернативного дешевого материала приводит к нагреву корпуса печи и окислению/коррозии на нем. Простейшие китайские терморегуляторы глючат при перегреве. Простое реле делает синусоиду нагрева/остужения очень большой амплитуды и это может привести к расплавлению высокотемпературных глин. Термопара со временем (примерно через полгода регулярной эксплуатации) требует замены, так как не выдерживает многократного резкого нагрева. Нет возможности регулировать скорость и этапы нагрева/остужения. 

Итак, мы взвесили все за и против. Посмотрели что есть на рынке, подумали о том, что нам нужно. Теперь предметно обсудим варианты!