Существующая на начало 1839 г. технология изготовления медных копий гальванопластическим способом была достаточно сложна для широкого промышленного применения и имела ряд значительных недостатков.
РАЗРАБОТКА ПРОМЫШЛЕННОГО СПОСОБА ГАЛЬВАНОПЛАСТИКИ
Для снятия копий сначала надо было гальванопластическим путем изготовить медную форму и уже на нее наращивать медный слой, точно воспроизводящий оригинал. Сложность была и в поддержании раствора медного купороса в насыщенном состоянии. Но наибольшее неудобство заключалось в том, что перегородка в установке для снятия гальванопластических копий должна была точно повторять очертания копируемого предмета, что было почти невыполнимо при сложных и больших фигурах. Такая сложная перегородка требовалась для того, чтобы все точки на поверхности медного электрода были в одинаковых условиях (в смысле их соприкосновения с раствором медного купороса). При плоской перегородке на выпуклых частях электрода оседало больше металла, чем на вогнутых.
В 1839 г. Якоби удалось успешно решить задачу создания промышленного способа снятия гальванопластических копий. Он отделил источник питания от гальванопластической ванны, ввел растворимый анод и нашел способ осуществлять осаждение меди на неметаллических формах путем покрытия их проводящим слоем. Идея отделения источника тока от гальванической ванны связана с известным еще по первым электрохимическим опытам начала ХIХ в. положением о том, что электрохимические процессы могут происходить не только в самом электрохимическом генераторе — гальваническом элементе, но и в любом сосуде с раствором электролита, через который протекает постоянный ток. Этими усовершенствованиями гальванопластике были приданы все основные черты, с которыми она дошла до наших дней.
Установка (рис. 1 ) с отделенным источником тока имела следующее устройство: в электролитическую ванну CD, наполненную раствором медного купороса, погружались два медных электрода (a — анод, с — катод); при замыкании цепи батареи AB осуществлялся электролиз медного купороса. При этом на катоде с восстанавливалась медь; пластина а постепенно переходила в раствор.
Данное устройство имело следующие преимущества:
- появилась возможность снимать гальванопластические копии с предмета любой формы и размеров, что раньше было ограничено как трудностью изготовления перегородки, так и габаритами гальванического элемента;
- для питания устройства мог быть применен любой источник тока;
- отделение электролитической ванны от источника тока привело к использованию растворимого анода; таким образом, в результате электрохимического процесса раствор медного купороса автоматически поддерживался в постоянном насыщении.
Якоби ввел в употребление формы из непроводящих пластических материалов (воск, гипс, стеарин и др.). Использовать такие формы в гальванопластике можно было только в случае придания их поверхностям проводящих свойств. В качестве проводящего покрытия Якоби использовал сначала медный порошок. Позже он стал использовать для этих целей графит, который и получил широкое распространение для покрытия форм, так как мог быть наносим более тонким слоем, чем медный порошок. Изготовление гальванопластических копий с восковых и подобных форм значительно упростило гальванотехнический процесс и сделало его более дешевым.
Успехи Якоби в совершенствовании своего изобретения были настолько велики и несомненны, что уже в 1839 г. ему поручили обеспечить изготовление гравировальных досок для производства новых денежных знаков в Экспедиции заготовления государственных бумаг (ЭЗГБ) в связи с осуществлявшейся тогда денежной реформой. Это было первое в мире промышленное применение гальванопластики. На рис. 2 показан билет депозитной кассы достоинством 5 руб. Государственного коммерческого банка России 1840 г.
14 февраля 1840 г. Якоби подал заявку в Департамент Мануфактур и Торговли на исключительную привилегию на свое изобретение. Вместо этого он получил денежное вознаграждение в сумме 25 000 руб. серебром «…за оказанную наукам, художествам и вообще художественной промышленности услугу». Ему предложили опубликовать описание изобретения, чтобы всякий желающий мог им воспользоваться. Вероятно, такой шаг был сделан в подражание французскому правительству, купившему за год перед этим изобретение фотографии с условием обязательной публикации.
В середине 1840 г. в Петербурге вышла книга Якоби «Гальванопластика, или Способ по данным образцам производить медные изделия из медных растворов с помощью гальванизма» (рис. 3), которая вскоре была издана в переводах на немецкий и французский языки. В книге на высоком научном уровне и в то же время в общедоступной форме были изложены главные теоретические положения, на которых основывался способ, описаны различные конструкции гальванопластических аппаратов и дана полная детальная технология гальванопластического производства медных предметов. Вскоре после издания этого труда Якоби получил ряд восторженных отзывов о своем открытии от выдающихся мировых ученых, в том числе от Фарадея, Эрстеда и Гумбольдта.
В 1840 г. Якоби был удостоен Демидовской премии, которой Академия наук отмечала выдающиеся научные работы.
Работы Якоби по гальванопластике очень скоро стали широко известны во всем мире, и над развитием и совершенствованием изобретения ученого начали трудиться ученые разных стран.
Современники Якоби проявляли повышенный интерес к изобретению гальванопластики прежде всего потому, что она явилась первым производственным процессом, в котором главным действующим агентом было электричество. До этого представления об электричестве были связаны с сугубо физическими демонстрациями в лаборатории или с такими же неэнергетическими применениями электричества, как телеграф и мины. Это было первое (наряду с электродвигателем) энергетическое применение электричества. Люди увидели, что электричество способно осуществлять сложные химические превращения, имеющие большое практическое значение.
ИЗОБРЕТЕНИЕ ГАЛЬВАНОСТЕГИИ
Следует особо отметить, что для Якоби не осталось незамеченным и такое свойство гальванопластического осадка меди, как плотное сращивание с электродом. Он сразу понял, что гальванопластика может быть применена для покрытия поверхностей одних металлов слоями других металлов, т. е. гальваностегии. Уже в 1839 г. Якоби изготавливает образцы, покрытые гальваническим слоем металла, причем не только слоем меди, но и золота, серебра и платины.
Гальванопластика трудами ее изобретателя переросла в гальванотехнику, включающую в себя и воспроизведение электролитическим путем формы предметов с последующим отделением слоя с отпечатком (гальванопластика) и покрытие одного металла тонким слоем другого (гальваностегия).
Исторической справедливости ради следует сказать, что в 1842 г., т. е. через два года после выхода в свет первого руководства по гальванопластике Якоби, в Университетской типографии в Москве было издано первое руководство по гальваностегии, написанное Алексеем Федоровичем Грековым, — «Теоретическое и практическое руководство к золочению, серебрению, платинированию, лужению». В том же году петербургский зубной врач Бриан предложил первый удачный железосинеродистый электролит для золочения. Его методу был посвящен «Доклад о гальваническом золочении», сделанный Якоби на заседании физико-математического отделения Академии наук 23 сентября 1842 г. В дальнейшем этот метод был усовершенствован А. Ф. Грековым и П. Р. Багратионом. В 1844 г. князь В. Ф. Одоевский, писатель, критик и популяризатор научных знаний, написал книгу «Гальванизм в техническом применении».
ГАЛЬВАНОТЕХНИКА В РОССИИ В 40-х — 60-х гг. ХIХ ст.
В России изобретение Якоби получило широкое развитие. В указанной выше Экспедиции заготовления государственных бумаг гальванопластическое производство было поставлено на высоком техническом уровне и в большом масштабе. Здесь изготавливались не только денежные знаки и государственные бумаги, но и различные художественные изделия. Гальванопластическая мастерская ЭЗГБ к концу XIX в. была самой крупной в Европе. В 1839 г. гальванопластика начала внедряться в Депо карт при Генеральном штабе. Проведение опытов печатания карт с гальванопластических клише и организация дела были поручены Якоби.
В конце 1844 г. герцогом Максимилианом Лейхтенбергским, зятем Николая I, при самом непосредственном участии Якоби было открыто в С.-Петербурге «Гальванопластическое, литейное и механическое заведение» — первый завод в России, на котором получило широкое применение электроосаждение меди, золота и серебра. Здесь впервые были созданы заводские цеха гальванопластики и металлопокрытий, осуществлены электролитические процессы в широких промышленных масштабах. Основными направлениями деятельности этого заведения, производившегоработы по гальванопластике с 1845 по 1857 гг., явилась медная монументально-декоративная скульптура и электролитическое золочение. К 1853 г. на всех видах производств было занято более 1 800 рабочих. Первым промышленным заказом, выполненным заведением в 1845 г., было электролитическое меднение 4 000 орлов для кирасирских шлемов. Изготовление барельефов, модильонов, розетт и медной монументально-декоративной скульптуры было начато в 1846 г. после заключения контрактов на отделку Исаакиевского собора в С.-Петербурге и продолжалось до 1855 г. включительно.
Гальванопластическая скульптура Исаакиевского собора в основном комбинированная. Более тонкие детали, требующие точной репродукции, выполнены гальванопластическим методом, остальные — медночеканной техникой.
Отдельные элементы скульптуры скреплялись пайкой встык оловянносвинцовым припоем с накладкой меди на швы изнутри.
Многие скульптуры для Исаакиевского собора создавались с моделей русского скульптора итальянского происхождения Ивана Петровича Витали. На рис. 4 показана внутренняя скульптура Исаакиевского собора.
Гальванопластическим методом с применением медно-чеканной техники были созданы медные кони для Большого театра в Москве (квадрига Аполлона — рис. 5), статуи для Эрмитажа, Зимнего дворца и др. Скульптура «Квадрига Аполлона» была создана с моделей скульптора Петра Карловича Клодта.
Образцы гальванопластической садово-паровой скульптуры широко и разнообразно представлены в Екатерининском парке города Пушкин (бывшее Царское Село). На рис. 6 показана одна из этих гальваноскульптур — «Венера с амуром», 1851 г.
В заведении производилась позолота листов куполов Исаакиевского собора, Петропавловского собора, храма Христа Спасителя в Москве и нескольких других куполов. Всего мастерская израсходовала на эти цели 45 пудов 32 фунта золота.
Гальванотехника получила широкое распространение и в Западной Европе. В 1851 г. Якоби, вернувшись из командировки в Западную Европу, писал: «Я получил удовлетворение, еще раз увидев, что гальванопластика, дитя, которое я дал миру не без трудностей, растет и хорошеет, обходя весь свет и всюду оставляя бессмертные следы».
Актом всемирного признания заслуг Якоби в изобретении гальванопластики явилось награждение ученого первой премией и Большой золотой медалью на Парижской Всемирной выставке 1867 г. Данным актом был положен конец притязаниям разных лиц на первенство в этом изобретении.
На Всемирной Парижской выставке были представлены не только художественные образцы и монументальная скульптура, выполненные способом гальванопластики, но и образцы технических изделий. Их представил лейтенант Иван Михайлович Федоровский, мастер «по части цинкования и гальванопластики» Кронштадтского пароходного завода, изготовивший там различные детали котельной арматуры: бесшовные тонкостенные медные трубы диаметром от 3 до 240 мм с толщиной стенки от 0,75 до 9,5 мм, прямые и фасонные — с тремя разветвлениями, угловые и изогнутые по радиусу. Все трубы при очень сложных формах имели равномерную толщину стенок. Этот экспонат был награжден серебряной медалью выставки.
Гальванопластика была первым техническим производством, потреблявшим электрическую энергию в значительных количествах. Необходимость замены дорогостоящих гальванических батарей более дешевыми и удобными источниками тока ощущалось все острее по мере роста и развития гальванотехники. Потребности гальванопластики явились серьезным стимулом для совершенствования электрических генераторов. Появление в 70-х гг. XIX в. наряду с гальванопластикой такого мощного потребителя электроэнергии, как электрическое освещение, ускорило процесс совершенствования электрических генераторов. Со своей стороны успехи электромашиностроения создали возможность еще большего развития гальванотехнических производств.
До наших дней над Театральной площадью перед московским Большим театром летит квадрига Аполлона. Вероятно, это и есть самый лучший памятник трудам «русского иностранца» — академика Бориса Семеновича Якоби, изобретателя гальванотехники.
Статья была опубликована в февральском номере журнала "Наука и техника" за 2020 год
