Исследования в консервации культурного наследия. Выпуск 2

В основе операций очистки (любых объектов) и сварки (предметов из металлов) лежат теплофизические явления взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом, на которых основано большинство технологических применений лазеров, а именно: нагрев, плавление и испарение.

Лазерная очистка представляет собой процесс удаления частиц загрязняющего вещества с поверхности обрабатываемого объекта в результате поглощения им высокоинтенсивного света лазера. Физическая природа этого явления довольно сложна, но большинство специалистов сходятся во мнении, что в его основе лежит процесс испарения. В лазерной физике испарение вещества под действием лазера называют фото абляцией (от греческого (pcoç – свет и позднелатинского ablatio – отнятие). Различают два вида фотоабляции: фототермическую и фотохимическую. При очистке камня и металлов удаление загрязнений происходит в основном в результате термической фотоабляции, а при очистке произведений живописи, напротив, преобладают процессы фотохимической абляции. В обоих случаях, для того чтобы при лазерной очистке происходило испарение только поверхностных загрязнений без повреждений материала самого объекта, нужно учитывать его физико-химические и оптические свойства, что приводит к необходимости применения вполне определенных типов лазеров и их технических характеристик.

В отличие от лазерной очистки, для проведения операции сварки нужно использовать такие типы лазеров и их выходные параметры, которые позволяют обеспечить эффективный локальный разогрев материала реставрируемого объекта, сопровождающийся его плавлением (но без испарения вещества).

Более подробную информацию о физических аспектах лазерной сварки и очистки произведений искусства заинтересованный читатель может получить, обратившись к изданиям и статьям на эту тему [7, 8, 18, 19].

Лазерная реставрация произведений искусства

Данная область применения лазерной техники включает очистку поверхности произведений искусства из различных материалов и микросварку металлических объектов (в т. ч. ювелирных изделий из драгоценных металлов).

1. Лазерная очистка

Лазерная очистка служит для удаления всевозможных загрязнений и природных наслоений (гипсовых корок, очагов коррозии, биологических пленок, минеральных частиц, штукатурки, краски и проч.) с поверхности памятников и других произведений искусства, а также фасадов зданий и археологических объектов. Лазерная очистка – это полностью контролируемый и селективный процесс, при котором под воздействием лазера с поверхности памятника удаляются только «инородные» слои, а сам мате риал памятника остается нетронутым. Как уже говорилось выше, селективность воздействия обеспечивается правильным выбором типа лазера и его выходных параметров. В этом случае по мере испарения слоев загрязнений (интенсивно поглощающих свет лазера) лазерный пучок постепенно достигает поверхности памятника (которая почти не поглощает лазерное излучение), после чего его дальнейшее воздействие самопроизвольно прекращается (см. рис. 1).

Это выгодно отличает лазерную очистку от, например, химической обработки, когда неконтролируемому воздействию химического реагента подвергается не только область обработки, но и вся прилегающая часть поверхности объекта (которая чаще всего не нуждается в очистке). В этом заключается принципиальное отличие лазерной очистки от традиционных методов реставрации (механических и химических) – лазерная обработка является наиболее щадящей технологией, которая позволяет эффективно удалять даже самые стойкие загрязнения и при этом не только не нарушать микрорельеф поверхности памятника, но и сохранять оригинальную (авторскую) патину.

В настоящее время наиболее отработана технология лазерной очистки камня (мрамора, песчаника, известняка, гранита и некоторых других горных пород). При реставрации таких объектов полностью доказана высокая эффективность и «деликатность» лазерной обработки. В частности, на примере многих работ было показано, что при помощи лазера можно производить очистку каменных памятников даже с сохранением имеющихся на их поверхности полихромных покрытий и позолоты. Среди таких работ можно упомянуть, в частности, реставрацию скульптурной группы «Четыре святых мученика» из мрамора («Santi Quattro Coronati», скульптор – Н. Банко, музей Орсканмикеле, г. Флоренция, Италия) (ил. 1). На ней были обнаружены и сохранены в процессе очистки следы золочения [9].

Рис. 1. Принцип лазерной очистки

Заметим, что технология очистки камня довольно проста, и ею легко могут овладеть реставраторы, не имеющие специальных знаний в области физики. Благодаря этому, очистка камня с помощью лазера получила очень широкое распространение и сегодня постоянно используется более чем в 150 реставрационных центрах и лабораториях во всем мире.