Чтение онлайн

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.

Другая важная область применения лазерной очистки – реставрация объектов культурного и исторического наследия из металлов. Основные объекты реставрации в этом случае – всевозможные изделия из железа (например, археологические артефакты, обнаруженные в земле и под водой), меди и бронзы (оружие, монеты, посуда). Нужно особо подчеркнуть возможность применения лазерной очистки для решения одной из самых сложных задач реставрации – очистки позолоченной бронзы. В этом случае при помощи лазера можно не только удалять следы коррозии меди и поверхностные загрязнения (инкрустации из гипса и кварца, пленки из растворимых солей меди: сульфитов, хлоридов и нитритов), но и сохранять оригинальный слой позолоты. Самые примечательные примеры работ в этой области – реставрация подлинных шедевров эпохи Возрождения в Италии: ворот баптистерия собора Санта Мария дель Фьоре (скульптор Л. Гиберти, ил. 2) [10], а также скульптур Давида (скульптор А. Вероккио)

[11] и Аттиса (скульптор Донателло) из Национального музея Барджелло (г. Флоренция) [12].

Известно также много удачных примеров использования лазера для реставрации произведений живописи (картин, икон и фресок – см. ил. 3) [7, 13], предметов из органических материалов (дерева, кости, бумаги, кожи, ткани, пергамента) [7, 14], стекла и керамики [7, 15], а также при восстановлении дагеротипов [16]. Однако, несмотря на ряд отдельных очень хороших результатов, данные способы применения лазера все еще находятся в стадии апробации и требуют дальнейшей экспериментальной проверки и отработки технологии.

Подводя итог обсуждению метода лазерной очистки, перечислим основные его достоинства.

1. Отсутствие механического контакта инструмента с обрабатываемым объектом;

2. Высокая скорость обработки;

3. Высокая селективность процесса очистки, исключающая возможность повреждения материала памятника;

4. Ограниченная область воздействия;

5. Возможность мгновенного прекращения процесса очистки;

6. Отсутствие негативного воздействия на окружающую среду (минимальное количество пыли и полное отсутствие агрессивных химических веществ).

В заключение этого параграфа нужно упомянуть еще одну поистине уникальную возможность технологии лазерной очистки. В недавних работах итальянских специалистов была продемонстрирована возможность выполнения этой операции под водой [17]. Совершенно очевидно, что в перспективе это делает возможным проведение работ по реставрации подводных археологических памятников (в т. ч. на больших глубинах!).

2. Лазерная сварка

Лазерная сварка как метод реставрации металлических объектов позволяет получать качественные, прочные сварные соединения без обширного нагрева поверхности и использования химически активных флюсов и дорогостоящих припоев [18]. Это дает ей неоспоримое преимущество перед традиционными методами пайки, которые невозможно использовать при работе со сложными, комбинированными объектами, поскольку из-за неконтролируемого воздействия высокой температуры существует реальная угроза их повреждения и даже гибели. К числу таких объектов относятся, в частности, произведения искусства с декоративными покрытиями (золочением, серебрением), инкрустацией и неразборными вставками из эмалей и драгоценных камней. Одним из самых эффектных примеров реставрации подобных предметов является восстановление дарохранительницы Св. Игнатия XVII в. из г. Палермо (Италия), в ходе которой при помощи лазерной сварки удалось соединить в единое целое более 300 мелких разрозненных фрагментов из золота, серебра и драгоценных камней [19].

Примечательно, что помимо собственно операции сварки (соединения) в реставрации может оказаться востребованной и технология лазерной наплавки, при помощи которой могут быть восполнены утраченные (например, в результате коррозии) фрагменты металлических объектов. Такой подход может быть полезен, например, при восстановлении чугунных оград и решеток, имеющих высокую историческую и художественную ценность. В подобных случаях, используя лазерную наплавку металла для восполнения недостающих фрагментов объекта, можно восстановить его механическую прочность и тем самым продлить жизнь памятника, вместо того чтобы заменять его пусть даже самым искусным «новоделом».

В настоящее время существует множество различных методов анализа и исследования произведений искусства, основанных на использовании лазерной техники. При всем своем многообразии главное, что их объединяет, это то, что все они являются методами неразрушающего контроля (их использование абсолютно безвредно для исследуемых объектов). И если лазерные методы реставрации, о которых шла речь выше (очистка и сварка), это не альтернатива, а, скорее, хорошее дополнение к существующим реставрационным технологиям, то лазерные методы диагностики по своим возможностям во многих случаях просто не имеют себе аналогов. С этой точки зрения в перспективе именно эта область применения лазеров может оказаться наиболее востребованной при решении задач сохранения культурного наследия.

Одна из самых распространенных и перспективных технологий сегодня – это метод трехмерного лазерного сканирования [20]. Данный метод основан на использовании специальных оптических приборов – так называемых 3-D-cканеров, работающих на принципах лазерной дальнометрии (т. е. измерения расстояний с помощью лазеров). Лазерный сканер производит высокоточное (точность – доли миллиметра) измерение координат и взаимного расположения отдельных точек поверхности исследуемого предмета. На основе этих данных с помощью специальных компьютерных программ можно осуществить трехмерную реконструкцию любого объекта, начиная с самых маленьких предметов (монет, орденов, ювелирных украшений) до крупномасштабных (скульптур, зданий, археологических памятников и т. д.). Полученные в результате сканирования 3-мерные компьютерные модели отснятых объектов могут быть использованы для изготовления копий произведений искусства (в натуральную величину или с заданным коэффициентом масштабирования), а также для документирования и архивирования информации о наиболее ценных памятниках и объектах, находящихся в труднодоступных местах (например, о подземных пещерах или петроглифах в районах Крайнего Севера) [21]. Такая информация может оказаться очень полезной в случае возможной утраты или повреждения памятников в результате стихийных бедствий или покушений вандалов. Кроме того, 3-D-сканеры могут быть использованы также и для создания популярных ныне «виртуальных музеев» (объемных графических изображений экспонатов музейных коллекций, размещаемых в сети Интернет). В качестве примера см. ниже фото мраморной скульптуры и изображение ее виртуальной копии, полученное с помощью 3-мерного лазерного сканера.

В последнее время очень широкое распространение получил также метод спектроскопии лазерной искры (в англоязычной научной литературе он известен под аббревиатурой LIBS – от англ. laser induced breakdown spectroscopy), который используется для химического анализа произведений искусства [22]. Данный метод основан на измерениях спектра вторичной эмиссии, возникающей в результате облучения поверхности контролируемого объекта светом импульсного лазера. Анализируя спектр, можно фактически бесконтактно (без традиционного в таких случаях механического изъятия фрагментов поверхности исследуемого объекта на экспертизу) определить химический состав поверхностных загрязнений или материала самого памятника (например, идентифицировать пигменты красок на произведениях живописи, а также характер загрязнений каменных скульптур и металлических артефактов).