Почему ситалл так популярен? Ситалл: история открытия, сфера применения и стоимость

Каждая представительница слабого пола желает иметь в арсенале ювелирных изделий те украшения, в которых имеются хотя бы небольшие камушки. Естественно, приобрести драгоценные камни не каждая женщина в состоянии, поэтому в ювелирной индустрии пошло активное применение искусственно выращенных минералов, которые внешне очень сложно отличить от натурального камня. Таким синтетическим образцом, который используется в ювелирных изделиях, является камень ситалл.

История происхождения камня

На сегодняшний день известна информация о том, что самые первые образцы такого камня, как ситалл, были получены в далеком 1739 году. Это было осуществлено известным французским ученым по имени Рене Реомюром, который активно занимался разработкой такого стекла, которое будет устойчиво к чрезмерно увеличенным температурам. В процессе многочисленных испытаний у академика вышло сделать такой минерал, который по своим, как химическим, так и физическим свойствам напоминал такой материал, как фарфор. Назван был этот камень в скором времени ситаллом.

На то время его первая расцветка была молочной, а сам камень не пропускал через себя совершенно никакой солнечный свет. Это было обусловлено тем, что в структуре камня располагалось большое количество маленьких кристаллов, которые образуются в полости стеклянного тела. На тот период Реомюр посчитал, что такое изобретение совершенно бессмысленно, поэтому о ситалле забыли на достаточно большой промежуток времени.

Буквально через два столетия на территории Америки были возобновлены испытания, связанные с варкой стеклокерамической массы. Но идея производства не задержалась надолго, так как в тот период достаточно активно процветал так называемый промышленный шпионаж. На самом деле оказалось, что технология производства на сегодняшний день известного ситалла не настолько сложна, как непосредственно сам процесс, при котором данному материалу необходимо было дать созвучное и красивое название. Впервые над названием этого камня задумывались на территории США, где вначале для него было придумано название «пирокерам». На территории Польши было придумано название «квазикерам». Англичане придумали более оригинальное название «слагцерам».

Но за счет того, что ни одно из предложенных названий так и не прижилось, за помощью обратились к известному российскому физику Исааку Китайгородскому, который являлся отличным специалистом в области стекла. Он предложил назвать этот новый и неизвестный стекломатериал под наименованием ситалл. Составлено это название было со слов «стекло» и «кристалл».

Особенности и описание камня

Ныне можно сказать, что русские ученые имеют особую и достаточно уникальную технологию создания этого камня. Одним из самых последних достижений русских ученых стало получение нанокристаллов ситалла. По сути, этот камень представляет собой алюмосиликатное стекло, способное выдерживать достаточно высокие температуры. Если рассматривать природного аналога ситалла, то им является обсидиан, выступающий настоящей вулканической породой.

Если рассматривать технологию изготовления ситалла по сравнению со способами получения фианита, то у ситалла имеется целый ряд достоинств и свои уникальные свойства. К главным и уникальным свойствам этого камня относят:

• он обладает достаточно малыми показателями плотности, так как она колеблется в пределах от 3,2 до 3,4 грамма, который припадает на 1 см 3 ;
• показатели абсолютного преломления солнечного света в кристалле составляют от 1,65 до 1,7;
• обладают высокой термической и химической устойчивостью;
• по таблице Мооса плотность камня составляет примерно 6,5-7,5 единиц;
• плавление камня начинается при минимальной температуре в 1000 0 С;
• по отношению к разнообразным газам и влаге этот материал обладает высокими показателями непроницаемости;
• предел прочности камня составляет порядка 250 мПа.

Помимо этих свойств существуют и такие особые камни, которые обладают специализированными свойствами. К ним стоит отнести:

• камни, у которых имеется собственное магнитное поле;
• полупроводники;
• идеально прозрачные камни;
• радиопрозрачные диэлектрики.

Учитывая все свойства этого минерала, можно с уверенностью сказать, что его применение на сегодняшний день в ювелирном деле более чем обосновано.

Преимущества

В том случае, если вы являетесь настоящим ценителем ювелирных камней, вы никогда в жизни не назовете такой камень, как ситалл, самой обыкновенной стекляшкой. На самом деле он обладает достаточно существенным списком преимуществ. К ним относятся:

• доступная цена как для камня, который имеет огромное количество схожих характеристик со многими драгоценными и полудрагоценными камнями;
• обладает высоким уровнем прозрачности и невероятно ровным цветом;
• непревзойденная чистота и блеск ситалла по сравнению с прочими камнями;
• огромный выбор всевозможных расцветок;
• высокие показатели износостойкости, плотности и твердости позволяют сделать ситалл достаточно крепким минералом.

Учитывая все преимущества ситалла, можно с уверенностью сказать, что он объединяет в себе все преимущества натуральных камней и исключает все недостатки, которые могут присутствовать в аналогичных природных вариантах.

Сферы применения

На сегодняшний день такой камень как ситалл используется не только в сфере создания ювелирных украшений, но и в прочих отраслях деятельности человека. К ним можно отнести:

• производства по созданию панелей, стеклянных труб и радиоэлектронных элементов;
• создание авиа и автомобильного транспорта, всевозможных шаттлов и космических ракет;
• космические и инновационные лазерные технологии;
• создание оптической продукции, к которой даже можно включить оптику астрономического предназначения;
• инновационные солнечные батареи;
• осуществление герметизации электровакуумных устройств;
• различные сферы промышленности;
• горнодобывающая техника и ее изготовление;
• основы микроэлектроники;
• печатная продукция и ее размножение;
• в медицинской сфере ситалл применяется для создания протезов костей и зубов;
• создание стеклянных эмалей, которые защищают всевозможные материалы от воздействия негативных факторов.

Несмотря на то, что ситалл является популярным ювелирным камнем, не исключается его активное использование и в прочих сферах человеческой деятельности.

Использование ситалла в ювелирном направлении

Если рассматривать историю возникновения этого камня, то появился он достаточно давно, хотя в ювелирной индустрии он был замечен и начал использоваться только в 70-х годах. Это было связано с тем, что его цветовая гамма не была разнообразной. На то время можно было получить ситалл зеленого, серого или же бурого цвета. Поэтому вплоть до 1970 года этот камень использовался только в процессе производства всевозможных облицовочных материалах. По истечению определенного промежутка времени появился ситалл, который имел нежно молочный оттенок. Затем достаточно активно пошел процесс разработки и со временем появились минералы с разнообразными цветовыми решениями.

Ныне в ювелирной промышленности такой камень, как ситалл, начал использоваться в виде заменителя драгоценных камней. С его помощью начал осуществляться процесс инкрустации всевозможных ювелирных украшений. На сегодняшний день можно встретить огромный список изделий, которые инкрустируют этим камнем. К ним относятся:

• перстни и кольца;
• брошки и небольшие подвески;
• запонки и браслеты;
• ожерелья и серьги.

Ныне во многих ювелирных магазинах вы без проблем можете найти такой камень, как ситалл, который отлично заменяет достаточно широкий список всевозможных натуральных камней.

Ситаллы или стеклокристаллические материалы получают из стекол специального состава при помощи контролируемой кристаллизации. Они занимают промежуточное положение между обычными стеклами и керамикой, поэтому иногда их называют стеклокерамикой . Структура ситаллов представляет собой смесь очень мелких (размерами 0,01-1 мкм) беспорядочно ориентированных кристаллов (60-95%) и остаточного стекла (40-5%). Исходное стекло по химическому составу отличается от остаточного стекла, в котором накапливаются ионы, не входящие в состав кристаллов. Такая структура создается в стеклянных изделиях после двойного отжига: первый отжиг нужен для формирования центров кристаллизации, второй – для выращивания кристаллов на готовых центрах. Для образования кристаллов в стекла вводят Li 2 O, TiO 2 , Al 2 O 3 и другие соединения.

В зависимости от образования центров кристаллизации ситаллы подразделяются на термоситаллы и фотоситаллы. В термоситаллах для образования центров кристаллизации используют оксиды или фториды NiO 2 , P 2 O 5 , NaF и другие (несколько процентов). При отжиге термоситалла получается высокая и однородная плотность кристаллов. В фотоситаллах используют малые добавки золота, серебра, платины или меди. Центры кристаллизации формируются под действием облучения ультрафиолетовым светом и отжига. Необлученные участки остаются аморфными после отжига.

Фотоситаллы применяют как фоточувствительные материалы. Термоситаллы имеют универсальное применение: как износостойкие материалы используются для деталей гидромашин, узлов трения, защитных эмалей; как прочные стабильные диэлектрики – для радиодеталей, плат и т.п.

Стремление избавится от главных недостатков стекла, повысить его устойчивость к механическим и термическим воздействиям привело к созданию за счет управляемой кристаллизации нового кристаллического материала – ситалла. Ситалл отличается от стекла мелкокристаллической микроструктурой, причем размеры кристаллов около 1 мкм, а их содержание достигает 50% - 90% по объему.

Ситаллы получают преимущественно по стекольной технологии из вязкой стекломассы спецсостава. Помимо нее применяется в масштабе керамическая технология. В процессе ситаллизации стекла наиболее существенно изменяются следующие его свойства:

1. Расчет механической прочности, особенно испытание на изгиб. Причина состоит в том, что поверхностные трещины, наталкиваясь на кристаллы, не могут разравниваться так интенсивно как в стекле.

2. Повышается нагревостойкость и температура начала дефор­мации, так как диапазон температур размягчение-плавление зна­чительно сужается по сравнению со стеклами.

Важное значение имеют литиево – алюминиевые ситаллы LiO 2 – Al 2 O 3 – SiO 2 , ТКЛР которых хорошо согласуются с кремнием, что позволяет применить его для изготовления корпусов БИС. В таблице 5 приведено сравнение современного литиевого ситалла и аналогичных по значению ТКЛР стекла и композиционной стеклокерамики, состоящей из 80% стекла и 20% Al 2 O 3 .

Таблица 5 - Сравнение свойств материалов

Видно, что по многим параметрам ситалл превосходит стекло и композиции на основе стекла. Свойства ситаллов определяются структурой и фазовым составом. Причина ценных свойств ситаллов заключается в их исключительной мелкозернистости, почти идеальной поликристаллической структуре. Свойства ситалла изотропны. В них совершенно отсутствует всякая пористость. Усадка при кристаллизации – до 2 %. Большая абразивная стойкость делает их малочувствительными к поверх­ностным дефектам. Стеклокристаллические материалы обладают высокой химической устойчивостью к кислотам и щелочам, не окисляются даже при высоких температу­рах. Они газонепроницаемы и обладают нулевым водопоглощением. Ситаллы относят к хрупким материалам, но по твердости они приближаются к стали.

От керамики ситаллы отличаются хорошей обрабатываемостью, отсутствием пористости, и меньшей стоимостью. Ситаллы марок СТ32, СТ38, СТ50 (цифра обозначает значение ТКЛР) в виде полированных пластин 0,5-1мм, размером 60х48 мм – являются основным материалом подложек тонкопленочных ГИС.

Изделия, инкрустированные камнями, остаются фаворитами среди ювелирных украшений. Драгоценные и полудрагоценные вставки дороги. Для снижения стоимости, замены редких или исчезнувших кристаллов ювелиры используют синтетические или искусственно выращенные камни, в том числе, нанокристаллы:

• гидротермальные;
• синтезированные;
• ситаллы.

Ювелирный камень ситалл

Аналоги натуральных камней идеально имитируют свойства драгоценных и полудрагоценных вставок в ювелирных изделиях. Не профессионалу сложно отличить искусственное изделие от натурального самоцвета.

Разработка, освоение производства нанокристаллов проходило в научно-исследовательском институте Москвы с участием российской ювелирной компании ГК «Формика», под руководством кандидата геолого-минералогических наук К.Авакяна. В основу были взяты свойства обсидиана – вулканической породы, в состав которой входит алюмосиликатное стекло и зародышевые кристаллы мельчайших размеров.

Искусственный минерал – ситалл камень. Что это (происхождение вещества), позволит определить технология изготовления нанокристаллов. Производство основано на получении многокомпонентного высокотемпературного состава на базе двух оксидов: SiO2 и Al2O3, являющихся основными компонентами многих драгоценных и полудрагоценных камней.

Технология производства аналогична процессу получения технических ситаллов. Цветовая гамма, прозрачность и прочие свойства достигаются методом подбора металлических добавок, для достижения необходимых характеристик.

Были разработаны технологии изготовления камней различной прозрачности:

• непрозрачные;
• полупрозрачные;
• прозрачные.

Налажено изготовление камней ситалл высокого качества, по цвету, показателю преломления, плотности неотличимых от природных драгоценных и полудрагоценных камней:

Специфика изготовления позволяет получать камни с зональной окраской (сиреневый-желтый), такие, как аметрины. Наноситаллы обладают рядом преимуществ:

1. Невысокая цена, – позволяет выбрать украшение с аналогами драгоценных камней.
2. Высокая прозрачность.
3. Отсутствие включений.
4. Широкая цветовая гамма, – расширяет возможности дизайна изделия, кристаллы по цвету максимально приближены к идеальным показателям.
5. Изготовление кристаллов различных размеров.
6. Хорошо полируются и обрабатываются – возможность выполнять весь спектр огранок.

Широкое применение при изготовлении украшений по технологии «литье с камнем» (требует температурной устойчивости). Суть процесса изготовления – камни устанавливаются не в изделие, а в восковую модель, которая заключена в литьевую форму. Легкоплавкий материал вытапливают.

Далее, в образовавшуюся пустоту заливают металл с высокой температурой. После остывания, остается только закрепить вставки. Применение ситаллов решило проблему деформации камней под воздействием температурных напряжений.

Для сравнения приведены основные средние показатели ювелирных ситаллов (С) и их натуральных аналогов (А): аналог/ситалл (А/С).

Шедевры технологии изготовления нанокристаллов:

История создания, производство технических ситаллов

В 1739 году химик Реомюр Р. в результате опытов с кристаллизацией стекла получил поликристаллический фарфор, выдерживающий высокие температурные нагрузки. Он не смог повторить свой опыт, но факт получения материала был зафиксирован историей и позднее назван ситаллом. Лишь в XX веке ученые возродили идею создания стеклокерамики с удивительными физическими свойствами.

Наименование «ситалл» образовано из двух слов: «стекло» и «кристалл». В употребление введено профессором МХТИ Китайгородским И.И., разработавшим процесс получения стеклокристаллического материала. До сих пор идут споры о праве считаться автором изобретения.

Ученый Дональд Стукей из Нью-Йорка, давший материалу название «пирокерам», утверждает, что опередил всех в 1957 году. Предприятие «Формика» получило патент по изготовлению цветных ситаллов (нанокристаллов) в 90-е годы. В наши дни изучение и разработка стеклокристаллического вещества с улучшенными характеристиками продолжается.

Способы производства ситаллов в промышленности определяют основу изготовления ювелирных нанокристаллов. Производство состоит из следующих этапов:

1. Получают изделия из полиморфного стекла с различным химическим составом, добавлением ускорителей и нуклеаторов, ускоряющих кристаллизацию и изменяющих ее характеристики.
2. Первая ступень – тепловая обработка при 500–700°С. Образовываются центры кристаллизации.
3. Следующая ступень – нагрев до 900–1100°С. Развивается кристаллическая фаза.

Изменения характеристик ситаллов достигается варьированием:

• разновидности стекла;
• катализаторов;
• режимами температурной обработки (внутренняя структура кристаллов изменяется);
• применением различных видов облучения.

Методы получения стекла:

• вытягивание;
• выдувание;
• прокатка;
• прессование.

Ускорители кристаллизации:

• группа цветных и редкоземельных металлов;
• окислы и производные солей различных металлов;
• фториды;
• сера, сульфаты, кокс;
• сульфиды.

Ситаллы иногда называют стеклокерамикой. Кристаллическая решетка – среднее между стеклом и керамикой. Структура ситаллов обладает следующими свойствами:

Технология производства материала, управляемость процесса позволяет наделять их дополнительными характеристиками:

• прозрачность;
• радиопрозрачность;
• обладание собственным магнитным полем;
• полупроводники.

Применения стеклокерамики

Применение ситаллов в различных отраслях обусловлено его свойствами и возможностью наделять его разнообразными свойствами.

Ситаллы повышенной прочности:

• авиастроение;
• ракетостроение;
• радиоэлектроника.

Также камни наши свое применение:

1. Прозрачный стекломатериал (термостойкость и радиопрозрачность) – астрооптика, лазерная техника.
2. Износо-, химически стойкие – текстильная, химическая, автомобильная промышленность, горнодобывающее машиностроение.
3. Фотоситаллы – в микроэлектронике, оптике, полиграфии.
4. Слюдоситаллы – в машиностроении.

Плотность оптического стекла, устойчивость к воздействию химии и высоких температур, механическая прочность позволяют производить различную оптику. Изделия находят применение на земле и в космическом пространстве. На земном шаре две компании обладают такими технологиями и производством. Но только в России находится производство полного цикла.

На российском заводе оптического стекла производят оптику для телескопов. Заказы на изготовление составляют третью часть рынка оптики. На заводе могут изготовить заготовки для зеркал около 6,0 метров в диаметре. БТА (Большой азимутальный телескоп), установленный в обсерватории около станицы Зеленчукской, имеет подобный размер главного отражателя.

Продукция завода установлена:

• на телескопах проекта Фолкес;
• в Китае на спектроскопе, наблюдающим за обширными районами космоса;
• в Европейской южной обсерватории;
• на телескопах Италии, Индии.

В состав главного зеркала Большого
Южно-
Африканского телескопа входит 91 ситалловый элемент российского производства. Продукция ОАО «ЛЗОС» Ситалл СО115М – материал сверхнизкого теплового расширения, что обусловило его применение для изготовления астрономических зеркал с высокими показателями степени точности.

Это далеко не весь спектр применения стеклокристаллических материалов. Наука не стоит на месте.

Разрабатываются новые технологии. Возможно, в ближайшем будущем, ученые порадуют новыми открытиями, расширят области применения стеклокерамики.

Ситаллы сита́ллы

стеклокристаллические материалы, состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределённых в стекловидной фазе. Высокая прочность, твёрдость, химическая и термическая стойкость, низкий температурный коэффициент расширения. Различают технические ситаллы (изготовляемые на основе искусственных композиций из различных химических соединений - оксидов, солей), петроситаллы (из горных пород - базальтов, диабазов и др.) и шлакоситаллы (из металлургических или топливных шлаков). Изделия из ситалла (панели, трубы, электроизоляторы и др.) получают методом стекольной или керамической технологии. Ситаллы применяют также для герметизации электровакуумных приборов, в оптике и т. д.

СИТА́ЛЛЫ (от «стекло и кристаллы»), стеклокристаллические (микрокристаллические) материалы, состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределенных в стекловидной фазе. Главная особенность ситаллов - тонкозернистая равномерная стеклокристаллическая структура. От неорганических стекол (см. СТЕКЛО НЕОРГАНИЧЕСКОЕ) они отличаются кристаллическим строением, а от керамических материалов (см. КЕРАМИКА) – более зернистой и однородной микрокристаллической структурой. Получают путем направленной (катализированной) кристаллизации стекол специальных составов, протекающей в объеме заранее отформованного изделия. Различают технические ситаллы (изготовляемые на основе искусственных композиций из различных химических соединений - оксидов, солей), петроситаллы (из горных пород - базальтов, диабазов и др.) и шлакоситаллы (из металлургических или топливных шлаков).
Свойства
В отличие от обычных стекол, свойства которых определяются в основном их химическим составом, для ситаллов решающее значение имеют структура и фазовый состав. Причина ценных свойств ситаллов заключается в их исключительной мелкозернистости, почти идеальной поликристаллической структуре, что обусловливает сочетание высокой твердости и механической прочности с отличными электроизоляционными свойствами, высокой температурой размягчения, хорошей термической и химической стойкостью. Свойства ситаллов изотропны. В них совершенно отсутствует вязкая пористость. Усадка материала при его переработке незначительна. Большая абразивная стойкость делает их малочувствительными к поверхностным дефектам. Плотность ситаллов лежит в пределах 2400-2950 кг/м 3 , прочность при изгибе – 70-350 МПа, временное сопротивление – 112-161 МПа, сопротивление сжатию – 7000-2000 МПа. Модуль упругости 84 – 141Гпа. Прочность ситаллов зависит от температуры. Твердость их близка к твердости закаленной стали (V - 7000-10500 МПа). Они весьма износостойки (f тр = 0,07-0,19). Коэффициент линейного расширения лежит в пределах (7– 300)10 -7 с -1 . Ситаллы с маленьким коэффициентом линейного расширения весьма нагревостойки. По теплопроводности ситаллы в результате повышенной плотности превосходят стекла. Термостойкость высокая в интервале температур 50 -9000­°С. Термическая устойчивость ситаллов обеспечивается очень небольшими, а иногда и отрицательными (от -7 . 10 -7 до +3 . 10 -7) коэффициентами термического расширения. Удельное объемное сопротивление 10 8 -10 12 Ом.м, электрическая прочность 25-75 МВ/м, тангенс угла диэлектрических потерь при 10 6 Гц (10-800).10 -4 . Многие ситаллы обладают высокой химической стойкостью к действию сильных кислот (кроме плавкиковой) и щелочей.
Оптическое кварцевое стекло (см. КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО) может быть заменено прозрачными ситаллами, которые имеют перед ним то преимущество, что в силу малых коэффициентов теплового расширения они нечувствительны к тепловым ударам. Прозрачность связана с размером кристаллов, меньшим длины полуволны видимого света и близостью показателей их преломления к стекловидной фазе.
История получения
Впервые поликристаллическое «фарфоровое» изделие, способное без деформаций выдерживать высокие температуры, получил при кристаллизации стекла французский химик Р. Реомюр (см. РЕОМЮР Рене Антуан) в 1739. Вновь эта идея возродилась лишь в конце 20-х гг. ХХ века, когда в ряде стран были созданы стеклокристаллические материалы с ценными техническими свойствами. В СССР наиболее интенсивно исследования в этой области проводились в Московском химико-технологическом институте им. Д. И. Менделеева. В конце 1950-х гг. в США был открыт способ стимулирования процесса кристаллизации стекла с целью получения новых ценных материалов из «расстеклованной массы». С этого времени процесс кристаллизации стекла, известный как самопроизвольный (или спонтанный) и приносивший большие потери на производстве, стало возможно контролировать. Первое официальное сообщение о создании новой отрасли по превращению стекла в тонкокристаллическую «стеклокерамику» было сделано в США в 1957. Новый материал, названный «пирокерам», представлял собой кристаллический материал, полученный из незакристаллизованного стекла. В ходе первых работ по стеклокристаллическим материалам многие исследователи давали им свои названия. Были выпущены модификации «пирокерама» под названиями «пирофлам», «центура», «фотокерам» и др. В Англии использовались названия «пиросил», «слагцерам». В Польше в зависимости от технологии изготовления - «силитал», «квазикерам», «шлаковый квазикерам». В СССР подобные силикатные поликристаллические материалы получили названия «ситаллы» или «шлакоситаллы». Помимо общности технологий производства, эти материалы объединяло еще и особое сочетание стеклообразной и кристаллической фаз, а также химическая кремнекислородная природа.
С 1960-х гг., когда начались интенсивные поиски наиболее рациональных способов изготовления нового материала, ситаллы стали широко использовать в промышленных масштабах.
Разновидности
Стеклокристаллические материалы разделяют на ряд видов, важнейшими из которых являются ситаллы, получаемые из технически чистых материалов, и шлакоситаллы, получаемые на основе дешевого сырья -металлургических шлаков. Технология шлакоситалла была разработана в Советском Союзе. В основе всех работ в этом направлении лежат исследования профессора И. И. Китайгородского (см. КИТАЙГОРОДСКИЙ Исаак Ильич) , впервые введшего в обиход само слово «ситалл» и разработавшего концепцию использования отходов различных производств, включая доменные шлаки, для получения нового вида материала из стекла. Первые шлакоситаллы в зависимости от чистоты шлакового сырья и его состава получались серых, коричневых, зеленовато-бурых тонов. Их применяли в основном в технике и строительстве (например, в виде листов и плиток для настила полов в химических цехах, гражданских сооружениях). Чтобы получить из них декоративные материалы, необходимо было расширить цветовую гамму. Любые цветные материалы можно создать на основе белого с использованием красителей. Выпуск белой разновидности шлакоситаллов был налажен в 1970. Панели и плиты из этого материала с цветовыми добавками стали применять при облицовке фасадов.
Получение
Технология получения ситаллов состоит из нескольких операций. Сначала получают изделия из стекломассы теми же способами, что и обычные стекла. Затем его подвергают чаще всего двухступенчатой термической обработке при температурах 500-700°С и 900-1100°С. На первой ступени происходит образование зародышей кристаллизации, на второй – развитие кристаллических фаз. Для обеспечения равномерной тонкокристаллической кристаллизации по всему объему были разработаны два подхода: гомогенное и гетерогенное ядрообразование. Если образование центров кристаллизации при зарождении новой фазы вещества внутри другой его фазы происходит в отсутствие посторонних частиц, то такой процесс определяется как гомогенная кристаллизация. В противном случае - это катализированная или гетерогенная кристаллизация. При помощи гомогенной кристаллизации получают рубиновые, опаловые и некоторые светочувствительные стекла, а по второй технологии - стеклокристаллические материалы. Содержание кристаллических фаз к окончанию технологического процесса достигает порядка 95%, размеры оптимально развитых кристаллов составляют 0,05-1 мкм. Изменение размеров при кристаллизации не превышает 1-2%.
Суммарные свойства стеклокерамики зависят от свойств и количественного содержания составляющих его частей - стеклообразной фазы и кристаллов, погруженных в стеклянную матрицу. В основе всех технологий получения стеклокристаллических материалов лежал метод направленной (катализированной) кристаллизации стекла.
Технические ситаллы получают на основе искусственных шихт тех частей силикатных систем, в которых кристаллизуются фазы, обладающие заданными свойствами. Для термостойких ситаллов такими фазами являются кордиерит (см. КОРДИЕРИТ) , сподумен (см. СПОДУМЕН) LiAlSi 2 O 6 , эвкриптит LiAlSiO 4 ; для высокопрочных - шпинель (см. ШПИНЕЛЬ (минерал)) , для диэлектриков - кордиерит, диопсид (см. ДИОПСИД) , волластонит (см. ВОЛЛАСТОНИТ) и т.д. Такие свойства как плотность, коэффициент термического расширения, теплопроводность, модуль упругости и диэлектрическая проницаемость зависят от свойств фаз и аддитивно меняются с изменением содержания этих фаз. На фазовый состав ситаллов влияют малые (до 1,5%) добавки модификаторов (Na, K, Ca, Ba и др.), стеклообразователей (В, Р и др.) и окислов промежуточного типа, введение которых не меняет состав основных фаз, но заметно увеличивает или снижает их содержание.
В качестве катализаторов и центров кристаллизации, обуславливающих выделение в материале при последующей термообработке огромного числа центров кристаллизации и создающих тем самым условия для образования тонкокристаллической структуры материала, используют катализаторы двух видов. К первому относятся металлические Au, Ag, Cu, Pt, Pd в количествах от сотых до десятых долей %. При варке они растворяются в стекломассе, а при дальнейшей термической обработке выделяются в виде микрокристаллов, вокруг которых формируется конечная структура ситалла. Второй вид катализаторов - оксиды и соли различных металлов: TiO 2 , P 2 O 5 , Cr 2 O 3 , ZrO 2 , ZnO; фторидные Na 3 AlF 6 , Na 2 SiF 6 , CaF 2 и др. (обязательно совместно с Al 2 O 3), сера или сульфаты с добавкой кокса, сульфиды. С такими катализаторами стекла не получались однородными, а разделялись на различные по составу фазы. Одна из них образовывала в стекле капли, равномерно распределенные в другой фазе. В состав фотоситаллов вводят в качестве светочувствительных добавок Au, Ag, Cu в сочетании с сенсибилизаторами. Применение элементов платиновой группы (Pt, Re, Pd, Os, Ir) не требует присутствия сенсибилизаторов. Меняя режим термообработки, можно регулировать размеры и состав выделяющихся кристаллов и соответственно свойства материалов. Все стеклокристаллические материалы состоят из стекла и мелких (не более 1-2 мкм) равномерно распределенных кристаллов, причем содержание кристаллической фазы в зависимости от технологии получения колебались от 30-50 до 90% и более.
С целью удешевления производства и комплексного использования сырья для изготовления ситаллов привлечены: доменный шлак вместе с кварцевым песком - для получения шлакоситаллов; магматические горные породы основного состава (базальты (см. БАЗАЛЬТ) , габбро (см. ГАББРО) , траппы (см. ТРАППЫ) ), метаморфические породы (тремолитовые и тальковые сланцы), осадочные породы (лессовые суглинки, известковая глина), нефелиновый концентрат - для получения петроситаллов.
Для получения фотоситаллов изделия после отжига облучают ультрафиолетовыми, рентгеновскими или гамма-лучами. Проявление скрытого изображения происходит при нагревании стекол в интервале между температурой размягчения и отжига в течение 8 - 60 мин. Если облучать не всю поверхность изделия, а лишь определенные участки фотоситалла, то можно вызвать локальную кристаллизацию в заданном объеме. В ситаллах, изготовленных из светочувствительных стекол, получают непрозрачные белые или цветные трехмерные изображения. Различная растворимость кристаллической и прозрачной стекловидной фаз открывает возможности получения выпуклого изображения и производства из фотоситаллов технических изделий с сеткой прецизионно выполненных отверстий любого сечения. Закристаллизованные участки значительно легче растворяются в плавиковой кислоте, чем примыкающие к ним стеклообразные области.
Жаропрочность, электропроводность, механическая прочность зависят не только от свойств фаз, но в большей степени от структуры и потому не являются аддитивными. Плотная микростуктура обеспечивает высокую твердость и сопротивление абразивному износу. Повышение степени закристаллизованности увеличивает модуль упругости. Улучшению механических, термических, электроизоляционных свойQҠматериала и химической стойкости способствует низкое содержание стекловидной фазы. Контроль фазового состава и структуры в связи с тонкозернистостью ситаллов осуществляется в основном методами рентгенофазового анализа и электронной микроскопии.
Применение
Так как синтез ситаллов может быть осуществлен с учетом заранее заданных требований, ситаллы могут отличаться каким-либо одним главным свойством, например, механической или термической прочностью, химической устойчивостью, износостойкостью, прозрачностью и др., или обладать комплексом необходимых свойств. Это предопределило широкий спектр использования этих кристаллических материалов.
Высокие эксплуатационные характеристики ситалловых изделий (прочность и износостойкость, химическая стойкость, способность выдерживать высокие температурные перепады) обеспечивают этому классу материалов возможность широкого применения в строительстве в качестве облицовочного материала, элементов слоистых панелей в конструкциях промышленных зданий. Шлакоситалл хорошо зарекомендовал себя в качестве материала для настила полов промышленных и гражданских зданий, для облицовки наружных и внутренних стен, для футеровки (см. ФУТЕРОВКА) строительных конструкций, подверженных химическим воздействиям и абразивному износу. Для расширения цветовой гаммы шлакоситалла его поверхность можно декорировать силикатными эмалями.
Ситалл обладает высокой прочностью, твердостью, химической и термической стойкость, низким температурным коэффициент расширения, поэтому на предприятиях химической, коксохимической и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности используют изделия из ситалла (панели, трубы, электроизоляторы и др.). Их получают методом стекольной или керамической технологии. Ситаллы применяют также для герметизации электровакуумных приборов, в оптике и т. д.
Фотоситаллы находят широкое применение в микроэлектронике, ракетной технике, космосе, оптике, полиграфии и бытовых приборах: из фотоситалла изготавливают перфорированные диски, применяемые в катодно-лучевых трубках и т.д.
Очень большое распространение в химическом машиностроении получили стеклокристаллические покрытия, наносимые на поверхность различных металлов для защиты их от коррозии, окисления и износа при обычных и повышенных температурах. Все шире области применения ситаллов в электронной промышленности. Их используют в качестве диэлектрической изоляции микросхем и межслойной изоляции печатных схем на керамических и других подложках. Ситаллы на основе горных пород (перлита и доломита) рекомендуются для изготовления высоковольтных стержневых и штыревых электроизоляторов.
В быту из ситаллов изготавливают жаропрочную хозяйственную посуду - кастрюли, жаровни, сотейники.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "ситаллы" в других словарях:

Ситаллы - – материалы, получаемые в результате объёмной кристаллизации стекла или шлака. [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Ситаллы – стеклокристаллические материалы, неорганические материалы,… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Стеклокристаллические материалы, состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределенных в стекловидной фазе. Высокая прочность, твердость, химическая и термическая стойкость, низкий температурный коэффициент расширения.… … Большой Энциклопедический словарь

ситаллы - Материалы, получаемые в результате объёмной кристаллизации стекла или шлака [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики строительные материалы прочие EN glass ceramicssitall DE Sitall FR sital … Справочник технического переводчика

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия

Ситаллы Энциклопедический словарь по металлургии

СИТАЛЛЫ - закристаллизованные стекла стеклокристаллические материалы, получаемые при введении в расплавленное стекло затравки (катализаторов). Изменяя состав стекла или катализатора и режим термической обработки, получают ситаллы с определенными свойствами … Металлургический словарь

Стеклокристаллические материалы, неорганические материалы, получаемые в результате объёмной кристаллизации стекол (См. Стекло) и состоящие из одной или несколько кристаллических фаз, равномерно распределённых в стекловидной фазе. Подбором … Большая советская энциклопедия

- (стеклокристаллич. материалы), неорг. материалы, получаемые направленной кристаллизацией разл. стекол при их термич. обработке. Состоят из одной или нескольких кристаллич. фаз. В С. мелкодисперсные кристаллы (до 2000 нм) равномерно распределены в … Химическая энциклопедия, Зверев Виктор Алексеевич, Кривопустова Екатерина Всеволодовна, Точилина Татьяна Вячеславовна. Понятие "оптические материалы" охватывает сегодня огромное множество оптических сред, различающихся не только показателем преломления и коэффициентом дисперсии, но и прозрачностью для… Купить за 1655 грн (только Украина)

Тема нашей сегодняшней статьи — камень ситалл: что это за чудо и какими свойствами он обладает. Труды профессора Исаака Китайгородского не пропали даром. Ученый придумал способ получения кристаллов с уникальными качествами, благодаря чему материал успешно применяют для изготовления прочных и термостойких деталей. Ситалл нашел собственное почетное место и в ювелирном деле. А ведь процесс получения ценного камня напоминает получение стеклокерамики.

История появления

Имя камня появилось путем сложения первых слогов от названий, обозначающих алюминий и сицилиум (или кремний). И это неслучайно, ведь они входят в состав кристалла, который похож на вулканические породы. В СССР разработкой технологии получения ситалла занимались многие ученые, но успеха добился только Исаак Китайгородский.

Однако еще до него американский ученый Дональд Стукей сделал подобное открытие, но назвал кристалл по-другому. Полученный стеклокристаллический камень назвали пирокерам. Выпуском занялась компания «Дау Корнинг».

По физическим свойствам ситалл близок к натуральному топазу. Но, благодаря широкому цветовому диапазону часто может имитировать многие драгоценные и полудрагоценные камни. Учитывая происхождения кристалла, иногда его называют наноситалл. Однако говорить о том, что это минерал, нельзя, так как в его создании не участвовала природа.

Свойства и процесс образования кристаллов

В основу принципа создания ситаллов легла объемная кристаллизация стекла. Среди физических свойств отметим:

• малая плотность (близка к 2,7, как у алюминия);
• высокая прочность сжатия;
• химически устойчив;
• твердость по Моосу – 6,5-7 единиц;
• способен работать под напряжением при высоких температурах;
• термостойкость 1000 градусов;
• пороговая величина прочности – 250 Мпа.

Среди разновидностей ситаллов выделяют магнитные, то есть обладающие магнитным полем, и полупроводниковые, у которых проводимость увеличивается с ростом температуры. Также бывают прозрачные и радиопрозрачные материалы. Исходник для создания кристаллов – шихта, само действие напоминает производство стеклокерамики.

В шихту входят катализаторы для ускорения реакции. С их помощью возможна регулировка фаз. В начале плавления кристаллы появляются в центре, постепенно вокруг них разрастаются агрегаты. Затем наступает охлаждение. Для получения разных видов ситалла используют добавки фоточувствительных элементов и шлаков. В итоге становится возможным получение литиевых, титановых, борно-бариевых, магниевых разновидностей.

Кремлевские звезды сделаны из ситалла

Современный прочный камень быстро нашел собственную нишу среди строительных и конструкционных материалов. Из него делают детали для ракет (обтекатели), стойкую по химическим параметрам аппаратуру, сверхзвуковые управляемые снаряды.

Из технического ситалла делают подложки для микросхем, различные шкалы, корпуса для приборов, то есть, изделия, требующие особой прочности и устойчивости к высоким температурам. Так, в Останкино на нижней смотровой площадке изготовленные из кристаллов проемы выдерживают вес сразу нескольких человек.

При работе с рубиновым стеклом для звезд московского Кремля использовали технологию по созданию ситалла. Применяют его и для производства линз и зеркал, им покрывают для защиты металлические детали. В стоматологии распространены зубные пломбы, в материал для них добавляют алюминий или литий.

Разновидности искусственного камня

Благодаря чистоте кристаллов, непревзойденному блеску, разнообразию цветов, высоким качественным характеристикам наноситалл нашел себя и в ювелирной сфере. Модницы оценили его свойства, красоту и отметили вполне бюджетную стоимость драгоценности.

Этот камень собрал в себя все лучшее от натуральных минералов, оставив «за кадром» все минусы. В ювелирных украшениях применяют искусственные самоцветы нескольких разновидностей. Например, ситалл-сапфир или ситалл-гранат. Вторая часть названия говорит о том, какой драгоценный камень в каждом конкретном случае представлен кристаллом-имитацией.

Известны и другие. Султанит-ситалл переливается зеленым, перламутровым, желтым, черным, оранжевым, коричневым. Такое же красивое сияние демонстрирует аметист-ситалл, но здесь уже синий, розовый, красный и фиолетовый цвета.

Аметрин-ситалл содержит в палитре два цвета – фиолетовый и золотистый. Такой камень встречается на рудниках Южной Америки. Найти среди природных минералов подобное чудо – большая удача. Он считается символом сердца индейской девушки, которая разделила любовь к своему народу и мужу-испанцу.

Вторая жизнь натуральных камней

Танзанит-ситалл внешне полностью повторяет внешний вид натурального зеленого или коричневого минерала.

Камень параиба получил вторую жизнь в виде турмалина-ситалла. Только ювелир способен заметить его искусственное происхождение. Яркий насыщенный сине-бирюзовый цвет кристалла в природе встречается редко. За необыкновенную игру света его называют неоновым

Ситалл с названием «Лондон» выглядит похожим на голубой топаз с серым оттенком. Этот искусственный камень великолепно смотрится в серебряных и золотых оправах. Цена на него колеблется в районе 3-4 тысяч рублей за экземпляр размеров 12х12 мм.

Цены на ситалл, имитирующий султанит, аметрин, танзанит или турмалин, вполне бюджетные. Вставка размером 10х10 мм стоит 2-3 тысячи рублей. А камень, внешне похожий бриллиант покупают за 2 тысячи.

Достоинства синтетики

У наноситалла отсутствуют лечебные и магические свойства, которые присущи природным камням. Но не стоит рассматривать этот факт, как недостаток, ведь далеко не для всех людей натуральные минералы несут положительную энергетику. То же самое относится и к знакам зодиака.

Под каким бы созвездием ни родился человек, он может носить украшения с синтетическими кристаллами. И в этом их неоспоримый плюс.

Несмотря на отсутствие магии, искусственные камни обладают рядом преимуществ. Лабораторные условия позволяют вырастить крупные экземпляры ситалловых разновидностей. Палитра цветов не ограничена, а игра света в гранях не уступает природным самоцветам. Кроме того, состав и прочность кристаллов стоит на должном уровне.