Ситалл камень. наноситал или ситалл искусственная вставка в камень

Каждая женщина хочет иметь изделия из драгоценных камней, однако не все могут позволить себе такую роскошь. Поэтому учёные вывели искусственные камни из натуральных материалов. Они дешевле, но не менее красивы. К числу таких камней можно отнести ситаллы. Такие камни добываются в процессе объёмной кристаллизации стёкол.

История возникновения камня

Если речь идёт об искусственных камнях, то большинство людей знает об фиантах, но мало кто знает о ситаллах. Этот драгоценный камень является стеклокристаллическим материалом.

Первые пробы нанесения аморфного стекла кристаллами проводились ещё 1739 году. Этим занимался академик Рене Реомюр. Главной его целью было жаростойкое стекло, но в результате он получил материал, который был очень похож на фарфор.

Технология создания ситалла была разработана в 1957 году. Её автором стал американский учёный Дональд Стуккей. В Советском Союзе над такими кристаллами работал такой учёный, как Исаак Китайгородский. Само слово ситалл было составлено из слов «кристалл» и «стекло».

Характеристика основных свойств

Ситалл напоминает сапфир или изумруд. Он также изготавливается из стекла, но эти искусственные камни имеют некие различия между собой. Чтобы создать такой кристалл, использовалась формула SiO2, которая очень похожа на формулу горного хрусталя.

Свойства камня ситалл напрямую зависят от того, как он сложен. За счёт того, что он состоит из большого количества маленьких кристаллов, по плотности его можно сравнить со сталью. Твёрдость такого материала меньше, чем у бриллианта, но больше, чем у других искусственных камней.

Существуют также типы камней, что обладают специальными свойствами. Это такие свойства, как:

• полупроводниковость;
• прозрачность;
• радиопрозрачность;
• магнитность.

Исскуственный кристалл нормально реагирует на тепло, поэтому в домашних условиях его расплавить невозможно. Такая стойкость объясняется тем, что в состав входит комплекс из минерального сырья и алюминия.

Ситалл хорошо противостоит разным химическим реакциям. Он красиво переливается и является практически прозрачным.

Разновидности ситалла

Всего существует несколько видов такого материала. К числу самых распространённых можно отнести следующие:

Чаще всего в ювелирном деле используется аметрин . Его особенность заключается не только в уникальных характеристиках, но и в зональном окрасе. Среди преимуществ такого материала нужно выделить невысокую цену. Украшения с таким камнем являются хорошим аналогом изделиям с драгоценными камнями. Аметрин является прозрачным и в нём нет разных включений. Цветовой спектр довольно широкий, поэтому его можно использовать в самых разных целях. Кристаллы изготавливаются самых разных размеров и имеют много типов огранок.

Сферы применения искусственных кристаллов

Ситалл широко используют в самых разных сферах, начиная от авиастроения и заканчивая стоматологией. Самые прочные виды такого материала используются в:

В качестве прозрачного стекла материал, который обладает термостойкостью и радиопрозрачностью, используется при производстве лазерной техники и астрооптики.

Из-за своей износо и химической стойкости отдельные виды искусственного кристалла могут использоваться в текстильной и химической промышленности, а также в машиностроении и горнодобывающем деле. Фотоситаллы чаще применяются в микроэлектронике, полиграфии, а также оптике.

Следует обратить внимание на то, что ситалл широко применяется в стоматологии. Он используется в процессе лечения патологий твёрдых тканей зубов. Было проведено множество исследований, которые доказали, что этот материал является незаменимым в протезировании.

Ситаллы отличаются своей механической износостойкостью и химической прочностью . По характеристике такой материал является биологически совместим с человеком, поэтому он больше подходит для протезирования зубов, чем фарфор, который применялся раньше.

За счёт изотропной и мелкокристаллической структуры на материале не формируются трещины, а это важно для проведения качественного протезирования. Различие структур керамики и искусственных кристаллов можно объяснить разными методами получения материалов.

Следует отметить, что ситалл - универсальный стеклокристаллический материал, который имеет широкий спектр применения начиная от стоматологии и ювелирного дела и заканчивая ракетостроением.

Современные гуру ювелирного дела просто не могут отказать себе в удовольствии использовать в украшениях камни, которые искусственно выращены специалистами минералогии. И причины этому весьма обоснованы. Во-первых, искусственные, или, правильнее сказать, синтезированные, камни по своим качествам полностью соответствуют натуральным. Во-вторых, подобный тип минералов позволяет экономить природные запасы драгоценностей. И в-третьих, синтезированные камни - это безумно красиво. Это процесс тонкой ювелирной работы, результатом которой является кристально чистый, облагороженный камень с насыщенным цветом и мерцающими бликами кристаллов внутри. Именно таким можно назвать ситалл, минерал, который заслуженно получил имя «камень 21 века».

Ситалл - что это, и как о нем узнал мир?

Ситалл - это ювелирный камень, который получают путем кристаллизации стекла. На первый взгляд, такое определение не вызывает симпатии к подобным украшениям, но, познакомившись ближе со свойствами ситалла, можно уверенно говорить про его качество, прочность и совершенную красоту. И сегодня, несмотря на то, что основа камня - стекло, в ювелирном деле он активно используется как аналог природной вставки. За счет управляемой поликристаллизации, то есть насыщения стекла множеством мелких кристалликов, камень приобретает внушительную твердость и неповторимый блеск.

Впервые стекло начали искусственно облагораживать в конце 18 века. Рене Реомюр, ученый Парижской и Петербуржской академий, в ходе лабораторных исследований пришел к выводу, что стекло можно подвергать различным жаростойким экспериментам. В результате Реомюр изобрел материал, который по своим внешним особенностям был очень похож на фарфор.

Но разработанное ученым стекло не получило должного применения ни в науке, ни в потребительской сфере. Только спустя 200 лет опыты по кристаллизации стекла возобновились в Америке. Благодаря американским специалистам мир стал применять подобные способы обработки «стекло-кристаллов».

Имя «ситалл» камень получил от советского ученого Исаака Китайгородского, который сложил две основы слов «стекло» и «кристалл». Такое незамысловатое название легко прижилось и полюбилось всему миру.

Почему ситалл так популярен?

Камень ситалл обладает рядом положительных характеристик:

• Благодаря термальной и другой лабораторной обработке ситалл приобретает небывалую прочность и твердость, за счет чего он даже конкурирует со сталью.
• Ситалл имеет отличные оптические качества, он может быть отличной альтернативой кварцевому стеклу, которое также славится безусловной прочностью.
• Камень безупречен в своей чистоте (прозрачности) и мерцании. Преломление солнечных лучей позволяет кристалликам переливаться разными оттенками, придавая украшению особый магический эффект.
• Помимо удивительной красоты и его физических качеств, большое преимущество ситалла - это сравнительно невысокая цена.

Цветовая палитра ситалла

С усовершенствованием ювелирной техники облагораживания камней каждому кристаллу можно придать абсолютно любую окраску. И если раньше все вставки получались невзрачных серых или бурых оттенков, то сегодня в магазинах драгоценностей можно встретить ситалл самой разнообразной палитры. Его цвет зависит от пигментов, добавленных в основу кристалла. За счет такого способа можно создать «аналогию» всех драгоценностей: рубина, сапфира, изумруда.

Яркие, натуральные камни с древних времен и до наших дней являются предметом роскоши, которая доступна лишь узкому кругу избранных. А ведь желание обладать прекрасным присуще всем, без исключения. Большой спрос на красоту и отсутствие возможности его удовлетворить за счет природных минералов, привело к возникновению необходимости получать аналоги драгоценных камней искусственным путем. В современном мире существует несколько наиболее распространенных методик производства синтетических образцов для ювелирных изделий, одной из них является нанокристалл ситалл.

Ситалл

Можно с уверенностью утверждать, что в разработке технологий создания кристаллов русские ученые находятся на передовом рубеже. Последнее достижение в этой отрасли — технология получения нанокристалла ситалл. Название образовано от двух слов: силициум Si (кремний) и алюминий Al. По своей сути это высокотемпературное алюмосиликатное стекло. Природным аналогом можно назвать обсидиан – вулканическая порода.

По сравнению с другим изобретением русских ученых фианитом, ситалл имеет ряд преимуществ. Бесцветный, прозрачный камень является практически идеальной имитацией бриллианта, однако получить фианиты по характеристикам близкие к изумрудам или сапфирам достаточно сложно. В свою очередь ситалл, имитация изумруда, по своим параметрам очень близок к натуральным кристаллам.

Преимущества

Доступная стоимость, при практически аналогичных характеристиках с такими натуральными камнями, как изумруд, сапфир, голубой топаз, делает новый нано кристалл очень востребованным на рынке ювелирных изделий. Камень обладает уникальным ровным цветом и прозрачностью.

По аналогии с названием цвета голубого топаза London blue , их искусственная имитация получила имя ситалл Лондон .

Ситалл параиба — коммерческое название имитации редких голубых кристаллов турмалина.

С точки зрения технологичности, при производстве ювелирных украшений, ситалл имеет еще одно очень важное преимущество — он устойчив к термоудару.

В последние годы широкое применение в ювелирном производстве получила технология отливки изделий с камнями. При использовании этого процесса, жидкий металл разогретый свыше 1000 градусов заливается в форму с камнями. Цветные фианиты, особенно крупные, не могут выдержать резкий перепад температур и либо разрушаются, либо теряют свой цвет. Ситаллы же достойно выдерживают такие перегрузки без ущерба качеству, что дает возможность существенно сократить производственные затраты, исключив оплату труда по закрепке камней.

Синтетически вставки в ювелирных украшениях последние десятилетия были представлены исключительно . Появление новых нано кристаллов дало возможность конкуренции в данной отрасли. А, как известно, конкуренция — двигатель прогресса.

Бесспорные преимущества новинки по сравнению с другими имитациями, предопределяет очень широкое использование таких кристаллов при изготовлении ювелирных изделий. Новизна и красота привлекают большое количество желающих приобрести недорогие, но изысканные украшения. Можно с уверенностью предположить, что в недалеком будущем слово «ситалл» все чаще будет звучать в ювелирных магазинах.

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.

Стремление избавиться от главных недостатков стекла, повысить его устойчивость к механическим и термическим воздействиям привело к созданию за счет управляемой кристаллизации нового стеклокристаллического материала -- ситалла.

Ситаллы изготовляют на основе неорганических стекол путем их полной или частичной управляемой кристаллизации. Термин «ситаллы» образован из слов: стекло и кристаллы. По структуре и технологии получения ситаллы занимают промежуточное положение между обычным стеклом и" керамикой. От неорганических стекол они отличаются кристаллическим строением, а от керамических материалов -- более мелкозернистой и однородной микрокристаллической структурой. По многим параметрам ситалл превосходит стекло и композиции на основе стекла. Недостатком ситалла является меньшая химическая стойкость -- следствие неоднородной структуры и наличия оксидов щелочных металлов. Из-за рассеяния света на границах кристаллитов ситаллы в слое 0,35... 1 мм уже непрозрачны. От керамики ситаллы отличаются хорошей обрабатываемостью, отсутствием пористости, меньшей стоимостью. Ситаллы марок Ст32, Ст38, Ст50 (цифра обозначает значение ТКЛР) в виде полированных пластин толщиной 0,35... 1 мм размером 60Х Х48 мм являются основным материалом подложек тонкопленочных ГИС.

В процессе кристаллизации стекла наиболее существенно изменяются следующие его свойства:

• 1 Растет механическая прочность, особенно заметно при испытании на изгиб. Причина состоит в том, что поверхностные трещины, наталкиваясь на кристаллиты, не могут развиваться так интенсивно, как в стекле.
• 2 Повышается нагревостойкость и температура начала деформации, так как диапазон температур размягчение-плавление значительно сужается по сравнению со стеклами.
• 3 Появляется дополнительное средство регулирования свойств.

Термин «ситаллы» образован из слов: стекло и кристаллы. За рубежом их называют стеклокерамикой, пирокерамами. По структуре и технологии получения ситаллы занимают промежуточное положение между обычным стеклом и керамикой. От неорганических стекол они отличаются кристаллическим строением, а от керамических материалов -- более мелкозернистой и однородной микрокристаллической структурой.

Получаются ситаллы путем плавления стекольной шихты специального состава с добавкой нуклеаторов (катализаторов), охлаждения расплава до В состав стекла, применяемого для получения ситаллов, входят окислы Li2O, Аl2О3, SiO2, MgO, CaO и др.; кроме того, добавляются катализаторы кристаллизации (нуклеаторы). К ним относятся соли светочувствительных металлов Au, Ag, Си или фтористые и фосфатные соединения, TiO2 и др. Нуклеаторы добавляют при плавлении стекольной шихты, далее расплав охлаждают до пластичного состояния, а затем формируют из него изделия методами стекольной технологии, после чего производится ситаллизация (кристаллизация).

В зависимости от способа получения ситаллы делятся на фотоситаллы и термоситаллы.

Фотоситаллы получают из стекол литиевой системы с нуклеаторами -- коллоидными красителями. В расплавленном стекле (Тпл = 1250 -- 1600° С), нуклеаторы находятся в виде ионов, выделяющихся из соответствующих окислов. Центрами кристаллизации являются мельчайшие частицы металлов. Для инициирования фотохимический реакции стекло облучают ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами. При термообработке происходит рост и образование кристаллов вокруг металлических частиц. Одновременно при проявлении (низкотемпературной обработке) материал приобретает определенную окраску.

Процесс кристаллизации происходит в две стадии: вначале при температурах, близких к Тc, происходит образование зародышей кристаллов, которые растут до определенных размеров и вызывают кристаллизацию других фаз в стекле. В результате образуется жесткий кристаллический каркас, препятствующий деформированию изделия и позволяющий вести дальнейший процесс при более высокой температуре (900--1100° С). На этой стадии изделия полностью и равномерно закристаллизовываются.

Термоситаллы получаются из стекол, систем MgO -- Al2O3 -- SiO2, CaO -- А12O3 -- SiO2 и других с добавкой TiO2, FeS и т. п. нуклеаторов. Стекломассу подвергают двух ступенчатой термообработке. На первой ступени обработки образуются и растут зародыши кристаллизации, создающие упрочняющий изделие каркас, при температуре равной 500 - 700 градусов Цельсия. На второй ступени при более высокой температуре (900 - 1100 градусов Цельсия) происходит окончательная кристаллизация стекла. Когда процесс ситаллизации закончен, детали охлаждают до комнатной температуры.

Структура ситаллов многофазная, состоит из зерен одной или нескольких кристаллических фаз, скрепленных между собой стекловидной прослойкой. Содержание кристаллической фазы колеблется от 30 до 95%. Размер оптимально развитых кристаллов обычно не превышает 1--2 мкм. По внешнему виду ситаллы могут быть непрозрачными и прозрачными (количество стеклофазы до 40%).

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, по твердости они приближаются к стали.

Свойства ситаллов

• 1 Плотность 2.3 - 2.8 Мг/ м3
• 2 Водопоглощение 0.01%
• 3 Температурный коэффициент

линейного расширения (12-120) ?10-7 1/град

• 4 Удельная теплопроводность 7,4 -- 16,9 ккал/(м?ч?град)
• 5 Температура текучести 750-1350° С.
• 6 Предел прочности при изгибе 50-260 МПа.
• 7 Электрическая прочность 25-75 МВ/м
• 8 Высокая термостойкость 500 - 900° С

Многие ситаллы обладают высокой химической стойкостью к действию сильных кислот и щелочей. Доступность сырья и невысокая технология получения обеспечивают невысокую стоимость изделия. По техническому назначению ситаллы можно подразделить на установочные и конденсаторные. Установочные ситаллы используют в качестве подножек ГИМ и дискретных пассивных элементов (н., тонкопленочных резисторов), деталей СВЧ- приборов и некоторых типов электронных ламп. Достоинством ситалловых конденсаторов являются повышенная электрическая прочность по сравнению с керамическими конденсаторами.