Нанокристаллы. Ситалл (камень): что это такое, свойства и применение

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.

Нанакристаллы - российское изобретение, которым можно гордиться. Нам очень приятно, что синтезировать Нанокристаллы (торговая марка Nanocristall), пригодные для ювелирного производства удалось нашим друзьям из ювелирной компании Формика во главе с кандидатом геолого-минералогических наук Кареном Авакяном. Нанокристалл - синтетический материал с невероятными характеристиками, имитирующий Сапфир, изумруд, опал и многие другие драгоценные и полудрагоценные камни. Этот материал только набирает популярность, но мы уверены - у него большое и светлое будущее. Кстати, основным потребителем Нанокристаллов на данный момент является компания Pandora.

Cтатья генерального директора ГК «Формика», опубликованная журналом Ювелирное Обозрение.

Высококачественные ювелирные камни встречаются в природе крайне редко и имеют высокую стоимость. В качестве доступной по цене альтернативы на рынке представлены материалы, аналогичные по цвету, блеску, показателю преломления, прозрачности, твердости природным полудрагоценным, драгоценным и поделочным камням. Наряду с выращенными кристаллами используются также бесцветные и цветные стекла, хрусталь, прессованные, органические и стеклокерамические материалы. ГК «Формика» уже более 20 лет занимается производством, обработкой и продажей синтетических кристаллов, стекол и других материалов для ювелирной промышленности. За это время специалисты компании основательно изучили преимущества и недостатки практически всех существующих материалов.

Синтетические кристаллы

В России так принято называть все синтезированные человеком минералы, но ювелиры большинства других стран к данной группе относят только минералы, имеющие состав и свойства, аналогичные природным: алмаз, изумруд, александрит, рубин, сапфир, шпинель, аметист, цитрин, дымчатый кварц и др. Для их синтеза применяются такие широко распространенные методы, как гидротермальный, флюсовый, Вернейля, Чохральского, Багдасарова и др. Некоторые из названных технологий достаточно дорогие, но гарантируют получение кристаллов высокого качества. Рыночная цена синтезированных алмазов, гидротермальных изумрудов, александритов, выращенных методом Чохральского, даже при высокой стоимости производства все равно будет значительно ниже их природных аналогов. Еще одна группа синтетических ювелирных камней - фианиты, иттрий-алюминиевые и галий-гадолиниевые гранаты - не имеет аналогов в природе. По цвету они иногда имитируют некоторые природные камни, хотя их химический со- став и физические свойства отличаются. Камни этой группы принято называть имитациями. Например, бесцветный фианит является самой популярной и доступной по цене 18 имитацией бриллианта. Впервые выращенный в 1970-е годы в СССР, сегодня в промышленных объемах он производится в основном в США и Китае. Одно из подразделений ГК «Формика» уже более 15 лет успешно выращивает сырье и осуществляет огранку фиани тов специальных цветов: изумрудно-зеленого, сапфирового, коричневого, с эффектом «александрита» и др. За годы успешной работы с фианитами наши специалисты обнаружили не только преимущества этого минерала, но и его недостатки. Главный из них - неравномерность окраски. Эта особенность объясняется тем, что концентрация элементов- красителей в расплаве и в выращиваемом из него кристалле бывает не всегда одинакова (отношение этих концентраций в одних случаях меньше единицы, а в других – больше), поэтому по мере роста кристаллов насыщенность окраски мо- жет как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от конкретного цвета и элемента-красителя. Еще одним ограничением для применения некоторых цветных фианитов является невозможность их использования для закрепки в воске и при технологии литья с камня- ми. Фианиты зеленого, синего, голубого, черного оттенков легко меняют цвет после термоудара в агрессивной окислительной среде.
Высокая плотность, твердость и великолепный блеск фианитов (при весьма невысокой стоимости) делают их незаменимыми для имитации бриллиантов: бесцветных, коричневых, розовых, желтых, голубых. Но эти же достоинства превращаются в недостатки при попытке имитации самоцветов, таких как изумруд, сапфир, аметист, танзанит, хризолит.

Цветные стекла и хрусталь

Стекла и хрусталь (стразы, шатоны, бисер и др.) используются преимущественно в бижутерии и крайне редко в ювелирном деле. Их стоимость ниже, они равномерно окрашены, имеют низкий показатель преломления, плотности, твердости, слабый блеск и непригодны для литья с камнями.

Ситалы, или Нанокристаллические материалы

Эти продукты состоят из аморфной матрицы и выращенных из нее и равномерно распределенных по всему объему наноразмерных (7-10 мм) кристаллов. Их состав и структура могут быть самыми разнообразными. Сочетая в себе все лучшие особенности и свойства стекол и кристаллов, ситалы с успехом применяются в производстве оптики, электро- ники и бытовой техники. Природным аналогом ситалов может служить обсидиан – эффузивная вулканическая порода, состоящая из алюмосиликатного стекла и мельчайших зародышевых кристаллов (кристаллитов) и микролитов. Этот исключительный материал заинтересовал специалистов «Формики» еще в 1993 году. Первые образцы из- умрудно-зеленого ситала были выращены в лаборатории одного из московских НИИ, однако потребовалось много лет, прежде чем нанокристаллические материалы были запущены в производство. Сегодня «Формика» является единственной в мире компанией, которая разработала и производит в промышленных масштабах этот совершенно новый для ювелирной промышленности синтетический материал . Компания владеет патентом на применение цветных ситалов в ювелирной промышленности и производит продукцию под следующими запатентованными названиями: «Нанокристалл» , «Nanocrystal» , «Nanogem» и «Formica nanogem» . Продуктовая линейка представлена шпинелью, сапфирином, рутилом, гранатом, кварцем и другими минералами (в зависимости от цвета), а вмещающая их аморфная матрица состоит из высокотемпературного алюмосиликатного стекла.

Нанокристаллы обладают совершенно уникальными физическими и оптическими свойствами:

• твердость 7-7.5;
• показатель преломления 1.61-1.64;
• плотность 3-3.3 г/см3;
• температура плавления 1650-1750 С;
• цвет и блеск – максимально приближенные к основным природным самоцветам;
• прозрачность – прозрачные, полупрозрачные и непрозрачные;
• окраска – равномерная и однородная;
• пригодность для литья с камнями – идеальная.

В настоящее время «Формика» производит прозрачные, полупрозрачные и непрозрачные виды нанокристаллов, которые почти идеально имитируют цвет, блеск, твердость и плотность таких самоцветов, как изумруд, сапфир, шпинель, топаз, хризолит, цитрин, гранат, розовый и дымчатый кварц, черная шпинель, бирюза и др.минералы. На представленных фотографиях ограненных цветных нанокристаллов заметна идентичность их окраски с природными самоцветами. Особенно удивляет сходство изумрудно-зеленого нанокристалла с природными аналогами: они неотличимы по цвету, блеску, показателю преломления и очень близки по плотности и твердости. Учитывая его весьма доступную стоимость, этот наноизумруд можно уверенно назвать достойной альтернативой гидротермальному изумруду, а также зеленому фианиту, иттрий-алюминиевому и галий-гадолиниевому гранатам. Сапфирово-синий нанокристалл заметно отличается от природных сапфиров по плотности, показателю преломления и твердости, но идентичен по цвету и блеску.Нашнаносапфир успешно конкурирует по цене с синтетическим корундом и пользуется большим спросом в диапазоне размеров от 0,8 до 15 мм. Хризолитовый, цитриновый, розовый, серый, все виды топазовых и другие прозрачные нанокристаллы очень близки своим природным аналогам как по цвету, так и по физическим свойствам. Они гораздо лучше имитируют соответствующие природные полудрагоценные камни, чем фианиты, гидротермальные или флюсовые кристаллы и пригодны для технологии литья с камнями. Изумрудно-зеленый, сапфирово-синий и некоторые другие цвета нанокристаллов мы производим в очень темном, темном, среднем и светлом вариантах. Темные разновидности используются для камней мелких размеров, а более светлые – для крупных огранок. Это позволяет получить одинаковую насыщенность в камнях разного разме- ра, что крайне важно для производителей ювелирных изделий. Наряду с наиболее популярными прозрачными нанокристаллами «Формика» производит черный, бирюзовый, молочно-белый, бежевый, медовый и другие полупрозрачные (опаловые) и непрозрачные виды.

Физические свойства Нанокристаллов (НК) в сравнении с соответствующими природными аналогами (ПР)

В настоящее время мы ограничили продажу нанокристаллов в сырье и предлагаем продукцию европейской машинной огранки фирмы «Прециоза», китайской машинной и ручной огранки высокого качества. Преимущество цветных нанокристаллов перед синтетическими кристаллами, стеклами и другими альтерна- тивными материалами столь очевидно, что, несмотря на глобальный экономический кризис в ювелирной отрасли, вся производимая нами продукция в больших объемах реализуется в Таиланде, Китае, Индии, Европе, США, России и странах СНГ. Внедрение Nanogem оказалось настолько востребованным, что в этом году в дни работы сентябрьской выставки Hong Kong Jewellery&Gem Fair мы вышли в финал конкурса, организованного журналом Jewelry News Asia, и получили награду за лучшую инновацию в категории «Производство и технология». Эта победа - еще одно подтверждение признания нанокристаллов ювелирами всего мира в качестве достойной имитации природных самоцветов!

Карен Авакян,
кандидат геолого-минералогических наук
(ГК «Формика»).

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.

СИТАЛЛЫ

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)

Самопроизвольная кристаллизация стекла – процесс, как известно, нежелательный, ведь после кристаллизации изделие теряет внешнюю привлекательность, прочность и вообще может разрушиться. Другое дело – управляемая поликристаллизация , то есть образование в аморфном стеклянном массиве множества мелких кристалликов. Именно поликристаллизация лежит в основе высоких потребительских свойств керамики и .

История создания ситалла

Первые успешные попытки насытить аморфное стекло кристаллами относятся к 1739-му году. Рене Реомюр, академик Парижской и Петербуржской академия наук, пытался изобрести жаростойкое стекло – и получил материал, внешне схожий с фарфором.

Молочно-белая непрозрачность реомюровского «фарфора» обуславливалась размерами микрокристаллов, насыщавших стекольную массу. Изобретение показалось бесполезным, и о нем забыли.

Более чем через два столетия опыты по варке стеклокерамической массы возобновились – уже в Америке. Промышленный шпионаж, считавшийся в середине ХХ века двигателем прогресса, разнес идеи производства нового материала по миру.

Оказалось, не так сложна технология, как попытка дать стеклокристаллическому веществу звучное имя. В США пытались внедрить название «пирокерам». Поляки придумали «квазикерам». Англичане решили соригинальничать и предложили миру слово «слагцерам».

И тогда все прогрессивное человечество обратило взоры в сторону России, ибо в области словотворчества тогдашний СССР опережал всякое государство планеты. Физик, крупный специалист по стеклу, лауреат Сталинских премий профессор Исаак Китайгородский предложил звать новый стекломатериал ситаллом. Слово «ситалл» сотрудники лаборатории Китайгородского составили из «кристалла» и «стекла».

Название прижилось. Ситалл отправился завоевывать рынок.

Чем силен ситалл?

Первые ситаллы вряд ли могли порадовать эстетов. Если размеры микрокристалликов в стеклянном массиве превышали длину полуволны света, материал получался серовато-молочным (как у Реомюра). Прозрачные разновидности ситалла мало отличались от низкосортного стекла, были мутными и слабоокрашенными (в тона болотной жижи).

Однако выдающиеся физические свойства ситалла предопределили его успех. По прочности, износоустойчивости, термостойкости ситалл намного превосходит аморфное стекло. По твердости ситалл соперничает с лучшими сортами стали. Материал безупречно работает как электроизолятор.

Но самое важное – с точки зрения геммологии – свойство ситалла открылось позднее, через два десятилетия производства нового материала. Оказалось, что ситаллу можно сообщить высокие оптические свойства и заменить им менее прочное кварцевое стекло.

Прозрачность ситалла, достаточная для изготовления линз, достигается синтезированием в стекле кристаллов особо малого размера. Свет беспрепятственно огибает такие кристаллики и, проходя через кристаллическую решетку, преломляется точно так же, как и в аморфной стеклянной массе.

От ситалла оптического до ситалла ювелирного качества оставался всего один шаг. Но растянулся он на долгие годы...

Цвет ситалла

Первые ситаллы – из тех, что Китайгородский получил еще до войны – отличались крайней невзрачностью. Поскольку в качестве исходного сырья использовались отходы металлургического производства, шлакоситаллы выходили из лабораторий окрашенными окисями металлов в серо-бурые с прозеленью цвета.

Война помешала совершенствованию технологий, да и строители не особо протестовали против непонятного цвета плит, шедших на облицовку полов в цехах и коридорах. Лишь в 1970-м году были получены первые партии ситалла красивой молочно-белой окраски. Добавления пигментов позволили добиться известного разнообразия в колорите производимой продукции.

Однако ювелирная промышленность подобным материалом заинтересоваться не могла. А вот стеклокристаллическая масса, способная выдерживать высокие термодинамические нагрузки и пригодная к изготовлению рубинового стекла для звезд московского Кремля – ювелирам пригодилась...

Трудности и победы

Как известно, некоторые металлы, будучи добавленными в стеклянную шихту в минимальных количествах (до полупроцента), растворяются в кремнеземе при варке стекла, а при остывании – кристаллизуются. Меняя светопропускные способности стекла, металлы оцвечивают материал, не снижая его прозрачности.

Однако ситалл – это смесь кристаллической и аморфной фаз стекла , причем в пропорциях явного преобладания кристаллов (90% и выше). Невозможно даже подумать, чтобы кристаллы металлов, введенные в стекло в столь больших количествах, сохранили материалу прозрачность.

Парадокс решился не без труда. Многочисленные эксперименты с дозированием металлических добавок и режимами термообработки стекла позволили создать технологию катализа кристаллизации кремнезема.

При варке прозрачного окрашенного ситалла металлы добавляются в шихту, и после образуют мельчайшие – до двух миллионных долей метра размером – кристаллы. При термообработке каждый из кристаллов металла становится центром формировании кристаллической фазы кремнезема, причем область кристаллизации имеет округлую каплевидную форму.

Фактически отливка ситалла превращается в массив кристаллических микросфер SiO2 с металлическими затравочными центрами, скрепленных цементом аморфного стекла. Именно этот материал и идет на изготовление ситалловых ювелирных вставок.

Следуя вербальной моде, ювелиры зовут ситалловые вставки «наносинтетикой». Стоимость наносинтетики в изделиях достигает уровня в пять долларов за карат.

Применение цветных прозрачных ситаллов

Помимо ювелирной отрасли, с энтузиазмом принявшейся гранить и оправлять кусочки кристаллизованного стекла, новым материалом заинтересовались и оптики, и электронщики, и создатели космической техники.

Сегодня ученые умеют не только зонировать окраску ситалла, но и формировать внутри кристаллизованного стекла точно очерченные участки с заданными оптическими свойствами. Таким способом изготавливаются сложные светофильтры, решетки, зеркала и прочие оптические элементы конструкций.

Созданы ситаллы, меняющие свои светопропускные характеристики в зависимости от интенсивности электромагнитных потоков. Возобладает ли наносинтетика александритовым эффектом? Скоро увидим!

Как гласит небезызвестная песня группы «ВИА Гра», лучшими друзьями девушек являются бриллианты. Но далеко не каждой красавице может посчастливиться носить заветный самоцвет. Всем остальным приходится довольствоваться более дешевыми украшениями. В последнее время набирает популярность ситалл-камень. Что это такое, каковы главные его качества и магические свойства, мы расскажем в этой статье.

История получения синтетического минерала

За честь открытия нового материала борются ученые нескольких стран:

• Согласно наиболее распространенной версии, ведущий вклад в разработку внес Исаак Китайгородский, советский физикохимик, работавший профессором в МХТИ имени Д. И. Менделеева;
• Однако, как и в случае с изобретением радио, отечественный специалист пренебрег патентованием своего творения. Поэтому в коммерческой и промышленной среде стран Запада гораздо более известно имя Дональда Стукея. В 1957 году он юридически оформил результаты своих исследований и выгодно продал их одному из американских химических концернов;
• Первые качественные ювелирные образцы были получены уже в современной России благодаря исследованиям сотрудников компании Formica. Это один из ведущих поставщиков драгоценных камней на просторах СНГ;
• В спор бывших участников Холодной войны встревает Франция. Якобы впервые материал был получен еще в середине XVIII века естествоиспытателем и математиком Рене Реомюром. Заготовка была получена совершенно случайно, во время одного из экспериментов с термической обработкой стекла.

Камень ситалл в ювелирных изделиях

От получения камня в лабораторных условиях советскими учеными до применения его в качестве изысканного украшения прошло несколько десятков лет.

На то есть несколько причин:

• Советский Союз не имел развитой индустрии красоты, поэтому, все, что связано с модой и ювелирными изделиями, развивалось на порядки медленнее, чем на Западе. Кабинетным инноваторам не приходило в голову использовать камень как красивый аксессуар;
• Старая технология производства вещества также внесла свою лепту. Синтез ситаллов долгое время проходил лишь при применении шлаков тяжелой промышленности. Последние придавали конечной заготовке неприглядные серые, болотные и коричневые оттенки;
• Отсутствие в химической промышленности подходящих пигментов, которые бы придавали минералу изящную окраску.

Сегодня стеклокерамические материалы вовсю используются для имитации драгоценных камней (аметист, топаз и другие). С первого взгляда отличить «подделку» не сможет даже специалист. Для этого потребуется специальное оборудование. При этом стоимость искусственного материала делает его доступным практически всем слоям населения. Так например, средних размеров подвеска продается по цене около 2000 рублей.

Основные преимущества камня

Данный камень завоевал видное место промышленности и ювелирном деле благодаря следующим высоким качествам:

• В отличие от большей части кристаллических тугоплавких веществ, ситалл отлично поддается обработке. В частности, его можно прокатывать, сдавливать, отливать в центрифуге и т.д. Поэтому можно добиться заготовки практически любой требуемой формы;
• Устойчивость к значительным перепадам температур. Верхняя граница физической устойчивости составляет 700 градусов;
• Невосприимчивость к воздействию едких и кислотных субстанций. Нужно очень сильно постараться, чтобы повредить этот камень;
• Возможность придать любую, даже самую смелую окраску;
• Превосходные рефракционные качества. Свет, проходящий сквозь кристалл, заставляет его сиять и придает ощущение внутреннего объема;
• Высокая твердость (7 баллов по шкале Мооса). За многие годы эксплуатации исключено появление царапин, сколов и прочих видов повреждений;
• Демократичная цена, о чем мы уже упоминали ранее.

Камень параиба ситалл

Один из красивейших самоцветов, параиба, был обнаружен в одноименном штате на востоке Бразилии лишь несколько десятков лет назад. За это небольшое время он обрел необычайную популярность у ювелиров. Но дальнейшему распространению мешало низкое качество некоторых натуральных самородков.

Чтобы исправить «ошибки природы», на помощь призвали достижения научной мысли. Так на свет появился ситалл параиба , точная копия своего природного собрата. Он напрочь лишен негативных свойств природных разновидностей, но сохранил все качества оригинала:

• Яркий и утонченный бирюзовый цвет;
• Выдающиеся рефракционные качества;
• Высокая твердость в сочетании с малой удельной массой;
• Устойчивость к механическим воздействиям.

Эксперты отмечают присущую ситаллу причудливую игру света даже в сумерках. Из-за нее расцветка иногда именуется неоновой или электрической.

Искусственный синтез значительно снизил стоимость камня, но не настолько, чтобы их мог купить себе любой желающий. Цена на украшения весом до 10 грамм составляет несколько десятков тысяч рублей.

Применение в оккультных практиках

Магические свойства ситалла находятся в зависимости от окраса конкретного образца:

• Красный или коричневый - близкие к цвету земли оттенки, поэтому их действие касается затаенных в глубине души инстинктов. Высвобождать или нет свои скрытые качества, решать каждому;
• Цвета от бирюзового до голубого - благотворно влияют на психическое здоровье. Украшения с такими ситаллами будут полезны пребывающим в затяжной депрессии, а также чересчур вспыльчивым личностям. Но флегматикам такой подарок противопоказан;
• Синий цвет - помогает в концентрации и укреплении внимательности. Длительное ношение такого украшения значительно укрепит ментальную сферу.

Вне зависимости от окраса, камень имеет такое положительное действие на человека:

• Укрепление защитной системы организма;
• Благотворное воздействие на нервную систему;
• Успешная борьба со всевозможными фобиями;
• Стимулирование аппетита (по этой причине минерал противопоказан страдающим ожирением);
• Нормализация метаболизма;
• Повышение качества сна и ускорение засыпания.

Видео: как делают украшения с ситаллом?

В данном ролике Анна Денисова покажет процесс изготовления колец с данным камнем, какую обработку они проходят: