Ситал камень. Свойства, применение и цена ситала

Название «ситалл», данное этому веществу одним из его создателей, составлено из слов «стекло» и «кристалл». Ситалл относится к стеклокристаллическим материалам, по своим свойствам и структуре он является искусственным обсидианом. Но в ходе совершенствования технологии его производства ситалловое стекло приобрело ряд качеств, которые отсутствуют у его вулканического двойника.

Особенности ситалла делают его редким по универсальности материалом. Он оказался способным удовлетворить высоким требованиям таких сфер, как ювелирное дело, ракетная и авиационная промышленности, производство астрономической оптики, микроэлектроника, лазерная техника, машиностроение. И это лишь краткий перечень отраслей, в которых применение ситаллов оказалось оправдано.

Ценные качества

Правильнее будет сказать, что не сами свойства ситалла, а некоторые уникальные их сочетания сделали его таким востребованным.

Это базовый набор. В зависимости от назначения производимого образца, камень ситалл может иметь и другие свойства. На данный момент технология его производства делает возможным наделять его экземпляры следующими качествами:

• Абсолютная прозрачность.
• Наличие собственного магнитного поля.
• Способность проводить электрический ток (но ограниченная, ситалл может быть только полупроводником).
• Возможность пропускать радиоволны.

Путь ситалла: от напольного покрытия до ювелирного украшения

Впервые материал, подобный описываемому, был создан в 1739 году Рене Реомюром, ставившим цель получить термостойкое стекло. Опыт был удачным, но дальнейшего развития эта история не получила. Лишь спустя два столетия наука снова вернулась к попыткам создать такое вещество. На этот раз ситалловое стекло быстро нашло себе место в промышленности.

Стекло, изготовленное Реомюром, было непрозрачно-белым и больше похожим на фарфор. Такая особенность объясняется относительно крупным размером микрокристаллов, составляющих этот материал. Ученым XX века удалось создать ситалл с мелкокристаллической структурой за счет увеличения скорости кристаллизации, происходящей при плавке, и умножения числа ее центров в обрабатываемой массе. Для этого в основу стали добавлять специальные компоненты – нуклеаторы и ускорители. Благодаря этой модификации технологии, у ситалла появилась характеристика прозрачности.

Однако первые образцы имели непрезентабельный вид из-за низкого качества примесей – использовались отходы металлургической промышленности. В результате получалось мутное стекло серого, болотно-зеленого оттенков. Впрочем, ситалловое стекло изначально не задумывалось как декоративный материал, максимум, что им могли украсить это полы в цехах. Оценив его прочность, устойчивость к температурному и химическому воздействию, этому материалу находили более практичное применение.

Спустя время ситалловое стекло начали окрашивать пигментами. К примеру, кремлевские звезды отлиты из ситалла рубинового оттенка. Но до той безупречной имитации драгоценных камней, какой он стал сегодня, ситаллу было еще далеко.

Сложность состояла в том, что это вещество нельзя окрасить тем же способом, как обычное стекло, не потеряв при этом в прозрачности. Для придания стеклу окраски при варке добавляют мельчайшие дозы металлов. Растворяясь в основе, эти примеси кристаллизуются при охлаждении. За счет подобной равномерной кристаллизации обычное стекло получает оттенок. Но кристаллическая фаза стекла в ситалле значительно преобладает над аморфной. Это значит, что число металлических кристаллов металла, необходимое для окрашивания такого материала, не может не сказаться на его прозрачности.

Путем долгих экспериментов, наконец, удалось разработать технологию, позволяющую сделать это. Металлы, добавленные в основу по этому методу, образуют мельчайшие кристаллы. После под воздействием температуры они исполняют роль центров кристаллизации, вокруг которых собираются кристаллы стекла, образуя сферы. Аморфное стекло скрепляет эти сферы между собой.

Вследствие этой разработки перед ситаллом открылись две новых сферы – оптика и ювелирное искусство.

Ювелирные ситаллы

Теперь, когда цвет и прозрачность ситалла могли варьироваться, стало возможным заменить им большинство драгоценных и полудрагоценных камней – , и другие.

Изделия из этого материала во многих параметрах не проигрывают натуральным аналогам, а в некоторых аспектах камень ситалл показывает преимущество перед ними.

Самые виртуозные имитации

Топаз оттенка «Лондон». Этот аристократ среди топазов невероятно редкий и столь же великолепен внешне. Ситалл с точностью воспроизводит его холодный дымно-голубой оттенок и блеск.

Аметрин – необычный аметист, в окраске которого сочетаются два цвета – нежно-лиловый и золотисто-оранжевый. Ситалл, за счет контролируемого процесса кристаллизации, который допускает технология его получения, доподлинно копирует сложный переход тонов в глубине этого камня.

Изумруд – в природе нечасто можно найти эту разновидность берилла без посторонних включений и прочих изъянов. Ситалл, будучи материалом искусственным, может обладать чистотой и безупречностью лучших из представителей изумрудов.

Турмалин параиба – камень голубого оттенка, который словно светится изнутри за счет примеси меди и частиц золота. Ситалл образцово имитирует уникальную расцветку этого камня.

Морганит – редкий вид берилла. Обладает утонченной бледно-розовой окраской с персиковым отсветом, благодаря которому в глубине воробьевита (другое название этого камня) словно разливается золотистое сияние. В ситалле удалось передать всю сложную «рассветную» палитру этого камня и морганит пополнил список лучших его побед в ювелирном деле.

В других отраслях

Наука не остановилась на возможности задавать веществу нужную окраску. К данному моменту уже имеются способы распределять в материале зоны с определенными оптическими показателями. Это свойство в совокупности с прочностью и износостойкостью сделали ситалловое стекло идеальным материалом для изготовления сложной космической оптики.

Его устойчивость к разрушающим факторам физического, химического и температурного характера не могла не заинтересовать специалистов тех сфер, где требуется высокий уровень защиты от такого рода воздействий.

В строительстве авиационной и ракетной техники из этого материала делают переднюю часть аппарата, головной обтекатель, необходимую для преодоления сопротивления воздуха и ускорения полета. В нефтеперерабатывающей отрасли эксплуатируют ситалловые трубы. Слоем ситалла покрывают металлические детали автомобилей. Используется стеклокерамика и в производстве предметов быта – она идет на покрытия электрических плит, сковородок, кастрюль. На основе ситалла создаются стройматериалы повышенной прочности, например, стекломрамор. Из него изготавливают зубные коронки и костные протезы.

Совершенствование технологии производства ситалла, тем временем, продолжается. Вероятно, в ближайшем будущем человечество услышит о новых его свойствах.

Кристал аметрин считается двухцветным символом мира. Название камня пошло от слияния слов «аметист» и «цитрин». В среде ювелиров самоцвет еще называют золотым боливанитом или аметистом. За свой необычный окрас аметрин считается одним из самых уникальных камней в минералогии.

Впервые заговорили про аметрин в Европе только в 16-м веке. В этот период к испанскому двору минерал попал из Боливии . Королеве сильно понравился необычный двухцветный, полупрозрачный камень. Вскоре она украшала им почти все свои наряды, что сделало аметрин необычайно популярным среди знати.

Про аметрин ходит легенда. Согласно сказанию, некий испанец Фелипе де Уриолла-и-Гоитиа женился на туземке из Боливии. И решил отвезти ее на родину, в Испанию. Накануне отъезда молодую женщину смертельно ранили враги конкистадора. А перед смертью подарила любимому мужу Фелипе уникальный двухцветный камень. Именно он и попал в руки королеве.

Общая характеристика аметрина

Аметрин – это мелкокристаллический кварц. В отдельный подвид его выделили из-за двойной зональной окраски. Расцветка камня – это два цвета, которые не смешиваются между собой. Сиреневый либо светло-фиолетовый цвет граничат с персиковым и оттенками желтого. В то же время переход от одного цвета резкий, без видимого смешивания цветов.

Камень обладает прозрачностью и стеклянным блеском . Это твердый минерал, не поддающийся быстрой обработке.

Аметрин редкий минерал. Основное место рождения – Боливия. Образцы высшего класса добывают в шахте Анахи. Кристаллы с менее насыщенным окрасом можно встретить в Бразилии. Единицы камней обнаружены в Сирии. Их окрас умеренный, дымчатый.

Легальная поставка аметрина на рынки началась только в 1989 году. До этого момента законы Боливии запрещали экспорт самоцвета. Долгое время источником камня для ювелиров были контрабандные поставки.

Применение и физические свойства аметрина

Самоцвет достаточно популярен в среде ювелиров. Его поддают огранке и вставляют в различные украшения . В связи с ограниченным количеством камня на планете и его дороговизной, мастера часто используют искусственный аметрин.

Уникальный метод получения искусственного самоцвета разработали в Институте экспериментальной минералогии в России. Внешне эти камни практически не отличаются от натуральных. Также имеют зональный окрас. Только в отличие от оригинальных минералов, аналоги дольше держат цвет и не выгорают на солнце. Более того, искусственный камень имеет насыщенный и более яркий цвет. Также натуральный аметрин легко оцарапать. Например, шпинель может оставить на нем следы. А искусственный камень прочнее.

Особенности обработки самоцвета

В первую очередь аметрин промывают в кипятке . После разделяют, следуя трещинам, которые появились при термообработке. Качественная огранка подчеркивает уникальный окрас и элегантность минерала. Чаще всего самоцвету придают огранку багет или ступенчатую прямоугольную форму. Редко ювелиры используют другой вид огранки. Самое главное – это соблюдать перпендикулярное расположение цветовых зон камня к площадке. В таком случае два тона смешиваются и создают особую игру цвета внутри аметрина.

Магические свойства аметрина

Аметрин – это камень мира, покоя и равновесия. В средние века его использовали придворные льстецы, чтобы получить расположение вышестоящих лиц. Колдуны и шаманы применяли самоцвет в некоторых обрядах. Кристалл помогал задобрить духов. Часто при помощи аметрина колдуны и маги получали поддержку у потусторонних сил .

Этот камень раскрывает неординарные способности – дар ясновидения, усиливает интуицию человека. Если хранить аметрин под подушкой, можно увидеть сны с предсказанием будущего.

Прежде, чем получить поддержку камня, необходимо настроить его связь с высшими силами. Для этого кристалл выкладывают под свет Луны в полнолуние. За основу берут шелковую ткань фиолетового или сиреневого цвета. Зажигают две свечи. Когда они догорают, камень убирают в темное место. Только после этого ритуала к кристаллу можно обращаться за советом или поддержкой.

Как талисман, аметрин камень подходит вспыльчивым людям. Он помогает стать более спокойным и рассудительным, способствует улаживанию конфликтов . Если носить амулет с этим камнем, то можно себя защитить от эмоционального или физического насилия.

Астрологические свойства самоцвета

Астрологи утверждают, что аметрин хорошо подходит всем зодиакам. При этом каждому знаку он помогает по-своему:

Целительные свойства аметрина

Аметрин положительно влияет на организм человека. Литерапевты утверждают, что проблемы в интимной сфере помогут решить кольца с аметрином. Женщинам этот камень помогает забеременеть, защищает от гинекологических проблем. У мужчин повышает потенцию. Серьги с аметрином избавляют от головных болей, улучшают память и умственные способности.

Если носить украшения с аметрином на шее, можно излечить заболевания желудочно-кишечного тракта, избавится от анемии. Самоцвет улучшает обмен веществ, способствует похудению и общему оздоровлению тела.

Камень ситалл

Ситалл – это стеклокристаллический материал . Кто первым научился его синтезировать, ведутся споры и сегодня. Одни источники утверждают, что это сотрудник нью-йоркской компании «Дау Корнинг» Дональд Стукей в 1957-м году. В других источниках указано, что авторство технологии принадлежит советскому ученому Исааку Китайгородскому, который работал в институте Дмитрия Медлеева. В то же время ювелирная фирма «Формика» оспаривает эти два варианта и утверждает, что ситалл был изобретен у них в начале 90-х.

Физические и химические свойства камня

Химически ситалл является стеклом. Его формула совпадает с формулой горного хрусталя. В то же время ситалл отличается плотностью и окрасом.

А также некоторые камни обладают уникальными свойствами:

• собственным магнитным полем;
• встречаются полностью прозрачные образцы;
• некоторые кристаллы – это полупроводники.

Ситалл камень - что это и где применяют?

Сегодня камень использую не только в ювелирных изделиях. Его часто применяют в технической и строительной сфере жизни.

Ситалл пускают в ход:

В ювелирном деле ситалл применяют только с 70-х годов ХХ века . До этого времени материал использовали для производства керамической плитки и строительства. Технологии обработки камня развивались и вскоре мрачные оттенки заменились нежно-молочными, благородными цветами.

Среди ювелирных изделий, инкрустированных камнем ситалл, встречаются серьги, подвески, кольца, браслеты, подвески, броши и ожерелья.

Камень ситалл и его свойства

План лекции

СИТАЛЛЫ, КЕРАМИКА И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

ЛЕКЦИЯ 2.6

1. Ситаллы и их применение..

2. Общие сведения о керамических материалах.

3. Особенности технологического цикла при получении керамик.

4. Классификация и свойства керамических материалов.

Литература

Ситаллы - стеклокристаллические материалы, получаемые путем почти полной стимулированной кристаллизации стекол специального состава. Они занимают промежуточное положение между обычными стеклами и керамикой. Само название ситалл происходит от слов силикат и кристалл; в названии подчеркивается тот факт, что одни из первых стеклокристаллических материалов были получены на основе закристаллизованных силикатных стекол. За рубежом ситаллы называют пирокерамами от греческих слов «пирос» - огонь и «керамикос» - глиняный. Первая часть названия связана с тем, что стеклокристаллические материалы за рубежом были получены вначале на основе cтекол, содержавших окислы лития, светившиеся при высоких температурах огненным светом, а вторая – с тем, что стеклокристаллические материалы иногда не совсем правильно называли стеклокерамикой. Недостатком стекол считает­ся процесс местной кристаллизации - расстекловывание, приводящее к появлению неоднородности и ухудшению свойств стеклянных изде­лий. Если в состав стекол, склонных к кристаллизации, ввести одну или несколько добавок веществ, дающих зародыши кристаллизации, то удается стимулировать процесс кристаллизации стекла по всему объему изделия и получить материал с однородной микрокристалли­ческой структурой.

Технология получения ситалла состоит из нескольких опера­ций. Сначала изготовляют изделие из стекломассы и подвергают его двухступенчатой термической обработке при температурах 500-700 и 900-1100°С. На первой ступени происходит образо­вание зародышей кристаллизации, а на второй - развитие кри­сталлических фаз. Содержание кристаллических фаз к оконча­нию процесса достигает 95%, а размеры кристаллов лежат в пре­делах от 0,01 до 1 мкм.

Кристаллизация стекла может быть обусловлена фотохимическими и каталитическими процессами. В первом случае центрами кристалли­зации служат мельчайшие частицы металлов (серебра, золота, меди, алюминия и др.), выделяющиеся из соответствующих окислов, входя­щих в состав стекла, под влиянием облучения с последующей термооб­работкой для проявления изображения. Для инициирования фото­химической реакции обычно используют ультрафиолетовое излучение. При термообработке происходит образование и рост кристаллитов вокруг металлических частиц. Одновременно при проявлении материал приобретает определенную окраску. Стеклокристаллические материа­лы, получаемые таким способом, называют фотоситаллами. Если облучать не всю поверхность изделия, а лишь определенные участки, то можно вызвать локальную кристаллизацию в заданном объеме.

Закристаллизованные участки значи­тельно легче растворяются в плави­ковой кислоте, нежели примыкающие к ним стеклообразные области. Это позволяет травлением получать в изделиях отверстия, выемки и т. п.

Технология изготовления ситаллoв упрощается, если в качестве катализаторов кристаллизации ис­пользовать соединения, ограниченно растворимые в стекломассе или легко кристаллизующиеся из расплава. К числу таких соединений относятся ТiO 2 , FeS, В 2 О 3 , Сг 2 О 2 , V 2 O 5 , фториды и фосфаты щелочных и щелочно-земельных металлов. При каталитической кристаллизации необходимость в предварительном облучении отпадает. Получаемые при этом стеклокристаллические материалы называют термоситаллами.

Ситаллы - плотные материалы от белого до коричневого цве­та, отличающиеся повышенной механической прочностью и хими­ческой стойкостью, а также сочетающие высокие диэлектрические и температурные свойства, что позволяет применять их для мно­гих приборов электронной техники, работающих в широком диапа­зоне частот.

В отличии от обычных стекол, свойства которого определяются в основном его химическим составом, для ситаллов решающее значение имеет структура и фазовый состав. Причина ценных свойств ситаллов заключается в их исключительной мелкозернистости, почти идеальной поликристаллической структуре. Свойство 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/м3, 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 (fтр = 0,07-0,19). Коэффициент линейного расширения лежит в пределах (7– 300) 10-7 с-1 . По теплопроводности ситаллы в результате повышенной плотности превосходят стекла. Термостойкость высокая D t = 50 -9000С. Применение ситаллов определяется их свойствами.

В обозначении марки ситалла после буквы СТ указывается значение a и серия разработки. Например, ситалл СТ-50-1 имеет температурный коэффициент линейного расширения a, равный 50·10 -7 1/°К. Плотность 2,3-2,8 г/см 3 .

Ниже приводятся типичные характеристики наиболее широко распространенных ситаллов.

Водопоглощение 0,01%

Температурный коэффициент линейного расширения (12-120)×10 -7 К -1

Удельная теплопроводность 0,8-2,5 Вт/(м×К)

Удельное объемное сопротивление 10 8 -10 12 Ом×м.

tgd (f=10 6 Гц) (10-800)×10 -4 .

Многие ситаллы химически стойки к плавиковой (HF) кислоте и щелочам. Стоимость ситаллов не высока.

По техническому назначению ситаллы делят на установочные и конденсаторные.

Установочные ситаллы используются в качестве подложек гибридных интегральных микросхем и пассивных дискретных элементов (например, в тонкопленочных резисторах).

Достоинство ситалловых конденсаторов является повышенная электрическая прочность по сравнению с керамическими конденсаторами.

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.

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)