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»).
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.
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.
СИТАЛЛЫСИТА́ЛЛЫ (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 свойQҠматериала 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)
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
Время высоких технологий и невероятных научных достижений мало кого оставляет раздосадованным, даря миру уникальные гаджеты и революционные новинки электроники. Однако, когда дело касается ювелирных украшений, то взглянуть под совершенно иным углом на привычные вещи людям бывает непросто. Давайте вместе развеем иллюзии относительно самой провокационной вставки современности — наноситала .
Вставки нового поколения
Наноситал, или ситалл, — это уникальный материал, состоящий из главных компонентов натуральных ювелирных камней — SiO2 и Al2O3, с той лишь разницей, что синтезирован он в лабораторных условиях. Таким образом учёные творят настоящие чудеса, складывая своими руками различные комбинации из этих оксидов! Получается своеобразный ювелирный «пазл», повторяющий натуральные минералы по всем химико-физическим параметрам.
По своим свойствам ситалл наиболее близок к природному топазу. Кристальная прозрачность и широкий спектр возможных цветов дают беспрецедентную возможность воссоздавать практически все цветные полудрагоценные и даже драгоценные камни.
Отдельно стоит отметить оптические показатели ситалла. В отличие от других неприродных вставок, блеск и цвет ситалла безупречен даже в крупных образцах.
Лучший из лучших
Если вы действительно хорошо разбираетесь в ювелирных камнях, вы никогда не позволите себе назвать ситалл «стекляшкой». В отличие от стекла ситалл обладает исключительными свойствами:
Непревзойдённый блеск и чистота, тогда как стекло со временем теряет свой первоначальный вид, перестаёт преломлять солнечные лучи, становится мутным, затёртым и крайне неэстетичным.
Широкая палитра цветов.
Высокая твёрдость, плотность и износостойкость, в то время как стекло имеет крайне низкую твёрдость по шкале Мооса. При частой носке стекла это выливается в деформацию огранки: округление углов, царапины и снижение оптических свойств.
Приемлемая цена.
Ситалл объединяет в себе всё лучшее, что есть в натуральных вставках и нивелирует минусы некачественных аналогов природных камней.
В тренде
Что же касается вопроса стиля, то и здесь ситалл остаётся на высоте.
Благодаря огромному спектру возможных цветов, эти камни очень легко подобрать абсолютно к любой одежде — от незатейливых повседневных нарядов до самых торжественных. Также ситаллы можно смело надевать и в офис. Например, идеально подойдут такие оттенки, которые повторяют тона непрозрачных камней, таких как кахолонг, розовый кварц, опал, агат, бирюза и другие.
