11.08.2019

История, разновидности и применение ситалла. Камень ситалл: что это такое, характеристики, магические свойства, где он используется? Что изготавливают из этого минерала

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

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 5 - Сравнение свойств материалов

Наименование параметра	Значение параметра
Наименование параметра	стекло С52-1	стеклокерамика	ситалл ПГБ-30
Прочность, Мпа
ТКЛР, ·10, К -1
tg δ·10
Электрическая прочность, МВ/м
Температура начала деформации, К
Нагревостойкость, К

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

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

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

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

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

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

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

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

Почему ситалл так популярен?

Камень ситалл обладает рядом положительных характеристик:

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

Цветовая палитра ситалла

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

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

История появления

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

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

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

Свойства и процесс образования кристаллов

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

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

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

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

Кремлевские звезды сделаны из ситалла

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

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

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

Разновидности искусственного камня

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

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

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

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

Вторая жизнь натуральных камней

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

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

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

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

Достоинства синтетики

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

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

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

Относится к стеклокристаллическим материалам. Одни источники говорят, что ситал научился синтезировать Дональд Стукей из нью-йоркской компании «Дау Корнинг» еще в 1957-ом году.

«Википедия» встает на сторону Исаака Китайгородского. Это советский физиохимик, работавший в московском институте Дмитрия . Оба варианты оспаривают в современной ювелирной фирме «Формика», утверждая, что изобрели камень ситал сами в 90-ых годах.

Правда, специалисты «Формики» делают акцент на патент, касающийся цветных . Материал, авторство на который оспаривают, по всей видимости, востребован. Уделим ситалу внимание и мы.

Химические и физические свойства ситала

Являясь, по сути, стеклом, ситал отличается по свойствам. Формула та же – SiO 2 , совпадает с составом . Именно из него получают чисто кварцевое стекло.

Поэтому, и свойства обычного материала совпадают с параметрами горного хрусталя. Твердость равна 6-6,5 баллам по . Пористость материала нулеывая. Плотность составляет 2 200 килограммов на кубический метр.

Это минимальный показатель из всех видов обычного стекла. Однако, к ним не относится камень ситал. Свойства этого материала зависят не столько от химического состава, сколько от структуры.

Ситал отличает поликристаллическая структура. Материал мелкозернистый, изотропный. Это значит, что его свойства одинаковы по всем направлениям. Плотность колеблется в пределах 2 400 – 2 950 килограммов на кубический метр.

По теплопроводности ситал тоже превосходит обычные стекла, — дает о себе знать повышенная плотность. Твердость камня близка к показателю закаленной стали. Для сплавов используют шкалу Роквелла. Закаленной стали по ней дают около 10 000 мегапаскалей.

В переводе на баллы Мооса, получится примерно 8. То есть, твердость ситала приближена к , не дотягивая до алмаза всего 2 балла, а до корунда (материала для ) – всего 1.

Тонкозернистая структура материала обеспечивает электроизоляционные свойства. Удивляет, так же, температура плавления. Ниже 1030-ти градусов Цельсия не опускается, бывает выше, в зависимости от вида ситала .

Термостойкость увеличивают, вводя в формулу и . Помогает минеральное сырье: эвкриптит, шпинель, муллит.

Ситал выделяется не только термической, но и химической стойкостью. Завершает череду похвал исключительная прозрачность материала. Она обусловлена размерами .

По длине они не превышают сотых долей миллиметра. Это меньше полуволны видимого света. Как же получают столь мелкие кристаллы, да еще и равномерно распределяют их в пространстве, не оставляя пор?

Получение ситала

История получения стекла связана с его спонтанной кристаллизацией. Но, в случае с ситалом, она управляема. Вместо стандартного получается мелкокристаллическая стеклокерамика.

Основа стандартна – шихта, то есть смесь исходных материалов. В ней может быть одно, или несколько ядрообразующих составляющих. Их именуют нуклеаторами. Это осветляющие агенты. Их побочное действие – увеличение числа центров кристаллизации.

Итог: в одном кубическом миллиметре умещаются биллионы субмикрокристаллических образований. Понятие биллион редко используется. Поэтому, напомним, что термин соответствует единице с 9-ю нолями, то есть тысячи миллионов.

Процесс не запустится без нагрева. Шихту плавят. Термообработку разбивают на 2-е стадии. Сначала, формируют центры кристаллизации. Потом, температура выводится на показатель, подходящий для активного роста агрегатов.

Остается выработать и охладить массу. Выработкой называют процесс изготовления предметов, грубо говоря, отливку. Направленность процесса достигается протеканием состава в заранее отформованных . Какие именно изделия, и для каких сфер жизни получают, разберемся далее.

Применение ситала

Материал синтезируют с учетом заданных свойств. Нужна, к примеру, чувствительность к фотхимическим процессам, — добавляют , и облучают ультрафиолетом. Необходимо отладить электроизоляционные свойства?

В шихту примешивают перлит и доломит. Это горные породы вулканического происхождения. Возможность регулировать свойства ситала – причина его широкого распространения.

В машиностроении материал наносят в качестве покрытия на металлические детали. Это уберегает их от коррозии, придает внешний лоск. В нефтеперерабатывающей промышленности нужны ситалловые трубы .

Применение камня ситал связано и с микросхемами. Здесь стеклокерамика выполняет функцию диэлектрической изоляции. Если в материале присутствует литий с алюминием, он используется при пломбировании зубов.

Не обойти стороной и камень ситал ювелирный . Он может имитировать большинство драгоценных минералов, причем, быть прозрачнее и однороднее природных образцов. Успехом пользуется, к примеру, камень аметрин-ситал .

Называют двухцветный аметист – редкий и дорогостоящий. К этой категории относится и султанит. Ситал камень взамен него – выгодное предложение. Султанит – минерал хамелеон. Выраженные переливы цвета в природных кристаллах встречаются редко.

Цена ситала

Стоимость материала зависит от назначения. Так, технические виды ситала дешевле, ювелирные – дороже. Особенно ценятся цветные образцы, к примеру, «Лондон » ситал камень. Что это ? Речь о серо-голубого, дымчатого оттенка.

Такая раскраска именуется «Лондон». Товар востребованный, но дефицитный. Ситал становится отличной заменой. Синтетический камень, как и натуральный, обрамляют , .

Цены на готовые изделия начинаются от 5 000 рублей. Выше 35 000 на отдельные стоимость, как правило, не доходит.

В этой статье:

При покупке ювелирных изделий часто мелькает название ситалл в последнее время. Поэтому интересно узнать: камень ситалл - что это за экземпляр и как он добывается? Поскольку изделия из ситалла красивые и относительно недорогие, их популярность продолжает расти.

История появления камня

Существует теория, которая говорит о том, что первые упоминания о ситалле датируются 1739 годом. Именно тогда академик и естествовед Рене Реомюр, который позже изобретет несколько законов физики, проводил эксперименты по добыче стекла с высокой прочностью и устойчивостью к перепадам температур. В результате у ученого получился камень, напоминающий фарфор, он был белого оттенка и не пропускал свет. Но сам академик был недоволен результатами и забросил свои наработки, которые потерялись в течение ХХ века.

Украшения с ситаллом

Официально ситалл был изобретен Исааком Китайгородским, но в ювелирное дело камень попал только в 70-е годы прошлого века. Этому факту есть объяснение. Изначально ситалл производили из отходов металлургической промышленности. Камни в итоге получались бурыми, грязными и не подходили по внешним данным для ювелирного дела.

Среди оттенков присутствовали грязно-зеленый тон, серый и бурые цвета. Поэтому камни использовались для изготовления облицовочной плитки и хорошо зарекомендовали себя в этом деле. Но вскоре изобретатели попробовали добавить другие пигменты в камень, и так получился ситалл, который можно было оправить в украшение.

Характеристики ситалла

Ситалл является уникальным материалом, который изобретен в лаборатории с помощью гидротермальных условий. Поэтому на изделиях с камнем может значиться надпить «гт», что говорит о происхождении минерала. Состав ситалла включает два компонента: SiO2 и Al2O3. Камень полностью повторяет природные формы и свойства, с отличием во времени изготовления. На производство ситалла средних размеров требуется около двух недель, а в природе время роста кристалла - несколько тысяч лет.

Если говорить о внешнем виде камня, то он больше всего похож на топаз. Поэтому часто подделывают именно топазы и продают вместо них ситаллы. А еще камни используются для замены редких видов драгоценностей, таких как ситалл аметрин, морганит, турмалин. Но из вещества легко можно изготовить и другие камни. Искусственный аналог обладает такими преимуществами:

Блеск и идеальная чистота. Камень остается таким же по характеристикам даже через 10 лет, когда другие подделки, вроде стекла, теряют блеск и становятся мутными. Неважно, какой камень по размерам, даже самый крупный ситалл будет ярко блестеть.
Оттенки не ограничены и зависят от красителей, которые добавлены в кристалл.
Показатели твердости, плотности и износостойкости находятся на высоком уровне, что также отличает ситалл от стекла. А еще камень устойчив к царапинам, окатке со временем и деформациям.
Стоимость ситалла приемлемая. За килограмм промышленного камня можно заплатить до 30 долларов. А изделия с ситаллом, например, серьги продаются от 100 до 200 долларов, в зависимости от оправы камня.

Если характеристики выражать в цифрах, то у ситалла такие показатели:

Плотность экземпляра - от 3,2 до 3,4 г/см куб.
Преломление света (рефракция) - от 1,65, до 1,7.
- 6,5–7,5.
Минимальная температура плавления составляет 1000 °C.
Высокая непроницаемость по отношению к различным газам и влаге.

Применение камня

Ситаллу удалось объединить все лучшие характеристики камней. Поэтому он и применяется не только в ювелирном деле:

Космонавтика: строение космических ракет, шаттлов. Применяется и в авиаконструкциях, автотранспорте.
Оптические приборы, в том числе и в астрономических деталях.
При изготовлении лазеров.
Входит в состав солнечных батарей, альтернативных источников энергии.
Химическая промышленность, текстиль, буровые установки.
Микроэлектроника и нанотехнологии.
Изготовление протезов в медицине.
Стеклянные экраны и эмали, защищающие от повреждений и царапин.

В ювелирной сфере деятельности камень только набирает популярность. Благодаря большому выбору оттенков ситалл легко подобрать к любому стилю одежды. Если хочется чего-то необычного, можно выбрать двуцветный ситалл аметрин. Он замечательно подходит женщинам и гармонирует с любым цветом и типом лица.

Если говорить об огранке, то в этой роли выступают драгметаллы и их сплавы. Причем подбирают как золото, так и серебро, а стоимость изделия будет зависеть от веса драгметалла. Камни выглядят органично в таких украшениях и сочетаются с другими минералами.