Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

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.

Ситалл камень 21 ВЕКА. Ювелирный мир знает множество камней: природных и искусственно выращенных. И, кажется, ничего нового в царстве минералов нас уже не ждет. Но это не так! Недавно модницам всего мира стал известен еще один необычный из них. отлично имитирующий природные аналоги.

Эту новинку разработали российские ученые. Название «ситалл»произошло от слияния двух слов «кремний» и «аллюминий». Ситалл или наноситал - это вставка нового поколения, уникальный материал, синтезированный в лаборатории, но в тоже время, состоящий из компонентов натуральных ювелирных камней. Поэтому он сходен по всем химико-физическим свойствам с натуральными минералами. Наиболее близок наноситал с естественным горным хрусталем. Ситалл камень кристально прозрачный и имеет широкий спектр возможных цветов. Это позволяет воссоздать почти все полудрагоценные и драгоценные камни: аметисты, корунды, топазы, цирконы, гранаты, хризолиты, изумруды, сапфиры и прочие.

Ситалл камень что это

Камень ситалл - это не «стекляшка». Он не теряет свой первоначальный вид со временем. Имеет широкую , высокую твёрдость (8 баллов) и износостойкость. Он имеет высокую термостойкость и устойчивость к химическим воздействиям. У ситалла доступная стоимость, по сравнению с природными минералами он стоит значительно дешевле.

Благодаря множеству оттенков украшения с ним легко подобрать к любой одежде. Ситалл камень, сочетающийся как с повседневными нарядами, так с деловыми и, даже, праздничными. Как в обрамлении золота, так и в обрамлении серебра этот он выглядит безупречно. Визуально ситалл камень очень трудно отличить от природных аналогов, поэтому он пользуется такой популярностью.

Ситалл камень и Наноситал

Наноситал- серьезный конкурент фианита на ювелирном рынке. Его неоспоримыми преимуществами в ювелирном мире стали дешевая стоимость и отличные физические свойства. Многие компании, например известная российская компания «Соколов», успешно применяет его в качестве вставок в своих украшениях.
камень ситалл, наноситалл, ситалл технический, камень наноситалл, топаз, аметист, аметрин,топаз, циркон, гранат, хризолит, изумруд, сапфир,
корунд, кварц, шпинель, синтезированные минералы, драгоценные и полудрагоценные вставки, синтезированные вставки, наноситалл,
ситалл камень что это, ситалл камень в ювелирных изделиях, что за камень ситалл

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

История получения синтетического минерала

За честь открытия нового материала борются ученые нескольких стран:

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

Камень ситалл в ювелирных изделиях

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

На то есть несколько причин:

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

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

Основные преимущества камня

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

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

Камень параиба ситалл

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

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

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

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

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

Применение в оккультных практиках

Магические свойства ситалла находятся в зависимости от окраса конкретного образца:

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

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

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

Видео: как делают украшения с ситаллом?

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

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.

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.