Ситалл

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.

• Высокая твердость – 8 единиц по шкале Мооса (для сравнения, алмаз имеет 10 единиц). По показателю твердости это вещество сопоставимо с закаленной сталью.
• Значительная прочность – ее предел находится около 250 мПа.
• Небольшая плотность – 2400-2900 кг/м3. Это наименьший показатель плотности среди всех видов стекла, следовательно, этот материал более легкий по весу.
• Способность выдерживать высокие температуры – до 1000 градусов по Цельсию не наступает плавление ни одного из видов ситалла. В зависимости от примесей, которые добавляют при его изготовлении, материал может обладать еще большей термоустойчивостью.
• Стойкость перед воздействием химических веществ.
• Отсутствие пористости – этот показатель равен нулю.
• Способность к электроизоляции.

 

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 – изумруд, сапфир, топаз, морганит, гранат, бирюзу, цитрин, хризолит и другие.

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

• Безупречная чистота. Ситалл прозрачнее настоящих камней, благодаря своему лабораторному происхождению. Его структура однородна, а равномерность окраски может быть идеальной, и он не содержит включений. Тогда как образцы природных минералов без дефектов – большая редкость.
• Идеальная расцветка. Материалу можно придать любые цвета, что позволяет качественно имитировать с его помощью множество камней. При этом оттенок экземпляра можно приблизить к идеалу ювелирных норм, в том числе и скопировать сложную окраску таких камней, как аметрин, султанит, морганит.
• Высокие показатели преломления света – 1,65-1,7. Это больше, чем у изумруда, граната, топаза. По блеску и сиянию искусственный камень сопоставим с сапфиром.
• Высокая прочность и устойчивость к любым воздействиям – температурным, химическим, физическим, делают украшения с ним очень носкими. Доступно использование техники «литье с камнем», при которой некоторые природные образцы получили бы повреждения из-за высоких температур.
• Возможность изготавливать крупные экземпляры. Поскольку камень синтетический, его размер в украшениях могут ограничивать только чувство меры и вкус.
• Имитации легко полируются и ограняются – может быть воспроизведена любая огранка.
• По твердости с ситаллом сопоставимы топаз, изумруд, морганит. Он превосходит хризолит и гранат и на 1 из 10 уступает сапфиру.

 

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.