Фото: Лыткаринский завод оптического стекла (ЛЗОС)
Не секрет, что многие драгоценные камни используются в промышленности. Но есть и другой пример, когда созданный в технических целях камень украшает самые изысканные ювелирные изделия. Речь идет о ситалле – уникальном стеклокристаллическом материале, который нашел свое место в авиапроме, космической отрасли, астрономической оптике, микроэлектронике, при этом своим блеском и красотой завоевал любовь ювелиров.
Какие особенности делают ситалл таким универсальным, и как совершенствуется технология его производства на предприятиях Ростеха – читайте в нашем материале.
Ситалл: стекло и кристалл
Экспериментировать со структурой стекла ученые начали еще в XVIII веке. Считается, что первым в этом деле преуспел француз Рене Реомюр. В 1739 году ему удалось получить термостойкое стекло. На самом деле, материал, созданный Реомюром, сложно было назвать стеклом – он был не прозрачным, а белым, внешне похожим скорее на фарфор. Причина тому – относительно крупные по размеру микрокристаллы в структуре. Только в XX веке ученым удалось взять под контроль кристаллизацию стекла. Впервые это смог сделать американский химик Дональд Стуки в 1957 году. Однако его метод выращивания искусственного минерала оказался достаточно дорогим удовольствием и поэтому не получил должного масштаба. Для получения «пирокерамов» (так американцы прозвали аналог ситалла) использовались особые стекла и такие катализаторы кристаллизации, как золото, серебро, платина.
В это же время, независимо от американцев, советскими учеными был разработан эффективный и экономически выгодный способ изготовления подобного минерала – из металлургических шлаков. Главным создателем и идеологом метода стал физикохимик Исаак Китайгородский. Он продвигал идею использования в качестве сырья для нового суперстекла отходы различных производств, включая доменные шлаки. Название «ситалл» также принадлежит ему, и представляет собой первую букву слова «стекло» и окончание слова «кристалл».
Таким образом, практически из отходов и обычного песка был получен новый материал, который был легче алюминия, и при этом отличался износоустойчивостью, химической и термической стойкостью. Однако по причине того, что в качестве примесей использовались низкокачественные отходы, первые образцы ситалла отличались непривлекательным видом. Это было мутное стекло серого или болотно-зеленого цвета. Впрочем, советские ученые изначально создавали ситалл не как декоративный материал. И внешний вид не помешал новому супер-стеклу в кратчайшие сроки стать одним из самых универсальных и востребованных материалов. К примеру, по твердости ситалл имеет около 8 единиц по шкале Мооса (для сравнения – алмаз на уровне 10 единиц). При этом, ситалл среди всех видов стекла обладает наименьшей плотностью, то есть материал по весу легкий. Вдобавок ко всему он не боится высоких температур – все виды ситалла не плавятся при температуре до 1000 градусов по Цельсию. Это, кстати, не предел термоустойчивости данного материала – сегодня при его изготовлении добавляют новые примеси, которые позволяют выдержать еще более экстремальные температуры.
Ситалл и изделия из него
Ситалл используют там, где прочность и термоустойчивость нужнее всего. В первую очередь не обходится без него создание авиационной и ракетной техники. В частности, из ситалла изготавливают головные обтекатели ракет. Применяют этот материал и в строительстве. К примеру, из ситалла сделан пол Останкинской телебашни на высоте более 300 метров.
Впрочем, встретиться с ситаллом можно и в повседневной жизни – такой стеклокристаллический материал идет на покрытия электрических плит и даже сковородок. Срок службы радиоэлектронных изделий зависит от ситалла – дорожки микросхем вытравливаются именно на ситалловых подложках. Кстати, до 2018 года такие подложки в Россию завозили из-за рубежа, пока ОНПП «Технология» не организовала их производство в стране. Сегодня предприятие Ростеха готово полностью обеспечить спрос отечественной радиоэлектронной, авиационной промышленности, судостроения и военно-промышленного комплекса на данную продукцию.
Долгое время ситалловое стекло не могли окрашивать пигментами без потери прозрачности. Когда удалось разработать технологию, позволяющую сделать это, перед ситаллом открылась новая область – ювелирное искусство.
Ювелирный ситалл: блестящая имитация
Ситалл, по сути, состоит из главных компонентов натуральных ювелирных камней – диоксида кремния SiO2 и оксида алюминия Al2O3. Разница лишь в том, что синтезирован он учеными в лабораторных условиях. По всем химико-физическим параметрам ситалл может быть идентичен натуральным драгоценным и полудрагоценным камням – с первого взгляда определить «подделку» не сможет даже специалист.
Фото: Ювелирная энциклопедия Sunlight
Придавая ситаллу различные цвета и степень прозрачности, можно заменить им большинство камней: изумруд, сапфир, топаз, гранат, бирюзу, цитрин, хризолит и другие. Ситалл не только ничем не уступает природным минералам, но порой может и обойти их. К примеру, благодаря своему синтетическому происхождению ситалл прозрачнее натуральных камней, он не содержит включений. Редко в природе можно найти изумруд без посторонних включений, а ситалл может обладать чистотой самых лучших изумрудов.
По показателю преломления света ситалл обгоняет изумруд, гранат, топаз. Кроме того, высокая прочность делают украшения с ситаллом очень носкими. Ну и, пожалуй, самое привлекательное – в лаборатории можно вырастить камень любого размера.
Кристальные перспективы
Высокопрочное ситалловое стекло стало отличным материалом для создания сложной космической оптики. Из специального астроситалла (astrositall) изготавливаются зеркала для самых крупных телескопов в мире. Кстати, технологией производства такого ситалла владеют всего несколько компаний в мире, и одна из них – «Швабе». Предприятие холдинга – Лыткаринский завод оптического стекла (ЛЗОС) – ведущий в России изготовитель ситалла. В Лыткарино выпускается примерно треть от всего мирового рынка крупногабаритной оптики – все крупнейшие телескопы оснащены зеркалами, произведенными специалистами ЛЗОС.
Разработка ситалла на предприятии началась еще в 1960 году совместно с Государственным оптическим институтом им. С. И. Вавилова (ГОИ), ныне также входящим в «Швабе» в качестве обособленного научно-производственного объединения (НПО ГОИ им. С. И. Вавилова). На заводе были разработаны составы, технология и оборудование для производства ситаллов, заменившие термостойкие стекла, ранее применявшиеся для астрономических зеркал. Совершенствование технологии производства ситалла на ЛЗОС не приостанавливается. Три года назад в Лыткарино был запущен в работу модернизированный участок производства заготовок из стеклокристаллического материала диаметром до трех метров.
Ученые уверены, что потенциал ситалла еще не исчерпан и усиленно работают над развитием его новых свойств. Российские предприятия и вузы в этом процессе продолжают принимать активное участие. К примеру, компания LG CHEM, входящая в холдинг LG, сотрудничает с Российским химико-технологическим университетом им. Д.И. Менделеева (РХТУ) в разработке особого ситалла для защиты дисплеев мобильных устройств. Это один из множества примеров, который показывает, что с развитием техники ситалл будет совершенствоваться и находить свое практическое применение в новых изделиях.
