Сапфир – материал будущего (руководитель Сухова Н.В.)
творческая работа учащихся по физике по теме

1.

2. Научный руководитель:

Учитель физики

Сухова Наталья Витальевна

3. Тема: «Сапфир- материал будущего»

4. Аллаярова Айгюль Садуллаевна

5. ученица 9 «В» класса МОУ СОШ № 75

6. Школьный бульвар дом 14, кв. 126; 49758(дом.) 8(963)7561420(моб.)

Уже много веков человечеству известны уникальные свойства сапфира. Современные технологии выращивания этого сверхпрочного минерала в промышленных условиях позволили значительно расширить область его применения. Ученые называют искусственный сапфир перспективным материалом, который может стать основой для революционных разработок будущего.

1 ноября 2012 года я вместе со своим классом ходили на ФГУП ЭЗАН в лабораторию роста кристаллов. Д.Ю.Белов рассказывал нам об изготовлении искусственных сапфиров в Черноголовке, установках по их выращиванию, применении их в технике, медицине, товароведении, изготовлении средств связи, в химической промышленности так как им присущи поистине уникальные свойства, сочетающиеся все в одном материале.

15 января 2013года  мы посетили ИФТТ, где Н.В. Классен рассказал нам более подробно о применении сапфиров в медицине.

Меня действительно заинтересовали и затронули как сами сапфиры так и их поистине уникальные свойства, и в дальнейшем я хотела бы связать свою жизнь с этим уникальным материалом.

Цели и задачи :

1) изучить свойства природных кристаллов

2) изучить свойства искусственных сапфиров

3) выявить необходимость создания искусственных сапфиров на основе их удивительных свойств

4) показать успехи черноголовских ученых и инженеров в создании установок для роста сапфиров и выращивание сапфиров различными способами

5) продемонстрировать возможность применения искусственных сапфиров в технике, медицине, товароведении, изготовлении средств связи, в химической промышленности.

Твердые тела бывают аморфными и кристаллическими

Аморфные тела имеют ближний порядок в расположении атомов, к ним можно отнести

пластилин, стекло, смолу  

2)Кристаллические тела имеют упорядоченное расположение частиц

Свойства природных кристаллов :

Анизотропия- зависимость свойств кристалла от направления внутри него

постоянная температура плавления

способность к самоогранению

однородность

Сапфир в естественных условиях

Сапфир представляет собой одну из разновидностей минерала корунда, кристаллическая структура которого оксид алюминия. Сапфир драгоценный камень первого класса, занимающий по твердости второе место и уступающий в этом отношении лишь алмазу.

Наиболее распространенным цветом сапфира считается синий, однако в природе встречаются и другие оттенки – оранжевый, желтый, розовый и зеленый. Такие камни носят название «фантазийных сапфиров». Разноцветность сапфиров обусловлена наличием различных примесей. Чистый корунд, или так называемый лейкосапфир, является бесцветным прозрачным минералом.

Сапфир способен выдерживать самые экстремальные условия - он устойчив к действию повышенных температур, не теряет своих свойств в кипящих растворах агрессивных веществ, а по показателю твердости уступает только алмазу. Сапфир выделяется среди прочих камней своим блеском и прозрачностью, камень отлично пропускает любое излучение. Идея использования этого камня в практических целях пришла человечеству уже давно. Однако природный сапфир – это достаточно дорогой камень небольших размеров, использование которого в промышленных масштабах было бы весьма затруднительно. Именно поэтому около ста лет назад ученым пришла в голову гениальная идея – выращивать монокристаллы сапфира в искусственных условиях. Воплотить идею на практике удалось лишь в начале 21 века. Сегодня область применения сапфира достаточно широка – камень незаменим в производстве линз, офтальмологических скальпелей, иллюминаторов космических кораблей, светодиодных ламп и многих других современных устройств.

Искусственные  сапфиры по своим свойствам почти не уступают естественным

Свойства сапфира:

1. твердость
2. оптическая прозрачность
3. химическая инертность
4. низкий коэффициент трения
5. сходство с костной тканью
6. высокая теплопроводность

   эти свойства позволяют назвать сапфир – материалом будущего!

Изготовление сапфира:

1. В России: Ставрополь, Зеленоград, Черноголовка
2. Черноголовка – производство оборудования для выращивания искуственных сапфиров
3. На заводе ФГУП ЭЗАН, лаборатория роста кристаллов;
4. В ИФТТ лаборатория роста кристаллов

Установки для выращивания кристаллов в Черноголовке:

             «Ника»

1. 1 кг- 1 день
2. Большие затраты энергии
3. Очень шумные
4. Выращивание методом Степанова

              «Ника Профиль»

1. 3.5 кг- 1 день
2. Затрат на энергию меньше
3. Бесшумные
4. Выращивание методом Киропулоса(выращивание були)

Поэтапное производства сапфира в целом:

Выращивание

Контроль качества

Отжиг (1900 град.) для придания прочности

Контроль качества

Механическая обработка

Резка и шлифовка

Полировка

Контроль качества

Контроль качества:

1. Проверка на включения, облочность(не та форма) и пузырьки воздуха