ПРОМЫШЛЕННЫЕ МИНЕРАЛЫ

 

ГОРНЫЙ ХРУСТАЛЬ – кварц и пьезокварц

 

 

История использования горного хрусталя уходит в глубь веков. Уже за 2 тыс. лет до н. э. египтяне применяли горный хрусталь в великолепных произведениях искусства, инкрустируя его золотом, серебром, эмалями. Особый интерес в качестве поделочного и полудрагоценного камня представляют собой совершенно прозрачные кристаллы горного хрусталя, его друзы, дымчатый кварц, а также фиолетовые (аметист) и желтые (цитрин) его разновидности.

 

Из прозрачных кристаллов кварца изготовляются призмы, клинья и линзы для микроскопов и других оптических приборов. Частично оптический кварц может быть заменен чисто- кремнеземистым стеклом, которое получают плавлением прозрачного кварца. Однако использование кварца как оптического материала имеет меньшее значение, чем применение его в радио- и радарной технике и ультразвуковых приборах. Эти виды использования кварца — наиболее важные в настоящее время.

 

История развития промышленного использования кварца

 

В 1880—1882 гг. Пьер и Жак Кюри установили, что если к кристаллу кварца в определенном направлении приложить давление, то в нем возникает электрический заряд, и, наоборот, в электрическом поле кристалл кварца механически деформируется. В течение многих лет это свойство кварца; получившее название пьезоэлектрического эффекта, было лиш|э объектом лабораторных исследований. Пьезоэлектрический эффект был установлен также и у многих других веществ. В конце первой мировой войны во Франции начали использовать пьезокварц в ультразвуковых Приборах, предназначенных для обнаружения подводных лодок. В 1921 г. физик Кэди из Уэслианского университета установил, что тонкие пластинки, вырезанные определенным образом из кристаллов кварца, можно использовать для контроля частоты в радиоосцилляторных контурах. Это открытие положило начало новейшему использованию кристаллов кварца.

 

Тонкая облатка кристалла кварца диаметром 3А дюйма и толщиной всего несколько тысячных долей дюйма вырезается таким образом, что ее естественная частота механической вибрации соответствует частоте электрического тока в приборе, для которого предназначена пластинка. В радиопередатчиках и в радиоприемниках такие кварцевые пластинки играют роль стабилизатора частот, препятствующего их изменению, сильно уменьшают интерференцию волн и играют роль фильтров, пропускающих лишь волны определенных узких пределов частоты. Таким образом, кварцевые пластинки и держат радиопередачу на определенной «волне». Кварц как пьезоматериал оказался наиболее подходящим по сравнению с другими веществами, обладающими пьезосвой- ствами, с связи с его физической устойчивостью, высокой упругостью и достаточно широким распространением в природе.

 

Открытие Кэди было сделано как раз в тот период, когда радиовещание получало широкое распространение; это вызвало быстрое увеличение потребности в кварцевых пластинках в 20-х и 30-х годах. В 1939 г. в США было изготовлено приблизительно 50 тыс. кварцевых пластинок. Затем наступила вторая мировая война. Возникла потребность в оснащении радиоприборами тысяч танков, самолетов, кораблей, артиллерийских орудий, войсковых соединений, причем все они должны были иметь надежную радиосвязь. Кварцевые пластинки были необходимы для каждой волны радиопередающих и радиоприемных устройств; некоторые передвижные рации должны были работать с волнами более сотни частот. Наконец, ко всей этой радиоаппаратуре потребовались полные комплекты запасных пластинок. Начиная с 1941 г. «армейские службы начали требовать просто фантастические количества кварцевых пластинок, буквально десятки миллионов» (Frondel, et al., 1945, стр. 206). С января 1942 г. до конца войны вооруженные силы получили более 70 млн. кварцевых пластинок.

 

Удовлетворение этой огромной потребности в пьезокварце столкнулось с трудностями преимущественно геологического характера. 1. Хотя кварц один из самых распространенных минералов, но только ничтожная часть его кристаллов оказалась пригодной в качестве пьезосырья. Кварцевые кристаллы для изготовления пьезопластинок должны быть прозрачными и лишенными любых дефектов. Не допустимы помутнение, двойники и какие-либо включения. 2. Пьезокварц добывался в значительных количествах (и добывается) лишь в Бразилии. Вследствие этого весь пьезокварц, использованный в США и в союзных с ними странах, был импортным. В 1942 г. в связи с угрозой нападения подводных лодок в Карибском море и Атлантическом океане, он доставлялся в США и даже в Англию на самолетах. 3. Пьезокварц в Бразилии встречается в сотнях мелких жил и в аллювиальных отложениях, развитых на площади в тысячи квадратных миль в редко населенной области ( 7.4). 4. Многие из этих месторождений непригодны для механизированной разработки и традиционно эксплуатируются местным населением примитивными методами. Существовали и многочисленные другие проблемы, в том числе сооружение необходимых предприятий по производству кварцевых пластинок. Общая стоимость программы развития пьезокварцевой промышленности составила более одной трети миллиарда долларов.

 

Краткий обзор проблем пьезокварцевой промышленности был опубликован в 1945 г. (Frondel et al., 1945).

 

После войны потребность в пьезокварце резко упала, и в 1949 г. в США было выпущено менее 1 млн. пьезоэлектрических пластинок. Однако уже в следующем году начался умеренный рост производства, и в 1957 г. было выпущено 5360000 осцилляторных и .близких к ним по назначение пластинок . Этот рост потребления пьезокварца связан с его использованием в радиолокационных установках, телевидении, радиоприемниках, длиннодистанционных телефонных цепях с автоматическим регулированием многоканальных переговоров и др.

 

Были найдены заменители пьезокварца, особенно для ультразвуковой техники. Однако более важное значение имело развитие производства синтетических кристаллов кварца. Синтетические кристаллы кварца были получены, но в 1957 г. этот процесс находился еще в опытно-заводской стадии. Хотя производство синтетического кварца и сможет обеспечить потребности в этом материале, тем не менее будут использоваться и естественные кристаллы.

 

Несмотря на интенсивные поиски, проведенные геологами федеральной и штатной служб, в США не удалось выявить сколько-нибудь крупных месторождений пьезокварца. Лишь небольшие месторождения были обнаружены в Арканзасе и Оклахоме (Engel, 1952; Miser, 1943), Калифорнии (Durrell, 1945), Айдахо (Herdlick, 1948) и Виргинии (Bell, Hickman, 1950).

 

Во время войны на средства Форин экономик администрей- шен месторождения Бразилии были изучены местными геологами в сотрудничестве с Геологической службой США. Результаты этих исследований опубликованы в работах Кемп- белла (Campbell, 1946), Джонстона и Батлера (Johnston, Butler, 1946), Керра и Эриксена (Kerr, Erichsen, 1942), Науса (Knouse, 1947), а также Штойбера и др. (Stoiberet al., 1945). Сжатая общая картина геологического строения бразильских месторождений пьезокварца приводится в статье Джонстона и Батлера, на данных которой основано приводимое ниже описание.

 

 

 

 Смотрите также:

 

кварц. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическим свойством

Только в редких случаях кристаллы синтетического кварца используют в качестве драгоценных камней, так как природный горный хрусталь сравнительно недорог.

 

АМЕТИСТ. Хрусталеносные кварцевые жилы

Небольшое его количество отбирается попутно с пьезокварцем и другими драгоценными камнями.
Нарастает аметист на субстрат из жильного кварца или кристаллы горного хрусталя.

 

 сафировый Кварц белый Кварц розовый...

:: Кварц. — минерал, один из самых распространенных в земной коре. Он всюду рассеян в виде примеси среди других минералов, входит в состав различных горных пород совместно с другими минералами; образует также и
Горный хрусталь совершенно бесцветен и водяно-прозрачен.

 

Горный хрусталь. Магические и лечебные свойства камней...

Горный хрусталь является кварцем (двуокись кремния).
Маги, гадатели и ворожеи видят в хорошо выточенных шарах из горного хрусталя картины будущего, прошлого, получают с его помощью ответы на самые различные вопросы.

 

Пьезоэлектрическое и оптическое сырье монокристаллы кварца

Промышленные типы месторождений пьезокварца.
Основными требованиями, обусловливающими возможность использования стекла в