Высокопрочные ситаллы

Ситаллы — стеклокристаллические материалы, полученные объёмной кристаллизацией стекол, и состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределённых в стекловидной фазе. Другими словами, Ситалл - это стекло со свойствами металла.

Структура ситалловмногофазная, состоит из зерен одной или нескольких кристаллических фаз, скрепленных между собой стекловидной прослойкой. Размер кристаллов обычно не превышает 1 - 2 мкм. Структура ситаллов определяет их свойства.

Ситаллы обладают малой плотностью (они легче алюминия), высокой механической прочностью, особенно на сжатие, твердостью, жаропрочностью, термической стойкостью, химической устойчивостью, высокой прочностью, твердостью, износостойкостью, малым термическим расширением, химической и термической устойчивостью, газо - и влагонепроницаемостью. Ситалл можно ковать. Из него можно делать отливки. По прочности он превосходит чугун, хотя втрое легче его и гораздо дешевле. Ситаллы имеют большинство положительных свойств, которые есть у стекла, в том числе и технологичность. Твердость некоторых ситаллов приближаются к твердости закаленной стали и почти в 25 раз больше твердости шлифованного оконного стекла.

Существуют ситаллы со специальными свойствами:

· Прозрачные

· Магнитные

· полупроводниковые

· радиопрозрачные

Твёрдость большинства ситаллов 6,5—7 единиц по Моосу, предел прочности на изгиб до 250 МПа, термостойкость до 1000 °C.

Технология получения ситаллов состоит из нескольких этапов и напоминает производство обычного стекла. Однако, здесь после образования стекловидной массы ее подвергают двухступенчатому термическому воздействию при температуре 500-700 С (первая стадия) и 1000-1100 С (вторая стадия). При этом происходит образование очагов кристаллизации, количество которых зависит от времени воздействия. Сырьем для получения некоторых видов ситаллов служит шихта, являющаяся отходом многих видов промышленного производства. Часто для зарождения кристаллов в состав стекла вводят фоточувствительные добавки. Для производства отдельных видов ситаллов используют шлаки.

Для получения шлакоситаллов в расплавленный шлак вводят корректирующие добавки и добавки-катализаторы, ускоряющие кристаллизацию шлаков. В качестве кристаллизаторов используют чаще всего TiO₂(двуокись титана), P₂O₅(оксид фосфора), CaF₂(фтористый кальций), сульфиды тяжелых металлов Fe и Mn в количестве 4-5% при охлаждении огненно-жидкого шлака происходит выделение тонкодисперсных частичек катализатора, которые являются зародышами кристаллизации расплава. Отформованное от расплава изделие подвергают термообработке.

Шлакоситалл применяют в гидротехническом строительстве для облицовки ответственных частей гидросооружений, а также в дорожном строительстве в качестве плиты для тротуаров, дорожных покрытий, бортовых камней. Листовой шлакоситалл можно использовать как декоративно-отделочный материал для наружной и внутренней облицовки различных сооружений.

Существуют литиевые, борно-бариевые, магниевые, титановые и другие ситаллы, а также технические и строительные.

Технические ситаллы получают на основе систем: Li2O-Al2O3-SiO2, MO-Al203-SiO2, Li2O-МО-А12О3--SiO2, MgO-Al2O3--SiO2-K2O-F; МО-В2О2-А12О3 PbO-ZnO-B2O3-Al2O3-SiO2 и др. По основным свойствам технические ситаллы делятся на: высокопрочные, радиопрозрачные химически стойкие, прозрачные термостойкие, износостойкие и химически стойкие; фотоситаллы; слюдоситаллы; биоситаллы; ситаллоцементы; ситаллоэмали; ситаллы со специальными электрическими свойствами.

Высокопрочные ситаллы

Высокопрочные ситаллы получают главным образом на основе стекол систем MgO-Al2O3-SiO2 (кордиеритовые составы) и Na2O-Al2O3-SiO2 (нефелиновые составы). Для первых инициатором кристаллизации служит ТiO2; у—изгиба для них 240-350 МПа. Ситаллы нефелиновых составов после упрочнения ионообменной обработкой в расплавленных солях калия имеют у—изгиба 1370 МПа. Области применения высокопрочных ситаллов — ракето — и авиастроение (обтекатели антенн), радиоэлектроника.

Оптически прозрачные термостойкие, радиопрозрачные, химически стойкие ситаллы получают на основе стекол системы Li2O-Al2 O3-SiO2 (сподумено-эвкриптитовые составы); инициатор кристаллизации-TiO2. В оптически прозрачных ситаллах размер кристаллов не превышает длины полуволны видимого света. Области применения -космическая и лазерная техника, астрооптика. Введение в состав таких ситаллов активаторов люминесценции и специальных добавок позволяет применять их в солнечных батареях.

Фотоситаллы

Оптическое стекло на базе фотоситаллов получают на основе стекол системы Li2O-Al2O3-SiO2 со светочувствительными добавками (соединения Аu, Ag, Сu), которые под действием УФ облучения и дальнейшей тепловой обработки стекла способствуют его избирательной кристаллизации. Они находят применение в микроэлектронике, ракетной и космической технике, оптике, полиграфии как светочувствительные материалы (например, для изготовления оптических печатных плат, в качестве светофильтров).

Биоситаллы

Высокая механическая прочность, биологическая совместимость с тканями организма находит применение биоситаллов в медицине для изготовления зубных протезов. Биоситаллы получают на основе стекол системы СаО - MgO - SiO2 - Р2 О5 (апатито - волластонитовые составы).

Применение ситаллов в медицине
Ситаллы применяются в стоматологии. Стоматология занимает важное значение в жизни людей. Среди актуальных проблем современной стоматологии является вопрос применения и совершенствования методов лечения патологии твердых тканей зубов. Многочисленные исследования в области протезирования зубов занимают одно из ведущих мест в стоматологии.
Ситаллы обладают повышенной механической прочностью, износостойкостью и химической стойкостью, составом и совершенной структурой, что позволяет получать характеристики материалов с учётом биологической совмести и делает их незаменимым материалом. Это даёт возможность полнее использовать их кристаллическое строение по сравнению с применявшимися фарфорами.

Также Ситаллы применяются для изготовления деталей, требующих прочности и термостойкости (корпуса приборов, шкалы, образцовые меры, подложки микросхем и др.). Являются перспективными строительными и конструкционными материалами (обтекатели ракет и сверхзвуковых управляемых снарядов, химически стойкая аппаратура, мостостроительные конструкции и др.). Ситаллы обладают высокой стойкостью к действию сильных кислот и щелочей. Значительная механическая прочность, а также химическая стойкость способствуют применению ситалловых изделий в химической и нефтехимической промышленности. Термостойкость изделий из ситалла равна 200°-700°С, а иногда достигает 1100°С.