Ситаллы — стеклокристаллические материалы (СИликат - крисТАЛЛ), поучаемые в результате объемной управляемой кристаллизации стекла (специально подобранного состава).
Ситаллы — стеклокристаллические материалы: аморфнокристаппические вещества; продукт кристаллизации стекла; стеклокерамика.
За рубежом ситаллы назвали пирокерамами(пир о с — огонь, кер амос — глиняный: основа - MgO - АlОз - Si02), подчеркивая, что ситаппы занимают некое промежуточное положение между стеклами и керамикой (от стекол они отличаются поликристаллическим строением, от керамики — более тонкой и однородной микрокристаллической структурой). Замечания:
1. Кристаллизация стекла является стимулируемой, управляемой и регулируемой. Иногда употребляется термин — ситаллизация. Стремление избавиться от ряда недостатков стекол (как материала для ИЭТ) и преодолеть основной недостаток стекол — сравнительно низкую устойчивость к механическим и термическим воздействиям — привело, в свое время, к созданию стеклокристаллических материалов с помощью управляемой (регулируемой и стимулируемой) кристаллизации стекла.
2. Стекло (подбор) специального состава. Получение ситаллов путем кристаллизации обычных стекол затруднительно. При температурах, близких к температурам стеклования (сравнительно низких) расплавы такого стекла имеют еще сравнительно низкую вязкость; она препятствует росту центров кристаллизации (требуется значительное время для формирования кристаллических структур). Кристаллизация же этого стекла при высоких (сравнительно высоких) температурах может вызывать деформирование изделий и не позволяет обеспечить необходимую микроструктуру.
3. Технологически необходимо (управление, регулирование, стимулирование):
a. стимулирование образования большого числа центров кристаллизации по всему объему;
b. получение однородной микрокристаллической структуры (т.е. опять же по всему объему),
4. Катализаторы —добавки, ускоряющие объемную кристаллизацию (влияние катализаторов очень разнообразно и весьма сильное, например: очень малые добавки С г2О3, В2О3, Na2О , NiO к основному катализатору TiO2 помимо ускорения процесса кристаллизации меняют очередность вьпадения фаз):
a. Сu Al, Au, Si, Pt;
b. Ti02, P205, Cr203, 2Ю2, ZnO , SMD2, W03, M0O3, Ge02;
c. фториды, селениды, сульфиды;
d. галоиды, сульфаты, углерод, оксиды некоторых ЩЗМ (La);
e. комбинированные (смеси).
Структура (микроструктура) ситаллов
* кристаллическая фаза: - одна или не сколько кристаллических фаз, равномерно распределенных £ стекловидной фазе; размер микрокристаплов менее 1 мкм (0,001...!); содержание кристаллической фазы от25 до 95 % по объему;
* стекловидная фаза,
Замечания: т.е. ситаллы можно рассматривать и как аморфнокристаллические вещества, и как композиционные материалы; при создании ситаллов реализуется один из основных принципов материаловедения (композиционных материалов) — создание в объеме конструкционного материала, обладающего комплексом заданных свойств, гетерогенных дискретных структур.
Химический состав снталлов
* общее (практически для всех широко распространенных ситаллов) - в составе стекол, используемых для получения ситаллов: Li2O, АlОз, S1O2, MgO, CaO ;
* о т.е. основа ситаллов — неорганические стекла (таких составов, которые способны к пере охлаждению практически без кристаппиз ации);
* катализ аторы (вьпле указ анные);
* Замечаниe: катализаторы и нукпеаторы имеют кристаллическую решетку, подобную решетке выделяющейся из стекла кристаллической фазы; при определенных условиях (прежде всего — температурных) образуют центры кристаллизации, приводя к равномерному закристалпизовыванию всей «массы»;
* нуклеаторы - сопи светочувствительных металлов (Си, А1, Аи) - коллоидные красители (цвета — от белого до коричневого);
* глушители (устранение прозрачности) — фтористые и фосфатные соединения, TiO2 ;
Свойства ситаппов определяются (благодаря мелкозернистой структуре):
* природой оксидов, образующих кристаллическую и стекловидную фазу фазы;
• количе ста енным с о отношением этих ф аз.
Подбором состава стекла, содержащего в большинстве случаев добавки, ускоряющие объемную кристаллизацию (кристаллизаторы, нуклеаторы), можно запроектировать соответствующие кристаллическую и стекловидную фазы. Известно более 1000 составов различных ситаппов, как на силикатной, так и на другой основе. Например:
Таблица
Некоторые свойства ситаппов (характеристика в сравнении со стеклами):
• повьпленные пр очно ста (особ енно на изгиб) и плотно ста;
• повьппенные натр ев о стойко ста и теппопр ОБ ОДНО ста;
• вьппе темпер ату р а р азмягчения (начала де ф ормации); т. е. сужается диапаз он темпер ату р «р азмягчение - плавление»;
• ТКЛР (как правило, невысокий) очень сильно зависит от степени кристаллизации (25..95% объема);
• снижена пр озр ачно ста и пористо ста (расе еяние ев ета на гр аницах з ер ен);
• хорошо обрабатываются.
Общие свойства ситаппов (для большинства ситаппов)