Кристаллизация неорганических стекол

При определенном химическом составе НС или при регулируемой кристаллизации стекломатериала при повышенных температурах получают частично закристаллизованные стекла, которые называют атоллами. В ходе этого процесса в объеме материала формируются микрообласти кристаллического строения размером до 1 мкм. Концентрация этих областей в ситаллах может превышать 50 % по объему.

По химическому составу ситаллы отличаются от стекол тем, что в них добавляют катализаторы (затравки) кристаллизации. В качестве катализаторов кристаллизации используют микрочастицы золота, серебра, платины, меди (вводят сотые доли процента) или оксиды титана, циркония, цинка, хрома, ванадия и др.

По структуре ситаллы занимают промежуточное положение между обычными стеклами и керамикой. В связи с этим ситаллы иногда называют стеклокерамикой. Ситаллы - многокомпонентные, гетерогенные, многофазные системы. Благодаря строго регулируемому, направленному процессу кристаллизации в стекломагериале, удается получить материалы с очень высоким уровнем свойств. Ситаллы обладают высокой механической прочностью, твердостью, химической и термической устойчивостью, малым термическим расширением и другими полезными свойствами. Например, ситалл, известный иод названием «нирокерам», прочнее прокатанного стекла, высокоуглеродистой стали, легче алюминия, а по коэффициенту термического расширения и термостойкости не отличается от кварца.

На рис. 2.3 показана схема цикла превращения стекла в ситалл. Вначале стекло проходит стадию варки (температура Тт), затем стекло формируется в изделие и охлаждается до температуры Г„ - температуры образования центров кристаллизации. При этой температуре стеклоизделие выдерживают около 1 ч. В результате в объеме материала образуются мелкие кристаллы и становится возможным повысить температуру до Тд. При температуре Тд происходит рост кристаллов, материал теряет прозрачность. Время выдержки сгеклоиз- делия при Тд составляет 4-6 ч.

Например, в системе ЫгО - АЬОз-БЮг используют катализаторы кристаллизации Аи+. Кристаллизация инициируется коротковолновой радиацией. После образования зародышей кристаллизации при 600... 750 °С происходит первичная кристаллизация, а при 850... 900 °С - вторичная.

Ситаллы обладают высокой механической прочностью и термостойкостью, водоустойчивы и газонепроницаемы, характеризуются низким коэффициентом расширения, высокой диэлектрической проницаемостью и низкими диэлектрическими потерями. Они применяются для изготовления трубопроводов, химических реакторов, деталей насосов, фильер для формования синтетических волокон, в качестве футеровки электролизных ванн и материала для инфракрасной оптики, в электротехнической и электронной промышленности.

Схема процесса превращения стекла в ситалл

Рис. 2.3. Схема процесса превращения стекла в ситалл:

Тт - температура варки Стекла; Т„ - температура максимальной скорости роста зародыша кристаллов; Тд - температура максимальной скорости роста кристаллов

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >