Слайд 1Ситаллы
Лекция по «Общей технологии силикатов»
Слайд 2С и т а л л
Название «ситалл», данное этому веществу
одним из его создателей, составлено из слов «стекло» и «кристалл».
Ситалл
относится к стеклокристаллическим материалам.
В ходе совершенствования технологии его производства ситалл приобрел ряд качеств, которые отсутствуют у стекла.
Слайд 3Применение ситаллов
Особенности ситалла делают его редким по универсальности материалом. Он
оказался способным удовлетворить высоким требованиям таких сфер, как ювелирное дело,
ракетная и авиационная промышленности, производство астрономической оптики, микроэлектроника, лазерная техника, машиностроение. И это лишь краткий перечень отраслей, в которых применение ситаллов оказалось оправдано.
Слайд 4Ценные качества
Правильнее будет сказать, что не сами свойства ситалла, а
некоторые уникальные их сочетания сделали его таким востребованным.
Высокая твердость –
8 единиц по шкале Мооса (для сравнения, алмаз имеет 10 единиц). По показателю твердости это вещество сопоставимо с закаленной сталью.
Значительная прочность – ее предел находится около 250 мПа.
Небольшая плотность – 2400-2900 кг/м3. Это наименьший показатель плотности среди всех видов стекла, следовательно, этот материал более легкий по весу.
Способность выдерживать высокие температуры – до 1000 градусов по Цельсию не наступает плавление ни одного из видов ситалла. В зависимости от примесей, которые добавляют при его изготовлении, материал может обладать еще большей термоустойчивостью.
Стойкость перед воздействием химических веществ.
Отсутствие пористости – этот показатель равен нулю.
Способность к электроизоляции.
Слайд 5Ценные качества
В зависимости от назначения производимого образца, ситалл может иметь
и другие свойства. На данный момент технология его производства делает
возможным наделять его экземпляры следующими качествами:
Абсолютная прозрачность.
Наличие собственного магнитного поля.
Способность проводить электрический ток (но ограниченная, ситалл может быть только полупроводником).
Возможность пропускать радиоволны.
Слайд 6Возникновение ситалла
Впервые материал, подобный описываемому, был создан в 1739 году
Рене Реомюром, ставившим цель получить термостойкое стекло. Опыт был удачным,
но дальнейшего развития эта история не получила. Лишь спустя два столетия наука снова вернулась к попыткам создать такое вещество. На этот раз ситалловое стекло быстро нашло себе место в промышленности.
Слайд 7Производство ситаллов
В состав стекла, применяемого для получения ситаллов, входят
окислы Li2O, Аl2О3, SiO2, MgO, CaO и др, но для
того, чтобы стекло закристаллизовалось, в него добавляют катализаторы. Для прозрачных ювелирных ситаллов - это микродозы золота, серебра, диоксида меди, которые в процессе варки растворяются в стекломассе. При термообработке происходит рост и образование кристаллов вокруг металлических частиц. Одновременно при низкотемпературной обработке материал приобретает определенную окраску.
.
Слайд 8Производство ситаллов
Процесс кристаллизации происходит в две стадии: вначале при температурах,
близких к Т вязкости, происходит образование зародышей кристаллов, которые растут
до определенных размеров и вызывают кристаллизацию других фаз в стекле. В результате образуется жесткий кристаллический каркас, препятствующий деформированию изделия и позволяющий вести дальнейший процесс при более высокой температуре (900--1100° С). На этой стадии изделия полностью и равномерно закристаллизовываются.
Структура ситаллов многофазная, состоит из зерен одной или нескольких кристаллических фаз, скрепленных между собой стекловидной прослойкой. Содержание кристаллической фазы колеблется от 30 до 95%. Размер оптимально развитых кристаллов обычно не превышает 1--2 мкм. По внешнему виду ситаллы могут быть непрозрачными и прозрачными (количество стеклофазы до 40%).
Слайд 9Производство ситаллов
Ученым XX века удалось создать ситалл с мелкокристаллической структурой
за счет увеличения скорости кристаллизации, происходящей при плавке, и умножения
числа ее центров в обрабатываемой массе. Для этого в основу стали добавлять специальные компоненты – нуклеаторы и ускорители. Именно благодаря этой модификации технологии, у ситалла появилась характеристика прозрачности.
Слайд 10Развитие технологии
Однако первые образцы имели непрезентабельный вид из-за примесей –
использовались отходы металлургической промышленности. В результате получалось мутное стекло серого,
болотно-зеленого оттенков. Впрочем, ситалловое стекло изначально не задумывалось как декоративный материал, максимум, что им могли украсить это полы в цехах. Оценив его прочность, устойчивость к температурному и химическому воздействию, этому материалу находили более практичное применение.
Слайд 11Перспективы применения
Наука не остановилась на возможности задавать веществу нужную окраску.
К данному моменту уже имеются способы распределять в материале зоны
с определенными оптическими показателями. Это свойство в совокупности с прочностью и износостойкостью сделали ситалловое стекло идеальным материалом для изготовления сложной космической оптики.
В строительстве авиационной и ракетной техники из этого материала делают переднюю часть аппарата, головной обтекатель, необходимую для преодоления сопротивления воздуха и ускорения полета.
В нефтеперерабатывающей отрасли эксплуатируют ситалловые трубы.
Слоем ситалла покрывают металлические детали автомобилей.
Используется стеклокерамика и в производстве предметов быта – она идет на покрытия электрических плит, сковородок, кастрюль.
На основе ситалла создаются стройматериалы повышенной прочности, например, стекломрамор.
Из него изготавливают зубные коронки и костные протезы.
Совершенствование технологии производства ситалла, тем временем, продолжается. Вероятно, в ближайшем будущем человечество услышит о новых его свойствах.