Реферат на тему:
Ситалли і фотосіталли
Виконала студентка 5го курсу
групи неорганічної хімії
Кекало Катерина Олександрівна
Мінськ,
2006
Загальні відомості про ситалу і фотосіталлах.
В останні десятиліття створений і використовується новий клас матеріалів - ситалли (склокристалічні матеріали), що відрізняються високими показниками фізико-механічних властивостей.
Ситалли (склокристалічні матеріали) - неорганічні матеріали, одержувані спрямованою кристалізацією різних стекол при їх термічній обробці. Складаються з однієї або декількох кристалічних фаз. У ситалу дрібнодисперсні кристали (до 2000 нм) рівномірно розподілені в склоподібної матриці. Кількість кристалічних фаз у ситалу може становити. 20-95% (за об'ємом). Змінюючи склад скла, тип ініціатора кристалізації (каталізатора) і режим термічної обробки, отримують ситалли з різними кристалічними фазами і заданими властивостями. Вперше ситалли були виготовлені у 50-х рр. 20 століття. Матеріали, подібні ситалли, за кордоном називаються пірокерамом, девітрокерамом, стеклокерамом.
Ситалли володіють високою міцністю, твердістю, зносостійкістю, малим термічним розширенням, хімічної і термічної стійкістю, газо-і вологонепроникністю. За своїм призначенням можуть бути розділені на технічні та будівельні. Технічні ситалли отримують на основі систем: Li 2 O-Al 2 O 3-SiO 2, MO-Al 2 0 3-SiO 2, Li 2 O-МО-А1 2 О 3 - SiO 2, де M-Mg, Ca , Zn, Ba, Sr та ін; MgO-Al 2 O 3 - SiO 2-K 2 OF; МО-В 2 О 3-А1 2 О 3 (де M-Ca, Sr, Pb, Zn); PbO -ZnO-B 2 O 3-Al 2 O 3-SiO 2 та ін За основним властивості і призначенням поділяються на високоміцні, радіопрозорі хімічно стійкі, прозорі термостійкі, зносостійкі і хімічно стійкі, фотосіталли, слюдосіталли, біосіталли, сіталлоцементи, сіталлоемалі, ситалли із спеціальними електричними властивостями.
Високоміцні ситалли отримують головним чином на основі стекол систем MgO-Al 2 O 3-SiO 2 (Кордієритові сполуки) та Na 2 O-Al 2 O 3-SiO 2 (нефелінові склади). Для перших ініціатором кристалізації служить ТiO 2; σ виг для них 240-350 МПа. Ситалли нефелінових складів після зміцнення іонообмінної обробкою в розплавлених солях калію мають σ виг 1370 МПа. Області застосування високоміцних ситалів - ракето-і авіабудування (обтічники антен), радіоелектроніка.
Оптично прозорі термостійкі і радіопрозорі хімічно стійкі ситалли отримують на основі стекол системи Li 2 O-Al 2 O 3-SiO 2 (сподумен-евкріптітовие склади); ініціатор кристалізації-TiO 2. У оптично прозорих ситалу розмір кристалів не перевищує довжини напівхвилі видимого світла. Ситалли, що містять як основні кристалічних фаз евкріптіт (Li 2 О • А1 2 О 3 • 2SiO 2) або сподумен (Li 2 О • А1 2 О 4 • 4SiO 2), мають, крім того, температурні коефіцієнти розширення близькі до нуля, і іноді навіть негативні - до - 5.10 -6 К -1. Області застосування-космічна і лазерна техніка, астрооптіка. Введення до складу таких ситалів активаторів люмінесценції та спеціальних добавок дозволяє застосовувати їх в сонячних батареях.
Зносостійкі і хімічно стійкі ситалли отримують на основі стекол CaO-MgO-SiO, (піроксенових склади); ініціатори кристалізації - фторид або оксид хрому. Відрізняються високою зносостійкістю (стираність 0,001 г / см 2) і стійкістю в різних хімічних середовищах. Застосовуються в текстильній, хімічної, автомобільної промисловості, буровій і гірничодобувної техніки.
Фотосіталли зазвичай отримують на основі стекол системи Li 2 O-Al 2 O 3-SiO 2 з світлочутливими добавками (з'єднання Аu, Ag, Сu), які під дією ультрафіолетового опромінювання і подальшої теплової обробки скла сприяють його виборчої кристалізації. Знаходять застосування в мікроелектроніці, ракетної і космічної техніки, оптиці, поліграфії як світлочутливі матеріали (наприклад, для виготовлення оптичних друкованих плат, в якості світлофільтрів).
Слюдосіталли отримують на основі стекол системи MgO - А1 2 О 3 - SiO 2 - К 2 О - F (фторфлогопітовие, фторріхтерітовие, фторамфіболовие склади). Поєднують високі механічні та електричні властивості з гарною механічною оброблюваністю - їх можна різати, свердлити, фрезерувати, шліфувати. Застосовуються у машинобудуванні для виготовлення, деталей, що піддаються тертю і зносу, а також в якості матеріалу для деталей складної конфігурації.
Біосіталли отримують зазвичай на основі стекол системи СаО - MgO - SiO 2 - Р 2 О 5 (апатито - волластонітовие склади). Висока механічна міцність, біологічна сумісність з тканинами організму дозволяють використовувати їх в медицині для зубних і кісткових протезів.
Сіталлоцементи, що отримуються на основі стекол системи PbO-ZnO-B 2 O 3-SiO,. мають дуже низький коефіцієнт теплового розширення (4-10) · 10 -6 К -1; застосовуються для споювання стеклодеталей кольорових кінескопів та електронно-променевих трубок, герметизації напівпровідникових приладів, у виробництві рідкокристалічних індикаторів, у мікроелектроніці. Перспективно також використання таких ситалів в якості склокристалічних покриттів (стеклоемалью), які наносяться на поверхню різних металів (W, Mo, Mb, Та, їх сплавів, різних видів сталі) з метою захисту їх від корозії, окислення і зносу при звичайних і підвищених температурах. Відрізняються підвищеною термо-і жаростійкістю, стійкістю до стирання, високу механічну і електричною міцністю. Застосовуються в якості покриттів для деталей дизелів, газотурбінних установок, атомних реакторів, авіаційних приладів, електронагрівальних елементів.
Ситалли із спеціальними електричними властивостями одержують на основі стекол систем BaO-Al 2 O 3-SiO 2-TiO 2 і Nb 2 О 5-СоО-Na 2 O-SiO 2. Характеризуються високою діелектричною проникністю (ε 240-1370) і низьким коефіцієнтом діелектричних втрат (1,5-3,2). Використовуються для виготовлення низькочастотних конденсаторів великої ємності, п'єзоелементів та ін Розроблено напівпровідникові, феромагнітні, ферроелектріческіе, сегнетоелектричні ситалли з різним поєднанням електричних властивостей. Ситалли на основі стекол системи MgO-Al 2 O 3 - SiO 2 мають дуже низький tg δ (3 • 10 -4 при 25єС і 10 4 МГц), ситалли на основі метаніобата Pb - високу діелектричну пронііцаемость (ε 1000-2000). На основі стекол B, O 3-BaO-Fe 2 O 3 отримані ситалли з одно-і многодоменной структурою з розміром доменів ~ 500 нм.
До групи будівельних ситалів відносять шлако-, золо-, петросіталли, одержувані з використанням шлаків чорної та кольорової металургії, зол, гірських порід. У залежності від хімічного складу використовуваних відходів, що визначають вид домінуючою кристалічної фази, поділяються на волластонітовие, піроксенових (ініціатори кристалізації - оксиди Cr, Ti, Fe, фториди), мелілітовие (система СаО - MgO - 2А1 2 О 3 - SiO 2, ініціатор кристалізації - оксид Сr), піроксен-авгітових і геденбергітовие (система СаО - MgO - Fe 2 O 3 - А1 2 О 3 - SiO 2), форстерітових (система CaO-MgO-SiO 2) і егіріновие (Na 2 O-Fe 2 O 3-SiO 2) ситалли. Вони мають високі міцнісні характеристики (σ виг 100-180 МПа), високу мікротвердість (8500-9000 МПа), відносно низьку стираність (0,05 г / см 2), високу стійкість до хімічних і термічних дій. Застосовуються в будівництві, гірничодобувної, хімічної та інших галузях промисловості.
Отримують ситалли та вироби з них головним чином з використанням скляної і керамічної технології, іноді за хімічним способом. Найбільш поширена так звана скляна технологія, що включає варіння скла із шихти, формування виробів (пресування, прокатка, відцентрове лиття) і термічну обробку. Остання стадія забезпечує кристалізацію скла внаслідок введення в скляну масу спеціальних ініціаторів - каталітичних добавок-оксидів Ti, Cr, Ni, Fe, фторидів, сульфідів, металів платинової групи, а також внаслідок схильності стекол до ліквації, сприяє утворенню поверхні розділу фаз і наближає хімічний склад мікрообластей до складу майбутніх кристалів. Термічну обробку здійснюють звичайно за двоступінчастим режиму; температура першого ступеня лежить в області температури розм'якшення скла і відповідає максимальній швидкості зародження центрів кристалізації, при температурі другого ступеня відбувається виділення кристалів провідної фази, що визначає основні властивості ситалів.
За керамічної (порошковою) технології отримання ситалів з розплаву скла спочатку отримують гранулят, який подрібнюють і сушать, після чого в нього додають термопластичних зв'язку і з утвореної маси пресуванням або шлікерної литтям формують вироби. Потім їх спікають при високій температурі з одночасною кристалізацією. У порівнянні з керамікою аналогічного складу спечені ситалли характеризуються більш низькими температурами випалу та розширеним інтервалом спікання. Порошкова технологія дозволяє отримувати з ситалів термічно стійкі вироби складної конфігурації і малих розмірів.
За хімічним способом ситалли отримують головним чином по золь-гель технології, в основі якої лежить низькотемпературний синтез за допомогою реакцій гідролізу і конденсації) металоорганічних сполук елементів, складових скло, при температурі нижче температури плавлення скляної шихти. Цей метод дозволяє одержувати ситалли на основі складів, не схильних до склоутворення, забезпечує одержання стекол високої чистоти й однорідності, що різко покращує властивості ситалів, синтезованих на їх основі.
Використання ситалів в стоматології.
Серед актуальних проблем сучасної стоматології питання вдосконалення методів лікування патології твердих тканин зубів, незважаючи на численні дослідження, займає одне з провідних місць.
Сіталл властиві підвищена механічна міцність, зносостійкість і хімічна стійкість. Ці гідності ситалів пояснюються складом і більш досконалої структурою, яка дозволяє повніше використовувати можливості кристалічної будови речовин в порівнянні з порцелянами.
Структура ситалів, як правило, однорідна, дрібнокристалічна. Кристали мають розміри 0,1-1,0 мкм, і перешкоджають розповсюдженню тріщин у матеріалі, що забезпечує високі механічні властивості. Кераміка ж складається в основному з кристалічної фази з розміром зерен 50-200 мкм.
Різна структура ситалів та кераміки пояснюється технологіями їх отримання. Керамічні матеріали одержують методом твердофазових спікання, ситалли - зі скла методом спрямованої кристалізації.
Крім зазначених переваг ситалів, важливим є також можливість регулювання ступеня світлопрозорих матеріалів за допомогою співвідношення кристалічної та склоподібної фаз.
Для використання в стоматології співробітниками МДМСУ та ГІС розроблені і застосовуються 4 ситалу: ситалл "СІКОРА" для індивідуальних коронок, ситалл "СІМЕТ" для металокерамічних протезів, "Біосіталл" для заповнення дефектів кісткових тканин і ситалл для лиття протезів.
Стоматологічний ситалл "Сікора" для зубних коронок отримано методом спрямованої кристалізації в системі альбіт-діопсид.
У порівнянні з фарфоровими масами для зубних коронок "Сікора" володіє рядом технологічних переваг: композиційним опакових шаром, що гарантує його спікання без тріщин і не вимагає коректування випалу; більш низької температури спікання, широким діапазоном робочої температури.
Багаторічні клінічні спостереження за хворими з коронками з ситалу "Сікора", виготовленими в МДМСУ, підтвердили високі естетичні якості, стійкість до хімічної дії кислот і лугів харчових продуктів, середовища порожнини рота, відсутність алергічних явищ.
Сіталловое покриття "Сімет" призначено для облицювання каркасів суцільнолитих зубних протезів, виготовлених зі стоматологічних сплавів металів з температурним коефіцієнтом лінійного розширення (13-15) х10-6 До -1 з використанням методу пошарового нанесення мас різної кольоровості і прозорості та їх спікання у вакуумній електропечі . Матеріал для сіталлового покриття синтезований зі скла лейцит-альбітового складу.
Сіталловое покриття відрізняється високою адгезією до металевих каркасів зубних протезів, низькою температурою спікання (до 800 ° C) при достатній міцності. Регульовані коефіцієнт теплового розширення і ступінь светопрозрачность дозволяють отримати високий технологічний і естетичний ефект при використанні ситалу "Сімет".
З матеріалу "Сімет" також можна виготовляти індивідуальні сіталловие коронки типу жакетного і вкладки.
Покриття "Сімет" хімічно і біологічно інертно, не розчиняється в ротовій рідині та харчових продуктах, не має шкідливого місцевого та загального впливу на тканини порожнини рота і організм пацієнта, не дає алергічного ефекту.
Застосування ситалів в авіації.
Багаторічні наукові дослідження в області безбарвного і кольорового скла, склокераміки (ситалів), ІЧ-прозорого скла, технологій їх виробництва, моллірування, склеювання, зміцнення, надання заданих властивостей нанесенням на поверхню різних покриттів, забезпечили можливість випуску широкої номенклатури виробів, які застосовуються у транспортних засобах , у приладобудуванні, побутової техніки.
Вироби скління та світлофільтри Центру використовуються в літаках МІГ-27, МІГ-31, Су-17, ТУ-95, Ту-128, Ту-22М, Ту-154, Ан-28, Ан-32, Ан-38, Іл- 86, Іл-96, Іл-114, Ту-204, Ту-334, у вертольотах Мі-26, Мі-2, на аеродромах, в залізничному і водному транспорті.
Скло, розроблені в Центрі, були використані для скління кабіни пілотів космічного корабля БУРАН, для ліхтарів, що захищають оптичну апаратуру на супутниках, в космічних станціях САЛЮТ і СВІТ, в ілюмінаторі літаків.
Застосування ситалів в будівництві.
Значне збільшення обсягів будівництва стимулює розширення асортименту існуючих і створення принципово нових видів будівельних матеріалів. Серед перспективних будівельних облицювальних матеріалів особливе місце займають штучні склокристалічні матеріали, одержувані на основі стекол певних складів шляхом їх керованої кристалізації.
На відміну від багатьох традиційних матеріалів, вживаних при обробці будівель і споруд, ці матеріали характеризуються комплексом вельми цінних експлуатаційних властивостей: підвищеною міцністю і довговічністю, морозостійкістю, нульовим водопоглинанням, високою абразівоустойчівостью, здатністю тривалий час працювати в несприятливих умовах і агресивних середовищах. Склокристалічні матеріали біостійки, гігієнічні, мають абсолютну стійкість до вицвітання під впливом сонячного випромінювання і миючих засобів. Вони відносяться до категорії негорючих обробних матеріалів, під дією вогню чи високої температури не запалали, не тліють, не обвуглюються і не виділяють токсичних речовин. Різноманітна колірна гамма і текстура, а також можливість створення на поверхні неповторяющееся малюнка, аналогічного природним гранітам і мармуру, забезпечують склокристалічних матеріалами унікальні декоративні якості. Використання особливих прийомів скляної і керамічної технологій, вживаних при виробництві склокристалічних матеріалів, дозволяє варіювати розміри і форму виробів.
Якщо в структурі матеріалу переважає стеклофазой, окремі кристалики і кристалічні утворення виявляються дисперговані в обсязі склоподібної матриці. До таких матеріалів відносяться авантюриновий скла, стекломрамор, стеклокрісталліт, стеклокремнезіт. Якщо кількість кристалічної фази в структурі матеріалу складає більше 50-60%, то стеклофазой виконує роль цементуючої прошарку, що скріплює окремі кристали силікатів - воластоніту, анортита, піроксенів та ін Цю групу представляють перш за все ситалли - матеріали з об'ємно закристалізованій тонкодисперсної структурою, а також сиграл і неопаріес.
Авантюриновий скла являють собою кольорові скла з дрібними кристалічними включеннями сполук хрому, заліза, міді, що забезпечують ефект мерехтіння і блиску за рахунок високого показника заломлення цих кристаликів в порівнянні з основним склом. Найбільш відомо хромсодержащих авантюриновий скло, декоративний ефект якого створюється за рахунок мерехтіння більш світлих кристаликів оксиду хрому на тлі темно-зеленою стекломатріци.
Стекломрамор представляє собою непрозоре (глушеное) біле або кольорове скло з мармуровидним малюнком. Глушіння виникає завдяки присутності в масі скла невеликої кількості дрібнодисперсного (10-15 мкм) кристалічної фази з показником заломлення, відмінним від показника заломлення основного скла. Ця фаза викликає розсіювання падаючого світлового потоку і зниження светопрозрачность матеріалу аж до повної втрати прозорості. Ефект глушіння може забезпечуватися також застосуванням певних складів стекол, схильних до Лікваційне (фазовому) розшарування і утворення двофазних структур, на поверхні розділу яких також відбувається розсіяння падаючого світла. Введення барвників і використання деяких технологічних і конструктивних прийомів при скловарінні та формування дозволяє отримувати мармуроподібний малюнок блакитного, зеленого, синього, бежевого кольорів.
Стеклокрісталліт і стеклокремнезіт відносяться до матеріалів, одержуваних шляхом спікання гранул скла різного хімічного складу. Для спікання можна використовувати як спеціально зварені глушіння скла, так і подрібнені відходи листового, тарного, медичного, електровакуумного скла, відходи виробництва скловолокна. Варіювання складу і дисперсності стеклогранулята, застосування різних наповнювачів, добавок пороутворювачів та інших компонентів дозволяє отримувати численні різновиди цих матеріалів. Так, стеклокремнезіт являє собою тришаровий матеріал: верхній декоративний шар складається з кольорового скла, основний шар - із глушеного скла, в нижньому шарі до глушеного склу доданий кварцовий пісок, який забезпечує підвищену адгезію до цементного розчину.
Ситалли відносяться до склокристалічних матеріалами з високим вмістом дрібнодисперсного кристалічної фази - 60% і більше. В основі отримання цих матеріалів лежить теорія каталізувало кристалізації стекол певних хімічних складів. У процесі термічної обробки, що становить одну з основних технологічних стадій отримання ситалів, у всьому обсязі попередньо відформованого скловироби утворюється маса безладно орієнтованих кристаликів різних силікатних фаз розміром не більше 1-3 мкм. Матеріали мають щільну однорідну структуру, що нагадує структуру високощільної кераміки. За зовнішнім виглядом ситалли також схожі на керамічні матеріали. Істотною перевагою будівельних ситалів є можливість використання при їх отриманні промислових відходів, вміст яких в вихідної шихти досягає 70%.
Залежно від виду застосованої сировини розрізняють шлакоситалла (на основі шлаків чорної та кольорової металургії), золосіталли (на основі паливних шлаків і злий) і петросіталли (на основі гірських порід і відходів гірничо-збагачувальних комбінатів). Високі експлуатаційні характеристики сіталлових виробів (міцність і зносостійкість, хімічна стійкість, здатність витримувати високі температурні перепади) забезпечують цьому класу матеріалів можливість широкого застосування в будівництві. Так, шлакоситалла добре зарекомендував себе в якості матеріалу для настилу підлог промислових і цивільних будинків, для облицювання зовнішніх і внутрішніх стін, для футеровки будівельних конструкцій, схильних до хімічних впливів і абразивного зносу. Для розширення колірної гами шлакоситалла його поверхню можна декорувати силікатними емалями, декораціями, ангобами.
Сиграл - високодекоративних склокристалічних матеріал з крупнокристаллической структурою. За текстурі він нагадує граніт, мармур, яшму. Оригінальність і неповторність малюнка досягається за рахунок присутності в обсязі матеріалу окремих сферолітоподобних кристалів розміром до 1 см або їх скупчень. У залежності від використовуваних барвників колір сиграл може відображати всю палітру фарб: білий, синій, блакитний, червоний, коричневий, сірий. Особливий декоративний ефект створюється внаслідок різного колірного тону сферолітов і навколишнього їх склофази. Сиграл отримують на основі недефіцитних сировини (кварцовий пісок, крейда, доломіт) за скляної технології, що включає, поряд зі звичайними для скловаріння технологічними стадіями, спеціальну термічну і механічну обробку.
Росії належить пріоритет у розробці та впровадженні багатьох з перерахованих склокристалічних матеріалів. Так, розробниками шлакоситалла, сиграл, стеклокремнезіта є вітчизняні вчені. На Костянтинівському заводі "Автоскло" (Україна) вперше у світі було організовано промислове виробництво шлакоситалла методом пресування (плити розміром 300х300х20 мм) і методом безперервного прокату (безперервна стрічка шириною 1600-1800 мм і товщиною 6-10 мм). Продуктивність однієї високомеханізованої лінії з виробництва шлакоситалла білого і сірого кольорів становила 500 тис. кв. м на рік. На Калузькому скляному заводі функціонувала дослідно-промислову лінію з виробництва плит розміром 300х300х20 мм з сиграл, на Ленінському скляному заводі (Москва) - промислова лінія з виробництва стекломрамора.
Серед зарубіжних розробок найбільш відомий спечений склокристалічних матеріал, створений в Японії фірмою Nippon Electric Glass і що отримав назву неопаріес (Neoparies і Neoparies-light). В основі отримання цього матеріалу лежить спікання стеклогранул волластонітового складу розміром 1-7 мм з подальшою кристалізацією. Кількість кристалічної фази в матеріалі складає приблизно 40%, що дозволяє надавати виробам при повторному нагріванні вигнуту форму, зокрема для виготовлення круглих колон і аркових склепінь. Поверхня плит шліфують і полірують з метою виявлення мармуроподібного малюнка, створюваного голчастими кристалами воластоніту. Матеріал може бути пофарбований у різні кольори - білий, бежевий, коричневий, рожевий, сірий, чорний. У Японії цей матеріал користується великою популярністю і широко використовується в будівництві.
Аналіз фізико-хімічних властивостей склокристалічних матеріалів, їх декоративних і експлуатаційних характеристик показує, що цей клас штучних матеріалів може успішно застосовуватися в будівництві поряд із природними гранітами і мармуром для облицювання зовнішніх і внутрішніх поверхонь будівель і споруд, в якості підлогового і покрівельних покриттів, для влаштування внутрішніх перегородок, сходових маршів, настилів і інших будівельних елементів.
Технологічність матеріалів, можливість створення безперервних потокових механізованих ліній по їх виробництву, використання недорогих сировинних матеріалів забезпечують перспективність виробництва склокристалічних облицювальних матеріалів.
Джерела:
1. Хімічна енциклопедія в 5 томах, т.4, М., Велика російська енциклопедія, 1999
2. С. М. Вафіна Виготовлення протезів з ситалів методом комп'ютерного фрезерування http://www.farosplus.ru/index.htm?/mtmi/mt_4_10/izg_protezov.htm (22.05.2004)
3. Скло та ситалли http://www.advtech.ru/technologiya/dep_1/contens1.htm (22.05.2004)
4. Склокристалічні матеріали http://www.stroymat.ru/view_stat.php3?id_=254
за матеріалами www.stroy-divss.ru. (22.05.2004)
Ситалли і фотосіталли
Виконала студентка 5го курсу
групи неорганічної хімії
Кекало Катерина Олександрівна
Мінськ,
2006
Загальні відомості про ситалу і фотосіталлах.
В останні десятиліття створений і використовується новий клас матеріалів - ситалли (склокристалічні матеріали), що відрізняються високими показниками фізико-механічних властивостей.
Ситалли (склокристалічні матеріали) - неорганічні матеріали, одержувані спрямованою кристалізацією різних стекол при їх термічній обробці. Складаються з однієї або декількох кристалічних фаз. У ситалу дрібнодисперсні кристали (до 2000 нм) рівномірно розподілені в склоподібної матриці. Кількість кристалічних фаз у ситалу може становити. 20-95% (за об'ємом). Змінюючи склад скла, тип ініціатора кристалізації (каталізатора) і режим термічної обробки, отримують ситалли з різними кристалічними фазами і заданими властивостями. Вперше ситалли були виготовлені у 50-х рр. 20 століття. Матеріали, подібні ситалли, за кордоном називаються пірокерамом, девітрокерамом, стеклокерамом.
Ситалли володіють високою міцністю, твердістю, зносостійкістю, малим термічним розширенням, хімічної і термічної стійкістю, газо-і вологонепроникністю. За своїм призначенням можуть бути розділені на технічні та будівельні. Технічні ситалли отримують на основі систем: Li 2 O-Al 2 O 3-SiO 2, MO-Al 2 0 3-SiO 2, Li 2 O-МО-А1 2 О 3 - SiO 2, де M-Mg, Ca , Zn, Ba, Sr та ін; MgO-Al 2 O 3 - SiO 2-K 2 OF; МО-В 2 О 3-А1 2 О 3 (де M-Ca, Sr, Pb, Zn); PbO -ZnO-B 2 O 3-Al 2 O 3-SiO 2 та ін За основним властивості і призначенням поділяються на високоміцні, радіопрозорі хімічно стійкі, прозорі термостійкі, зносостійкі і хімічно стійкі, фотосіталли, слюдосіталли, біосіталли, сіталлоцементи, сіталлоемалі, ситалли із спеціальними електричними властивостями.
Високоміцні ситалли отримують головним чином на основі стекол систем MgO-Al 2 O 3-SiO 2 (Кордієритові сполуки) та Na 2 O-Al 2 O 3-SiO 2 (нефелінові склади). Для перших ініціатором кристалізації служить ТiO 2; σ виг для них 240-350 МПа. Ситалли нефелінових складів після зміцнення іонообмінної обробкою в розплавлених солях калію мають σ виг 1370 МПа. Області застосування високоміцних ситалів - ракето-і авіабудування (обтічники антен), радіоелектроніка.
Оптично прозорі термостійкі і радіопрозорі хімічно стійкі ситалли отримують на основі стекол системи Li 2 O-Al 2 O 3-SiO 2 (сподумен-евкріптітовие склади); ініціатор кристалізації-TiO 2. У оптично прозорих ситалу розмір кристалів не перевищує довжини напівхвилі видимого світла. Ситалли, що містять як основні кристалічних фаз евкріптіт (Li 2 О • А1 2 О 3 • 2SiO 2) або сподумен (Li 2 О • А1 2 О 4 • 4SiO 2), мають, крім того, температурні коефіцієнти розширення близькі до нуля, і іноді навіть негативні - до - 5.10 -6 К -1. Області застосування-космічна і лазерна техніка, астрооптіка. Введення до складу таких ситалів активаторів люмінесценції та спеціальних добавок дозволяє застосовувати їх в сонячних батареях.
Зносостійкі і хімічно стійкі ситалли отримують на основі стекол CaO-MgO-SiO, (піроксенових склади); ініціатори кристалізації - фторид або оксид хрому. Відрізняються високою зносостійкістю (стираність 0,001 г / см 2) і стійкістю в різних хімічних середовищах. Застосовуються в текстильній, хімічної, автомобільної промисловості, буровій і гірничодобувної техніки.
Фотосіталли зазвичай отримують на основі стекол системи Li 2 O-Al 2 O 3-SiO 2 з світлочутливими добавками (з'єднання Аu, Ag, Сu), які під дією ультрафіолетового опромінювання і подальшої теплової обробки скла сприяють його виборчої кристалізації. Знаходять застосування в мікроелектроніці, ракетної і космічної техніки, оптиці, поліграфії як світлочутливі матеріали (наприклад, для виготовлення оптичних друкованих плат, в якості світлофільтрів).
Слюдосіталли отримують на основі стекол системи MgO - А1 2 О 3 - SiO 2 - К 2 О - F (фторфлогопітовие, фторріхтерітовие, фторамфіболовие склади). Поєднують високі механічні та електричні властивості з гарною механічною оброблюваністю - їх можна різати, свердлити, фрезерувати, шліфувати. Застосовуються у машинобудуванні для виготовлення, деталей, що піддаються тертю і зносу, а також в якості матеріалу для деталей складної конфігурації.
Біосіталли отримують зазвичай на основі стекол системи СаО - MgO - SiO 2 - Р 2 О 5 (апатито - волластонітовие склади). Висока механічна міцність, біологічна сумісність з тканинами організму дозволяють використовувати їх в медицині для зубних і кісткових протезів.
Сіталлоцементи, що отримуються на основі стекол системи PbO-ZnO-B 2 O 3-SiO,. мають дуже низький коефіцієнт теплового розширення (4-10) · 10 -6 К -1; застосовуються для споювання стеклодеталей кольорових кінескопів та електронно-променевих трубок, герметизації напівпровідникових приладів, у виробництві рідкокристалічних індикаторів, у мікроелектроніці. Перспективно також використання таких ситалів в якості склокристалічних покриттів (стеклоемалью), які наносяться на поверхню різних металів (W, Mo, Mb, Та, їх сплавів, різних видів сталі) з метою захисту їх від корозії, окислення і зносу при звичайних і підвищених температурах. Відрізняються підвищеною термо-і жаростійкістю, стійкістю до стирання, високу механічну і електричною міцністю. Застосовуються в якості покриттів для деталей дизелів, газотурбінних установок, атомних реакторів, авіаційних приладів, електронагрівальних елементів.
Ситалли із спеціальними електричними властивостями одержують на основі стекол систем BaO-Al 2 O 3-SiO 2-TiO 2 і Nb 2 О 5-СоО-Na 2 O-SiO 2. Характеризуються високою діелектричною проникністю (ε 240-1370) і низьким коефіцієнтом діелектричних втрат (1,5-3,2). Використовуються для виготовлення низькочастотних конденсаторів великої ємності, п'єзоелементів та ін Розроблено напівпровідникові, феромагнітні, ферроелектріческіе, сегнетоелектричні ситалли з різним поєднанням електричних властивостей. Ситалли на основі стекол системи MgO-Al 2 O 3 - SiO 2 мають дуже низький tg δ (3 • 10 -4 при 25єС і 10 4 МГц), ситалли на основі метаніобата Pb - високу діелектричну пронііцаемость (ε 1000-2000). На основі стекол B, O 3-BaO-Fe 2 O 3 отримані ситалли з одно-і многодоменной структурою з розміром доменів ~ 500 нм.
До групи будівельних ситалів відносять шлако-, золо-, петросіталли, одержувані з використанням шлаків чорної та кольорової металургії, зол, гірських порід. У залежності від хімічного складу використовуваних відходів, що визначають вид домінуючою кристалічної фази, поділяються на волластонітовие, піроксенових (ініціатори кристалізації - оксиди Cr, Ti, Fe, фториди), мелілітовие (система СаО - MgO - 2А1 2 О 3 - SiO 2, ініціатор кристалізації - оксид Сr), піроксен-авгітових і геденбергітовие (система СаО - MgO - Fe 2 O 3 - А1 2 О 3 - SiO 2), форстерітових (система CaO-MgO-SiO 2) і егіріновие (Na 2 O-Fe 2 O 3-SiO 2) ситалли. Вони мають високі міцнісні характеристики (σ виг 100-180 МПа), високу мікротвердість (8500-9000 МПа), відносно низьку стираність (0,05 г / см 2), високу стійкість до хімічних і термічних дій. Застосовуються в будівництві, гірничодобувної, хімічної та інших галузях промисловості.
Отримують ситалли та вироби з них головним чином з використанням скляної і керамічної технології, іноді за хімічним способом. Найбільш поширена так звана скляна технологія, що включає варіння скла із шихти, формування виробів (пресування, прокатка, відцентрове лиття) і термічну обробку. Остання стадія забезпечує кристалізацію скла внаслідок введення в скляну масу спеціальних ініціаторів - каталітичних добавок-оксидів Ti, Cr, Ni, Fe, фторидів, сульфідів, металів платинової групи, а також внаслідок схильності стекол до ліквації, сприяє утворенню поверхні розділу фаз і наближає хімічний склад мікрообластей до складу майбутніх кристалів. Термічну обробку здійснюють звичайно за двоступінчастим режиму; температура першого ступеня лежить в області температури розм'якшення скла і відповідає максимальній швидкості зародження центрів кристалізації, при температурі другого ступеня відбувається виділення кристалів провідної фази, що визначає основні властивості ситалів.
За керамічної (порошковою) технології отримання ситалів з розплаву скла спочатку отримують гранулят, який подрібнюють і сушать, після чого в нього додають термопластичних зв'язку і з утвореної маси пресуванням або шлікерної литтям формують вироби. Потім їх спікають при високій температурі з одночасною кристалізацією. У порівнянні з керамікою аналогічного складу спечені ситалли характеризуються більш низькими температурами випалу та розширеним інтервалом спікання. Порошкова технологія дозволяє отримувати з ситалів термічно стійкі вироби складної конфігурації і малих розмірів.
За хімічним способом ситалли отримують головним чином по золь-гель технології, в основі якої лежить низькотемпературний синтез за допомогою реакцій гідролізу і конденсації) металоорганічних сполук елементів, складових скло, при температурі нижче температури плавлення скляної шихти. Цей метод дозволяє одержувати ситалли на основі складів, не схильних до склоутворення, забезпечує одержання стекол високої чистоти й однорідності, що різко покращує властивості ситалів, синтезованих на їх основі.
Використання ситалів в стоматології.
Серед актуальних проблем сучасної стоматології питання вдосконалення методів лікування патології твердих тканин зубів, незважаючи на численні дослідження, займає одне з провідних місць.
Сіталл властиві підвищена механічна міцність, зносостійкість і хімічна стійкість. Ці гідності ситалів пояснюються складом і більш досконалої структурою, яка дозволяє повніше використовувати можливості кристалічної будови речовин в порівнянні з порцелянами.
Структура ситалів, як правило, однорідна, дрібнокристалічна. Кристали мають розміри 0,1-1,0 мкм, і перешкоджають розповсюдженню тріщин у матеріалі, що забезпечує високі механічні властивості. Кераміка ж складається в основному з кристалічної фази з розміром зерен 50-200 мкм.
Різна структура ситалів та кераміки пояснюється технологіями їх отримання. Керамічні матеріали одержують методом твердофазових спікання, ситалли - зі скла методом спрямованої кристалізації.
Крім зазначених переваг ситалів, важливим є також можливість регулювання ступеня світлопрозорих матеріалів за допомогою співвідношення кристалічної та склоподібної фаз.
Для використання в стоматології співробітниками МДМСУ та ГІС розроблені і застосовуються 4 ситалу: ситалл "СІКОРА" для індивідуальних коронок, ситалл "СІМЕТ" для металокерамічних протезів, "Біосіталл" для заповнення дефектів кісткових тканин і ситалл для лиття протезів.
Стоматологічний ситалл "Сікора" для зубних коронок отримано методом спрямованої кристалізації в системі альбіт-діопсид.
У порівнянні з фарфоровими масами для зубних коронок "Сікора" володіє рядом технологічних переваг: композиційним опакових шаром, що гарантує його спікання без тріщин і не вимагає коректування випалу; більш низької температури спікання, широким діапазоном робочої температури.
Багаторічні клінічні спостереження за хворими з коронками з ситалу "Сікора", виготовленими в МДМСУ, підтвердили високі естетичні якості, стійкість до хімічної дії кислот і лугів харчових продуктів, середовища порожнини рота, відсутність алергічних явищ.
Сіталловое покриття "Сімет" призначено для облицювання каркасів суцільнолитих зубних протезів, виготовлених зі стоматологічних сплавів металів з температурним коефіцієнтом лінійного розширення (13-15) х10-6 До -1 з використанням методу пошарового нанесення мас різної кольоровості і прозорості та їх спікання у вакуумній електропечі . Матеріал для сіталлового покриття синтезований зі скла лейцит-альбітового складу.
Сіталловое покриття відрізняється високою адгезією до металевих каркасів зубних протезів, низькою температурою спікання (до 800 ° C) при достатній міцності. Регульовані коефіцієнт теплового розширення і ступінь светопрозрачность дозволяють отримати високий технологічний і естетичний ефект при використанні ситалу "Сімет".
З матеріалу "Сімет" також можна виготовляти індивідуальні сіталловие коронки типу жакетного і вкладки.
Покриття "Сімет" хімічно і біологічно інертно, не розчиняється в ротовій рідині та харчових продуктах, не має шкідливого місцевого та загального впливу на тканини порожнини рота і організм пацієнта, не дає алергічного ефекту.
Застосування ситалів в авіації.
Багаторічні наукові дослідження в області безбарвного і кольорового скла, склокераміки (ситалів), ІЧ-прозорого скла, технологій їх виробництва, моллірування, склеювання, зміцнення, надання заданих властивостей нанесенням на поверхню різних покриттів, забезпечили можливість випуску широкої номенклатури виробів, які застосовуються у транспортних засобах , у приладобудуванні, побутової техніки.
Вироби скління та світлофільтри Центру використовуються в літаках МІГ-27, МІГ-31, Су-17, ТУ-95, Ту-128, Ту-22М, Ту-154, Ан-28, Ан-32, Ан-38, Іл- 86, Іл-96, Іл-114, Ту-204, Ту-334, у вертольотах Мі-26, Мі-2, на аеродромах, в залізничному і водному транспорті.
Скло, розроблені в Центрі, були використані для скління кабіни пілотів космічного корабля БУРАН, для ліхтарів, що захищають оптичну апаратуру на супутниках, в космічних станціях САЛЮТ і СВІТ, в ілюмінаторі літаків.
Застосування ситалів в будівництві.
Значне збільшення обсягів будівництва стимулює розширення асортименту існуючих і створення принципово нових видів будівельних матеріалів. Серед перспективних будівельних облицювальних матеріалів особливе місце займають штучні склокристалічні матеріали, одержувані на основі стекол певних складів шляхом їх керованої кристалізації.
На відміну від багатьох традиційних матеріалів, вживаних при обробці будівель і споруд, ці матеріали характеризуються комплексом вельми цінних експлуатаційних властивостей: підвищеною міцністю і довговічністю, морозостійкістю, нульовим водопоглинанням, високою абразівоустойчівостью, здатністю тривалий час працювати в несприятливих умовах і агресивних середовищах. Склокристалічні матеріали біостійки, гігієнічні, мають абсолютну стійкість до вицвітання під впливом сонячного випромінювання і миючих засобів. Вони відносяться до категорії негорючих обробних матеріалів, під дією вогню чи високої температури не запалали, не тліють, не обвуглюються і не виділяють токсичних речовин. Різноманітна колірна гамма і текстура, а також можливість створення на поверхні неповторяющееся малюнка, аналогічного природним гранітам і мармуру, забезпечують склокристалічних матеріалами унікальні декоративні якості. Використання особливих прийомів скляної і керамічної технологій, вживаних при виробництві склокристалічних матеріалів, дозволяє варіювати розміри і форму виробів.
Якщо в структурі матеріалу переважає стеклофазой, окремі кристалики і кристалічні утворення виявляються дисперговані в обсязі склоподібної матриці. До таких матеріалів відносяться авантюриновий скла, стекломрамор, стеклокрісталліт, стеклокремнезіт. Якщо кількість кристалічної фази в структурі матеріалу складає більше 50-60%, то стеклофазой виконує роль цементуючої прошарку, що скріплює окремі кристали силікатів - воластоніту, анортита, піроксенів та ін Цю групу представляють перш за все ситалли - матеріали з об'ємно закристалізованій тонкодисперсної структурою, а також сиграл і неопаріес.
Авантюриновий скла являють собою кольорові скла з дрібними кристалічними включеннями сполук хрому, заліза, міді, що забезпечують ефект мерехтіння і блиску за рахунок високого показника заломлення цих кристаликів в порівнянні з основним склом. Найбільш відомо хромсодержащих авантюриновий скло, декоративний ефект якого створюється за рахунок мерехтіння більш світлих кристаликів оксиду хрому на тлі темно-зеленою стекломатріци.
Стекломрамор представляє собою непрозоре (глушеное) біле або кольорове скло з мармуровидним малюнком. Глушіння виникає завдяки присутності в масі скла невеликої кількості дрібнодисперсного (10-15 мкм) кристалічної фази з показником заломлення, відмінним від показника заломлення основного скла. Ця фаза викликає розсіювання падаючого світлового потоку і зниження светопрозрачность матеріалу аж до повної втрати прозорості. Ефект глушіння може забезпечуватися також застосуванням певних складів стекол, схильних до Лікваційне (фазовому) розшарування і утворення двофазних структур, на поверхні розділу яких також відбувається розсіяння падаючого світла. Введення барвників і використання деяких технологічних і конструктивних прийомів при скловарінні та формування дозволяє отримувати мармуроподібний малюнок блакитного, зеленого, синього, бежевого кольорів.
Стеклокрісталліт і стеклокремнезіт відносяться до матеріалів, одержуваних шляхом спікання гранул скла різного хімічного складу. Для спікання можна використовувати як спеціально зварені глушіння скла, так і подрібнені відходи листового, тарного, медичного, електровакуумного скла, відходи виробництва скловолокна. Варіювання складу і дисперсності стеклогранулята, застосування різних наповнювачів, добавок пороутворювачів та інших компонентів дозволяє отримувати численні різновиди цих матеріалів. Так, стеклокремнезіт являє собою тришаровий матеріал: верхній декоративний шар складається з кольорового скла, основний шар - із глушеного скла, в нижньому шарі до глушеного склу доданий кварцовий пісок, який забезпечує підвищену адгезію до цементного розчину.
Ситалли відносяться до склокристалічних матеріалами з високим вмістом дрібнодисперсного кристалічної фази - 60% і більше. В основі отримання цих матеріалів лежить теорія каталізувало кристалізації стекол певних хімічних складів. У процесі термічної обробки, що становить одну з основних технологічних стадій отримання ситалів, у всьому обсязі попередньо відформованого скловироби утворюється маса безладно орієнтованих кристаликів різних силікатних фаз розміром не більше 1-3 мкм. Матеріали мають щільну однорідну структуру, що нагадує структуру високощільної кераміки. За зовнішнім виглядом ситалли також схожі на керамічні матеріали. Істотною перевагою будівельних ситалів є можливість використання при їх отриманні промислових відходів, вміст яких в вихідної шихти досягає 70%.
Сиграл - високодекоративних склокристалічних матеріал з крупнокристаллической структурою. За текстурі він нагадує граніт, мармур, яшму. Оригінальність і неповторність малюнка досягається за рахунок присутності в обсязі матеріалу окремих сферолітоподобних кристалів розміром до 1 см або їх скупчень. У залежності від використовуваних барвників колір сиграл може відображати всю палітру фарб: білий, синій, блакитний, червоний, коричневий, сірий. Особливий декоративний ефект створюється внаслідок різного колірного тону сферолітов і навколишнього їх склофази. Сиграл отримують на основі недефіцитних сировини (кварцовий пісок, крейда, доломіт) за скляної технології, що включає, поряд зі звичайними для скловаріння технологічними стадіями, спеціальну термічну і механічну обробку.
Росії належить пріоритет у розробці та впровадженні багатьох з перерахованих склокристалічних матеріалів. Так, розробниками шлакоситалла, сиграл, стеклокремнезіта є вітчизняні вчені. На Костянтинівському заводі "Автоскло" (Україна) вперше у світі було організовано промислове виробництво шлакоситалла методом пресування (плити розміром 300х300х20 мм) і методом безперервного прокату (безперервна стрічка шириною 1600-1800 мм і товщиною 6-10 мм). Продуктивність однієї високомеханізованої лінії з виробництва шлакоситалла білого і сірого кольорів становила 500 тис. кв. м на рік. На Калузькому скляному заводі функціонувала дослідно-промислову лінію з виробництва плит розміром 300х300х20 мм з сиграл, на Ленінському скляному заводі (Москва) - промислова лінія з виробництва стекломрамора.
Аналіз фізико-хімічних властивостей склокристалічних матеріалів, їх декоративних і експлуатаційних характеристик показує, що цей клас штучних матеріалів може успішно застосовуватися в будівництві поряд із природними гранітами і мармуром для облицювання зовнішніх і внутрішніх поверхонь будівель і споруд, в якості підлогового і покрівельних покриттів, для влаштування внутрішніх перегородок, сходових маршів, настилів і інших будівельних елементів.
Технологічність матеріалів, можливість створення безперервних потокових механізованих ліній по їх виробництву, використання недорогих сировинних матеріалів забезпечують перспективність виробництва склокристалічних облицювальних матеріалів.
Джерела:
1. Хімічна енциклопедія в 5 томах, т.4, М., Велика російська енциклопедія, 1999
2. С. М. Вафіна Виготовлення протезів з ситалів методом комп'ютерного фрезерування http://www.farosplus.ru/index.htm?/mtmi/mt_4_10/izg_protezov.htm (22.05.2004)
3. Скло та ситалли http://www.advtech.ru/technologiya/dep_1/contens1.htm (22.05.2004)
4. Склокристалічні матеріали http://www.stroymat.ru/view_stat.php3?id_=254
за матеріалами www.stroy-divss.ru. (22.05.2004)