Ситаллы (стеклокристаллические материалы)

Ситаллы получают на основе неорганических стёкол путём их полной или частичной управляемой кристаллизации. Термин «ситаллы» образован из слов: стекло и кристаллы. По структуре и технологии получения ситаллы занимают промежуточное положение между обычным стеклом и керамикой. От неорганических стёкол они отличаются кристаллическим строением, а от керамических материалов – более мелкозернистой и однородной микрокристаллической структурой.

Ситаллы получают путём плавления стекольной шихты специального состава с добавлением нуклеаторов (катализаторов), охлаждения расплава до пластического состояния и формования из него изделий методами стекольной технологии и последующей ситаллизации (кристаллизации). Ситалловые изделия получают также методом спекания порошков.

В состав стекла, применяемого для получения ситаллов, входят оксиды Li₂O, Al₂O₃, SiO₂, MgO, CaO и др., а также нуклеаторы, к которым относятся соли Au, Ag, Cu, являющиеся коллоидными красителями и находящиеся в виде мельчайших частиц, фтористые и фосфатные соединения, TiO₂ и другие, распределяющиеся в стекле в виде плохо растворимых частичек. Нуклеаторы имеют кристаллическую решётку, подобную выделяющимся из стекла кристаллическим фазам, и способны в определённых условиях образовывать центры кристаллизации, приводя к равномерному закристаллизовыванию всей массы стекла. Ситаллы подразделяют на фотоситаллы, термоситаллы и шлакоситаллы.

Фотоситаллы получают из стекол литиевой системы с нуклеаторами – коллоидными красителями. Фотохимический процесс протекает при облучении стекла ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, при этом внешний вид стекла не изменяется. Процесс кристаллизации происходит при повторном нагревании.

Термоситаллы получаются из стёкол систем MgO – Al₂O₃ – SiO₂, CaO – Al₂O₃ – SiO₂ и других с добавками TiO₂, FeS и нуклеаторов. Кристаллическая структура ситалла создаётся только в результате повторной термообработки предварительно отформованных изделий.

Шлакоситаллы получают на основе доменных шлаков и катализаторов (сульфаты, порошки железа и др.); вводятся соединения фтора для усиления ситаллизации.

Структура ситаллов многофазная, состоит из зёрен одной или нескольких кристаллических фаз, скреплённых между собой стекловидной прослойкой. Содержание кристаллической фазы колеблется от 30 до 95%. Размер кристаллов обычно не превышает 1 – 2 мкм. По внешнему виду ситаллы могут быть непрозрачными и прозрачными.

В отличие от обычного стекла, свойства которого определяются в основном его химическим составом, для ситаллов решающее значение имеют структура и фазовый состав. Причина ценных свойств ситаллов заключается в их исключительной мелкозернистости, почти идеальной поликристаллической структуре. Свойства ситаллов изотропны. В низ совершенно отсутствует всякая пористость. Большая абразивная стойкость делает их малочувствительными к дефектам поверхности.

Из ситаллов изготовляют подшипники, детали для двигателей внутреннего сгорания, трубы для химической промышленности, детали радиоэлектроники, лопасти воздушных компрессоров, сопла реактивных двигателей, фильеры для вытягивания синтетических волокон. Ситаллы используют в качестве жаростойких покрытий для защиты металлов от действия высоких температур.