Ситали: фізико-механічні властивості, структура, сировина для їх виготовлення

По гетерогенному механізму зародком в процесі кристалізації стає чужорідна частинка, внесена ззовні, умовою утворення нової поверхні в цьому випадку буде змочування розплавом сторонньої частинки. Хімічний склад кристалів в цьому випадку відрізнятиметься від складу центрів кристалізації.

 

 

Зростання кристалів - чисто дифузійний процес, за рахунок якого йде перебудова структури. Для отримання ситалів необхідно вибрати відповідний склад скла; зварити його і провести спеціальну термічну обробку. Призначення термічної обробки полягає в тому, щоб вона забезпечила, по-перше, утворення максимального числа центрів кристалізації; по-друге, необхідний ступінь закристалізованості і, по-третє, заданий фазовий склад кристала. 

Таким чином досягається дрібнозернистість структури, повне перетворення скла в полікристалічний матеріал. 

Виходячи зі встановлених Г.Тамманом закономірностей при виборі режиму, фіксується дві температури, одна з яких відповідає максимуму утворення центрів кристалізації, інша - максимуму лінійної швидкості росту кристалів. 

Вирішальне значення мають знаходження оптимальної температури першої і другої витримки на кривій термічної обробки і тривалість витримки при цих температурах. 

Таким чином, суть направленої кристалізації скла полягає у внесенні в скломасу добавок-каталізаторів, що інтенсифікують процес кристалізації і забезпечують отримання у всьому об'ємі матеріалу тонко кристалічної структури, а також створення відповідних температурних умов, що забезпечують як появу зародків, так і зростання кристалів, тобто термообробку по заданому режиму. В результаті досягається рівномірна кристалізація скла по всьому об'єму, забезпечуються задані розміри кристалів і їх склад. Такий тип кристалізації називають каналізована гетерогенна кристалізація. 

 

 

Всі відомі ситали можна умовно підрозділити на дві групи:

oТехнічні ситали;

oСитали на основі промислових відходів і гірських порід.

Технічні ситали включають всі штучні композиції, отримані на основі сумішей різних з'єднань елементів. Найбільше розповсюдження з них отримали сподуменові ситали (система Li2O-Al2O3-SiO2). Як каталізатор кристалізації використовують ТіО2 в кількості 4-6%. 

Термообробка при кристалізації двухступенева:

Перший ступінь при температурі 700-900 °С в перебігу 2 годин;

Друга - при 1000-15000 °Із з витримкою 2-4 години.

 

 

В сподуменових ситалах можуть виділятися кристалічні з'єднання типу кварцеподібних твердих розчинів, сподумену (Li2O• Al2O3• 4SiO2), евкриптита (Li2O• Al2O3• 2SiO2), рутилу (TiO2). В залежності від співвідношення цих фаз, одні з яких мають негативний температурний коефіцієнт лінійного розширення (евкриптит), інші - позитивний (сподумен, тверді розчини), утворюється ситал з низьким позитивним, нульовим або навіть негативним ТКЛР. Такі ситали не чутливі до теплового удару, їх можна нагрівати і охолоджувати з будь-якою швидкістю. Ситали цього типу внаслідок унікальних теплових властивостей знаходять застосування у всіх областях техніки, де потрібна висока стійкість або повна нечутливість до теплового удару і знижене теплове деформування конструкційних елементів (термостійкі труби, астрооптика, ракетна техніка і ін.) 

 

 

Кордієритові ситали по складу відносяться до системи MgO-Al2O3-SiO2. Каталізатором кристалізації звичайно служить добавка ТiO2 в кількості 9-11%. Режим термообробки може бути одноступінчатим при 1250-1300 °. Із з витримкою 1-16 ч. Залежно від складу і режиму термообробки у складі кристалічних фаз, що виділяються, можуть переважати кордієрит, сапфірин, мулліт, рутил, алюмотитанати магнію, тверді розчини на основі ß-кварца. Кордієритові ситали не містять лужних компонентів і володіють добрими діелектричними властивостями. Через низьке значення ТКЛР кордієритові ситали відрізняються високою термостійкістю, крім того вони є більш міцними, ніж сподуменові. Кордієритові ситали застосовують як дешеві, термостійкі, міцні діелектрики в різних конструкціях (ізоляторах, електронній апаратурі, побутовому посуді і ін.). 

 

 

Фотоситали - це ситали, отримані з світлочутливого скла. Таке скло містить добавки, здатні в результаті опромінювання і термообробки викликати в склі виборчу або суцільну кристалізацію. Для отримання фотоситалів використовують литій алюмосилікатне скло з фоточутливою добавкою AgCl, яка при опромінюванні ультрафіолетовим світлом утворює колоїдні частинки металу, що каталізують кристалізацію силікатів. Фотоситали застосовують для виготовлення панелей з крізними отворами як підкладки мікросхем. 

Фотоситали одержують із скла літієвої системи з нуклеаторами - колоїдними фарбниками. Фотохімічний процес протікає при опромінюванні скла ультрафіолетовим або рентгенівським промінням, при цьому зовнішній вигляд скла не змінюється. Процес кристалізації відбувається при повторному нагріванні виробу.

Кристалічна структура термоситалів утворюється тільки в результаті повторної термообробки, заздалегідь відформованих виробів. 

 

 

Група ситалів на основі промислових відходів і гірських порід складається в основному з шлакоситалів і петроситалів.

Шлакоситал - це склокристалічний матеріал, одержуваний шляхом каналізованої кристалізації скла на основі шлаків. Має високі антикорозійні властивості. Використовують в промисловому і громадянському будівництві для покриття підлоги і облицьовування вертикальних поверхонь.

Шлакоситали вперше в світі отримані в СРСР в 1954 р. на кафедрі технології скла і ситалів МХТІ ім. Д.І. Менделєєва. принципово шлакоситал не відрізнявся від ситала технічного, оскільки для отримання використовувалися ті ж методи. Особливе місце шлакоситалів визначається масштабами його виробництва і дешевизною матеріалу. Шлакові ситали виготовляють з відходів промисловості з добавкою кварцового піску і невеликої кількості інших компонентів.

Виробництво шлакоситалу включає два основні етапи:

Отримання скла на основі шлаку і виготовлення з нього виробів;

Термічна обробка виробів з метою отримання склокристалічного матеріалу.

Шлакоситали виходять чорного і білого кольору. Забарвлення регулюють за рахунок виділення в склі різних сульфідів металів.

 

 

Застосування ситалів визначається їх властивостями: з них виготовляють підшипники оболонки вакуумних електронних приладів, труби для хімічної промисловості, деталі радіоелектроніки і деталі для двигунів внутрішнього згоряє. Ситали використовують в якості жаростійких покриттів для захисту металів від дії високих температур. З них можуть бути виготовлені лопаті повітряних компресорів, сопла реактивних двигунів точні калібри. Ситали застосовують у виробництві текстильних машин, абразивів для шліфування, філь’єр для витягання синтетичних волокон.

У побуті з ситалами частіше зустрічаються у вигляді білого непрозорого жаростійкого кухонного посуду. Встановлено, що ситали витримують близько 600 різких теплових змін. Вироби з ситалу не дряпаються і не прогорають. Їх можна зняти з плити в розжареному до червона стані і опустити в крижану воду, витягнути з холодильника і поставити на відкрите полум'я, не побоюючись розтріскування або руйнування.

Скляний вогнетривкий посуд може витримувати як дуже високу температуру, так і різкі її перепади. У ній можна смажити, гасити, випікати, а також підігрівати пищу в мікрохвильовій печі або духовці (цей посуд володіє хорошими діелектричними властивостями і відсутністю металевих домішок) безпосередньо після витягання з холодильника або морозилки. Скляний посуд добре поглинає тепло і непогано його утримує із-за низької теплопровідності скла. А готове блюдо можна подавати на стіл в тому ж посуді, в якому воно готувалося. Не дивлячись на відсутність декоративних елементів, скляний жароміцний посуд має привабливий зовнішній вигляд.

У такому посуді зручно не тільки готувати, але і зберігати їду в холодильнику. Стекло абсолютно інертно до будь-якої їжі і не дає ніяких сторонніх присмаків і запахів. Крім того, стекло ще і екологічний матеріал, не містить шкідливих для здоров'я домішок.

Зручний такий посуд ще і тим, що її можна мити в посудомийній машині. Уручну також миється легко.

Загалом, переваги жароміцного скляного посуду очевидні: це і її універсальність (у ній можна готувати, зберігати і подавати їду на стіл), і натуральний запах і смак пищи, приготованою і такою, що зберігається в ній, можливість контролювати готовність пищи, не відкриваючи кришки, екологічність, висока жароміцність і термостійкість одночасно.

Кухонний посуд з жаростійкого скла та ситалу представлена каструлями різної місткості, формами для запікания, жаровнями, сковородами. Із ситалу виробляють набори каструль і комплект «Малюк». Посуд з жаростійкого скла піддають гарту і не декорують. Ситаловий посуд білого кольору з гладкою блискучою поверхнею додатково прикрашається малюнками деколі.

 

 

Судячи з переліку продукції, що підлягає обов’язковій сертифікації посуду саме із ситалу немає, але існує пункт 17.13 в якому зазначено, що посуд столовий і кухонний скляний підлягає сертифікації за такими нормативними актами: ГОСТ 30407-96 РСТ, УССР 473-83, РСТ УССР 734-78

Посуд столовий, кухонний, предмети туалету, канцелярське приладдя, вироби для оздоблення житла або аналогічні вироби із скла, крім виробів товарної позиції 7010 або 7018: (7013 по УКТЗЕД)

7013 Посуд столовий, кухонний, предмети туалету, канцелярське приладдя, вироби для оздоблення житла або аналогічні вироби із скла, крім виробів товарної позиції 7010 або 7018: 

7013 29 - - інші:

7013 29 10 00 - - - із зміцненого скла 

 - - - інші:

7013 29 59 00 - - - - - інші 

- - - - механічного оброблення: 

7013 29 99 00 - - - - - інші 

- посуд столовий (крім посудин для пиття) або кухонний, крім виробленого із склокераміки: 

7013 39 - - інші:

7013 39 10 00 - - - із зміцненого скла 

- - - з іншого скла.