Технология производства изделий из ситаллов.

Товароведная характеристика

Стеклокристаллических изделий.

В начале 50-х годов 20 века начались работы по созданию новой группы материалов, которые получили название стеклокристаллических. Стекло, как известно, – это твердый аморфный материал. Его самопроизвольная кристаллизацияв прошлом приносила убытки на производстве. Обычно стекломасса довольно стабильна и не кристаллизуется. Однако при повторном нагревании изделия из стекла до определенной температуры стабильность стекломассыснижается и она переходит в тонкозернистый кристаллический материал. В 1957 г. в Нью-Йорке Дональд Стукей открыл способ стимулирования процесса кристаллизации стекла с целью получения новых ценных стеклокристаллических материалов. С этого времени процесс кристаллизации стекла, известный как самопроизвольный и приносивший большие потери на производстве, стал управляемым и направленным. Технологи научились проводить процесс кристаллизации стекла, исключая его растрескивание. В ходе первых работ по стеклокристаллическим материалам многие исследователи давали им свои местные, «фирменные», названия («пирокерам», «фотокерам», «пиросил», «слагцерам»). В СССР подобные силикатные поликристаллические материалы получили названия «ситаллы» и «шлакоситаллы». В настоящее время известно и широко применяется в различных отраслях промышленности большое количество стеклокристаллических материалов.

По химическому составу стеклокристаллические материалы относятся к силикатным, основу которых составляет оксид кремния. Помимо этого компонента в составе присутствует ряд других оксидов - алюминия, кальция, магния, натрия и т. д., которые обеспечивают заданные технологические и эксплуатационные свойства. Особенность материалов состоит в том, что в их структуре присутствует как стекловидная (аморфная), так и кристаллическая фазы, объемное соотношение которых может изменяться в широких пределах.

Если в структуре материала преобладает стекловидная фаза, отдельные кристалы оказываются диспергированными в объеме стекловидной матрицы. Если количество кристаллической фазы в структуре материала составляет более 50-60%, то стеклофаза выполняет роль цементирующей прослойки, скрепляющей отдельные кристаллы силикатов.

К стеклокристаллическим материалам относятся ситаллы, шлакоситаллы и каменное литье. Общим признаком этих материалов является наличие как кристаллической, так и стекловидной фаз в их структуре, что обусловливает высокие механические свойства, термическую и антикоррозионную стойкость, низкую истираемость и т. д.

В строительстве находят широкое применение шлакоситаллы, технология которых разработана впервые в нашей стране в 1959 году.

Шлакоситаллы — стеклокристаллические материалы, получаемые управляемой катализированной кристаллизацией стекол, сваренных на основе металлургических, топливных и др. шлаков, минерального и синтетического сырья. Шлакоситаллы состоят из мельчайших кристаллов (размером от долей до нескольких мкм) в сочетании с остаточным стеклом (меньше 40% по объёму)

Сырьевыми материалами для шлакоситаллов служат шлаки черной и цветной металлургии, а также золы от сжигания каменного угля. Производство шлакоситаллов заключается в варке шлаковых стекол, формовании из них изделий и последующей их кристаллизации. Зарождение центров кристаллизации и рост на них кристаллов основных кристаллических фаз происходят одновременно во всём объёме стекла в процессе термической обработки. Шихта для получения стекол состоит из шлака, песка, щелочесодержащих и других добавок.

Шлакоситаллы отличаются от большинства строительных материалов более высокими физико-механическими свойствами. Они по прочности приближаются к чугуну и стали, хотя в три раза легче их. Термостойкость шлакоситаллов достигает 200° С. Особенно высокими у шлакоситаллов являются показатели химической стойкости и стойкости к истиранию.

Шлакоситалл можно подвергать различным способам механической обработки: шлифовке, полировке, резке, сверлению алмазным или карборундовым инструментом. Этот материал можно закалкой упрочнить на 50—100%.

Применение шлакоситаллов. Шлакоситаллы изготовляются в виде непрерывной ленты и прессованных плит. Окрашены в массе в белый или серый цвет, могут быть покрыты цветными керамическими красками. Изделия из шлакоситаллов применяются в строительстве, химической, горнорудной и других отраслях промышленности для защиты строительных конструкций и оборудования от коррозии и абразивного износа. Шлакоситаллы используются также для мощения полов, наружной и внутренней облицовки стен и для других целей.

Каменное литье —это каменные изделия, получаемые плавлением изверженных или осадочных горных пород и шлаков, разливкой расплава в формы и термической обработкой изделий с целью прохождения кристаллизации и снятия напряжений.

Для получения каменных литых изделий применяют легкоплавкие горные породы — базальт, диабаз и др. В шихту вводят добавки, снижающие температуру плавления и увеличивающие кристаллизационную способность (плавиковый шпат, доломит, хромит и др.).

Каменные литые изделия превосходят природные камни и ряд других материалов по плотности, стойкости к химическим воздействиям, сопротивлению истиранию и другим свойствам. Истираемость каменного литья в 3—5 раз меньше, чем гранита, базальта или диабаза, а прочность при сжатии составляет 200—400 МПа.

Основными видами каменных литых изделий являются плиты, трубы и другие детали, предназначенные для работы в суровых климатических и трудных эксплуатационных условиях.

Ситаллы –это неорганические материалы, получаемые направленной кристаллизацией различных стекол при их термической обработке. Состоят из одной или нескольких кристаллических фаз. В ситаллах мелкодисперсные кристаллы (до 2000 нм) равномерно распределены в стекловидной матрице. Количество кристаллических фаз в ситаллах может составлять 20-95% (по объему). Изменяя состав стекла, тип инициатора кристаллизации (катализатора) и режим термической обработки, получают ситаллы с различными кристаллическими фазами и заданными свойствами.

Главная особенность ситаллов - тонкозернистая равномерная стеклокристаллическая структура, которая обуславливает высокие потребительские свойства изделий.

Свойства ситаллов: Ситаллы обладают малой плотностью (в пределах 2400-2950 кг/м3, т.е. они легче алюминия), высокой механической прочностью на сжатие и на удар, жаропрочностью, термической стойкостью (800-1000 С), химической устойчивостью, хорошими электроизоляционными свойствами и др. Твердость их близка к твердости закаленной стали ( V - 7000-10500 МПа). По теплопроводности ситаллы в результате повышенной плотности превосходят стекла. В зависимости от состава и соотношения фаз ситаллы могут быть прозрачными и непрозрачными, белыми или цветными.

Технология производства изделий из ситаллов.

Получают ситаллы и изделия из них главным образом с использованием стекольной (наиболее часто) и керамической технологии, иногда по химическому способу.

Наиболее распространена так называемая стекольная технология, включающая составление шихты, варку стекла из шихты, формование изделий (прессование, прокатка, центробежное литье) и термическую обработку. При приготовлении шихты необходима добавка окислителей и катализаторов кристаллизации. В качестве катализаторов применяются в микро количествах оксиды Ti, Cr, Ni, Fe, фториды, сульфиды, металлы платиновой группы. Главной в технологии ситаллов является термообработка. Термическую обработку осуществляют обычно по двухступенчатому режиму. Первая стадия проводится при температуре 700-900°С. При этом происходит образование зародышей кристаллизации. Вторая стадия проводится при температуре 900-1000°С. При этом происходит развитие кристаллической фазы.

По керамической (порошковой) технологии получения ситаллов из расплава стекла вначале получают гранулят, который измельчают и сушат, после чего в него добавляют термопластическую связку и из образовавшейся массы прессованием или шликерным литьем формуют изделия. Затем их спекают при высокой температуре с одновременной кристаллизацией. По сравнению с керамикой аналогичного состава спеченные ситаллы характеризуются более низкими температурами обжига и расширенным интервалом спекания. Порошковая технология позволяет получать из ситаллов термически стойкие изделия сложной конфигурации и малых размеров.

По химическому способу ситаллы получают главным образом по золь-гель технологии, в основе которой лежит низкотемпературный синтез посредством реакций гидролиза и конденсации. Синтез ведется при температуре ниже температуры плавления стекольной шихты. Этот метод позволяет получать ситаллы на основе составов, не склонных к стеклообразованию, обеспечивает получение стекол высокой чистоты и однородности.

В зависимости от состава стекла, типа катализатора и режима термической обработки получают ситаллы с заранее заданными свойствами.

В зависимости от условий образования центров кристаллизации ситаллы подразделяют на термоситаллы и фотоситаллы. В термоситаллах для образования центров кристаллизации используют оксиды или фториды TiOj, Р2О5, NaF и др. (несколько процентов). При отжиге термоситалла получается высокая и однородная плотность кристаллов. В фотоситаллах используют малые добавки золота, серебра, платины или меди. После 1 отжига изделия из фотоситаллов облучают рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами, после чего по соответствующему режиму нагревают до начала размягчения. В это время ионы Au, Ag, Сu восстанавливаются в атомы, которые, коагулируя, служат центрами кристаллизации стекла, в результате чего оно превращается в ситалл. Центры кристаллизации формируются под действием облучения ультрафиолетовым светом и отжига. Необлученные участки остаются аморфными после отжига.

Применение ситаллов.

В промышленных масштабах ситаллы стали широко использовать с начала 1960-х гг. Сегодня они используются в строительстве в качестве облицовочного материала, элементов панелей в конструкциях промышленных зданий. Очень большое распространение в химическом машиностроении получили стеклокристаллические покрытия, наносимые на поверхность различных металлов для защиты их от коррозии, окисления и износа при обычных и повышенных температурах. На предприятиях химической нефтеперерабатывающей отраслей промышленности используют ситалловые трубы.

Также ситаллы широко используются в электронной промышленности. Их используют в качестве диэлектрической изоляции микросхем. Ситаллы на основе горных пород (перлита и доломита) рекомендуются для изготовления высоковольтных электроизоляторов. Стеклокерамические корпуса нашли применение для герметизации полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Литиево-алюмосиликатная стеклокерамика в сочетании с барийалюмосиликатным стеклом в наши дни служит наполнителем в материалах для пломбирования зубов.

В быту ситаллы используют для получения кухонной посуды. Ассортимент кухонной посуды из ситаллов представлен кастрюлями различной вместимости, формами для запекания, жаровнями, сковородами. Из ситалла вырабатывают наборы кастрюль и комплект "Малыш". Посуду из жаростойкого стекла подвергают закалке и не декорируют. Ситалловая посуда белого цвета с гладкой блестящей поверхностью дополнительно украшается рисунками деколи.

Оценка качества и требования к качеству

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: