Факторы, формирующие качество стеклокристаллических изделий

Как было сказано выше, ситаллом называют искусственный поликристаллический материал, полученный кристаллизацией стекла соответствующего химического состава и обладающий лучшими по сравнению с этим стеклом некоторыми физико-химическими свойствами.

Факторами, формирующими качество стеклокриталлических изделий, являются: сырьё, проектирование и конструирование, и технология производства.

Особое внимание уделим сырью и технологии производства.

Стеклокерамика относится к шлакоситаллам, которые получают на основе промышленных отходов чёрной и цветной металлургии.

Для превращения стекла в ситалл необходимы два условия: во-первых, стекло должно иметь нужный химический состав и, во-вторых, процесс кристаллизщации такого стекла должен осуществляться по особому режиму.

Первое условие обеспечивает образование таких кристаллических фаз, которые определяют свойства ситалла. Второе условие относится, в основном, к режиму термической обработки исходного стекла при его превращении в ситалл. Термическая обработка позволяет образовать в стекле зародыши кристаллизации и обеспечить их превращение в микрокристаллы с переходом стекла в более или менее закристаллизованное состояние. Ситаллы, как правило, получают из расплавов, застывающих в стекловидной форме и способных при повторном нагревании выделять определенные кристаллические фазы. В некоторых случаях ситаллы получают и с помощью порошкового способа, сходного, с применяемым в керамике. Однако при получении ситаллов применяют не кристаллические, а стекловидные порошки, которые при нагревании кристаллизуются и спекаются в монолитный материал поли кристаллического строения, следовательно, технология ситаллов непосредственно связяна с технологией стекла.

Для реализации процесса превращения стекла в ситалл нужно сначала выбрать химический состав стекла, образовать в нем центры кристаллизации, а затем на этих центрах вырастить кристаллы большего или меньшего размера.

Исходные стекла для получения ситаллов должны удовлетворять следующим основным условиям:

1. Химический состав их должен обеспечивать возможность образования в результате термической обработки тех кристаллических и стекловидных фаз, которые придают ситаллам заданные свойства;

2. Расплавы стёкол не должны кристаллизоваться при охлаждении их до температур формования и отжига;

3. При повторной термообработке стекла должны кристаллизоваться равномерно по всему объему с образованием кристаллов размерами около 1 мкм;

4. Стекла должны провариться при достижимых в промышленных условиях температурах (до 1650º С).

В состав стекла, используемого для производства ситаллов, помимо шлаков, содержащих высокий процент основных оксидов, добавляют кварцевый песок и некоторые другие компоненты, обеспечивающие необходимые технологические характеристики стекольного расплава. В шихту для получения шлакового стекла вводят, доменный шлак, кварцевый песок, глина, сульфат натрия, уголь и катализаторы. Катализатор кристаллизации стекла выступает в роли ускорителя и в роли участника процесса. При производстве стеклокристаллической посуды катализаторами кристаллизации служат различные оксиды и соли металлов (оксиды титана, циркония, хрома, фосфаты, фториды, сульфиды металлов и другие соединения).

При массовой объёмной кристаллизации стёкол важную роль играют вещества, существенно ускоряющие скорость процесса – катализаторы кристаллизации.

Кристаллизаторами в технологии ситаллов называют веще­ства, ускоряющие процесс зарождения центров кристаллизации. Катализатор кристаллизации стекла выступает в роли ускорителя и в роли участника процесса.

При производстве стеклокристаллической посуды катализаторами кристаллизации служат различные оксиды и соли металлов (оксиды титана, циркония, хрома, фосфаты, фториды, сульфиды металлов и другие соединения). Эти катализаторы могут разделять стекло на две стеклообразные фазы различного состава. При этом сами катализаторы входят в состав одной из этих фаз, образуя по всему объёму стекла микроликвационные участки (капли размером не более 100 А). При этом создаётся большая поверхность раздела фаз, которая снижает энергию образования зародышей основной кристаллической фазы и вызывает равномерное образование центров кристаллизации по всему объёму (первая ступень кристаллизации).

Стеклообразная фаза, доля которой в фазовом составе ситаллов зависит от химического состава исходного стекла и степени завершённости процесса кристаллизации, вносит свой вклад в значения показателя физико – химических свойств и эксплуатационных характеристик ситалла. Стеклофаза оказывает также значительное влияние и на процесс ситаллообразования в целом – температуру и продолжительность фазовых превращений, а также на структуру материала. Устранение или значительное уменьшение механических напряжений, возникающих в материале в процессе кристаллизации и охлаждения его, представляется возможным, путём создания «буфера» в кристаллизующемся стекле в виде стеклофазы, отличающейся по составу от требуемой кристаллической фазы и имеющей температурную область размягчения, близкую к температурной области кристаллизации последней. Эта стеклофаза должна явиться прослойкой между растущими кристалликами основной фазы, давать им известную свободу «роста» и одновременно снижать разность между ТКЛР исходного стекла и образующихся кристаллов.

 Для получения шлакоситалла белого цвета в стекло вводят Zn0, который взаимодействует с сульфидами тяжелых металлов, имеющими темный цвет, с образованием сульфида цинка белого цвета.

Такому отбеленному шлакоситаллу может быть придан любой цвет при дополнительном введении одного из известных в стеклоделии красителей.