Ситаллы

Скачать работу - Ситаллы

Середній розмір кристалів в ситалах 1-2 мкм, а товщина прошарків склофази не перевищує десятих долей мікрона. Об’єм кристалічної фази в ситалах досягає 90-95%. Сировиною для виготовлення ситалів є ті ж природні матеріли, що і для скла, але до чистоти сировини висуваються дуже високі вимоги. Крім того, у розплав вводять добавки, що каталізують кристалізацію при наступній термообробці. [5] Рівномірна кристалізація всієї скломаси забезпечується спеціальним режимом термічної або іншої обробки; часто в початкову сировину для варива ситалів включають особливі добавки, наприклад фториди.[1] У якості каталізаторів кристалізації використовують з’єднання фторидів чи фосфатів лужних та лужноземельних металів.

Технологія виготовлення виробів зі ситалів не відрізняється від технології виготовлення виробів зі скла (отримання шихти - вариво скла - формування виробів - відпал виробів), потрібна лише додаткова термічна обробка скла в кристалізаторі (слідує за формуванням або проводиться після відпалу). Крім того, температура варіння скломаси для ситалів може бути вищою: 1300…1700°С. Кристалізацію виробів розділяють на 2 стадії: I. Температура скління відповідає режиму, при якому з'являються центри кристалізації; II. Температура максимального зростання кристалів. . Маючи полікристалічну будову, ситали, зберігаючи гарні властивості скла, позбавлені його недоліків: крихкості, малої міцності при згині, низької теплостійкості. За своїми фізико-технічними властивостями ситали витримують порівняння з металами. [5] За зовнішнім виглядом ситал - це щільний дрібнозернистий матеріал, колір якого залежить від складу шихти і каталізатора. Так, колір ситалу, виготовленого з скляної шихти і каталізатора з сильфіду заліза, чорний, з оксиду цинку - білий, оксиду хрому - голубий.

[1] – В. Шретер «Химия. Справочник» [5] – В.Г. Микульский «Строительные материалы (Материаловеденье и технология)».

Виробництво ситалів та їх властивості Сировина для виготовлення ситалів Накопичені до теперішнього часу розрахункові і емпіричні дані, а також сучасні уявлення про структурні чинники дозволяють, з одного боку, скласти наближену характеристику ролі окремих компонентів, оцінити їх внесок в ту або іншу властивість і з високим ступенем достовірності прогнозувати властивості стекол. З другого боку, вплив відповідних оксидів на властивості скломаси і скла визначає вибір відповідних сировинних компонентів для їх внесення в скляну шихту.

Сировинні матеріали для виробництва скла і ситалів поділяють на дві групи - головні і допоміжні. Такий поділ достатньо умовний, так як велика частина допоміжних сировинних матеріалів при варінні спеціального скла є головними для цього складу скла. До головних сировинних матеріалів в шихту вводять основні склоутворюючі оксиди, що утворюють основу скла та встановлюють його властивості. (Таблиця №1) Таблица №1: Сировина для виготовлення ситалів та скла. Фізико-механічні властивості Ситали відрізняються від інших будівельних матеріалів високими фізико-механічними властивостями (таблиця №2). Вони мають високу середню густину, підвищену стійкість до корозії. Ці властивості визначають високу довговічність і міцність матеріалів. Листи і плити з ситалів застосовують як облицювальний матеріал, для виготовлення труб.

Плоский і хвилястий ситал використовують для крівлі. [2] Таблица №2. Порівняльні властивості ситал і в .

Показатель	Ситал	Шлакоситал	Петроситал	Стекло оконное	Сталь
Середня густина, кг/м	2600.. .2900	2600…2800	2900...3000	2500…2600	7800
Границя міцності, МПа:
при стисканні	800...1000	500...650	700...850	600...700	420…550
при згині	100...225	90...130	130…170	60...70	400…1600
Модуль пружності,
E · 10 ³ МПа	72…135	90...100	40…50	60...70	210...220
Водопоглинання, %	О	О	О	О	О
Кислотостійкість, %	97,8...98,9	98,8...99,8	99,8	55...58	-
Лугостійкість, %	-	94,7...90,0	94...96	98,9	-
Стиранність, г/м ²	-	0,01	-	0,5...0,6	-

Речовина в склоподібному стані метастабільна і при нагріванні прагне перейти в термодинамічно стійкий, кристалічний стан.

Виникаючі в склі при мимовільній кристалізації кристали - чужорідні включення - псують зовнішній вигляд виробів, знижують їх механічну міцність і термостійкість. Проте при направленій кристалізації можна так підібрати її умови і склад маси так, що отриманий матеріал набуде таких властивостей, як високу міцність, вогнетривкість і термостійкість. На цій основі базується отримання одного з найсучасніших матеріалів - ситалів. Так називають штучні полікристалічні матеріали, отримані направленою кристалізацією скла відповідного хімічного складу і наділеними більш високими в порівнянні з склом фізико-технічними властивостями.

[ 2 ] – П.В. Кривенко «Будівельні матеріали»

Технологія виготовлення Процес перетворення скла в ситал Процес перетворення скла в ситал проходить в дві стадії: 1. Спочатку в склі утворюються центри кристалізації (стадія зародкоутворення); 2. а потім на цих центрах ростуть кристали різного розміру (стадія зростання кристалів). Структура ситалізованих скломатриць: а – микроліквація (530 ° С), б – перед кристалічний період (700 °С), в – мікрокристалізація (860 °С), г – завершення формування ситалової структури утворенням голчатих кристалів (940-960 °С) [4] Зародкоутворення Розрізняють два основні механізми утворення центрів кристалізації: - гомогенний - мимовільне зародкоутворення; - гетерогенний - поява зародків в результаті внесення основних частинок ззовні. Утворення зародків по гомогенному механізму пов'язано з особливим станом охолоджуваної рідини, коли зростає вірогідність виникнення мікроскопічних згустків молекул - флуктуацій. Ці флуктуації густини можуть давати поєднання молекул, здатні стати зародками нової фази. Хімічний склад кристалів в цьому випадку буде ідентичний складу центрів кристалізації. Робота утворення зародків в значній мірі залежить від поверхневого натягнення на межі зародок - рідина, тому істотне значення мають добавки, що впливають на поверхневе натягнення. 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.

[4] – «Стекло и керамика». – 1997. №2

Зростання кристалів та особливості теплового режиму 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. Схема (Схема №1) дозволяє встановити зв'язок утворення центрів кристалізації і лінійної швидкості кристалізації з графіком режиму термообробки.

Процес кристалізації може бути здійснений як при охолоджуванні розплаву, так і при нагріванні отверділого скла. Вирішальне значення мають знаходження оптимальної температури першої і другої витримки на кривій термічної обробки і тривалість витримки при цих температурах. Схема №1: Схема режиму термічної обробки скла, коли воно перетворюється в ситал. t , ° С Т пл Т иск Т чцк

†.мин

Т о 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. Каталізатори кристалізації: види та вимоги до них При виборі каталізаторів кристалізації до них пред'являють наступні вимоги: Необмежена розчинність в склі при температурах варіння і вироблення, і обмежена розчинність при температурі розм'якшення і нижче; Низька енергія активації при утворенні центрів кристалізації з розплаву в області знижених температур; Підвищена швидкість дифузії іонів або атомів каталізатора при низьких температурах в порівнянні з основними компонентами скла; Низька поверхнева енергія скла для забезпечення змочуваності кристала скла; Близькість параметрів кристалічної решітки каталізатора і кристалічної фази, що виділяється (відмінність не повинна перевищувати 10-15%). Як каталізатори кристалізації застосовують метали (Au, Ag, Pb, Cu), оксиди (TiO2, Cr2O3, FeO + Fe2O3, Zn, MnO, P2O5), фторидні з'єднання (CaF2, Na3AlF6, Na2SiF6), сульфіди (FeS, MnS, ZnS) і комбінації з них. У високотемпературному розплаві скломаси каталізатор розчиняється повністю і такий розплав можна достатньо швидко охолодити без кристалізації. Потім готовий виріб піддають додатковій тепловій обробці - нагріву і витримці в певному інтервалі температур.

Додаткова термічна обробка в області відносно низьких температур приводить до виділення мікрокристалів каталітичної добавки через обмежену розчинність в склі. Мікрокристали, що виділилися, виконують роль центрів кристалізації, на яких йде зростання кристалічної фази.

Температурні умови, що забезпечують найбільшу швидкість виділення центрів кристалізації і зростання кристалів, можуть не співпадати. Це визначається на кривих Таммана. Відповідно і термообробку ведуть або в одну або в дві стадії (наприклад при 740-750 і 950-1000 °З) (Схема №1). Тривалість витримки на кожній стадії 1-2 години.

Ситали одержують шляхом плавлення скляної шихти спеціального складу з добавкою нуклеаторів (каталізаторів), охолоджування розплаву до пластичного стану, формування з нього виробів методами скляної технології і подальшої ситалізації (кристалізації). Ситалові вироби одержують також порошковими методами спікання.

Нуклеатори мають кристалічні решітки, подібні до кристалічним фазам, що виділяються зі скла, і здатні в певних умовах утворювати центри кристалізації, приводячи до рівномірного закристалізуванню всієї маси скла.

Виготовлення ситалів Для виробництва ситалів використовують дещо видозмінену технологію скляного виробництва, яка включає наступні основні етапи: підготовка сировинних матеріалів; складання шихти; варіння скла; формування виробів; відпалювання виробів; кристалізація.

Приготування шихти – одна з найважливіших технологічних операцій. Шихта – це однорідна суміш компонентів для скловаріння, яку готують шляхом дозування по заданому рецепту підготовлених сировинних матеріалів та їх ретельного перемішування.

Процес приготування шихти автоматизований. Від точності та ретельності підготовки вихідних компонентів залежить якість звареної скломаси.

Рисунок №2: Схема приготовления стекольной шихты: 1, 2, 11 – бункера; 3, 6, 8, 9 – транспортеры; 6, 7 – смесители; 5 – дозатор воды;10 – элеватор. Кристалізацію виробів розділяють на 2 стадії: I. Температура скління відповідає режиму, при якому з'являються центри кристалізації (700-900 ° С); II. Температура максимального зростання кристалів (1000-1500 ° С). Крім того, температура варіння скломаси для ситалів може бути вищою: 1300…1700 °С. Вищезазначені температури залежать від виду шихти і можуть бути в межах: для стадії 1 - 700. 720 °З, для стадії 2 - 900.1150 °З. Отже, змінюючи режим термообробки, можна регулювати розмір і кількість проведених кристалів, регулюючи одночасно властивості вироблюваного матеріалу.

Рисунок №1. Тепловий режим виготовлення ситалів з кремнеземистих порід.

1500

Тривалість, час

1200

600 300 900

Температура, ° С

Кристалізацію можна здійснити відразу за формуванням, минувши відпалювання. Склад скла може бути отриманий так, щоб в ньому не містилися в значній кількості компоненти, здатні утворювати з каталітичною добавкою легколетючі з'єднання. Варіння ситалового скла можна здійснювати в горшкових і ванних печах. Ва нні печі періодичної дії використовують для варіння важко плавкого скла, що потребує високих температур та великої тривалості варіння.

Основними недоліками таких печей є періодичність дії та великі витрати теплоти на розігрів. В неперервно діючих печах сировинна шихта завантажується в один кінець ванни, а з іншого кінця відбувається неперервне виготовлення скломаси. Всі етапи варіння відбуваються одночасно, але в різних частинах печі. Горшкові печі використовують для виготовлення скла, що потребує високої однорідності та світло прозорості (оптичного скла) та спеціальних режимів варіння (кольорове скло), а також при малих об’ємах виробництва.

Варять таке скло в спеціальних вогнетривких ємкостях – горшках, поміщених у піч. В одній печі встановлюють декілька горшків, тому можна варити одразу скло декількох складів. Однак, горшкові печі працюють періодично та для них характерні великі витрати теплоти. [ 3 ] Схема №2: Ванна піч неперервної дії: 1, 2, 3 – виробничі канали, 4 – розділяючі пристрої, 5 – охолоджувальна частина печі, 6 – регенератори, 7 – пальники, 8 – навантажувальний карман, 9 – варильна частина печі, 10 – зведення печі.

[3] –Л.М. Сулименко «Общая технология силикатов»/учебник

Температура варива залежить від складу скла і може змінюватися від 1300 до 1700°С. Варіння скла з летючими каталізаторами (фториди, сульфіди, деякі оксиди) повинне проходити при помірно високих температурах (для зниження втрат летючих компонентів). Вибір способу формування визначається «довжиною» скла. Більшість ситалів - короткі. Найпоширеніші способи їх формування - литво (у тому числі і відцентрове), пресування, прокат. Литво і пресування виробів здійснюють в області високих температур, що дозволяє розділити в часі процеси формування і кристалізації. Відповідно до заданого фазового складу, розмірів кристалів і інших параметрів підбирають режим термообробки. В деяких випадках для отримання ситалів застосовують керамічну технологію («порошковий метод») по схемі: підготовка сировинних матеріалів, отримання шихти, вариво скла, грануляція, подрібнення скла в порошок, отримання пластичної композиції - шликера (стекло + зв'язка), формування виробів, спікання і кристалізація. Така схема менш досконала, оскільки одержувані вироби завжди мають деяку пористість. Вона використовується в основному при отриманні деталей складної форми.

Рисунок №3: Схема прес e вання виробу в формі: 1 – краля скломаси, 2 – прес-форма, 3 – обмежувальне кільце, 4 – пуансон, 5 – виріб, 6 – піддон. Види ситалів та їх застосування Всі відомі ситали можна умовно підрозділити на дві групи: o Технічні ситали; o Ситали 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. Технічні Сподуменові ситали 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 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 -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 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.

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

Шлакоситали 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: v Отримання скла на основі шлаку і виготовлення з нього виробів; v Термічна обробка виробів з метою отримання склокристалічного матеріалу.

Шлакоситали виходять чорного і білого кольору.

Забарвлення регулюють за рахунок виділення в склі різних сульфідів металів. [3 ] Застосування.

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.

Висновок Властивості ситалів.

Ситали володіють високою хімічною стійкістю до кислот і лугів, не окислюються навіть при високих температурах. Вони газонепроникні і володіють нульовим водопоглинанням, це добрі діелектрики.

Ситалам властива висока термостійкість, їх твердість наближається до твердості загартованої сталі. Ситали виготовляють за технологією виготовлення скла, доповненою кристалізацією (що відбувається в два етапи), використовуючи каталізатори-добавки.

Процес перетворення скла в ситал проходить в дві стадії: 3. Спочатку в склі утворюються центри кристалізації (стадія зародкоутворення); 4. а потім на цих центрах ростуть кристали різного розміру (стадія зростання кристалів). Ситали застосовують у виробництві текстильних машин, абразивів для шліфування, філь’єр для витягання синтетичних волокон. З них виготовляють підшипники оболонки вакуумних електронних приладів, труби для хімічної промисловості, деталі радіоелектроніки і деталі для двигунів внутрішнього згорання.

Ситали підрозділяють на фотоситали, термоситали і шлакоситали.

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.

оценка дома для наследства в Туле
кадастровая стоимость в Липецке
оценка аренды земли в Брянске