Технология получения ситаллов

Получают ситаллы и изделия из них главным образом с использованием стекольной и керамической технологии, иногда по химическому способу. Наиболее распространена так называемая стекольная технология, включающая варку стекла из шихты, формование изделий (прессование, прокатка, центробежное литье) и термическую обработку. Последняя стадия обеспечивает кристаллизацию стекла вследствие введения в стекольную массу специальных инициаторов- каталитических добавок - оксидов Ti, Сr, Ni, Fe, фторидов, сульфидов, металлов платиновой группы, а также вследствие склонности стекол к ликвации, способствующей образованию поверхности раздела фаз и приближающей химический состав микрообластей к составу будущих кристаллов. Термическую обработку осуществляют обычно по двухступенчатому режиму; температура первой ступени лежит в области температуры размягчения стекла и соответствует максимальной скорости зарождения центров кристаллизации, при температуре второй ступени происходит выделение кристаллов ведущей фазы, определяющей основные свойства ситаллов.

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 по золь-гель технологии, в основе которой лежит низкотемпературный синтез (посредством реакций гидролиза и конденсации) металлоорганических соединений элементов, составляющих стекло, 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, что резко улучшает свойства ситаллов, синтезируемых на их основе.

Свойства ситаллов и изделия из них

Ситаллы обладают благоприятным сочетанием многих важных свойств: высокой механической прочностью, влаго- и газонепроницаемостью, термостойкостью, высокой температурой размягчения, хорошими диэлектрическими свойствами, химической стойкостью.

Ситаллы выдерживают сравнение с рядом конструкционных материалов - легированными сталями, черными металлами, алюминием и превосходят по своим свойствам стекло.

Твердость некоторых ситаллов приближаются к твердости закаленной стали и почти в 25 раз больше твердости шлифованного оконного стекла.

Ситаллы обладают высокой стойкостью к действию сильных кислот (кроме плавиковой) и щелочей. Значительная механическая прочность, а также химическая стойкость способствуют применению ситалловых изделий в химической и нефтехимической промышленности. Термостойкость изделий из ситалла равна 200°-700°С, а иногда достигает 1100°С.

Высокие термомеханические свойства предопределяют использование ситалловых изделий в специальных областях строительства. Они находят применение для изготовления деталей, сохраняющих стабильные размеры при изменениях температуры (например, фундаменты особо точных станков). Трубы из ситалла применяют для изготовления теплообменников.

Полученные ситаллы, поглощающие медленные нейтроны, а также отличающиеся жаростойкостью и способностью герметически паяться со сталью. Эти ситаллы используют при изготовлении стержней в ядерных реакторах и для устройства биологической защиты.

Разработан эффективный и экономически выгодный способ получения ситаллов из огненно-жидких металлургических шлаков. Для получения шлакоситаллов в расплавленный шлак вводят корректирующие добавки и добавки-катализаторы, ускоряющие кристаллизацию шлаков. В качестве кристаллизаторов используют чаще всего TiO₂, P₂O₅, CaF₂, сульфиды тяжелых металлов Fe и Mn в количестве 4-5%, при охлаждении огненно-жидкого шлака происходит выделение тонкодисперсных частичек катализатора, которые являются зародышами кристаллизации расплава. Отформованное от расплава изделие подвергают термообработке по определенному режиму.

Объемная масса шлакоситаллов 2500-2650 кг/м³, предел прочности при сжатии - 500-600 МПа, модуль упругости - 11 · 10 · 4МПа, рабочая температура - до 750°С, температура размягчения - 950°С, водопоглощение практически равно нулю.

По внешнему виду шлакоситалл представляет собой плотный, тонкозернистый, непрозрачный материал. Практически можно получить шлакоситалл любого цвета путем использования в процессе изготовления изделий различных керамических красок. Из шлакоситалла изготавливают дешевые и высококачественные изделия, отличающиеся высокой долговечностью и используемые в жилищном и промышленном строительстве для устройства лестничных ступеней, плиток для полов, подоконников, внутренних перегородок и других деталей. Волнистый и плоский листовой шлакоситалл можно применять как кровельный и стеновой материал.

Шлакоситалл применяют в гидротехническом строительстве для облицовки ответственных частей гидросооружений, а также в дорожном строительстве в качестве плиты для тротуаров, дорожных покрытий, бортовых камней. Листовой шлакоситалл можно использовать как декоративно-отделочный материал для наружной и внутренней облицовки различных сооружений.

Вспененный шлакоситалл (пеношлакоситалл) имеет ячеистую структуру, как и пеностекло, но отличается от него своим строением. Пеношлакоситалл является эффективным теплоизоляционным материалом, поскольку он обладает незначительным водопоглощение и малой гигроскопичностью. Его используют для утепления стен и перекрытий, а также для звукоизоляции помещений. Изделия из пеношлакоситалла могут работать при температурах до 750°С, поэтому также их применяют также для изоляции теплопроводов и промышленных печей.

Легкость в сочетании с прочностью, твердостью и технологичностью ведет к широкому применению в машиностроении. Подшипники скольжения, работающие без смазки при температуре 550º, поршни, детали выхлопа двигателей внутреннего сгорания, химическая аппаратура, фильеры для вытягивания синтетических волокон, рабочие колеса, лопатки насосов, перекачивающие агрессивные жидкости с абразивами. Ситаллы используются в качестве жаро- и износостойких эмалей для защиты металлических деталей. Ситалловые эмали могут работать при температурах до 800-900º С.