1.2 Классификация стекол по составу

По типу неорганических соединений различают следующие классы стекол: элементарные, оксидные, галогенидные, халькогенидные, сульфатные, нитратные, карбонатные, фосфатные и др.

Элементарные стекла – это стекла, состоящие из атомов одного элемента. В стеклоподобном состоянии можно получить серу, селен, мышьяк, фосфор. Стеклообразные серу и селен удается получить при быстром переохлаждении расплава; мышьяк – методом сублимации в вакууме; фосфор – при нагревании под давлением более 100 МПа.

Оксидные стекла представляют собой обширный класс соединений. При определении класса учитывается природа стеклообразующего оксида, входящего в состав стекла в качестве главного компонента. Классическими стеклообразователями являются оксид бора, оксид кремния, оксид германия, оксид фосфора. Таким образом, различают классы силикатных, боратных, фосфатных, германатных, теллуритных, алюминатных и других стекол. Каждый из классов, в свою очередь, разделяется на группы в зависимости от природы сопутствующих оксидов, входящих в состав стекла.

Галогенидные стекла получают на основе стеклообразующего компонента ВеF₂. Многокомпонентные составы фторобериллатных стекол содержат также фториды алюминия, кальция, магния, стронция и бария. Фторобериллатные стекла находят практическое применение благодаря высокой стойкости к действию жестких излучений, включая рентгеновские и γ-лучи, агрессивных сред – фтор, фтористый водород.

Халькогенидные стекла получают в бескислородных системах. Они прозрачны в инфракрасной области спектра, обладают полупроводниковой проводимостью электронного типа, обладают внутренним фотоэффектом.

1.3 Стеклокристаллические материалы (ситаллы)

Ситаллом называют искусственный поликристаллический материал, полученный кристаллизацией стекла соответствующего химического состава и обладающий более высокими по сравнению с этим стеклом физико-химическими свойствами. Ситаллы состоят из множества более или менее мелких кристаллов, связанных между собой межкристаллической прослойкой.

Для превращения стекла в ситалл необходимы два условия: во-первых, стекло должно иметь нужный химический состав и, во-вторых, процесс кристаллизации такого стекла должен осуществляться по особому методу. 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 [1].

Ситаллы состоят из кристаллической и остаточной стекловидной фаз. Размер кристаллов, как правило, менее 1 мкм, а их концентрация может меняться в значительных пределах (20 – 90 % по объему).

Существует ряд поликристаллических материалов, получаемых методами керамической технологии, например: муллит, динас, магнезит и др. Эти материалы обычно получают из готовых кристаллических порошков, которые в процессе термической обработки спекаются и рекристаллизуются.

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 метода, сходного с применяемым в керамике. Однако при получении ситаллов применяют не кристаллические, а стекловидные порошки, которые при нагревании кристаллизуются и спекаются в монолитный материал поликристаллического строения. Следовательно, отличительная особенность технологии ситаллов состоит в ее генетической связи с технологией стекла.

Ситаллы обладают высокой прочностью, твердостью, износостойкостью, химической и термической устойчивостью, газо- и влагонепроницаемостью. Имеют как очень маленький, так и большой коэффициент линейного расширения, высокую теплопроводность и удовлетворительные электрические характеристики.

Термическая устойчивость ситаллов обеспечивается очень небольшими, а иногда и отрицательными коэффициентами термического расширения [2].