ВУЗ:
Составители:
Благодаря этим свойствам они находят применение в качестве оптических согласующих (иммерсионных) сред при выводе
излучения из светодиодов.
4.11. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СТЁКЛА
Стёкла – неорганические квазиаморфные твёрдые вещества, в которых при наличии ближнего порядка отсутствует
дальний порядок в расположении частиц.
По химическому составу неорганические стёкла подразделяют на элементарные, халькогенидные и оксидные. Свойства
диэлектриков проявляют лишь
оксидные стёкла. Основу оксидного стекла составляет стеклообразующий окисел. К числу
стеклообразующих окислов относятся SiO
2
, B
2
O
3
, GeO
2
, Р
2
О
5
. Наибольшее распространение получили силикатные стёкла
(т.е. на основе SiO) благодаря высокой химической устойчивости, а также дешевизне и доступности сырьевых компонентов.
Для придания определённых физических свойств, а также из технологических соображений в состав силикатных стёкол
вводят окислы различных металлов (наиболее часто – щелочных и щёлочно-земельных).
Сырьём для изготовления стёкол служат следующие материалы: кварцевый песок SiO
2
, сода Na
2
CO
3
, поташ К
2
СОз,
известняк СаСО
3
, доломит CaCO
3
– MgCO
3
, сульфат натрия Na
2
SO
4
, бура Na
2
B
4
O
7
, борная кислота Н
3
ВО
3
, сурик Рb
3
О
4
и др.
Сырьевые материалы измельчают, отвешивают в нужных соотношениях и тщательно перемешивают; полученную при
этом шихту загружают в стекловарочную печь. В крупном производстве применяют ванные печи, а для получения
небольшого количества стекла с точно выдержанным составом – горшковые печи. При нагреве шихта плавится, летучие
составные части (Н
2
О, СО
2
, SO
3
) из неё удаляются, а оставшиеся окислы химически реагируют между собой, в результате
чего образуется однородная стекломасса, которая и идёт на выработку листового стекла или стеклянных изделий.
Формовку изделий из стекла осуществляют путём выдувания, центробежного литья, вытяжки, прессования, отливки и
т.п. Необходимо отметить, что стеклообразное состояние материала получается лишь при быстром охлаждении
стекломассы. В случае медленного охлаждения начинается частичная кристаллизация, стекло теряет прозрачность из-за
нарушения однородности, а отформованные изделия обладают при этом невысокой механической прочностью.
Изготовленные стеклянные изделия подвергают отжигу, чтобы устранить опасные местные механические напряжения в
стекле, возникшие при быстром и неравномерном его остывании. При отжиге изделие нагревают до некоторой достаточно
высокой температуры (температура отжига), а затем медленно охлаждают.
4.12. СИТАЛЛЫ
Ситаллы – это стеклокристаллические материалы, получаемые путём почти полной стимулированной кристаллизации
стёкол специально подобранного состава. Они занимают промежуточное положение между обычными стёклами и
керамикой. Недостатком стёкол считается процесс местной кристаллизации – расстекловывание, приводящее к появлению
неоднородности и ухудшению свойств стеклянных изделий. Если в состав стёкол, склонных к кристаллизации, ввести одну
или несколько добавок веществ, дающих зародыши кристаллизации, то удаётся стимулировать процесс кристаллизации
стекла по всему объёму изделия и получить материал с однородной микрокристаллической структурой.
Технология получения ситалла состоит из нескольких операций. Сначала получают изделие из стекломассы теми же
способами, что и из обычного стекла. Затем его подвергают чаще всего двухступенчатой термической обработке при
температурах 500 … 700°С и 900 … 1100°С. На первой ступени происходит образование зародышей кристаллизации, на
второй – развитие кристаллических фаз. Содержание кристаллических фаз к окончанию технологического процесса
достигает порядка 95%, размеры оптимально развитых кристаллов составляют 0,05 … 1 мкм. Изменение размеров изделий
при кристаллизации не превышает 1 … 2%.
Таким образом, ситаллы отличаются от стёкол тем, что в основном имеют кристаллическое строение, а от керамики –
значительно меньшим размером кристаллических зёрен.
Кристаллизация стекла может быть обусловлена фотохимическими и каталитическими процессами. В первом случае
центрами кристаллизации служат мельчайшие частицы металлов (серебра, золота, меди, алюминия и др.), выделяющиеся из
соответствующих окислов, входящих в состав стекла, под влиянием облучения с последующей термообработкой для
проявления изображения. Для инициирования фотохимической реакции обычно используют ультрафиолетовое излучение.
При термообработке происходит образование и рост кристаллитов вокруг металлических частиц. Одновременно при
проявлении материал приобретает определённую окраску. Стеклокристаллические материалы, получаемые таким способом,
называют
фотоситаллами. Если облучать не всю поверхность изделия, а лишь определённые участки, то можно вызвать
локальную кристаллизацию в заданном объёме.
Закристаллизованные участки значительно легче растворяются в плавиковой кислоте, нежели примыкающие к ним
стеклообразные области. Это позволяет травлением получать в изделиях отверстия, выемки и т.п.
Технология изготовления ситаллов упрощается, если в качестве катализаторов кристаллизации использовать
соединения, ограниченно растворимые в стекломассе или легко кристаллизующиеся из расплава. К числу таких соединений
относятся TiO
2
, FeS, B
2
O
3
, Cr
2
O
3
, V
2
O
5
, фториды и фосфаты щелочных и щёлочно-земельных металлов. При каталитической
кристаллизации необходимость в предварительном облучении отпадает. Получаемые при этом стеклокристаллические
материалы называют
термоситаллами.
По внешнему виду ситаллы представляют собой плотные материалы белого и от светло-бежевого до коричневого цвета.
Они отличаются повышенной механической прочностью, могут иметь как очень маленький, так и большой коэффициент
линейного расширения, высокую теплопроводность и удовлетворительные электрические характеристики.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- …
- следующая ›
- последняя »
