Ситаллы: основные свойства
Характеристика ситаллов как неорганических материалов, получаемых направленной кристаллизацией различных стёкол при их термической обработке. Физические, механические и химические свойства материала. Эксплуатационные свойства и применение ситаллов.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.01.2020 |
| Размер файла | 1,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Московский государственный университет
имени М. В. Ломоносова»
биотехнологический факультет
РЕФЕРАТ
на тему:
Ситаллы
Работу выполнила
студентка 3 курса
Мухина Кристина Александровна
Москва-2019
Оглавление
ситалл материла неорганический
Состав материала
Структура материала
Физические, механические и химические свойства материала
Технологические свойства
Эксплуатационные свойства и применение
Выводы
Список литературы
Состав материала[1][2]
Ситаллы (стеклокристаллические материалы), неорганические материалы, получаемые направленной кристаллизацией различных стёкол при их термической обработке. Состоят из одной или нескольких кристаллических фаз. В ситаллах мелкодисперсные кристаллы (до 2000 нм) равномерно распределены в стекловидной матрице. Количество кристаллических фаз в ситаллах может составлять 20 - 95% (по объёму). Изменяя состав стекла, тип инициатора кристаллизации (кристаллизатора) и режим термической обработки, получают ситаллы с различными кристаллическими фазами и заданными свойствами. Впервые ситаллы были изготовлены в 50-х гг. 20 в. Материалы, подобные ситаллам за рубежом называют пирокерамом, девитрокерамом, стеклокерамом.
Ситаллы обладают высокой прочностью, твёрдостью, износостойкостью, малым термическим расширением, химической и термической устойчивостью, газо- и влагонепроницаемостью. По своему назначению могут быть разделены на технические и строительные. Технические ситаллы получают на основе систем: Li2O - Al2O3 - SiO2, MO - Al2O3 - SiO2, Li2O - MO - Al2O3 - SiO2, где М = Mg, Ca, Zn, Ba, Sr и др.; MgO - Al2O3 - SiO2 - K2O - F; MO - B2O3 - Al2O3 (где М - Ca, Sr, Pb, Zn); PbO - ZnO - B2O3 - Al2O3 - SiO2 и др. По основному свойству и назначению подразделяются на высокопрочные, радиопрозрачные химически стойкие, прозрачные термостойкие, износостойкие и химически стойкие, фотоситаллы, слюдоситаллы, биоситаллы, ситаллоцементы, ситаллоэмали, ситаллы со специальными электрическими свойствами.
Высокопрочные ситаллы получают главным образом на основе стёкол систем MgO - Al2O3 - SiO2 (кордиеритовые составы) и Na2O - Al2O3 - SiO2 (нефелиновые составы). Инициатором кристаллизации является TiO2.
Оптически прозрачные термостойкие и радиопрозрачные химически стойкие ситаллы получают на основе стекол ситемы Li2O - Al2O3 - SiO2 (сподумено-эвкриптитовые составы); инициатором кристаллизации является TiO2. В оптически прозрачных ситаллах размер кристаллов не превышает длины полуволны видимого света.
Износостойкие и химически стойкие ситаллы получают на основе стекол СаO - MgO - SiO2 (пироксеновые составы); инициатор кристаллизации - фторид или оксид хрома.
Фотоситаллы обычно получают на основе стёкол системы Li2O - Al2O3 - SiO2 со светочувствительными добавками (соединения золота, серебра и меди), которые под действием ультрафиолетового облучения и дальнейшей тепловой обработки стекла способствуют его избирательной кристаллизации.
Слюдоситаллы получают на основе стекол системы MgO - Al2O3 - SiO2 - K2O - F (фторфлогопитовые, фторрихтеритовые, фторамфиболовые состав).
Биоситаллы получают обычно на основе стекол системы CaO - MgO - SiO2 - P2O5 (апатито-волластонитовые составы).
Ситаллоцементы получают на основе стекол системы PbO - ZnO - B2O3 - SiO2.
Ситаллы со специфическими электрическими свойствами получают на основе стекол систем BaO - Al2O3 - SiO2 - TiO2 и Nb2O5 - CoO - Na2O - SiO2.
К группе строительных ситаллов относят шлако-, золо-, петроситаллы, получаемые с использованием шлаков черной и цветной металлургии, зол, горных пород. В зависимости от химического состава используемых отходов, определяющих вид доминирующей кристаллической фазы, подразделяются на волластонитовые, пироксеновые (инициаторы кристаллизации - оксиды хрома, титана, железа, фториды), мелилитовые (система CaO - MgO - 2Al2O3 - SiO2, инициатор кристаллизации - оксид хрома), пироксен-авгитовые и геденбергитовые (система CaO - MgO - Fe2O3 - Al2O3 - SiO2), форстеритовые (система CaO - MgO - SiO2) и эгириновые (Na2O - Fe2O3 - SiO2) ситаллы.
В обозначении марки ситалла после буквы СТ указывается значение температурного коэффициента линейного расширения и серия разработки. Ниже приведены три самые распространенные промышленные марки ситаллов (таблица 1).
Таблица 1. Примеры марок промышленных ситаллов[5]
|
Свойство |
Марка ситалла |
|||
|
СТ-32-1 |
СТ-38-1 |
СТ-50-1 |
||
|
Плотность, кг/м3 |
3190 |
2900 |
2650 |
|
|
Коэффициент термического расширения х106, °С-1 |
32 |
38 |
50 |
|
|
Теплопроводность, Вт/(м·°С) |
1,05 |
1,31 |
- |
|
|
Диэлектрическая проницаемость при 106 Гц и 20 °С |
10 |
7,37 |
8,2 |
|
|
Тангенс угла диэлектрических потерь при 106 Гц и 20 °С |
4·10-4 |
6·10-4 |
5·10-3 |
ГОСТы, определяющие стандарты ситаллов: ГОСТ 596100 - 596212[5][6]
Структура материала[1][2]
Состоят из одной или нескольких кристаллических фаз. В ситаллах мелкодисперсные кристаллы (до 2000 нм) равномерно распределены в стекловидной матрице. Количество кристаллических фаз в ситаллах может составлять 20 - 95% (по объёму).
Высокопрочные ситаллы MgO - Al2O3 - SiO2 с главной кристаллической фазой - кордиерит имеет кристаллы короткопризматические по габитусу, относятся к ромбической сингонии и иногда сдвойникованы таким образом, что кажутся гексагональными. Кристаллическая структура характеризуется кольцевым строением и аналогична структуре берилла. Имеется направление хорошей спайности, параллельной главной грани в зоне призмы. В соответствии с симметрией кристаллов кордиерит оптически двуосный, по большей части отрицательный.
Радиопрозрачные химически стойкие ситаллы Li2O - Al2O3 - 4SiO2 - в-сподумен имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Кристаллы, как правило, сильно полосатые параллельно главной оси. Кристаллические грани часто выгравированы и без косточек с треугольными отметинами.
Оптически прозрачные термостойкие ситаллы Li2O - Al2O3 - 2SiO2 в-эвкриптит имеет гексагональную кристаллическую решетку тригонально-ромбоэдрический вид симметрии. Кристаллы редки и мелки. По форме кристаллы несколько вытянуты по оси b, характерны тонковолокнистые кристаллические срастания, часто симметрично расположенные. Образуют плотные хапцедоноподобные массы, а также зернистые, волокнистые и шестоватые агрегаты.
Износостойкие и химически стойкие ситаллы СаO - MgO - SiO2 - пироксен, у которых главным мотивом структуры являются цепочки SiO4 тетраэдров, вытянутые по оси с. В пироксенах тетраэдры в цепочках поочередно направлены в разные стороны. В структуре имеется две неэквивалентные позиции - М1 и М2. Позиция М1 по форме близка правильному октаэдру и в ней располагаются мелкие катионы. Позиция М2 менее правильная и при вхождении в неё крупных катионов (особенно Ca) она приобретает восьмирную координацию, кремниекислородные цепочки смещаются относительно друг друга и структура минерала становится моноклинной.
Слюдоситаллы MgO - Al2O3 - SiO2 - K2O - F с кристаллической фазой фторфлогопит имеют моноклинную сингонию.
Биоситаллы CaO - MgO - SiO2 - P2O5 имеют основную кристаллическую фазу апатит с гексагонально-дипирамидальный видом симметрии. Характерны зернистые сахаровидные агрегаты, плотные сливные массы, а также радиально-лучистые и шестоватые агрегаты.
Ситаллоцементы PbO - ZnO - B2O3 - SiO2 имеют основную кристаллическую фазу борат свинца - плоские анионные группы, образующие почти плоские кольца.
Шлакоситаллы CaO - Al2O3 - SiO2 имеют основную кристаллическую фазу волластонит, имеющую триклинную (примитивную) сингонию.
Физические, механические и химические свойства материала[1][2][3]
Ситаллы обладают малой плотностью (они легче алюминия), высокой механической прочностью, особенно на сжатие, твёрдостью, жаропрочностью, термической стойкостью, химической устойчивостью и другими ценными свойствами. Ситаллы имеют большинство положительных свойств, которые есть у стекла, в том числе и технологичность.
Существуют ситаллы со специальными свойствами: прозрачные, магнитные, полупроводниковые, радиопрозрачные и другие.
Твёрдость большинства ситаллов составляет 6,5-7 единиц по Моосу, предел прочности на изгиб - до 250 МПа, термостойкость - до 1000 °C.
Более подробно их свойства представлены в таблице 2.
Таблица 2. Свойства некоторых промышленных ситаллов[2]
Таблица 2 (продолжение). Свойства некоторых промышленных ситаллов[2]
Технологические свойства[1][2][4]
Получают ситаллы и изделия из них главным образом с использованием стекольной и керамической технологии, иногда по химическому способу. Наиболее распространена технология называемая стекольная технология, включающая варку стекла из шихты, формирование изделий (прессование, прокатка, центробежное литьё) и термическую обработку. Последняя стадия обеспечивает кристаллизацию стекла вследствие введения в стекольную массу специальных инициаторов - каталитических добавок - оксидов титана, хрома, никиля, железа, 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 термопластичную связку и изобразовавшейся массы прессованием или шликерным литьём формируют 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 главным образом 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.
Эксплуатационные свойства и применение
Высокопрочные ситаллы имеют уизг 240-350 Мпа, но после упрочнения ионообменной обработкой в расплавленных солях калия имеют уизг 1370 МПа. Области применения высокопрочных ситаллов - ракето- и авиастроение (обтекатели антенн), радиоэлектроника.
Оптически прозрачные термостойкие и радиопрозрачные химически стойкие ситаллы имеют температурные коэффициент расширения, близкие к нулю, и иногда даже отрицательные - до -5·10-6 К-1. Области применения - космическая и лазерная техника, астрооптика. Введение в состав таких ситаллов активаторов люминесценции и специальных добавок позволяет применять их в солнечных батареях.
Износостойкие и химически стойкие ситаллы отличаются высокой износостойкостью (истираемость 0,001 г/см2) и стойкостью в различных химических средах. Применяются в текстильной, химической, автомобильной промышленности, буровой и горнодобывающей технике.
Фотоситаллы находят применение в микроэлектронике, ракетной и космической технике, оптике, полиграфии как светочувствительные материалы (например, для изготовления оптических печатных плат, в качестве светофильтров).
Слюдоситаллы сочетают высокие механические и электрические свойства с хорошей механической обрабатываемостью - их можно резать, сверлить, фрезеровать, шлифовать. Применяются в машиностроении для изготовления деталей, подвергающихся трению и износу, а также в качестве материала для деталей сложной конфигурации.
Биоситаллы имеют высокую механическую прочность, биологическую совместимость с тканями организма, что позволяет использовать их в медицине для зубных и костных протезов.
Ситаллоцементы имеют очень низкий коэффициент теплового расширения (4-10) · 10-6 К-1; применяются для спаивания стеклодеталей цветных кинескопов и электроннолучевых трубок, герметизации полупроводниковых приборов, в производстве жидкокристаллических индикаторов, в микроэлектронике. Перспективно также использование таких ситаллов в качестве стеклокристаллических покрытий (стеклоэмалей), наносимых на поверхность различных металлов (W, Mo, Nb, Та, их сплавов, различных видов стали) с целью защиты их от коррозии, окисления и износа при обычных и повышенных температурах. Отличаются повышенной термо- и жаростойкостью, устойчивостью к истиранию, высокой механической и электрической прочностью. Применяются в качестве покрытий для деталей дизелей, газотурбинных установок, атомных реакторов, авиационных приборов, электронагревательных элементов.
Ситаллы со специальными электрическими свойствами характеризуются высокой диэлектрической проницаемостью (е 240 - 1370) и низким коэффициентом диэлектрических потерь (1,5 - 3,2). Используются для изготовления низкочастотных конденсаторов большой емкости, пьезоэлементов и др. Разработаны полупроводниковые, ферромагнитные, ферро-электрические, сегнетоэлектрические ситаллы с различным сочетанием электрических свойств.
Строительные ситаллы имеют высокие прочностные характеристики (уизг 100-180 МПа), высокую микротвердость (8500-9000 МПа), относительно низкую истираемость (0,05 г/см2), высокую стойкость к химическим и термическим воздействиям. Применяются в строительстве, горнодобывающей, химической и др. отраслях промышленности.
Выводы
Ситаллы обладают высокой прочностью, твёрдостью, износостойкостью, малым термическим расширением, химической и термической устойчивостью, газо- и влагонепроницаемостью. По своему назначению могут быть разделены на технические и строительные. По основному свойству и назначению подразделяются на высокопрочные, радиопрозрачные химически стойкие, прозрачные термостойкие, износостойкие и химически стойкие, фотоситаллы, слюдоситаллы, биоситаллы, ситаллоцементы, ситаллоэмали, ситаллы со специальными электрическими свойствами. К группе строительных ситаллов относят шлако-, золо-, петроситаллы, получаемые с использованием шлаков черной и цветной металлургии, зол, горных пород.
Из-за их различных свойств, ситаллы используют в ракето- и авиастроение (обтекатели антенн), радиоэлектронике, космической и лазерной технике, астрооптике, солнечных батареях, строительстве, атомных реакторах, авиационных приборах, электронагревательных элементах, химической, текстильной, автомобильной промышленности, буровой и горнодобывающей технике, оптике, полиграфии, машиностроении для изготовления деталей, подвергающихся трению и износу, медицине, электротехнике и во многом другом.
Список литературы
1. Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева, Материаловеденье: Москва «Машиностроение» 1980.
2. Химическая энциклопедия, глав. ред. Н. С. Зефиров: научное издательство «Большая Российская Энциклопедия» Москва 1995.
3. Макмиллан П. У., Стеклокерамика, пер. с англ., М. 1967.
4. Жунина Л. А., Кузьменьков М. И., Яглов В. Н., Пироксеновые ситаллы, Минск, 1974
5. Коленко Е. А. Технология лабораторного эксперимента: Справочник. -СПб.: Политехника, 1994.
6. ГОСТ 596100
7. ГОСТы 596100 - 596212
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Свойства материалов: механические, физические, химические. Виды деформаций: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и изгиб. Расчет плотности, теплопроводности и теплоемкости материалов. Огнестойкость материалов: несгораемые, трудносгораемые, сгораемые.
презентация [32,0 M], добавлен 10.10.2015Особенности газообразных и жидких, органических полимерных, слоистых диэлектриков, композиционных порошковых пластмасс, электроизоляционных лаков и компаундов, неорганических стекол и ситаллов, керамики. Их электрические свойства, область применения.
контрольная работа [24,5 K], добавлен 29.08.2010Оптические свойства стекол (показатель преломления, молярная и ионная рефракция, дисперсия). Оптические свойства и строение боросиликатных стёкол, которые содержат на поверхности наноразмерные частицы серебра и меди. Методы исследования наноструктур.
дипломная работа [3,0 M], добавлен 18.09.2012Классификация материалов по электропроводности. Сегнетоэлектрические материалы, их физические свойства и особенности применения в технике. Кристаллическая структура и физические свойства титаната бария. Зонная структура и электропроводность.
дипломная работа [6,6 M], добавлен 26.03.2012Основные свойства трития. Реакторы для наработки трития. Пути решения проблемы газовых выбросов. Оценка радиационной опасности трития от различных ядерных объектов. Химические и физические свойства бериллия. Вычисление плотности потока нейтронов.
дипломная работа [687,9 K], добавлен 20.01.2013Структура межзеренных границ наноструктурированных материалов и сверхпластичность наноструктур. Сущность закона Хола-Петча. Дефекты в наноструктурированных материалах. Влияние границ раздела на механические свойства нанокристаллических наноматериалов.
курсовая работа [838,1 K], добавлен 21.09.2013Свойства нанокристаллических порошковых материалов на основе тугоплавких соединений. Высокоэнергетические методы консолидации порошковых наноматериалов. Получение спеканием и свойства плотных образцов карбонитрида титана c нанокристаллической структурой.
реферат [5,2 M], добавлен 26.06.2010Свойства твердых тел. Основные виды деформации. Основные допущения о свойствах материалов и характере деформирования. Геометрическая схематизация элементов строительных конструкций. Внешнее воздействие на тело. Классификация нагрузок. Крутящий момент.
реферат [2,4 M], добавлен 28.01.2009Понятие и общая характеристика резины, физические и потребительские свойства данного материала. Способы и методы, основные этапы получения, сферы и преимущества практического применения. Области применения материала в электротехнике и энергетике.
реферат [21,2 K], добавлен 30.06.2014История открытия, физические и химические свойства. Поведение титана и его сплавов в различных агрессивных средах. Основные диаграммы состояния. Перспективы применения в медицине. Биологически и механически совместимые имплантаты из никелида титана.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 07.01.2015Принципы численного моделирования влияния пор на физико-механические свойства материалов. Разработка элементной модели углепластика, содержащей дефект в виде поры на границе волокно-матрица. Построение такой модели в программном комплексе ANSYS.
дипломная работа [4,5 M], добавлен 21.09.2017Описание нелинейных диэлектриков и их основная классификация. Физические свойства сегнетоэлектриков и их сфера применения. Характеристика и свойства пьезоэлектриков: прямой и обратный пьезоэффект, объяснение этого эффекта. Особенности электретов.
контрольная работа [22,4 K], добавлен 23.04.2012Структура и типы квазикристаллов, методы их получения, области применения, физические свойства: оптические, механические и поверхностные, сверхпроводимость, магнетизм, теплопроводность. Электронный спектр и структурная стабильность. Возбуждения решетки.
курсовая работа [942,4 K], добавлен 14.01.2015Композит как основа из одного материала, армированная наполнителями из волокон. Методы получения композитов: искусственные, естественные. Взаимодействия в композиционных материалах. Структура и физические свойства (1-х)(La0.5Eu0.5)0.7Pb0.3MnO3+PbTiO3.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 22.08.2011Магнитная жидкость как коллоидная система магнитных частиц и ее физико-химические свойства. Статистические магнитные свойства МЖ. Физические основы метода светорассеяния. Методика проведения экспериментов по светорассеянию. Коэффициент деполяризации.
дипломная работа [740,7 K], добавлен 20.03.2007Свойства звукоизоляции и звукопроницаемости материалов. Определение звукоизоляции образца звукоизоляционного материала с помощью акустического интерферометра. Характеристики погрешности измерений. Оценка погрешности измерений звукоизоляции образца.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 24.06.2012Определение видимого света, его характеристика, основные свойства и измерение. Характеристика освещения при различных соотношениях линейных размеров источника света и расстояния до объекта съемки. Сочетание направленного и рассеянного света в фотосъемке.
реферат [1,4 M], добавлен 01.05.2009Свойства звука и его высота, громкость и скорость. Расчет скорости в жидкости, газе и в твердых телах. Акустический резонанс и его применение, свойства отражения и поглощения, воздействие шума на человека и значение достижений науки в борьбе за тишину.
реферат [35,3 K], добавлен 18.05.2012Параметры выключателей высокого напряжения. Физико-химические свойства элегаза. Конструкция элегазовых выключателей, характеристика его составных частей. Преимущества, принцип работы и устройство выключателей серии ВГТ-110-40/2500 У1 И ВГТ-220-40/2500 У1.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 06.04.2012Истории открытия, исследования и применения гелия, принципы его накопления в земной коре, физико-технические, электрические и химические свойства, а также анализ его места во Вселенной. Общая характеристика гелиевого воздуха, его достоинства и недостатки.
реферат [33,4 K], добавлен 13.11.2010
