ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ШЛАКОСИТАЛЛОВ

Открытие в 50-х годах путей управления кристалли­зацией стекла привело к получению стеклокристалличе - ских материалов (названных в СССР ситаллами, в США пирокерамами), которые благодаря своей тонкокристал­лической структуре, относительно небольшой плотности, сочетанию ценных физико-химических свойств и возмож­ности их получения приемами стекольной технологии стали широко использоваться в различных областях на­родного хозяйства.

Этим самым было положено начало новому подходу к явлениям кристаллизации стекла. Сущность направлен­ной кристаллизации стекла, используемой для получе­ния стеклокристаллических материалов типа ситаллов и шлакоситаллов, состоит в следующем. В стекломассу, обладающую оптимальной склонностью к объемной кристаллизации, вводят интенсифицирующие процесс кристаллизации добавки-катализаторы. Введение не­больших количеств катализаторов приводит при соответ­ствующей тепловой обработке к образованию в стекле центров кристаллизации, способстиующих. получению тонкокристаллической структуры в материале при после­дующей кристаллизации стекла.

Механизм образования центров кристаллизации в за­висимости от состава стекла и типа катализатора может быть двухвариантным. В первом случае, когда в качест­ве катализаторов используют благородные и цветные ме­таллы и их оксиды (Pt, Au, Ag, Cu20 и др.), направлен­ная кристаллизация стекла осуществляется на основе механических затравок — центров кристаллизации. Ука­занные катализаторы кристаллизации, будучи введен­ными в состав стекла, при температурах варки растворя­ются в стекломассе. При термической обработке таких стекол (при температурах, соответствующих первой сту­пени кристаллизации) указанные катализаторы выделя­ются в виде микрокристаллических частиц размером ме­нее 10 нм, которые и служат основой для последующей кристаллизации стекла.

Во втором случае, когда в качестве катализаторов кристаллизации используются различные оксиды и со­ли металлов (фосфаты, фториды, сульфиды, оксиды ти­тана, циркония и Др.), имеет место микроликвационный характер направленной кристаллизации стекла.

Суть ее состоит в следующем. Введенные в состав ка­тализаторы кристаллизации при соответствующей тепло­вой обработке способствуют образованию в стекле ме- тастабильной фазы. Происходит разделение стекла на две стеклообразные фазы различного состава. Катали­заторы кристаллизации входят в состав первой метаста - бильной фазы, образуя по всему объему стекла микро - ликвационные участки (они как бы в виде капель определенного химического состава, отличающегося от основного стекла размером не свыше 10 нм, распределе­ны равномерно по всему объему). Таким образом, в стек­ле при первой ступени кристаллизации благодаря образо­ванию микроликвационных участков создается большая поверхность раздела фаз, которая снижает энергию об­разования зародышей основной кристаллической фазы и вызывает равномерное развитие центров кристаллиза­ции по всему объему.

Катализированная кристаллизация стекла — слож­ный физико-химический процесс, и получение закристал­лизованного материала определенной микроструктуры с максимальным количеством кристаллической фазы и с заданными физико-химическими и механическими свой­ствами определяется многими факторами. Основные из них: химический состав стекла, вид и количество ката­литических добавок, режим термообработки.