Строительные материалы и изделия

Стеклокристаллические материалы

Стеклокристаллические материалы (СКМ) получают из твер­дого стекла путем управляемой частичной кристаллизации. Благо­даря разнообразной цветовой гамме и текстуре их применяют при отделке зданий и сооружений. Они имеют высокую прочность и долговечность, абсолютно устойчивы к выцветанию, негорючи.

По соотношению между кристаллической и стеклообразной фазами СКМ можно подразделить на две группы. Первую группу составляют авантюриновые стекла, стекломрамор, стеклокристал - лит и стеклокремнезит, в структуре которых преобладает стекло - фаза, а кристаллические образования — мелкие, равномерно рас­пределенные в ней. Вторую группу представляют ситаллы, в том числе шлакоситалл, а также сигран и неопариэс, в которых коли­чество кристаллической фазы (волластонита, анортита, пироксе - нов и др.) составляет более 50...60%.

Авантюриновые стекла — цветные стекла, обладающие эффек­том мерцания за счет мелких кристаллических включений соеди­нений хрома, железа, меди.

Стекломрамор — непрозрачное цветное стекло с мраморовид­ным рисунком.

Стеклокристаллит и стеклокремнезит получают путем спека­ния различных по составу и дисперсности гранул стекла с приме­нением наполнителей, порообразователей и других добавок.

Стеклокремнезит состоит из трех слоев: верхнего (декоратив­ного) — из цветного стекла; среднего (основного) — из глушено­го стекла; нижнего (с повышенной адгезией к цементному ра­створу) — с добавкой к стеклу кварцевого песка.

Ситаллы, известные под названиями «пирокерам» и «фотоке - рам» (США), «витрокерам» (ФРГ), «стеклокерам» (Великобрита­ния), «минельбит» (Венгрия), «девитрокерам» (Япония), по сво­ей природе и технологии получения занимают промежуточное положение между обычным стеклом и керамикой. Они отличают­ся от стекла тем, что имеют микрокристаллическое строение, а от керамики тем, что производятся из расплава сначала в стекло­образном (прозрачном), а затем в закристаллизованном виде.

Процесс кристаллизации обычных стекол является неуправля­емым и приводит к образованию неоднородной крупнокристал­лической структуры, имеющей пониженные прочность и термо­стойкость.

При введении в состав стекол веществ, способных образовы­вать центры (зародыши) кристаллизации (например, фторидов и фосфатов щелочных или щелочноземельных металлов, Ti02, Zr02, FeS и др.), получаются материалы высокого качества с однород­ной микрокристаллической структурой.

Зародышеобразователь (катализатор кристаллизации, или нук- леирующий агент) растворяют в расплаве стекла при температуре выше интервала, в котором происходит заметный рост кристал­лов. При охлаждении расплав переходит в стеклообразное состоя­ние, а катализатор выделяется равномерно по всему объему в виде субмикроскопических образований, которые могут содержать всего несколько атомов, а в 1 мм3 стекла образуются биллионы таких центров кристаллизации. После этого стекло повторно нагревают до определенной температуры и выдерживают в течение време­ни, необходимого для зарождения и роста кристаллов под дей­ствием катализатора.

Некоторые катализаторы (CdS, NaF, NaAlF6, NaSiF6) остаются в растворе при начальном охлаждении стекла, но выделяются в процессе повторного нагревадо нужной температуры. Часто нагрев ведут ступенями с выдержкой на каждой из них. На низшей ступе­ни происходит образование зародышей, а на высшей — развитие основных кристаллических фаз. Температура этого процесса не дол­жна вызывать размягчения стекла, иначе изделия деформируются. Содержание кристаллической фазы в таких материалах составляет 50... 95 %, а размеры кристалликов составляют от 400 А до 2 мкм.

Если кристаллы достаточно крупные (до 1 мкм и более), то стеклокристаллические материалы непрозрачны. При субмикрос­копических размерах кристаллов образуются прозрачные и полу­прозрачные (опаловые) разновидности светлых оттенков.

Прочность и твердость ситаллов значительно выше прочности и твердости исходного стекла, что объясняется наличием в их струк­туре равномерно распределенной по объему микрокристалличе­ской фазы, образующей жесткий каркас и выполняющей функ­цию упрочняющей арматуры. Стеклообразная фаза по аналогии с композиционными материалами играет роль связующего веще­ства. Предел прочности ситаллов при изгибе колеблется от 150 до 500 МПа, а модуль Юнга — от 8,8 ■ 104 до 14 ■ 104 МПа, что в 2 раза выше, чем у стекла.

Шлакоситалл — облицовочный материал из металлургических шлаков в виде листов и плит белого, темно-серого или черного

цвета. Цветные изделия получают нанесением на поверхность шла- коситалла керамических глазурей, закрепляемых обжигом.

Листовой шлакоситалл применяется для наружной и внутрен­ней облицовки стен, устройства полов, а также при производстве слоистых навесных панелей для стен и перегородок.

Сыгран — декоративный материал, напоминающий гранит, мрамор, яшму. Структура сиграна образована стеклофазой с вкрап­лениями сферолитоподобных кристаллических образований раз­мером до 1 см. Получают сигран различного цвета, с различным тоном окраски сферолитов и окружающей их стеклофазы.

Неопариэс (Neoparies и Neoparies-light), созданный в Японии фирмой Nippon Electric Glass, получают из стеклянных гранул размером 1...7 мм волластонитового состава спеканием и после­дующей кристаллизацией. Образующиеся при кристаллизации игольчатые кристаллы волластонита создают мраморовидный ри­сунок, проявляющийся при шлифовке и полировке поверхности изделий. Количество кристаллической фазы в материале составля­ет примерно 40 %. Материал окрашивают в различные цвета.