Несмотря на весьма специфические свойства, которые невольно ассоциируются с оконным стеклом, можно так модифицировать этот материал, что его «мама родная не узнает». После обработки он вполне подойдёт для изготовления сопел реактивных двигателей, подшипников, термостойких лопаток турбин и даже для прочных термостойких покрытий космической техники.
Такие «модифицированные стёкла» образуют целый класс материалов, который называют ситаллами или стеклокристаллическими материалами. Чаще всего слово ситаллы вы встречаете в ювелирных каталогах, но на практике это лишь дополнительное прикладное применение, и далеко не самое важное..
Специфическая конструкция ситаллов
Простое неорганическое стекло — это аморфный материал. Аморфность подразумевает отсутствие строго упорядоченной структуры. Элементы конструкции хоть и могут повторяться, но выявить характерную для кристаллических тел закономерность не получится. Когда расплавленное стекло остывает и затвердевает, то формируется именно аморфная структура.
Если проводить затвердевание стекла в особых контролируемых условиях, то окажется, что уже вполне применим термин кристаллизация. Затвердевшее стекло будет называться ситаллом, а его структура — это упорядоченная кристаллическая конструкция, распределенная в аморфной фазе.
Контролируемые условия кристаллизации — это разговор для целой группы статей. Но обозначим главное. Самый простой способ получить структуру ситалла из обычного стекла — это добавлять в расплав частички, которые при охлаждении станут центрами кристаллизации. Центр позволяет не только организовать процесс кристаллизации, но и упрощает это энергетически.
Похожий процесс можно наблюдать в природе. Знаете страшную историю про озеро, куда вмёрзли кони? Дело было именно так. Кони стали центрами кристаллизации. При это переохлажденная вода от механического колебания начала мгновенно менять фазовое состояние. Интересное и…страшное…явление.
Вокруг центров кристаллизации энергетически выгодно строить новые структуры и при таких условиях внутри аморфной стекловидной фазы прорастают упорядоченные конструкции. Получается этакий композитный материал.
Ситаллы — это почти уже керамика, но всё же наличие стеклофазы делает материал не столь упорядоченным и не позволяет отнести его к классу керамик. При этом в отличии от керамики, ситалл сделать прозрачным (помогает стеклофаза) гораздо проще, поэтому нет ничего удивительного, что они бывают и прозрачные, и непрозрачные.
Откуда берутся свойства?
Невероятная «искусственная» структура позволяет получить нестандартный диапазон свойств.
Ситаллы характеризуются высокой прочностью, приличной термостойкостью, хорошей износостойкостью, нулевым водопоглощением и высокой химической стойкостью. Стоит отметить и практически нулевой коэффициент температурного расширения.
Благодаря тому, что ситалл имеет основы кристаллической конструкции, распределенной в стекловидной фазе, это приводит к формированию этакого железобетона из стекла.
Кристаллическая структура принимает на себя механическое воздействие, а стеклофаза рассеивает удары, выполняя роль демпфера. Низкая теплопроводность обусловлена необходимостью проводимой энергии расходоваться на взаимодействие с аморфной фазой. Износостойкость достигается благодаря тому, что аморфная фаза как будто бы смазывает объекты при трении, не позволяя быстро уничтожать саму кристаллическую структуру.
Есть и ещё один важный момент — поскольку кристаллизация ситалла всегда происходит в контролируемых условиях, то структура выходит равномерная и с мелким размером зерен. Это благоприятно влияет на описываемые свойства.
Стеклокристаллические материалы получили весьма широкое распространение. Они используются практически везде, где требуется высокая термостойкость и прочность и являются практически уникальным типом материалов. Ещё одно применение таких материалов — астрономическая оптика.
Надеюсь, что было интересно! Традиционно приглашаю в гости к себе в Telegram-канал.
