Реферат на тему:
Ситаллы и фотоситаллы
Выполнила студентка 5го курса
группы неорганической химии
Кекало Екатерина Александровна
Минск,
2006
Общие сведения о ситаллах и фотоситаллах.
В последние десятилетия создан и используется новый класс материалов – ситаллы (стеклокристаллические материалы), отличающиеся высокими показателями физико-механических свойств.
Ситаллы (стеклокристаллические материалы) - неорганические материалы, получаемые направленной кристаллизацией различных стекол 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 объему). Изменяя состав стекла, тип инициатора кристаллизации (катализатора) и режим термической обработки, получают ситаллы с различными кристаллическими фазами и заданными свойствами. Впервые ситаллы были изготовлены в 50-х гг 20 века. Материалы, подобные ситаллам, за рубежом называются пирокерамом, девитрокерамом, стеклокерамом.
Ситаллы обладают высокой прочностью, твердостью, 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: Li2 O-Al2 O3 -SiO2 , MO-Al2 03 -SiO2 , Li2 O-МО-А12 О3 --SiO2 , где M-Mg, Ca, Zn, Ba, Sr и др.; MgO-Al2 O3 --SiO2 -K2 O-F; МО-В2 О3 -А12 О3 (где M-Ca, Sr, Pb, Zn); PbO-ZnO-B2 O3 -Al2 O3 -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.
Возможно вы искали - Реферат: Скорость образования, расходования компонента и скорость реакции
Высокопрочные ситаллы получают главным образом на основе стекол систем MgO-Al2 O3 -SiO2 (кордиеритовые составы) и Na2 O-Al2 O3 -SiO2 (нефелиновые составы). Для первых инициатором кристаллизации служит ТiO2 ; σизг для них 240-350 МПа. Ситаллы нефелиновых составов после упрочнения ионообменной обработкой в расплавленных солях калия имеют σизг 1370 МПа. Области применения высокопрочных Ситаллов - ракето- и авиастроение (обтекатели антенн), радиоэлектроника.
Оптически прозрачные термостойкие и радиопрозрачные химически стойкие ситаллы получают на основе стекол системы Li2 O-Al2 O3 -SiO2 (сподумено-эвкриптитовые составы); инициатор кристаллизации-TiO2 . В оптически прозрачных ситаллах размер кристаллов не превышает длины полуволны видимого света. Ситаллы, содержащие в качестве основных кристаллических фаз эвкриптит (Li2 О • А12 О3 • 2SiO2 ) или сподумен (Li2 О • А12 О4 • 4SiO2 ), имеют, кроме того, температурные коэффициенты 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 получают на основе стекол CaO-MgO-SiO, (пироксеновые составы); инициаторы кристаллизации - фторид или оксид хрома. 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 обычно получают на основе стекол системы Li2 O-Al2 O3 -SiO2 со светочувствительными добавками (соединения Аu, Ag, Сu), которые под действием УФ облучения и дальнейшей тепловой обработки стекла способствуют его избирательной кристаллизации. Находят применение в микроэлектронике, ракетной и космической технике, оптике, полиграфии как светочувствительные материалы (например, для изготовления оптических печатных плат, в качестве светофильтров).
Слюдоситаллы получают на основе стекол системы MgO - А12 О3 - SiO2 - К2 О - F(фторфлогопитовые, фторрихтеритовые, фторамфиболовые составы). 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.
Похожий материал - Контрольная работа: Скорость химических реакций. Катализ и химическое равновесие
Биоситаллы получают обычно на основе стекол системы СаО - MgO - SiO2 - Р2 О 5 (апатито - волластонитовые составы). Высокая механическая прочность, биологическая совместимость с тканями организма позволяют использовать их в медицине для зубных и костных протезов.
Ситаллоцементы, получаемые на основе стекол системы PbO-ZnO-B2 O3 -SiO,. имеют очень низкий коэффициент тепловогорасширения (4-10)·10-6 К-1 ; применяются для спаивания стеклодеталей цветных кинескопов и электронно-лучевых 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, Mb, 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 получают на основе стекол систем BaO-Al2 O3 -SiO2 -TiO2 и Nb2 О5 -СоО-Na2 O-SiO2 . Характеризуются высокой диэлектрической проницаемостью (ε240-1370) и низким коэффициентом диэлектрических потерь (1,5-3,2). Используются для изготовления низкочастотных конденсаторов большой емкости, пьезоэлементов и др. Разработаны полупроводниковые, ферромагнитные, ферроэлектрические, сегнетоэлектрические ситаллы с различным сочетанием электрических свойств. Ситаллы на основе стекол системы MgO-Al2 O3 -SiO2 имеют очень низкий tgδ (3• 10-4 при 25ºС и 104 МГц), ситаллы на основе метаниобата Pb - высокую диэлектрическую прониицаемость (ε 1000-2000). На основе стекол B,O3 -BaO-Fe2 O3 получены ситаллы с одно- и многодоменной структурой с размером доменов ~ 500 нм.
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 Cr, Ti, Fe, фториды), мелилитовые (система СаО - MgO - 2А12 О3 - SiO2 , инициатор кристаллизации - оксид Сr), пироксен-авгитовые и геденбергитовые (система СаО - MgO– Fe2 O3 - А12 О3 - SiO2 ),форстеритовые (система CaO-MgO-SiO2 ) и эгириновые (Na2 O-Fe2 O3 -SiO2 ) ситаллы. Они имеют высокие прочностные характеристики (σизг 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 других отраслях промышленности.
Получают ситаллы и изделия из них главным образом с использованием стекольной и керамической технологии, иногда по химическому способу. Наиболее распространена так называемая стекольная технология, включающая варку стекла из шихты, формование изделий (прессование, прокатка, центробежное литье) и термическую обработку. Последняя стадия обеспечивает кристаллизацию стекла вследствие введения в стекольную массу специальных инициаторов - каталитических добавок-оксидов Ti, Cr, Ni, Fe, 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.
Очень интересно - Научная работа: Скорость химической реакции
По керамической (порошковой) технологии получения ситаллов из расплава стекла вначале получают гранулят, который измельчают и сушат, после чего в него добавляют термопластическую связку и из образовавшейся массы прессованием или шликерным литьем формуют 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.
Использование ситаллов в стоматологии.
Среди актуальных проблем современной стоматологии вопрос совершенствования методов лечения патологии твердых тканей зубов, несмотря на многочисленные исследования, занимает одно из ведущих мест.
Ситаллам свойственны повышенная механическая прочность, износостойкость и химическая стойкость. Эти достоинства ситаллов объясняются составом и более совершенной структурой, которая позволяет полнее использовать возможности кристаллического строения веществ по сравнению с фарфорами.
Вам будет интересно - Учебное пособие: Сложные реакции. Типы реакций
Структура ситаллов, как правило, однородная, мелкокристаллическая. Кристаллы имеют размеры 0,1–1,0 мкм, и препятствуют распространению трещин в материале, что обеспечивает высокие механические свойства. Керамика же состоит в основном из кристаллической фазы с размером зерен 50–200 мкм.
Различная структура ситаллов и керамики объясняется технологиями их получения. Керамические материалы получают методом твердофазового спекания, ситаллы – из стекол методом направленной кристаллизации.
Кроме указанных достоинств ситаллов, важным является также возможность регулирования степени светопрозрачности материалов с помощью соотношения кристаллической и стекловидной фаз.
Для использования в стоматологии сотрудниками МГМСУ и ГИС разработаны и применяются 4 ситалла: ситалл “СИКОР” для индивидуальных коронок, ситалл “СИМЕТ” для металлокерамических протезов, “Биоситалл” для восполнения дефектов костных тканей и ситалл для литья протезов.
Стоматологический ситалл “Сикор” для зубных коронок получен методом направленной кристаллизации в системе альбит-диопсид.
Похожий материал - Учебное пособие: Сложные эфиры (эстеры)
В сравнении с фарфоровыми массами для зубных коронок “Сикор” обладает рядом технологических преимуществ: композиционным опаковым слоем, гарантирующим его спекание без трещин и не требующим корректировочного обжига; более низкой температуры спекания, широким диапазоном рабочей температуры.
Многолетние клинические наблюдения за больными с коронками из ситалла “Сикор”, изготовленными в МГМСУ, подтвердили высокие эстетические качества, стойкость к химическому воздействию кислот и щелочей пищевых продуктов, среды полости рта, отсутствия аллергических явлений.
Ситалловое покрытие “Симет” предназначено для облицовки каркасов цельнолитых зубных протезов, изготовленных из стоматологических сплавов металлов с температурным коэффициентом линейного расширения (13-15)х10-6 К-1 с использованием метода послойного нанесения масс разной цветности и прозрачности и их спекания в вакуумной электропечи. Материал для ситаллового покрытия синтезирован из стекла лейцит-альбитового состава.
Ситалловое покрытие отличается высокой адгезией к металлическим каркасам зубных протезов, низкой температурой спекания (до 800°C) при достаточной прочности. Регулируемые коэффициент теплового расширения и степень светопрозрачности позволяют получить высокий технологический и эстетический эффект при использовании ситалла “Симет”.