Свойства неорганических стёкол не нуждаются в их дополнительном описании. Многие читатели даже без моих увещеваний знают, какими примерно характеристиками обладают стёкла в окнах.
Но, несмотря на весьма специфические механические и физические свойства, которые невольно ассоциируются со 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 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. Интересную специфику аморфных тел я разбирал в этом материале.
Если проводить затвердевание стекла в особых контролируемых условиях, то окажется, что уже применим термин кристаллизация. Затвердевшее стекло будет называться ситаллом, а его структура будет представлять собой упорядоченную кристаллическую конструкцию, распределенную в аморфной фазе.
Контролируемые условия кристаллизации, про которые мы упомянули - это разговор для целой группы статей. Но самый простой способ получить структуру ситалла - это добавлять в расплав частички, которые при охлаждении станут центрами кристаллизации. Помните заметку про переохлажденную воду, которая при любом возмущении мгновенно кристаллизуется вокруг центров? Тут такая же логика.
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 супер-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 этакого 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 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.
В итоге 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.
⚠ Обязательно подписывайтесь на мой канал в ДЗЕН, тыкайте лайк 👍 и возвращайтесь за новым контентом! Материалы выходят регулярно!
🔹 Не забывайте читать новые статьи на сайте!
✅ Подписывайтесь на телегу проекта