5.2.2 Ситаллы

Ситаллы (название образовано из слов «стекло» и «кристалл») получают из стекол путем регулируемой кристаллизации. Стеклообразное состояние при невысоких температурах является неравновесным и вещество стремится к равновесному кристаллическому состоянию. Этот переход может осуществиться только диффузионным путем и характерно, что процесс кристаллизации происходит не при охлаждении жидкости, как это имеет место при формировании структуры металлов и сплавов, а при нагреве до температур значительно более низких, чем температура расплавления стекла. Относительно низкая температура трансформации стекла в ситалл наряду с высокой вязкостью стекла обусловливают низкую скорость кристаллизации, что при наличии большого количества центров кристаллизации определяет весьма малый размер образующихся кристаллов (0,01…2 мкм).

Формирование структуры ситаллов происходит в две стадии. На первой стадии создаются центры кристаллизации, на второй – рост этих центров, т. е. процесс завершения кристаллизации. По механизму образования центров ситаллы подразделяются на фотоситаллы и термоситаллы.

Свойства ситаллов определяются особенностями их структуры, а именно весьма малой величиной зерна. Мелкозернистая структура придает им беспористость, газонепроницаемость. Эта особенность позволяет значительно повысить механические свойства ситаллов. Предел прочности при растяжении повышается (по сравнению с исходным стеклом) до 70…120 МПа. Модуль упругости некоторых ситаллов достигает 140 ГПа, что выше, чем у магниевых, алюминиевых и даже титановых сплавов. Высокими прочностью и жесткостью обладают ситаллы с кремнеземом, самые непрочные – литиевые. Ситаллы являются хрупкими материалами, но их сопротивление ударным нагрузкам выше, чем у стекол. Их твердость колеблется в пределах 400…700 HV, что определяет их достаточно высокую износостойкость при истирании.

Коэффициент линейного расширения ситаллов изменяется в широких пределах. Ситаллы с малым коэффициентом линейного расширения обладают высокой термостойкостью и не растрескиваются при закалке в воде от 700°С.

Электрические свойства ситаллов характеризуются высоким удельным электросопротивлением и высокой электрической прочностью. Высокое сопротивление в отличие от стекол сохраняется при нагреве до 400°С, что объясняется небольшим количеством щелочных ионов в остаточном стекле и их меньшей подвижностью в кристаллах.

Высокая химическая стойкость определяет их применение в химической промышленности. Они используются для изготовления деталей, работающих в агрессивных жидкостях, в том числе с абразивами.

Благодаря малому коэффициенту трения в паре с металлами (0,2…0,25), возможности работать без смазки и высокой износостойкости ситаллы используют в качестве подшипников скольжения и контртел в парах трения, работающих без смазки. Из них изготавливают фильеры для протягивания полимерных волокон.

5.2.3 Органическое стекло

Органические стекла – это термопластичные полимеры на основе полиметилметакрилата и других акриловых полимеров. Прозрачность для света у этого материала составляет 92%, он пропускает 75% ультрафиолетового излучения и не задерживает рентгеновское излучение. В отличие от силикатных стекол органическое стекло имеет значительно меньшую плотность (1180 кг/м³) и малую хрупкость. Органическое стекло обладает высокой химической стойкостью в воде, спиртах, разбавленных кислотах и щелочах. Старение стекла в естественных условиях протекает медленно. К недостаткам материала следует отнести низкую твердость. Кроме того, при резких перепадах температур вследствие низкой теплопроводности и высокого коэффициента расширения в стекле появляются мелкие трещины, что приводит к потере прозрачности. Повысить механические свойства органического стекла, а также его термостойкость возможно путем ориентирования. Прочность повышается также за счет использования многослойного стекла – триплекса.

При температуре около 80°С органическое стекло начинает размягчаться, при нагревании свыше 120°С легко формуется.

Органическое стекло используют для остекления транспортных средств, из него изготавливают линзы и другие оптические детали.