Ситаллы

Ситаллы

Ситалл (стеклокристаллический материал) — неорганический материал, получаемый направленной кристаллизацией различных стекол при их термической обработке.

В последние десятилетия (начиная с 1950 годов) создан и используется новый класс материалов — ситаллы (стеклокристаллические материалы), которые отличаются высокими физико-химическими, физико-механическими характеристиками. В зависимости от фаз кристаллизации получаемые материалы ситаллы делятся на: однофазные и многофазные (несколько фаз).

Подбором состава стекла, содержащего в большинстве случаев добавки, ускоряющие объёмную кристаллизацию (катализаторы, нуклеаторы), можно рассчитать соответствующие кристаллические и стекловидную фазы. Кристаллы заранее рассчитанных фаз возникают и растут равномерно по всему объёму в результате термической обработки. Технология производства изделий из ситаллов сходна и мало отличается от производства изделий из стекла. В отдельных случаях изделия можно формовать методами керамической технологии (см. Керамика). Часто для зарождения кристаллов в состав стекла вводят фоточувствительные добавки, активаторы люминесценции и др. Для производства отдельных видов ситаллов используют шлаки (см. Шлакоситаллы).

Стеклокристаллические материалы ситаллы отличаются:

• Мелкодисперсной кристаллической структурой с величиной кристаллов до 2000 нм, равномерно распределеных в стеклообразной матрице.
• Количество кристаллических фаз в ситаллах может насчитываться порядка 20-95% (по всему объему).
• В зависимости от состав стекла, типа катализатора кристаллизации и режима термической обработки, получают ситаллы с различными кристаллическими фазами и соответственно с различными заданными {{nobr|1=свойствами.
• Ситаллы обладают высокой прочностью, твердостью, изно-состойкостью, малым термическим расширением, химической и термической устойчивостью, газо- и влагонепроницаемостью.

Ситаллы бывают:

• Технические
• Строительные

Технические ситаллы

Технические ситаллы получают на основе систем: Li₂O-Al₂O₃-SiO₂, MO-Al₂0₃-SiO₂, Li₂O-МО-А1₂О₃--SiO₂, MgO-Al₂O₃--SiO₂-K₂O-F; МО-В₂О₂-А1₂О₃ PbO-ZnO-B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ и др. По основным свойствам технические ситаллы делятся на: высокопрочные; радиопрозрачные химически стойкие, прозрачные термостойкие, износостойкие и химически стойкие; фотоситаллы; слюдоситаллы; биоситаллы; ситаллоцементы; ситаллоэмали; ситаллы со специальными электрическими свойствами.

Высокопрочные ситаллы

Высокопрочные ситаллы получают главным образом на основе стекол систем MgO-Al₂O₃-SiO₂ (кордиеритовые составы) и Na₂O-Al₂O₃-SiO₂ (нефелиновые составы). Для первых инициатором кристаллизации служит ТiO₂; у—изгиба для них 240-350 МПа. Ситаллы нефелиновых составов после упрочнения ионообменной обработкой в расплавленных солях калия имеют у—изгиба 1370 МПа. Области применения высокопрочных ситаллов — ракето — и авиастроение (обтекатели антенн), радиоэлектроника.

Прозрачные, термостойкие, износостойкие и химически стойкие

Оптически прозрачные термостойкие, радиопрозрачные, химически стойкие ситаллы получают на основе стекол системы Li₂O-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 О₂ * 2SiO₂) или спо-думен (Li₂ О * А1₂ О₄ * 4SiO₂), имеют, кроме того, темпера-турные коэффициенты расширения близкие к нулю, и иногда даже отрицательные - до - $\,a_t=\ 5\cdot10^{-6}\cdot K^{-1}$. Области применения -космическая и лазерная техника, астрооптика. Введение в состав таких ситаллов активаторов люминесценции и специальных добавок позволяет применять их в солнечных батареях.

Фотоситаллы

Оптическое стекло на базе фотоситаллов получают на основе стекол системы Li₂O-Al₂O₃-SiO₂ со светочувствительными добавками (соединения Аu, Ag, Сu), которые под действием УФ облучения и дальнейшей тепловой обработки стекла способствуют его избирательной кристаллизации. Они находят применение в микроэлектронике, ракетной и космической технике, оптике, полиграфии как светочувствительные материалы (например, для изготовления оптических печатных плат, в качестве светофильтров).

Биоситаллы

Высокая механическая прочность, биологическая совместимость с тканями организма находит применение биоситаллов в медицине для изготовления зубных протезов. Биоситаллы получают на основе стекол системы СаО - MgO - SiO₂ - Р₂ О₅ (апатито - волластонитовые составы).

Ситаллоцементы

Ситаллоцементы получают на основе стекол системы PbO-ZnO-B₂O₃-SiO. Они имеют весьма низкий коэффициент теплового расширения $\,a_t = (4-10)\cdot10^{-6}\cdot K^{-1}$. Ситаллоцементы находят применение при спаивания деталей из стекла, цветных кинескопов и электронно-лучевых трубок, при герметизации полупроводниковых приборов, а также в производстве жидкокристаллических индикаторов и в микроэлектронике. Использование таких ситаллов в качестве стеклокристаллических покрытий (стеклоэмалей), наносимых на поверхность различных металлов (W, Mo, Mb, Та, их сплавов, различных видов стали) находят применение для защиты их от коррозии, окисления и износа в условиях эксплуатации обычных и повышенных температур. Обладая повышенной термо- и жаростойкостью, устойчивостью к истиранию, высокой механической и электрической прочностью ситаллоцементы находят применение в качестве покрытий для деталей дизелей, газотурбинных установок, атомных реакторов, авиационных приборов, электронагревательных элементов и т.д.

Применение ситаллов в стоматологии

Зубной протез

Стоматология занимает важное значение в жизни людей. Среди актуальных проблем современной стоматологии является вопрос применения и совершенствования методов лечения патологии твердых тканей зубов. Многочисленные исследования в области протезирования зубов занимают одно из ведущих мест в стоматологии.

Ситаллы обладают повышенной механической прочностью, износостойкостью и химической стойкостью, составом и совершенной структурой, что позволяет получать характеристики материалов с учётом биологической совмести и делает их незаменимым материалом. Это даёт возможность полнее использовать их кристаллическое строение по сравнению с применявшимися фарфорами.

Структура ситаллов, как правило, изотропная, мелкокристаллическая. Кристаллы имеют размеры 0,1-1,0 мкм, и не позволяют распространению трещин в материале, что очень важно при протезировании. Керамика же состоит в основном из кристаллической фазы с большим размером зерён 50-200 мкм.

Различие структур ситаллов и керамики объясняется технологиями их получения. Напрмер, керамические материалы получают методом твердофазового спекания, а ситаллы — из стекол методом направленной кристаллизации. Также кроме указанных достоинств ситаллов, ценным является возможность регулирования степени светопрозрачности материалов при помощи выбора нужного соотношения кристаллической и стекловидной фаз.

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;
• Ситалл для литья протезов.

Ситалл "Сикор" для зубных коронок получен методом направленной кристаллизации в системе альбит-диопсид. В сравнении с фарфоровыми массами для зубных коронок "Сикор" обладает технологическими преимуществвми: композиционным опаковым слоем, гарантирующим его спекание без трещин и не требующим корректировочного обжига; более низкой температуры спекания, широким диапазоном рабочей температуры.

Ситалловое покрытие "Симет" предназначено для облицовки каркасов цельнолитых зубных протезов, изготовленных из стоматологических сплавов металлов с температурным коэффициентом линейного расширения $\,a_t = (13-15)\cdot10^{-6}\cdot K^{-1}$ 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, обладая высокой адгезией к металлическим каркасам зубных протезов, низкой температурой спекания (до 800°C) при достаточной прочности, а также регулируемые коэффициент теплового расширения и степень светопрозрачности обеспечивают высокий технологический и эстетический эффект при использовании ситалла "Симет". Из материала "Симет" также можно изготавливать индивидуальные ситалловые коронки типа жакетных и вкладки. Покрытие "Симет" химически и биологически нейтрально, устойчиво к ротовой жидкости и пищевым продуктам, биологически совместимо со всеми тканями полости рта и организма пациента, не вызывает аллергию.

Строительные ситаллы

Развитие строительсва постоянно связано также с применением принципиально новых строителных материалов на базе ситаллов. Большой удельный объём в строительстве занимают облицовочные материалы и стекломрамор для настила полов. Россия занимает одно из ведущих мест в мире по созданию и разработкам уникального неорганического стекломатериала ситалла.

См. также

• Стекло
• Неорганическое стекло
• Стоматология