Войти
Стеклокерамика - это поликристаллические материалы, полученные путем контролируемой кристаллизации основного стекла. Стеклокерамические материалы имеют много общих свойств как с стеклами, так и с керамикой. Стеклокерамика имеет аморфную фазу и одну или несколько кристаллических фаз и производится с помощью так называемой «контролируемой кристаллизации» в отличие от спонтанной кристаллизации, которая обычно нежелательна в производство стекла. Стеклокерамика имеет преимущество в производстве перед стеклом, а также особые свойства керамики. При использовании для герметизации стеклокерамика не требует пайки, но может выдерживать температуру пайки до 700 ° C. Стеклокерамика обычно имеет кристалличность от 30% [м / м] до 90% [м / м] и дает ряд материалов с интересными свойствами, такими как нулевая пористость, высокая прочность, ударная вязкость, полупрозрачность. или непрозрачность, пигментация, опалесценция, низкое или даже отрицательное тепловое расширение, высокотемпературная стабильность, флуоресценция, обрабатываемость, ферромагнетизм, резорбция или высокая химическая стойкость, биосовместимость, биоактивность, ионная проводимость, сверхпроводимость, изоляционные возможности, низкая диэлектрическая постоянная и потери, высокое удельное сопротивление и напряжение пробоя. Эти свойства можно регулировать, контролируя состав основного стекла и контролируя термическую обработку / кристаллизацию основного стекла. В производстве стеклокерамика ценится за то, что она обладает прочностью керамики, но герметизирующими свойствами стекла.
Стеклокерамика обычно производится в два этапа. Во-первых, стекло формируется в процессе производства стекла. Стекло охлаждают, а затем повторно нагревают на втором этапе. При такой термообработке стекло частично кристаллизуется. В большинстве случаев агенты зародышеобразования добавляют в базовую композицию стеклокерамики. Эти агенты зародышеобразования помогают и контролируют процесс кристаллизации. Стеклокерамика, в отличие от нее, не имеет пор, поскольку прессования и спекания обычно не происходит.
Существует большое разнообразие стеклокерамических систем, например система Li 2 O × Al 2O3× nSiO 2 (система LAS), система MgO Система × Al 2O3× nSiO 2 (система MAS), система ZnO × Al 2O3× nSiO 2 (система ZAS).
Наиболее важной с коммерческой точки зрения системой является система Li 2 O × Al 2O3× nSiO 2 (система LAS). Система LAS в основном относится к смеси оксидов лития, кремния и алюминия алюминия с дополнительными компонентами, например, стеклофазой. образующие агенты, такие как Na 2 O, K 2 O и CaO, и рафинирующие агенты. В качестве зародышеобразователей чаще всего используется оксид циркония (IV) в сочетании с оксидом титана (IV). Эта важная система была впервые и интенсивно изучена Хаммелем и Смоуком.
После кристаллизации преобладающей кристаллической фазой в стеклокерамике этого типа является твердый раствор с высоким содержанием кварца (HQ s.s.). Если стеклокерамика подвергается более интенсивной термической обработке, это HQ s.s. трансформируется в твердый раствор кеатита (K s.s., иногда ошибочно называют бета-сподуменом ). Этот переход необратим и реконструктивен, что означает, что связи в кристаллической решетке разорваны и устроены заново. Однако эти две кристаллические фазы показывают очень похожую структуру, как мог показать Ли.
Интересным свойством этой стеклокерамики является их термомеханическая прочность. Стеклокерамика системы LAS является механически прочным материалом и может выдерживать многократные и быстрые перепады температуры до 800–1000 ° C. Доминирующая кристаллическая фаза стеклокерамики LAS, HQ s.s., имеет сильный отрицательный коэффициент теплового расширения (CTE), твердый раствор кеатита также имеет отрицательный CTE, но намного выше, чем HQ s.s. Эти отрицательные КТР кристаллической фазы контрастируют с положительным КТР остаточного стекла. Регулировка пропорции этих фаз предлагает широкий диапазон возможных CTE в готовом композите. В основном для современных приложений требуется низкий или даже нулевой CTE. Также возможен отрицательный КТР, что означает, что в отличие от большинства материалов при нагревании такая стеклокерамика сжимается. В определенный момент, обычно между 60% [м / м] и 80% [м / м] кристалличностью, два коэффициента уравновешиваются, так что стеклокерамика в целом имеет коэффициент теплового расширения, очень близкий к нулю. Кроме того, когда поверхность раздела между материалом будет подвержена термической усталости, стеклокерамику можно отрегулировать так, чтобы она соответствовала коэффициенту материала, с которым они будут связаны.
Первоначально разработанная для использования в зеркалах и опорах астрономических телескопов, стеклокерамика LAS стала известна и вышла на внутренний рынок благодаря ее использованию в стекле. керамические варочные панели, а также посуда и формы для выпечки или высокоэффективные отражатели для цифровых проекторов.
Одним из наиболее заметных применений стеклокерамики является обработка композитов с керамической матрицей. Для многих композитов с керамической матрицей нельзя использовать типичные значения температуры и времени спекания, поскольку разрушение и коррозия составляющих волокон становятся все более серьезной проблемой по мере увеличения температуры и времени спекания. Одним из примеров этого являются волокна SiC, которые могут начать разлагаться в результате пиролиза при температурах выше 1470 К. Одним из решений этого является использование стекловидной формы керамики в качестве исходного материала для спекания, а не керамики, поскольку в отличие от керамики стеклянные гранулы имеют точку размягчения и обычно текут при гораздо более низких давлениях и температурах. Это позволяет использовать менее экстремальные параметры обработки, делая возможным производство многих новых технологически важных комбинаций волокна и матрицы путем спекания.
Стеклокерамика от LAS-System является механически прочным материалом и может выдерживать повторяющиеся и быстрые изменения температуры. Однако он не является полностью неразрушимым. Поскольку это все еще хрупкий материал, как стекло и керамика, его можно разбить. Были случаи, когда пользователи сообщали о повреждении своих варочных панелей при ударе по поверхности твердым или тупым предметом (например, банкой, падающей сверху, или другими тяжелыми предметами).
Материал имеет очень низкий коэффициент теплопроводности, что означает, что он остается прохладным вне зоны приготовления пищи. Ее можно сделать почти прозрачной (потери 15–20% в типичной варочной панели) для излучения в инфракрасном длинах волн.
в видимом диапазоне. Стеклокерамика может быть прозрачной, полупрозрачной или непрозрачной и даже окрашенные красителями.
Стеклокерамическая варочная панель Сегодня существует два основных типа электрических плит с варочными панелями из стеклокерамики:
Эта технология не совсем новая, поскольку стеклокерамические плиты были впервые представлены в 1970-х годах с использованием крышек Corningware вместо более прочного материала. используется сегодня. Эти гладкие поверхности первого поколения были проблематичными, и их можно было использовать только с посудой с плоским дном, поскольку нагрев был в основном проводящим, а не излучательным.
По сравнению с обычными кухонными плитами, стеклокерамические варочные панели относительно просто чистить из-за их плоская поверхность. Однако стеклокерамические варочные панели можно очень легко поцарапать, поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы не скользить сковороды по поверхности. Если пища с высоким содержанием сахара (например, варенье) разлилась, не позволяйте ей высохнуть на поверхности, иначе это может повредить.
Для достижения наилучших результатов и максимальной теплоотдачи вся посуда должна быть плоской. дно и подогнаны под тот же размер, что и зона горелки.
CorningWare формы для запекания и другие предметы кухонной посуды с узором «Василек» Некоторые известные марки стеклокерамики: Pyroceram, Ceran (варочные панели), Eurokera (варочные панели, плиты и камины), Zerodur (зеркала телескопов) и Macor, Kedi (варочные панели и микроволновая печь), Kanger (стеклокерамика для варочных панелей, плит, дверцы микроволновых печей и каминов). Немецкий производитель Schott представил Zerodur в 1968 году, за ним последовала Ceran в 1971 году.
Nippon Electric Glass - ведущий мировой производитель стеклокерамики, чьи родственные продукты в этой области включают Керамическое стекло FireLite и NeoCeram для архитектурных и высокотемпературных применений соответственно. Кералит, производимый Vetrotech Saint-Gobain, представляет собой специальный стеклокерамический материал с классом огнестойкости и ударопрочности для использования в огнестойких областях. Стеклокерамика, производимая в Советском Союзе / России, известна под названием Ситалл.
. Этот же класс материалов также используется в Visions и CorningWare стеклокерамическая посуда, позволяющая переносить ее из морозильной камеры прямо на плиту или духовку без риска теплового удара.
Открытие стеклокерамики приписывают человеку по имени Дональд Стуки, известному ученому в области стекла, который работал в Corning Inc. 47 лет. Материал был обнаружен, когда Stookey перегрел пластину Fotoform в печи до 900 градусов Цельсия и обнаружил непрозрачную молочно-белую пластину внутри печи, а не внутри печи. расплавленный беспорядок, который ожидался.
