Ситаллы

Продукты направленной кристаллизации различных стекол при их термической обработке называются ситаллами (или стеклокерамикой), они широко применяются в различных отраслях промышленности и строительства. Ситаллы состоят из микрокристаллов размерами до 200 мкм, равномерно распределенных в объёме и спаянных плёнками аморфного стекла.

Таким образом, ситаллы представляют собой частично закристалли­зованные стекла с объемной концентрацией кристаллических фаз от 20 до 95% (в обычном силикатном стекле объемная концентрация кристаллитов не более 15%).

Как правило, ситаллы получают путем длительной термообработки отформованных стеклянных изделий, в состав которых предварительно введен катализатор (инициатор) кристаллизации. В качестве последнего обычно используют оксиды титана, хрома, никеля, железа, некоторые фто­риды или сульфиды, а также металлы платиновой группы. Изменяя состав стекла, тип катализатора и режим термообработки, получают ситаллы с различными кристаллическими фазами и заданными свойствами.

Ситаллы обладают весьма ценными физико-механическими и химиче­скими свойствами. От кристаллических веществ того же состава они отли­чаются пониженной хрупкостью и повышенной прочностью, в особенности на изгиб, а от стекол - повышенной твердостью, износостойкостью, хими­ческой и термической устойчивостью. Максимальная рабочая температура ситаллов может превышать 1300⁰ С.

В строительстве широко используется группа относительно недорогих ситаллов, получаемых с использованием металлургических шлаков (хилако-ситаллы), зол - отходов ТЭЦ (золоситаллы) или же различных горных по­род, таких как базальты, габбро, нефелины, тремолитовые сланцы, лессо­вые суглинки (петроситаллы). Большинство их по химическому составу относится к силикатам или алюмосиликатам кальция и магния, с возмож­ным участием оксидов натрия и железа. Их отличают высокая прочность и твердость, повышенная устойчивость к истиранию, химическая и термо­стойкость.

4.2 Керамический (глиняный, красный) кирпич

К керамике обычно относят материалы, получаемые путем спекания порошкообразных неорганических веществ (или природных высокодис­персных материалов, таких как глины). Под спеканием понимают термиче­ское омоноличивание материала при температурах ниже точки плавления.

По структуре керамику подразделяют на грубую (керамический и си­ликатный кирпич, часть огнеупоров) и тонкую (фарфор, фаянс). Первая характеризуется крупнозернистой, неоднородной в изломе структурой, вторая - однородной мелкозернистой структурой. Различают также порис­тую керамику (пористость 5 - 30%), к которой относятся, в частности, кирпич, фаянс, керамическая плитка, и компактную керамику (пористость ниже 5%), представленную фарфором, керамогранитом и некоторыми дру­гими материалами.

Большинство распространённых керамических изделий получают на основе глины. Глины - природные пластичные алюмосиликатные гидро­фильные горные породы.

В природе алюмосиликаты составляют до 50% земной коры, и встре­чаются в основном в виде кристаллических алюмосиликатов - полевых шпатов или слоистых - слюд. Наибольшее распространение имеют мине­ралы альбит (Na₂О • А1₂О₃ • 6SiО₂ ), ортоклаз (К₂О • А1₂О₃ • 6SiО₂) и анортит

(CaO∙Al₂О₃∙2SiО₂):

Медленное взаимодействие полевых шпатов с углекислым газом и во­дой, называют выветриванием, в результате которого и образуются компо­ненты глин, основным из которых является каолинит (каолин):

К₂О • А1₂О₃ • 6SiО₂ + СО₂ + 2Н₂О → К₂СО₃ + 4SiО₂ + А1₂О₃ ∙ 2SiО₂ • 2Н₂О

Na₂О • А1₂О₃ • 6SiО₂ + СО₂ + 2Н₂О → Na₂CО₃ + 4SiО₂ +А1₂О₃ • 2SiО₂ • 2H₂О

СаО • А1₂О₃ • 6SiО₂ + СО₂ + 2Н₂О → СаСО₃ + 4SiО₂ + А1₂О₃ • 2SiО₂ • 2Н₂О

Таким образом, глина - это каолин (А1₂О₃ ∙ 2SiО₂ • 2Н₂О ), чаще всего в смеси с песком, известняками (CaCО₃, MgCО₃), оксидами и гидроксидом железа, невыветрившимися примесями полевых шпатов.

Глины с большим содержанием оксида кремния (Si0₂) называют суг­линками, с большим содержанием СаСО₃ и MgCО₃ - мергели. «Жирные» глины содержат много каолина, «тощие» - много примесей. Белые глины почти не содержат соединений железа.

Каолин является гидрофильным веществом, поэтому глина способна поглощать значительное количество воды и при этом заметно увеличивать­ся в объеме и массе. Вода, содержащаяся в объёме глины, обеспечивает скольжение частиц, и поэтому появляется пластичность. В смеси с опреде­ленным количеством воды глины образуют пластичную массу, способную принимать любую форму и сохранять ее при высыхании. Каолин имеет пластинчатое строение кристаллов, плотная укладка которых в слоях глины придаёт им свойство водонепроницаемости.