Несмотря на весьма специфические свойства, которые невольно ассоциируются с оконным 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.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/5dd/296/b10/5dd296b10abe54fbfe6f548a78e1f5b5.png)
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 неорганическое 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.
Если проводить затвердевание стекла в особых контролируемых условиях, то окажется, что уже вполне применим термин кристаллизация. Затвердевшее стекло будет называться ситаллом, а его структура - это упорядоченная кристаллическая конструкция, распределенная в аморфной фазе.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/178/11f/b9d/17811fb9d187a4434cebbcaccfff3320.png)
Контролируемые условия кристаллизации - это разговор для целой группы статей. Но обозначим главное. Самый простой способ получить структуру ситалла из обычного стекла - это добавлять в расплав частички, которые при охлаждении станут центрами кристаллизации. Центр позволяет не только организовать процесс кристаллизации, но и упрощает это энергетически.
Похожий процесс можно наблюдать в природе. Знаете страшную историю про озеро, куда вмёрзли кони? Дело было именно так. Кони стали центрами кристаллизации. При этом переохлажденная вода от механического колебания начала мгновенно менять фазовое состояние. Интересное и...страшное...явление.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/cb3/3fe/bcf/cb33febcf9445397c9c746fc74582d57.png)
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 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.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/2aa/6ae/b59/2aa6aeb59696b5b8e42e5e39d9ef9e7d.png)
Кристаллическая структура принимает на себя механическое воздействие, а стеклофаза рассеивает удары, выполняя роль 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 саму 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.
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.
Надеюсь, что было интересно! Традиционно приглашаю в гости к себе в Telegram-канал.
Комментарии (32)
vis_inet
19.11.2023 20:41+17Поясните, что за история
озеро, куда вмёрзли кони
Vsevo10d
19.11.2023 20:41+4Не знаю, что это за история, но я видел памятник, который начинался точно так же!
karavan_750
19.11.2023 20:41+1Может быть, об этом речь.
vis_inet
19.11.2023 20:41Да, очень странный случай.
Возможно, действительно, эта была ускоренная кристаллизация переохлаждённой воды.
Squoworode
19.11.2023 20:41+13Странно, что в озере с флорой, фауной и рельефом дна не оказалось ни одного центра кристаллизации...
Captain_in_the_Green_Hat
19.11.2023 20:41+3Тоже посмотрел. Тот случай, когда странный факт в контексте полностью перетягивает внимание с основного сабджа.
Касательно увиденного, не очень понял суть. Выглядит вполне нормально для провалившегося под лед в 20-градусный мороз стада, а разговоры из разряда, мариванна, я честно собирался в школу но тут вдруг каааак... Идут отдельно
RranAmaru
19.11.2023 20:41+1Тоже вначале так подумал. Но потом придумал кейс как такое могло бы произойти.
На лед навалило много чистого снега (видимо, в том районе с экологией все ок, т.е. в атмосфере не содержится никакой пыли). Потом, в теплый день, снег растаял и образовалась очень чистая вода поверх льда. Такая вода, когда ночью температура упала, вполне могла переохладится ниже нуля оставаясь жидкой. При небольшой толщине льда, кони могли провалиться и переохлажденная вода, смешавшись с озерной, быстро кристаллизовалась.
jar_ohty
19.11.2023 20:41+23Ситаллы -- это бесконечное разнообразие стеклокристаллических композитов. Не обязательно, кстати, на основе силикатных стекол: можно привести примером углеситалл. И поэтому нет у них общих свойств типа
Ситаллы характеризуются высокой прочностью, приличной термостойкостью, хорошей износостойкостью, нулевым водопоглощением и высокой химической стойкостью. Стоит отметить и практически нулевой коэффициент температурного расширения.
Скажем так: у некоторых ситаллов (например, "Астроситалла") -- близкий к нулю коэффициент температурного расширения. Некоторые ситаллы имеют высокую прочность и износостойкость, некоторые пригодны в качестве подложек для гибридных микросборок, некоторые -- как легкий конструкционный материал, заменяющий чугун и намного легче его (шлакоситалл). А огульно приписывать любому ситаллу все свойства, характерные для отдельных представителей этого обширного класса материалов -- это все равно, что сказать, что кирпичи являются средством хранения денежного запаса государств (забыв уточнить, что речь идет о золотых кирпичах).
iggr63
19.11.2023 20:41+2Небольшое дополнение. Стекла хоть и принадлежат к категории аморфных тел, однако имеют особенность - они получаются быстрым охлаждением расплава без кристаллизации. Возможность получения ситаллов, то есть стекло кристаллов, связанна с управление этим процессом посредством медиаторов.
Squoworode
19.11.2023 20:41+17Знаете страшную историю про озеро, куда вмёрзли кони?
Напомнило анекдот про людей, ссылающихся на анекдот, но не дающих его полный текст, и отдельные котлы.
ogost
19.11.2023 20:41+10Да вся статья в духе:
- Знаешь как заинтересовать идиота?
- Как?
- Завтра расскажу (в телеге)
Alexey2005
19.11.2023 20:41+3Когда-то давно читал в старом журнале (кажется, это была "Наука и жизнь", но не поручусь) подробную инструкцию по изготовлению в домашних условиях капель из закалённого стекла.
Суть в том, что кусок оконного стекла плавят на газовой горелке, в которую через иглу вдувают воздух пылесосом. После чего капли стекла падают в банку с закаливающей смесью на основе веломашинного масла (не помню уже точно, что и в каких количествах там требовалось смешать).
При этом получаются застывшие стеклянные капли с хвостиками, обладающие огромной прочностью: такую каплю можно положить на наковальню и лупить по ней молотком - и ничего с нею не случится.
Но вот если взять кусачки и аккуратно отломить хвостик, который довольно легко отламывается, то такая стеклянная капелька мгновенно взрывается, полностью рассыпаясь в пыль.
JM777
19.11.2023 20:41+1Бытовой пример ситалла — вращающаяся подставка в микроволновке. По ней кстати видно, что ситалл не только может быть прозрачным, но он ещё и мутный при этом, а значит для линз не пригоден. Может и бывают не мутные, но я сомневаюсь - сама их структура способствует оптической мутности. Статья и правда слишком поверхностная.
sergku1213
19.11.2023 20:41Не уверен что подставка в микроволновке из ситалла. Судя по цене этой подставки( продаются отдельно) это просто стекло, максимум- стекло типа Пирекс или боросиликатное( кстати, там тоже очень интересные физико-химические явления происходят, благодаря чему эти стекла имеют свои необычные свойства). Когда- то выдавила жена поленом стекло в дверце печи...Имел неудовольствие покупать новое. Поразила цена. Хоть и называют по-другому, но это ситалл. Даже видна некая неоднородность светопропускания, типа опалесценции. Но может я себя убедил
truthseeker
Эх, а почему именно в этой оптике используют подобные материалы, а в другой - нет, не написали. Заинтриговали...
CBET_TbMbI
Читал про Астроситалл. Его суть в том, что у него околонулевой коэффициент температурного расширения. А температурные деформации для зеркал телескопов страшное зло, больше, чем для чего бы то ни было ещё (там зеркала и линзы огромные и работают часто в неотапливаемых помещениях). Ну и ещё оно прочный и жесткий (опять же минимизация деформаций но уже от своего веса). И в добавок, как и любое стекло хорошо полируется.
Можно его поименять и в других сферах (подложки микросхем и т.п.).
А статья бедная, да.
mirwide
Немного добавлю. Ситалл в астрономии используется только для зеркал. Для рефракторов не важен КЛТР, ну и их не делают большими из-за других проблем: хроматической аберрации и веса. Все самые большие телескопы в мире сделаны из ситалла zerodur либо нашего астроситалла(ситалл со-115м), который делают в Лыткарино, они оба не прозрачны. Низкий КЛТР для них важен, чтобы перепад температуры не приводил к отклонению формы зеркала от параболы в пределах 1/8 от длины волны.
250 мм заготовка под рефлектор из ситалл со-115м
truthseeker
Красота! Спасибо за дополнительную информацию, и за фото.
truthseeker
Спасибо. Кратко, и понятными словами описали то, чего не хватает в статье. Подозревал, что дело в размерах астрономической оптики, и каких-то физических параметрах материала, но подозревать - одно, а знать точно, и о каких именно физических параметра идёт речь - это совсем другое:)