1 Tworzywa szklano-krystaliczne (szkło-ceramika)Zawierają co najmniej dwie fazy: szklistą i krystaliczną; Otrzymuje się je w procesie odpowiedniej obróbki termicznej szkieł podczas której zachodzi objętościowa krystalizacja

2 Krystalizacja szkła aspekt praktycznypodatność szkła na krystalizację określają dwa czynniki: ilość powstających zarodków krystalizacji w jednostce czasu i jednostce objętości (dążność do krystalizacji) liniowa prędkość wzrostu kryształów (szybkość krystalizacji) N ‑ ilość powstających zarodków; V ‑ objętość, w której zachodzi proces;  ‑ czas; L ‑ długość kryształu;

3 Krystalizacja szkła aspekt praktycznyZależność dążności do krystalizacji Kv i liniowej prędkości wzrostu kryształów Kg od przechłodzenia. T1 – temperatura likwidusu T1 – T3 zakres temperatury krystalizacji Tk – temperatura krytyczna T1 – T2 mało zarodków, ale szybko rosną Tk – T3 dużo zarodków, ale rosną wolno

4 Krystalizacja czas i temperaturaJeśli masa szklana znajduje się w zakresie temperatury krystalizacji (szczególnie w krytycznej temperaturze krystalizacji), to może skrystalizować. O tym czy skrystalizuje, decyduje czas przebywania masy w zakresie temperatury krystalizacji.

5 Kierowana krystalizacja szkłaPrzeprowadzenie obróbki termicznej w taki sposób, aby celowo wywołać krystalizację i otrzymać tworzywa szkło - krystaliczne (tworzywa o równomiernej, drobnoziarnistej mikrostrukturze oraz o właściwościach fizycznych i chemicznych lepszych lub innych niż szkło wyjściowe) wzrost kryształów rozpoczyna się jednocześnie w dużej ilości zarodków krystalicznych równomiernie rozmieszczonych w szkle.

6 Kierowana krystalizacja szkłaProces kierowanej krystalizacji wymaga substancji działających jako zarodki lub ułatwiających zarodkowanie (nukleacja heterogeniczna) Bez nukleatora z nukleatorem

7 TWORZYWA SZKŁO-KRYSTALICZNEZasady projektowania tworzyw szkło-krystalicznych: Zaprojektowanie odpowiedniego składu chemicznego szkła wyjściowego, zapewniającego krystalizację odpowiednich faz; Odpowiedni dobór nukleatorow krystalizacji Zaprojektowanie warunków obróbki termicznej - czas i temperatury nukleacji i krystalizacji

8 Technologia wytwarzania tworzyw szkło-krystalicznychPrzygotowanie surowców; sporządzanie zestawu; Topienie masy szklanej Formowanie metodami szklarskimi Otrzymywanie sproszkowanego szkła

9 Technologia wytwarzaniaFormowanie wyrobów metodami szklarskimi (najczęściej -wytłaczanie i odlewanie) Odprężanie Krystalizacja Krystalizacja

10 Technologia wytwarzaniaOtrzymywanie sproszkowanego szkła Przygotowanie masy do formowania formowanie wyrobów metodami ceramicznymi prasowanie (półsuche, z lepiszczem organicznym), termoplastyczne odlewanie Krystalizacja

11 Technologia wytwarzaniaEwentualna obróbka wyrobów (np. szlifowanie końców rur, wygładzanie powierzchni pryzmatów, obcinanie) Kontrola jakości Sortowanie Pakowanie

12 Tworzywa szkło-krystaliczne charakterystykaSą to tworzywa o odpowiedniej mikrostrukturze, co najmniej dwu-fazowe właściwości zależą od składu fazowego ziaren krystalicznych i składu chemicznego pozostałej fazy szklistej materiały izotropowe (większość) lub anizotropowe

13 Tworzywa szkło-krystaliczneCechy mikrostruktury: Rodzaj faz krystalicznych i amorficznych zawartych w tworzywie; Ich proporcje ilościowe Wielkość kryształów; ich kształt i orientacje; Przestrzenne rozmieszczenie poszczególnych faz w tworzywie; Mikrostruktura dewitryfikatów decyduje o ich: - Właściwościach; - Zastosowaniu; Cechy mikrostruktury zdeterminowane są: składem chemicznym materiału; Parametrami obróbki cieplnej;

14 Tworzywa szkło-krystaliczne rodzaje tworzywTworzywa o podwyższonych własnościach użytkowych: Mechanicznych – fazy krystaliczne: krzemiany łańcuchowe, miki, glino-krzemiany, 2-krzemian litu, mulit Termicznych – o niskim współczynniku rozszerzalności termicznej (fazy krystaliczne: eukryptyt, spodumen); o wysokim współczynniku rozszerzalności termicznej (fazy krystaliczne: dwukrzemian litu, kwarc, krystobalit); chemicznych (fazy krystaliczne: glino-krzemiany, SiO2) Biomateriały (fazy krystaliczne: apatyt, wollastonit) Fotoceramy (krystalizacja indukowana reakcjami fotochemicznymi) – obrazy w szkle

15 Tworzywa szkło-krystaliczneTworzywa o podwyższonych, w stosunku do szkieł, własnościach użytkowych: Artykuły gospodarstwa domowego Elementy kuchenek elektrycznych, piecyków, kominków; Elementy aparatury Urządzenia techniczne do różnych zastosowań lub ich elementy; Rekonstrukcyjna szkło-ceramika dentystyczna

16 Tworzywa szkło-krystaliczneTworzywa o podwyższonych własnościach użytkowych do zastosowań w gospodarstwie domowym i urządzeniach technicznych: Szkło-ceramika oparta na krystalizacji krzemianów łańcuchowych (kanazyt, enstatyt, amfibole itp.) Własności: bardzo wysoka odporność na kruche pękanie 4,8-5,2 MPa.m0,5 (tworzywa kanazytowe) Szkło—ceramika eukryptytowo-spodumenowa (oparta na krystalizacji glinokrzemianów litu) – Neoceram, Ceram, Robax własności:  = -0,3 do +1,3 (10-6K-1) szok termiczny = K wytrzymałość na zginanie = 75 – 175 MPa

17 Tworzywa szkło-krystaliczneSzkło-ceramika dla stomatologii rekonstrukcyjnej: Szkło-ceramika oparta na krystalizacji leucytu – glino-krzemian potasu Własności: walory estetyczne, wytrzymałość na zginanie MPa Szkło-ceramika oparta na krystalizacji dwu-krzemianu litu Własności: walory estetyczne, podwyższona wytrzymałość mechaniczna MPa

19 Tworzywa szkło-krystaliczneBiomateriały szkło-ceramiczne: - Dobra tolerancja w organizmie żywym Zdolność zrastania się z tkanką kostną Długa przeżywalność implantów Zdolność stymulacji tkanek do szybszej odbudowy

20 Apatytowe tworzywa szklano-ceramiczne SiO2 – P2O5 – CaO/MgO – Na2O/K2OCeravital - Skład chemiczny 40-50% SiO2, 5-10% Na2O, 0,5-3% K2O, 30-35% CaO, 2,5-5% MgO, 10 – 25% P2O5 ; główna faza krystaliczna: apatyt Ca5(PO4)3(OH), właściwości: bioaktywność, biozgodność wytrzymałość na zginanie MPa wytrzymałość na ściskanie 500 MPa moduł Younga GPa kryształy nm Zastosowanie: chirurgia kości twarzowych, ucha środkowego. korzeni zębowych po ekstrakcji, wypełnienia patologicznych kieszeni kostnych

21 Apatytowo-wollastonitowe tworzywa szklano-ceramiczneSiO2 – P2O5 – CaO – MgO – F/Na2O/K2O Cerabone - Skład chemiczny 34% SiO2, 44,7% CaO, 4,6% MgO, 16,2% P2O5, 0,5% CaF2; Ilmaplant L1 - Skład chemiczny 44,3% SiO2, 4,6% Na2O, 0,2% K2O, 31,9% CaO, 2,8% MgO, 11,2% P2O5, 0,5% CaF2; główna faza krystaliczna: apatyt Ca5(PO4)3(OH), wollastonit CaSiO3 właściwości: bioaktywność, biozgodność wytrzymałość na zginanie MPa wytrzymałość na ściskanie 1000 MPa odporność na kruche pękanie 2 MPam-1 moduł Younga ok. 100 GPa kryształy nm

22 Apatytowo-wollastonitowe tworzywa szklano-ceramiczneLepsze parametry wytrzymałościowe od bioszkieł i tworzyw szkło-krystalicznych apatytowych!!!!!! Zastosowanie: - chirurgia kości twarzowych; - chirurgia ucha środkowego; - chirurgia kręgosłupa

23 stabilne zamocowanie w macierzystej tkance kostnej;IMPLANTY CERAMICZNE pierwsze szkło bioaktywne z układu Na2O – CaO – P2O5 – SiO2; stabilne zamocowanie w macierzystej tkance kostnej;

24 IMPLANTY CERAMICZNE Endoproteza stawu biodrowego: kompozyt węgiel-węgiel ; główka endoprotezy z ZrO2; wysokie parametry wytrzymałościowe;

25 IMPLANTY CERAMICZNE Hydroksyapatyt Ca5(PO4)3(OH) – zastosowanie w stomatologii; dobra biozgodność; stymulacja odbudowy tkanki kostnej;

26 Fotoceramy Szkła o dużej tendencji do likwacjiKatalizatory krystalizacji – pierwiastki lub związki reagujące pod wpływem kwantów świetlnych i tworzące zarodki krystalizacji („uczulacze”): Cu, Ag, Au, CeO2 , SnO2 Ce3+ + Cu+ + h  Ce4+ + Cu (przejście metalu z postaci jonowej w atomową tworzenie agregatów  wzrost agregatów  zarodek krystalizacji w formie koloidalnej cząstki )