1.10. Стеклокристаллические материалы – ситаллы.

Стремление избавиться от главных недостатков стекла, повысить его устойчивость к механическим и термическим воздействиям привело к созданию стеклокристаллического материала – ситалла. Если в состав стекол, склонных к кристаллизации, ввести одну или несколько добавок веществ, дающих зародыши кристаллизации, то удается стимулировать процесс кристаллизации стекла по всему объему изделия и получить материал с однородно» мелкокристаллической структурой.

Ситаллы получают преимущественно по стекольной технологии из вязкой стекломассы специального состава (рис.3.22).

Таким образом, ситалл отличается от стекла мелкокристаллической микроструктурой, причем размеры кристаллитов около 1 мкм, а их содержание достигает 50–90% по объему. Отличие ситаллов от керамики – значительно меньший размер кристаллитов.

Кристаллизация стекла может быть обусловлена фотохимическими и каталитическими процессами. В первом случае центрами кристаллизации служат мельчайшие частицы металлов (серебра, золота, меди, алюминия и др.), которые выделяются под влиянием ультрафиолетового излучения из соответствующих оксидов, входящих в состав стекла. Затем проводится термообработка, при которой происходит образование и рост кристаллитов вокруг металлических частиц. Одновременно материал приобретает определенную окраску. Полученные таким способом материалы называют фотоситаллами.

При каталитической кристаллизации технология изготовления ситаллов упрощается, так как отпадает необходимость в предварительном облучении. В этом случае в качестве катализаторов кристаллизации используются соединения, ограниченно растворимые в стекломассе или легко кристаллизующиеся из расплава, например, FeS, TiO₂, фториды и фосфаты щелочных и щелочноземельных металлов. Полученные при этом материалы называются термоситаллами.

В процессе ситаллизации стекла наиболее существенно изменяются следующие его свойства:

–повышается механическая прочность из-за того, что поверхностные трещины, наталкиваюсь на кристаллиты, не могут развиваться так интенсивно, как в стекле;

–растет нагревостойкость, так как диапазон температур размягчения-плавления значительно сужается по сравнению со стеклами;

–появляется возможность регулировать параметры (например, ТКЛР) за счет изменения степени ситаллизации, т.е. доли кристаллической фазы.

В табл.3.12 приведено сравнение параметров литиевого ситалла и аналогичного по значению ТКЛР стекла. Видно, что по многим параметрам ситалл превосходит стекло. Его недостатком является меньшая химическая стойкость вследствие неоднородной структуры. От керамики ситаллы отличаются хорошей обрабатываемостью, отсутствием пористости, меньшей стоимостью.

Ситаллы марок Ст32, Ст38, Ст50 (цифра обозначает ТКЛР) в виде полированных пластин толщиной 0,5–1мм размером 60x48мм являются основным материалом подложек тонкопленочных ГИС.

Таблица 3.12. Сравнение параметров стекол и ситаллов.

Параметр	Стекло С-52-1	Ситалл ПГБ-30
Прочность, МПа	0,3 – 0,5	1,1 – 1,2
ТКЛР, 1/град	52·10-7	58·10-7
tgδ	4,9·10-3	1,0·10-3
ЕПР, МВ/м	6	5
Нагревостойкость,°С	177	427