Анотація до роботи:

Світличний Є.О. – Корундова кераміка, модифікована діоксидом цирконію, з підвищеними міцністю та термостійкістю. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2006.

Дисертацію присвячено питанню розробки технології корундової кераміки, модифікованої діоксидом цирконію, з підвищеними міцністю та термостійкістю при використанні сировини України і обладнання, що традиційно застосовується. Досліджено вплив різних способів введення в корундову кераміку добавки діоксиду цирконію на її властивості і показана ефективність введення вказаної добавки методом просочування глинозему, який складається із g-Al₂O₃, водним розчином оксихлориду цирконію з наступною термообробкою при температурі 1550 ⁰С для утворення в суміші частинок -Al2O3 і ZrO₂. Встановлено, що зразки на основі такого глинозему мають найменший вміст шкідливої домішки Na₂O < 0,05-0,06 %. Вони характеризуються найменшим розміром кристалів корунду (< 4-10 мкм) завдяки тому, що нанодисперсні частинки діоксиду цирконію, що утворилися, розташовуються вельми рівномірно у міжзеренному просторі -Al2O3 і як наслідок, мають підвищені властивости як порівняно з корундовими зразками з добавками ZrO₂, одержаними іншими способами, так і порівняно з корундовими виробами з добавкою 0,2 % MgO, що традиційно випускаються. Встановлено оптимальну кількість добавки діоксиду цирконію – 5 і 10 %, що дозволяє підвищити відповідно термостійкість і міцність корундових виробів. Показано, що підвищені показники властивостей кераміки на основі глинозему, що просочений оксихлоридом цирконію з наступною термообробкою, визначаються її напруженою та мікротріщинуватою структурою, яка сприяє розсіюванню енергії тріщин, що виникають підчас служби кераміки. Розроблено технологічні параметри виготовлення виробів з корундової кераміки з добавками ZrO₂ методом шлікерного лиття у гіпсові форми, здійснено випуск розроблених виробів з добавками діоксиду цирконію та проведено їх порівняльні випробування з виробами з добавками MgO і TiO₂, що традиційно випускаються. Проведені випробування в службі показали перевагу розроблених видів кераміки з добавками ZrO₂.

На підставі результатів виконаної роботи вирішено науково-практичне завдання з розробки технології корундової кераміки, модифікованої діоксидом цирконію, з підвищеними міцністю і термостійкістю при використанні сировини України і обладнання, що традиційно застосовується.

1. В результаті проведених досліджень впливу різних способів введення в корундову кераміку добавки діоксиду цирконію на її властивості показана ефективність введення вказаної добавки методом просочування глинозему, який складається із g-Al₂O₃, водним розчином оксихлориду цирконію з наступною термообробкою при температурі 1550 ⁰С для утворення в суміші частинок -Al2O3 і ZrO₂. Встановлено, що зразки на основі глиноземів, які виготовлено цим способом, мають найменший вміст шкідливої домішки Na₂O (< 0,05-0,06 %) і характеризуються найменшими розмірами кристалів корунду (< 4-10 мкм) завдяки тому, що нанодисперсні частинки діоксиду цирконію, що утворилися, розташовуються вельми рівномірно у міжзеренному просторі -Al2O3 і є інгібітором росту кристалів.

2. Дослідження впливу кількості добавки ZrO₂ на властивості глинозему, що просочений водним розчином оксихлориду цирконію з наступною термообробкою, показало, що добавка діоксиду цирконію у кількості 5-12,5 % розподіляється в глиноземі рівномірно і сприяє формуванню розгалуженої форми агрегатів, яка позитивно впливає на подальше подрібнення глинозему. При підвищені вмісту діоксиду цирконію до 7,5-12,5 % відбувається значне зменшення розмірів як агрегатів, так і окремих зерен корунду, оскільки частинки ZrO₂ розклинюють зерна -Al2O3, це сприятливо позначається на подальшому подрібненні глинозему.

3. На підставі вивчення впливу кількості добавки ZrO₂ на кінетику помелу глинозему показано, що протягом трьох годин помелу у вібраційному млині глинозем з добавками 5-12,5 % ZrO₂ подрібнюється до високого ступеню дисперсності частинок (~ 70 % < 2 мкм) і характеризується їх ефективним розподілом, що забезпечує максимальне ущільнення сирцю під час його формування та спікання.

4. Дослідженнями впливу технологічних чинників на реологічні та технологічні властивості шлікерів і відливок з них встановлено оптимальний інтервал рН = 3-4, при якому глиноземні шлікера з добавками діоксиду цирконію мають найкращу текучість та стабільність, що обумовлене меншою товщиною міцно пов'язаних шарів дисперсійного середовища навколо частинок глинозему в кислому середовищі, унаслідок чого відливки мають найбільшу щільність – 2,87-2,90 г/см³. Встановлено доцільність вакуумування шлікеру і підігріву його до температури 30 ⁰С, що дозволяє понизити в'язкість системи до 4,5 МПас і збільшити щільність відливок до 2,93 г/см³ за рахунок видалення газових включень.

5. Зразки кераміки на основі глинозему, просоченого водним розчином оксихлориду цирконію з наступною термообробкою і помелом, характеризуються поліпшеними властивостями як порівняно з корундовими зразками з добавками ZrO₂, які одержано іншими способами, так і порівняно з корундовими виробами з добавкою 0,2 % MgO, що традиційно випускаються. Встановлено, що вміст 5 % ZrO₂ в кераміці забезпечує найбільше значення термостійкості – ДТ = 230 ⁰С, а вміст 10 % ZrO₂ – найбільші значення межі міцності при вигині – 450 МПа та коефіцієнту інтенсивності напруг К_1с – 7 МПам^0,5, тому ці склади обрано оптимальними. Електронномікроскопічне дослідження зразків кераміки показало, що підвищені показники властивостей кераміки на основі глинозему, що просочений оксихлоридом цирконію з наступною термообробкою, визначаються її напруженою та мікротріщинуватою структурою, яка сприяє розсіюванню енергії тріщин, що виникають підчас служби кераміки.

6. Встановлені технологічні параметри виготовлення виробів з корундової кераміки з добавками діоксиду цирконію з підвищеними міцністю і термостійкістю. Спосіб виготовлення матеріалу для конструкційної корундової кераміки з добавкою діоксиду цирконію захищено патентом України.

7. Розроблено технічну документацію на виробництво тонкодисперсного корундового порошку з добавками ZrO₂ для виготовлення дослідних партій особливощільних корундових виробів з добавками ZrO₂ методом шлікерного лиття у гіпсові форми. Розроблену технологію освоєно і впроваджено на дослідному виробництві ВАТ “УкрНДІВ імені А.С. Бережного”. Здійснено випуск дослідних високовогнетривких особливощільних корундових виробів з добавками діоксиду цирконію методом шлікерного лиття у гіпсові форми та проведено їх порівняльні випробування з виробами з добавками MgO і TiO₂, що традиційно випускаються. Випробуваннями в службі встановлено перевагу розроблених видів кераміки з добавками діоксиду цирконію при плавці паладію при температурах до 1700 ⁰С, в умовах розтягуючих навантажень при температурі 25 ⁰С, а також в умовах електричного інфрачервоного нагріву.

На підставі проведених випробувань розроблено, узгоджено із споживачами кераміки і затверджено технічні умови на корундові особливощільні вироби з добавкою діоксиду цирконію, відповідно до яких передбачено дві марки: КОЩЦ-5 і КОЩЦ-10 для виготовлення різних типорозмірів. Розроблена корундова кераміка з добавками ZrO₂ відповідає рівню зарубіжних аналогів і в даний час використовується на трьох підприємствах України.

Публікації автора:

1. Влияние добавки диоксида циркония на свойства глинозема как сырья для керамики / П.П. Криворучко, Н.Л. Пьяных, Е.А. Денисенко, Е.А. Светличный, Т.Г. Тишина // Сборник научных трудов ОАО “УкрНИИО имени А.С. Бережного”. – Харьков: Каравелла, 2001. – № 101 – С. 141-146.

Здобувачем обрано склади глиноземів з різною кількістю добавок ZrO₂, вивчено процеси фазо- та структуроутворення термооброблених глиноземів із різною кількістю добавок ZrO₂. Встановлено особливості подрібнення термооброблених глиноземів з добавками ZrO₂.

2. Корундовая особоплотная керамика, модифицированная добавкой диоксида циркония, для имплантации при реконструктивно-восстановительной хирургии ОДА / П.П. Криворучко, Н.Л. Пьяных, Э.Л. Карякина, Е.А. Денисенко, Е.А. Светличный // Вісник Національного технічного университету “ХПІ”. – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2002. – № 17. – С. 26–29.

Здобувачем проаналізовано перспективність застосування корундової кераміки з добавками ZrO₂ для імплантації в реконструктивно-відновній хірургії кісткової тканини людини.

3. Исследование свойств шликеров на основе глинозема с добавкой диоксида циркония / П.П. Криворучко, Н.Л. Пьяных, Е.А. Светличный, Е.А. Дени-сенко // Збірник наукових праць ВАТ “УкрНДІВогнетривів імені А.С. Бережного”. – Харків, 2003. – №103. – С. 98-104.

Здобувачем досліджено властивості шлікерів на основі глинозему з добавками діоксиду цирконію. Встановлено рН шлікеру, який забезпечує оптимальну текучість та агрегативну стійкість системи і отримання відливок з максимальною щільністю.

4. Образование трансформационно-упрочненной структуры корундовой керамики при введении ZrO₂ / П.П. Криворучко, Е.А. Светличный, Н.Л. Пья-ных, Э.Л. Карякина, Е.А. Денисенко // Вісник Національного технічного университету “ХПІ”.– Харків: НТУ “ХПІ”. – 2004. – № 32. – С. 124–130.

Здобувачем досліджено процес утворення трансформаційно-зміцненої структури корундової кераміки при введенні у матрицю із -Al2O3 дрібнодисперсних частинок ZrO₂.

5. Исследование термостойкости корундовой керамики разных видов методом определения критического перепада температур / П.П. Криворучко, Н.Л. Пьяных, Е.А. Светличный, М.Л. Литвин, Е.А. Денисенко // Збірник наукових праць ВАТ “УкрНДІВ ім. А.С. Бережного”. – Харків : Каравелла, 2004. – С. 120-124.

Здобувачем виготовлено зразки корундової кераміки з різними добавками способом шлікерного лиття у гіпсові форми та проведено дослідження їх термостійкості методом визначення критичного перепаду температур. Встановлено, що найбільшу термостійкість має корундова кераміка, модифікована 5 % ZrO₂.

6. Промышленные испытания корундовой керамики с добавками ZrO₂ / П.П. Криворучко, Н.Л. Пьяных, Е.А. Светличный, Е.А. Денисенко, А.В. Майор, Ю.А. Похил, Е.Н. Алексенко, Л.Ф. Яковенко // Збірник наукових праць ВАТ “УкрНДІВ ім. А.С. Бережного”. – Харків: Каравелла, 2005. – № 105.– С. 92–97.

Здобувачем проведено випробування дослідних партій корундових виробів з добавками ZrO₂, які показали позитивний результат їх використання у виді тиглів з підвищеною термостійкістю для плавки паладію при температурах до 1700 ^oС та конструкційних елементів, що працюють в умовах підвищених динамічних навантажень.

7. Пат. 72274 Україна, МПК⁷ С 04 В 35/10, 35/106, 35/622. Спосіб виготовлення матеріалу для конструкційної корундової кераміки з добавкою діоксиду цирконію: Пат. 72274 Україна, МПК⁷ С 04 В 35/10, 35/106, 35/622 / П.П. Криворучко, Н.Л. Пяних, О.О. Денисенко, Є.О. Світличний; ВАТ “Український науково-дослідний інститут вогнетривів імені А.С. Бережного”. - № 2002042969; Заявл. 12.04.2002; Опубл. 15.02.2005. Промислова власність. – 2005. – № 2. – С. 3.76.

За участю здобувача розроблено спосіб введення добавки ZrO₂ в корундову кераміку, який дозволив отримати вироби з корундової кераміки з підвищеними міцністю та термостійкістю.

8. Влияние способа введения ZrO₂ в глинозем на свойства образцов из корундовой керамики / П.П. Криворучко, Н.Л. Пьяных, Е.А. Светличный, Е.А. Денисенко, Э.Л. Карякина // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. – Харьков: Каравелла. – 2002. – С. 36-37.

Здобувачем виготовлено дослідну партію глинозему з добавками ZrO₂ способом його просочування водним розчином оксихлориду цирконію з наступною термообробкою. Досліджено вплив добавки ZrO₂ в кількості 5-12,5 % на збагачення глинозему та на властивості кераміки.

9. Модифицированная добавкой диоксида циркония корундовая особоплотная керамика / П.П. Криворучко, Н.Л. Пьяных, Е.А. Денисенко, Е.А. Светличный // Тезисы докладов Международной конференции “Новейшие технологии в порошковой металлургии и керамике”.– Киев. – 2003. – С. 209.

Здобувачем досліджено властивості розроблених зразків корундової кераміки, модифікованої добавкою діоксиду цирконію та порівняно їх з властивостями зразків корундової кераміки з добавкою 0,15-0,20 % MgO. Здобувачем виконано аналіз отриманих даних та сформульовано висновки щодо подальшого використання розробленої кераміки.

10. Установление взаимосвязи технологических параметров и структурно-механических характеристик шликеров в технологии корундовой керамики, модифицированной ZrO₂ / П.П. Криворучко, Н.Л. Пьяных, Е.А. Светличный, Е.А. Денисенко // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. – Харьков: Каравелла. – 2003. – С. 30-31.

Під час проведення досліджень властивостей шлікерів здобувачем встановлено взаємозв'язок технологічних та структурно-механічних властивостей глиноземних з добавкою ZrO₂ шлікерів.

11. Сопоставительные испытания на термостойкость четырех видов корундовой керамики, модифицированных различными добавками / П.П. Криворучко, Н.Л. Пьяных, Е.А. Светличный, М.Л. Литвин, Е.А. Денисенко // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. – Харьков: Каравелла. – 2004. – С. 43-44.

Здобувачем виготовлено дослідні зразки корундової кераміки чотирьох складів та проведено їх порівняльні випробування на термостійкість. Виконано аналіз отриманих даних.

12. Modified ZrO₂ corundum ceramics with increased strength and thermal shock resistance / Y.O. Svitlychniy, P.P. Krivoruchko, N.L. Pyanykh, E.L. Karyakina, E.O. Denisenko // Refractories for Metallurgy. 47^th International Colloquium on Refractories. Eurogress Aachen, 2004. P. 23-27.

Здобувачем виконано дослідження різних способів введення добавки діоксиду цирконію в кількості 5-12,5 % у корундову кераміку. Підготовлено дослідні зразки корундової кераміки з добавками діоксиду цирконію методом шлікерного лиття у гіпсові форми та досліджено їх властивості. Встановлено, що властивості корундової кераміки з добавками ZrO₂, які отримані способом просочування глинозему водним розчином оксихлорида цирконію з наступною термообробкою, мають найвищі показники.

13. Сопоставительные испытания в службе изделий из корундовой керамики различного состава / П.П. Криворучко, Н.Л. Пьяных, Е.А. Светличный, Е.А. Денисенко // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. – Харьков: Каравелла. – 2005. – С. 38–40.

Здобувачем виготовлено методом шлікерного лиття у гіпсові форми дослідну партію виробів із корундової кераміки з добавками діоксиду цирконію та здійснено випробування цих виробів у порівнянні з виробами інших складів.