Анотація до роботи:

Лісачук Г.В. Склокристалічні поліфункціональні покриття по кераміці з регульованими властивостями. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціаль-ністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. - Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2003.

Дисертація присвячена розробці наукової концепції створення склокристалічних покриттів (СКП) по кераміці з регульованими властивостями. На підставі фізико-хімічних досліджень системи R₂O-RO-R₂O₃-RO₂, де R₂O – Li₂O, Na₂O, K₂O; RO – CaO, MgO, ZnO, SrO, BaO; R₂O₃ – Al₂O₃, B₂O₃; RO₂ – SiO₂, TiO₂, ZrO₂ розроблені принципи одержання поліфункціональних СКП. Отримано СКП у різних підсистемах, виявлено умови синтезу кристалічних фаз, які забезпечують задані властивості покриттів. Запропоновано новий підхід до створення СКП, який полягає у використанні оригінальних розрахункових ме-тодик на всіх етапах їх одержання. Розроблено методику проектування складів СКП, яка дозволяє охопити всю сукупність паралельно-послідовних реакцій, що протікають у шихті при її нагріванні та полягає в прогнозі складу продуктів фазоутворення.

Встановлено закономірності формування моно-, полікристалічних та лікваційно-ситальних низькотемпературних покриттів.

1. Розвинуті в роботі теоретичні уявлення склали підґрунтя для розв’язання науково-прикладної проблеми створення склокристалічних покриттів по кераміці різного функціонального призначення із регульованими властивостями. На підставі проведених систематичних досліджень субсолідусної будови багатокомпонентних систем, процесів фазоутворення, геометро-топологічних характеристик фаз сформульовані, науково і експериментально обгрунтовано закономірності формування поліфункціональних покриттів, отриманих за ситальною та композиційною технологіями в умовах швидкісних режимів синтезу.

2. Отримано нові дані, які доповнюють відомості про будову багатоком-понентних систем оксидів, а саме:

досліджено субсолідусну будову областей систем оксидів CaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂ та CaO-MgO-B₂O₃-SiO₂ , які примикають до ребра B₂O₃-SiO₂ та до вершини тетраедра СаО; побудовані поверхні ліквідусу у подвійних та потрійних перетинах означених областей;

виконано повну тетраедрацію системи CaO-ZnO-Al₂O₃-SiO₂ та побудовано топологічний граф взаємозв’язку елементарних тетраедрів системи, надано повну характеристику фаз системи;

виконано триангуляцію систем ZnO-Al₂O₃-TiO₂, ZnO-CaO-TiO_2, ZnO-MgO-TiO₂, вивчено поверхні ліквідусу перерізів систем.

3. На основі статистичної оцінки масиву експериментальних даних по складах склопокриттів, які містять кристалічну фазу, отримані математичні моделі впливу хімічного складу на їх основні експлуатаційні властивості. Дані моделі дозволяють в широкому діапазоні складів прогнозувати конкретні властивості покриттів розрахунковим шляхом. На підставі проведених досліджень обґрунтовано та визначено межі концентрацій оксидів для подальшого отримання поліфункціональних склокристалічних покриттів.

4. Запропоновано новий підхід та розроблено методику проектування бага-токомпонентних складів склокристалічних покриттів із заданими кристалічними фазами, яка полягає в прогнозі якісного та кількісного складу продуктів фазоутво-рення в шихті при її нагріванні до заданих температур. Розроблено алгоритм роз-рахунку кінцевого складу продукційної суміші при різних температурах взаємо-дій. На відміну від традиційного термодинамічного методу (розрахунків енергії Гіббса) запропонована методика дозволяє охопити всю сукупність паралельно-послідов-них реакцій, які протікають у шихтовій суміші, та з достатнім ступенем ймовір-ності надати прогнозну якісну та кількісну характеристики фаз, які кристалізуються.

5. Розроблено нові принципи визначення областей складів багатокомпо-нентних стекол, які базуються на розрахункових методах оцінки багатомірного простору складів в межах заданих значень властивостей, а також прогнозування структурного стану стекол (стабільна прозорість, здатність до ліквації та криста-лізації тощо) за власними розрахунковими критеріями (К_с, К_м, К_кр). Експериментальна перевірка знайдених таким шляхом складів стекол в системі Na₂O-K₂O-CaO-MgO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂ показала достовірність запропонованого методу, що підтверджується відтворенням теоретичних положень в експеримен-тальних результатах.

6. На підставі запропонованої методології розробки складів покриттів про-ведені дослідження та розрахунки в системі CaO-MgO-B₂O₃-SiO₂, які показали, що в ній можливо отримувати покриття, що як основну кристалічну фазу містять форстерит, воластоніт або діопсид. Виявлено роль оксиду бора в реалізації механізму некаталізованої кристалізації покриттів. Встановлені закономірності фазоутворення на всіх етапах синтезу покриттів, які дозволили отримати однорідну дрібнокристалічну структуру покриттів із вмістом діопсиду до 55 % . При температурах 900-960 ^оС отримано склокристалічні покриття з високою хімічною стійкістю ( > 99,0 %).

7. У малоборній області системи CaO-MgO-ZnO-ВаO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂ отри-мано покриття з високим ступенем знепрозореності. Підвищені показники білиз-ни покриттів ( > 70 %) забезпечувалися за рахунок використання принципу організованої мікрогетерогенності з наступним формуванням лікваційно-ситальної структури. Визначено величину оптимального співвідношення B₂O₃/ВаO , яка знаходиться в межах від 0,5 до 2,0, що сприяє максимальній кристалізації заданих фаз: цельзіану, ганіту і діопсиду (температура синтезу 850-880 ^оС).

8. В системі Li₂O-CaO-MgO-ZnO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂ методом спрямованої кристалізації комплексу фаз (b-сподумену, діопсиду і ганіту) отримано склокристалічні покриття з високою термічною стійкістю (400 ^оС). При вивченні впливу хімічного складу полікристалічних покриттів на їх фазовий склад та властивості встановлено, що неодмінною умовою досягнення заданого фазового складу та властивостей покриттів є дотримання в їх складах стехіометричних співвідношень фазоутворюючих оксидів. Встановлено закономірності одночасного синтезу заданого комплексу фаз в умовах швидкісних режимів низькотемпературного випалу (750-850 ^оС). Запропоновано спосіб регулювання температурного коефіцієнта лінійного розширення полікристалічних покриттів, який ґрунтується на змінюванні їх фазового складу в залежності від умов випалу.

9. З використанням методики прогнозних термодинамічних розрахунків в системі CaO-MgO-ZnO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂-TiO₂ шляхом спрямованої кристалізації фаз було отримано безлужні низькотемпературні полікристалічні покриття. Встановлено, що утворення ганіту, гардістоніту, діопсиду, кордієриту, перовскіту та сфену відповідає умовам, визначеним за результатами термодинамічних прогнозних розрахунків, підтверджуючи тим самим правомірність використання запропонованої методики. Визначено співвідношення оксидів, які дозволяють регулювати процес утворення заданих фаз. Показано, що при синтезі покриттів в досліджуваній системі, змінюючи хімічний склад у вельми вузьких межах (до 1 %), можна отримати різні основні кристалічні фази при загальній поліфазності матеріалу. В умовах швидкісного випалу при температурі 920-960 ^оС отримано склокристалічні покриття з термостійкістю 350 - 450 ^оС, мікротвердістю 6100 - 6800 МПа, кислотостійкістю 99,97-99,98 %, лугостійкістю 98,0- 99,0 %, білизною 65-70 %, ТКЛР (3,74,33) 10^-6 К^-1.

10. Встановлено механізми формування нефритованих склокристалічних покриттів як за композиційним способом, так і шляхом спрямованої кристалізації фаз у процесі випалу. Вивчено властивості покриттів і визначені співвідношення „скломатриця : наповнювач”, які обумовили отримання склокристалічних зносо-стійких покриттів та таких, що здатні виконувати функцію захисту від електромагнітного випромінювання.

В системі RO-R₂O₃-SiO₂, де RO = CaO, MgO, ZnO та R₂O₃ = Al₂O₃, Fe₂O₃, Cr₂O₃ методом спрямованої кристалізації ганіту отримано нефритовані білі та кольорові склокристалічні покриття з температурою формування 1220-1280 ^оС. Виявлено співвідношення фазоутворюючих оксидів, які забезпечують високі показники білизни (82 %), мікротвердості (6500-7500 МПа), термічної стійкості (більш ніж 8 теплозмін), а також оптимальні колориметричні показники кольорових покриттів. Встановлено, що безпігментне забарвлення склокристалічних покриттів можна здійснювати за рахунок синтезу в процесі випалу температуростійких хромофорних фаз, які відрізняються високим ступенем стійкості до впливу силікатного розплаву.

11. На підставі виконаних наукових та експериментальних досліджень створено покриття по кераміці: низькотемпературні – скловидні прозорі, моно-кристалічні, полікристалічні з температурою формування 820-960 ^оС та високо-температурні – моно- і полікристалічні з температурою формування 1050-1280 ^оС. Оригінальність розробок підтверджено патентами України та авторськими свідоцтвами. Отримані покриття широко апробовані та впроваджені на різних керамічних підприємствах із загальним економічним ефектом, який становить 2652 тис. рублів (за цінами 1989 року) та 1095 тис. гривень (за цінами 2001 г.).

Теоретичні, технологічні та методологічні розробки використовуються у навчальному процесі при проведенні лекційних, практичних і лабораторних занять та виконанні науково-дослідних робіт.

Публікації автора:

1. Рыщенко М.И., Лисачук Г.В. Повышение эксплуатационных свойств керамики. – Харьков: Издательство при ХГУ «Вища школа», 1987. - 104 с.

Здобувачем за результатами власних досліджень підготовлено главу 2 і 4

монографії.

2. Рыщенко М.И., Белостоцкая Л.А., Лисачук Г.В., Салтевская Л.М. К оценке температурной границы субсолидного состояния систем, содержащих Na₂O, K₂O, P₂O₅ ,FeO, Fe₂O₃, CaO, Li₂O, SiO₂, Al₂O₃, CaF₂ // Доклады Академии наук УССР. – Киев, 1982. - Сер. «А», № 11. С. 78–80.

Здобувачем проведено розрахунки мінімальних евтектичних температур

у багатокомпонентних системах оксидів.

1. Рыщенко М.И., Лисачук Г.В., Радкевич Л.Н., Трусова Ю.Д., Федорен-

ко Е.Ю. Получение ликвационно–заглушенных глазурных покрытий по керамике // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 1998. - № 18. - С. 3-6.

Здобувачем запропоновано метод оцінки впливу оксидів МеО на ступінь

непрозорості покриттів, який апробовано при його безпосередній участі.

2. Рыщенко М.И., Лисачук Г.В. Создание высокоэффективной технологии

получения полифункциональных неметаллических покрытий по керамике с тем-пературой формирования до 1250 ⁰С // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 1998. - № 23. - С. 62-66.

Здобувачем виконано комплексне дослідження механізму формування

структури і властивостей поливних покриттів.

3. Лисачук Г.В. Исследование процессов кристаллизации стекол в системе

СаО – МgО – В₂О₃– SіО₂ // Сборник научных трудов УкрНИИогнеупоров им. А.С.Бережного. – Харьков: Каравелла, 1998. - С. 159-167.

4. Лисачук Г.В., Щукина Л.П., Трусова Ю.Д. Многофазные стеклокристал-

лические композиции как материал для функциональных покрытий // Коммунальное хозяйство городов. - Київ: Техніка, 1998. - № 16. – С. 20-24.

Здобувачем надано рекомендації про доцільність використання метода

спрямованої кристалізації покриттів замість застосування в них циркону.

5. Лисачук Г.В. Термостойкость борсодержащих глазурных покрытий //

Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ. – 1999. - № 56. - С. 3-7.

6. Лисачук Г.В. Беспигментное окрашивание глазурных покрытий техноген-

ным сырьем // Вестник Харьковского государственного политехнического уни-верситета. – Харьков: ХГПУ. – 1999. - № 90. - С. 145-148.

7. Лисачук Г.В. Оценка поверхности ликвидуса бинарных и трехкомпонент-

ных сечений в системе СаВ₂О₄-Аl₄В₂О₉-SіО₂–В₂О₃ // Сборник научных трудов ОАО «УкрНИИогнеупоров им. А.С.Бережного». – Харьков: Каравелла, 1999. - № 99. - С. 68-72.

8. Рыщенко М.И., Лисачук Г.В., Радкевич Л.Н., Трусова Ю.Д., Федорен-

ко Е.Ю. Прогнозирование глушащих свойств глазурных покрытий // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ. – 1999. - № 34. - С. 57-61.

Здобувачем запропоновано критерії оцінки декоративних властивостей

поливних покриттів.

9. Лисачук Г.В., Рыщенко М.И., Щукина Л.П., Трусова Ю.Д. Стеклокристал-

лические глазурные покрытия с регулируемыми свойствами на основе системы Li₂O–RO–Al₂O₃–B₂O₃–SiO₂ //Сборник научных трудов ОАО«УкрНИИогнеупо- ров им. А.С.Бережного». – Харьков: Каравелла, 2000. - № 100. - С. 121-126.

Здобувачеві належить ідея про можливість регулювання ТКЛР покриттів

шляхом керованого фазоутворення.

10. Лисачук Г.В. Теоретические и технологические основы получения мато-

вых глазурных покрытий // Вестник Харьковского государственного политех-нического университета. – Харьков: ХГПУ, 2000. - № 91. - С. 120-124.

11. Лисачук Г.В., Питак О.Я., Радкевич Л.Н., Набоков А.П., Василенко П.С.,

Ромашко Ю.В. Малокомпонентные покрытия для скоростного низкотемпературного обжига // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 2000. - № 105. - С. 22-24.

Здобувачеві належить постановка задачі досліджень, розробка складів по-

криттів та встановлення залежностей їх властивостей від параметрів термообробки.

12. Лисачук Г.В., Трусов Н.В., Трусова Ю.Д. Термодинамическое определе-

ние оптимальных условий получения Li₂O - содержащих стеклокристаллических покрытий для керамических материалов // Вестник Харьковского государ-ственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 2000. - № 115. - С. 149-156.

Здобувач провів розрахунки термодинамічної вірогідності утворен-

ня алюмосилікатів літію в покриттях, що формуються за швидкісними режимами термообробки.

13. Рыщенко М.И., Лисачук Г.В., Питак О.Я. Некоторые особенности фор-

мирования керамики в условиях неустановившегося теплового потока // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 2000. - № 123. - С. 73-76.

Здобувачем надано рекомендації щодо використання результатів

розрахунків кількості силікатного розчину для розробки складів покриттів.

14. Лисачук Г.В. Научные основы синтеза глазурных стекол с регулируемы-

ми свойствами // Вестник Национального технического университета «ХПИ». – Харьков: НТУ «ХПИ», 2001. - № 18. - С. 25-29.

17.Лисачук Г.В., Трусова Ю.Д., Трусов Н.В., Набоков А.П., Белостоцкая Л.А.

Применение термодинамического анализа для оптимизации составов глазурных стекол // Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт».– Харьков: НТУ «ХПИ», 2001. - № 19. - С. 14-18.

Здобувачем з використанням методики термодинамічних розрахунків

складу продукційних сумішей встановлено оптимальний концентраційний склад шихти для синтезу заданих кристалічних фаз.

18.Лисачук Г.В., Трусова Ю.Д., Радкевич Л.Н., Набоков А.П. Кристаллизую-

щиеся глазурные стекла в титансодержащих системах // Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт».– Харьков: НТУ «ХПИ», 2001. - № 20. - С. 3-6.

Здобувачем експериментально доведено можливість застосування розрахун-

кового методу для прогнозування фазового складу покриттів, що містять ТiО₂.

19. Рыщенко М.И., Лисачук Г.В., Набоков А.П., Радкевич Л.Н., Трусова Ю.Д., Вернигора К.П. Исследование динамики свойств заглушенных малоборных покрытий в температурном интервале 700-1000 ⁰С // Сборник научных трудов ОАО «УкрНИИогнеупоров им. А.С.Бережного». – Харьков: Каравелла, 2001. - № 101. - С. 157-161.

Здобувачем досліджено динаміку змінювання властивостей покриттів та

сформульовано висновки щодо оптимізації їх фазового складу.

20.Лисачук Г.В. Стеклокристаллические покрытия по керамике для защиты

информационных систем от электромагнитного и радиоактивного воздействия // Вестник Национального технического университета «Харьковский политех-нический институт».– Харьков: НТУ «ХПИ», 2002. - № 16. - С. 99-102.

21.Лисачук Г.В. Исследование теоретического пространства составов боро-

силикатных глазурных стекол // Збірник наукових праць ВАТ «УкрНДІвогне-тривів ім. А.С.Бережного». – Харьков: Каравелла, 2002. - № 102. - С. 116-122.

22.Лисачук Г.В., Рыщенко М.И., Трусов Н.В., Трусова Ю.Д. Термодинами-

ческий прогноз равновесного состава, образующегося при высокотемпературном взаимодействии в цинксодержащей системе // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск: УГХТУ, 2002. - № 1. - С. 52-55.

Здобувачем з використанням методики термодинамічних розрахунків рівно-

важного складу продукційних сумішей встановлено оптимальний режим термооб-робки шихти для синтезу заданих кристалічних фаз у цинквміщуючій системі.

23. Рыщенко М.И., Лисачук Г.В., Радкевич Л.Н., Трусова Ю.Д., Набоков А.П., Ромашко Ю.В. Синтез малоборных глазурных стекол с высокой степенью заглушености // Будівельні матеріали та вироби. – Київ: НДІБМВ, 2002. - № 1. - С. 24-25.

Здобувачеві належить обґрунтування області складів малоборних стекол

та прогнозні розрахунки їх здатності до знепрозорення.

24. Лисачук Г.В., Радкевич Л.Н., Савицкий Б.А. Заглушенные стеклокрис-

таллические покрытия по керамике // Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт».– Харьков: НТУ «ХПИ». – 2002. - № 17. - С. 59-62.

Здобувачу належить узагальнення та інтерпретація результатів електронно-

мікроскопічних досліджень структури склокристалічних покриттів.

25. Олефиренко Н.Г., Пирумян Ю.Л., Трусова Ю.Д., Шульженко М.В., Лиса-

чук Г.В., Рыщенко М.И. Использование отходов очистки сточных вод в произ-водстве строительной керамики //Стекло и керамика. – М., 1986. - № 6. - С. 3-4.

Здобувачем було обґрунтовано роль оксиду заліза (III) в фазоутворенні

при синтезі зносостійких поливних покриттів.

26. Рыщенко М.И., Новиков А.Ю., Трусова Ю.Д., Лисачук Г.В., Олефирен-

ко Н.Г. Износостойкие нефриттованные белые глазури в производстве плиток для полов // Стекло и керамика. – М., 1989. - № 4. - С. 18-20.

Здобувачем виконано обґрунтування каталізуючої дії оксиду цинку в про-

цесах фазоутворення в нефритованих покриттях.

27. Попенко Г.С., Рыщенко М.И., Лисачук Г.В., Олефиренко Н.Г. Керамичес-

кие массы с заданными свойствами // Стекло и керамика. – М., 1990. - № 12. - С. 9-10.

Здобувач прийняв безпосередню участь у розробці алгоритму програми

для розрахунку ступеня спікання шихти.

28. Рыщенко М.И., Лисачук Г.В., Трусова Ю.Д., Федоренко Е.Ю., Лес-

ных Н.Ф. Эффективная технология полифункциональных стеклокристалличес-ких покрытий // Химическая промышленность. – М., 1993. - № 11. - С. 580-582.

Здобувачем висунуто гіпотезу про вірогідність утворення нових фаз у

склі, що кристалізується, на базі системи оксидів CaO-MgO-SiO₂.

29. Рыщенко М.И., Лисачук Г.В., Щукина Л.П., Федоренко Е.Ю., Трусо-

ва Ю.Д. Изучение структуры и свойств ситаллизированных покрытий с привле-чением количественного РФА // Стекло и керамика.–М., 1997. - № 2. - С. 21-23.

Здобувачу належить лабораторна реалізація методики кількісного рентге-

нофазового аналізу матеріалів.

30. Лисачук Г.В., Щукина Л.П. Процессы фазообразования при формиро-

вании легкоплавких глазурей ситаллизированного типа // Стекло и керамика. – М., 2001. - № 3. - С. 30-32.

Здобувачем проведено терморентгенографічні дослідження процесів

фазоутворення при термообробці покриттів з метою встановлення оптимального режиму їх швидкісного випалу.

31.Лисачук Г.В., Козуб П.А., Радкевич Л.Н., Трусова Ю.Д. Оценка свойств

борно-циркониевых глазурей с помощью статистических методов // Стекло и керамика. – М., 2001. - № 7. - С. 24-27.

Здобувачем отримано математичні моделі впливу хімічного складу по-

криттів, які містять кристалічну фазу, на їх експлуатаційні властивості.

32. Лисачук Г.В., Трусов Н.В., Трусова Ю.Д., Щукина Л.П. Прогнозирование

равновесного состава продуктов высокотемпературного взаимодействия в сложных оксидных системах // Стекло и керамика. – М., 2003. - № 8. – С. 24 -27.

Здобувач сформував уточнену базу термодинамічних констант для прове-

дення прогнозних розрахунків для отримання високотемпературних нефритова-них склокристалічних полив.

33 . Патент України 55113А МПК 7 С03С8/04 Полива / Лісачук Г.В., Рищен-

ко М.І., Трусова Ю.Д., Білостоцька Л.О., Павлова Л.В., Щукіна Л.П.; Заявл. 01.07.2002; Опубл. 17.03.2003; Бюл. № 3.

Здобувачем відпрацьовані технологічні параметри термообробки поливи, за рахунок чого отримане покриття з високими експлуатаційними показниками.

34. Патент України 47986А МПК 7 G12B17/02, G21F1/00 Пристрій захисту

інформаційних систем від електромагнітних та радіаційних впливів / Лісачук Г.В.; Заявл. 05.02.2002; Опубл. 15.07.2002; Бюл. № 7. – 2 с.

35. Способ термообработки глазури : А.с. 1668337 СССР, МКИ 5 С 04 В 33/32,

03 С 8/06 / Рыщенко М.И., Лисачук Г.В., Трусова Ю.Д., Олефиренко Н.Г., Пав-лова Л.В., Шульженко М.В. - № 44651831/33; Заявл. 16.02.89; Опубл. 07.08.91, Бюл. № 29. – 3 с.

Здобувач запропонував режим випалу та додаткове введення до складу поливи Na₃AlF₆ і ZnO, що дозволило отримати покриття з низьким значенням температурного коефіцієнта лінійного розширення і підвищеними експлуатаційними властивостями.