05.17.11 "Технологія тугоплавких неметалічних матеріалів"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/17839
Переглянути
1 результатів
Результати пошуку
Документ Наукові основи технології кольорових екологічно безпечних склоемалей(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Рижова, Ольга ПетрівнаДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів, Державний вищий навчальний заклад "Український державний хіміко-технологічний університет", Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Дисертацію присвячено розвитку наукових основ технології екологічно безпечних захисно-декоративних склоемалевих покриттів широкої колірної гами по сталі і кольоровим металам, а також принципів регулювання та прогнозування їх колірних характеристик. Внаслідок проведення дослідження за темою дисертаційної роботи одержані такі наукові результати: - науково обгрунтовано та експериментально доведено, що отримання на кольорових металах емалевих покриттів, які не вміщують Плюмбум, можливе на основі стекол системи Na₂O–BaO–B₂O₃–SiO₂; за комплексом визначених властивостей та здатності утворювати найбільш якісні покриття на мідній основі виділена область базової системи, мол.%: Na₂O – 24,2–40,5; ВаО – 5,0–10,0; B₂O₃ – 15,2–30,5; SiO₂ – 24,0–53,5, яка у зрівнянні з межами цих компонентів в відомих складах безплюмбатних емалей характеризується збільшеним в 2 рази вмістом B₂O₃ і відносно невеликим вмістом SiO₂; - встановлені основні тенденції зміни колірного тону стекол системи Na₂O–BaO–B₂O₃–SiO₂, які суттєво відрізняються за хімічним складом та забарвлені іонними барвниками, з огляду на розташування максимумів ІЧ-спектрів стекол та їх кислотно-основні властивості; останні оцінювались двома розрахунковими структурними параметрами: fSi – ступінь зв’язності кремнекисневого каркасу і Ψв – орієнтовний показник координаційного стану Бору в структурі скла. Доведено, що між колірним тоном λ та Ψв існує значний кореляційний зв'язок для стекол, забарвлених CuO r*=−0,83 і CoO r*=−0,87 та слабкий – для стекол, забарвлених K₂Cr₂O₇ – r*=0,5; - виявлені закономірності забарвлення одної скломатриці і емалевого покриття на її основі в системі R₂O–ВаО–ZnO–Al₂O₃–В₂О₃–TiO₂–SiO₂ рядом іонними барвників. Незалежно від вмісту барвників, вони надають однаковий колірний тон як стеклам, так і покриттям на основі цих стекол, а саме: CuO (1,0–3,0 мас.%) λ=489–494 нм (синьо-зелений), Fe₂O₃ (0,5–2 мас.%) λ=575–585 нм (жовтий), K₂Cr₂O₇ (0,5–2,0 мас.%) λ=570–576 нм (жовто-зелений), CoO (0,5–1,0 мас.%) λ=441–463 нм (синьо-фіолетовий), NiO (0,5–1,0 мас.%) λскла=559′–571′ нм, λпокриттів=598–629 нм (коричневий). Доказано, що за ступенем інтенсивності забарвлення стекол та покриттів на їх основі барвники розташовуються в наступній послідовності: CoO > NiO > CuO > K₂Cr₂O₇ > Fe₂O₃; - вперше встановлений механізм глушіння прозорого матричного емалевого скла в системі R₂O–ВаО–ZnO–TiO₂–Al₂O₃–В₂О₃–TiO₂–SiO₂ при введені МоО3, в результаті якого виникає явище опалесценції, а саме: за рахунок дифракції при розповсюдженні хвиль в мікронеоднорідному середовищі, в якому розмір часток молібден(VI) оксиду (0,05–0,15 мкм) менше довжини хвиль білого світла; - вперше встановлена залежність коефіцієнта дифузного відбиття емалевих покриттів від хімічного складу емалевих фрит, яка отримана обробкою експериментальної вибірки 471 складу покривних емалевих фрит методом множинного кореляційного аналізу і представлена у вигляді математичної моделі, що дозволяє розрахувати хімічний склад покривних емалей із заданим КДВ; коефіцієнт кореляції між експериментальними і розрахунковими значеннями – 0,98; - використовуючи ідею про введенні в будь-який матеріал (скло, пігмент, ситал, метал) певних компонентів в незначній кількості для модифікації його властивостей, вперше виявлено наступне: «малий додаток» Fe₂O₃ у кількості 0,25 мас.% в складі безплюмбатних емалевих стекол на основі базової системи Na₂O–BaO–B₂O₃–SiO₂ і 1 мас.% в складі безфлуористих склоемалей на основі базової системи Na₂O–B₂O₃–SiO₂ активізує процеси лікваційного розшарування скла, що дозволяє збільшити в 1,5–2,5 рази інтенсивність глушіння покриттів, а також покращити оптико-колірні характеристики пігментнозабарвлених склопокриттів, зокрема, червоного кольору. «Малий додаток» ZrO₂ у кількості до 1 мас.% в складі малофлуористої титанової емалі сприяє активному виділенню анатазу в покритті під час випалу та покращенню його оптичних характеристик; - за допомогою розробленої спеціальної комп’ютерної програми COLOUR GLASS, яка автоматично розраховує координати кольорності x y, колірний тон λ, чистоту кольору Р та наносить колірні характеристики матеріалів на графік МКО, вперше доказано, що за картиною розташування точок кольору, по-перше, можна робити прогнози відносно рівноваги, яка утворюється між іонними забарвлюючими комплексами під час варки скла, по-друге, про колористичні можливості суміши пігментів - вперше в області технологій, які потребують підвищених температур, встановлені залежності координат кольору емалевих покриттів від складу суміші пігментів у вигляді поліноміальних математичних моделей, що дозволило вирішити складну матеріалознавчу колористичну проблему знаходження співвідношення пігментів для відтворення кольору зразка із заданими колірними характеристиками. Практичне значення отриманих результатів: - розроблено склади емалевих стекол для кольорових металів, які не містять Плюмбуму – одного із самих шкідливих для навколишнього середовища елемента, запропоновано основи технології одержання виробів з їх використанням. Нові емалі широкої палітри кольорів, різного ступеню прозорості створено на основі матричної прозорої емалі. Вони характеризуються однаковим інтервалом випалу 780–820 °С, у зв’язку з чим спрощується технологія отримання художніх і ювелірних виробів. Емалі пройшли випробування та рекомендовані до впровадження у виробництво з виготовлення художніх виробів в майстерні, що знаходиться в структурі Музею українського живопису (м. Дніпро), а також на підприємстві з виготовлення ювелірних виробів, компанія "Diadema", м. Вінниця. Палітра емалевих покриттів та вироби з них представлені під час доповіді на 24 Міжнародному Конгресі емальєрів в м. Чикаго у 2018 р. Згідно міжнародного договору між ДВНЗ УДХТУ та компанією "Richemont International SA Varinor SA" м. Делемонт, Щвейцарія, виготовлено і передано замовнику емалеві стекла у вигляді порошку і емальовані мідні зразки; - створено каталог зразків кольорів, в якому представлено склооснови, кількість барвників, глушників, відновників та оптико-колірні характеристики емалевих покриттів, що не містять Плюмбум. Назву кольорів встановлювали у відповідності із назвою кольорів системи RAL. Палітра розроблених емалей ювелірного та художнього призначення включає 54 кольори: жовто-червоні, синьо-зелені, оливково-гірчичні, пастельні та коричнево-чорні; - розроблено склади малофлуористих білих і світлозабарвлених титанових емалей, безфлуористої склооснови для отримання яскравозабарвлених емалевих покриттів пігментним способом, які випробувані в виробничих умовах ТОВ «Новомосковський посуд» і рекомендовані до серійного впровадження на заводах з випуску емальованих виробів господарчо-побутового призначення. Технологічні особливості виробництва запропонованих емалей дозволяють здійснювати високотемпературні операції варки емалей на 100 °С, а випалу покриттів – на 30–50 °С нижче відомих, що в епоху тотальної економії топливно-енергетичних ресурсів дуже актуально. Малофлуористі світлозабарвлені кремова і сіро-блакитна емалі впроваджені на ТОВ "Новомосковський посуд"; - вперше для технології емалевих покриттів на сталі розроблено метод колірного моделювання, завдяки якому побудовано колірний трикутник-номограму для виробничої склооснови і пігментів жовтого, червоного, синього, за допомогою якого задається необхідний колір і розраховується необхідне співвідношення пігментів. Метод колірного моделювання є універсальним і може бути застосованим до широкого асортименту силікатних матеріалів: глазуровані покриття на керамічній основі, кольорові будівельні матеріали та інші. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано головну мету та завдання роботи, представлено наукову новизну та практичну цінність одержаних результатів. В першому розділі наведено аналіз патентної та науково-технічної літератури, що стосується отримання екологічно безпечних емалей широкої колірної гами, сучасного стану виробництва кольорових емалей та контролю їх колірних показників, механізмів забарвлення скла та емалей і факторів, що впливають на формування кольору. У другому розділі надано основні поняття та визначення, які використовуються в роботі, а також методики дослідження фізико-хімічних властивостей і структури стекол, покриттів та їх колірні характеристики. В третьому розділі представлено дослідження з розробки екологічно безпечних емалей для міді та прогнозування їх колірних характеристик. В четвертому розділі представлено результати досліджень з розробки легкоплавкої титанової емалі, яка відповідала б вимогам діючих стандартів та випалювалась в ресурсо- та енергозберігаючих умовах виробництва та була максимально екологічно безпечною для навколишнього середовища. П'ятий розділ присвячений дослідженням з розробки складів емалевих фрит, що не вміщують Флуор, які використовуються для отримання яскравозабарвлених емалевих покриттів для виробів господарчо-побутового призначення. В шостому розділі представлені результати розробки методу колірного моделювання. Відтворити, а тим більше спрогнозувати колір із заданими колірними характеристиками – надзвичайно складна багатопланова матеріалознавча проблема, навіть якщо відома рецептура скла і покриття, режими їх варки та випалу. В сьомому розділі надано результати промислової апробації, реалізації та впровадження отриманих матеріалів.