161 "Хімічні технології та інженерія"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/48416
Переглянути
Документ Зміцнені сподуменові склокомпозиційні матеріали технічного призначення(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Рябінін, Святослав ОлександровичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 – Хімічні технології та інженерія (галузь знань 16 Хімічна та біоінженерія). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2021. Дисертацію присвячено розробці зміцнених склокомпозиційних матеріалів на основі сподумену поліфункціонального призначення, зокрема для індивідуального захисту від високошвидкісного динамічного навантаження та деталей електричних приладів. Предмет дослідження: процеси структуро- та фазоутворення склокристалічних матеріалів на основі літійалюмосилікатних стекол, механізми зміцнення, експлуатаційні властивості та технологічні параметри одержання склокомпозиційних матеріалів. Об’єкт дослідження: зміцнені склокомпозиційні матеріали технічного призначення. Методи дослідження. Визначення фізико-хімічних властивостей стекол та експлуатаційних характеристик склокристалічних (СКМ) та склокомпозиційних матеріалів (СКпМ) проводили з використанням спеціальних та стандартних методик, згідно з вимогами діючих нормативних документів до силікатних виробів та виробів для індивідуального захисту й деталей електричних приладів. Більш детально усі використані методи досліджень розглянуті у відповідному розділі роботи. Відносну діелектричну проникність та тангенс кута діелектричних втрат на частотах ультракоротких хвиль визначали за допомогою комп'ютерного порівняльного аналізу експериментальної та розрахункової частотної залежності коефіцієнту стоячої хвилі дослідного зразку. Дослідження складу, структури, фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей дослідних зразків здійснювали з використанням обладнання: кафедри технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей НТУ «ХПІ», кафедри прикладної електродинаміки ХНУ ім. В.Н. Каразіна, НТК «Інститут монокристалів» НАНУ та ПАТ «УкрНДІВ» ім. А.С. Бережного (м. Харків). Балістичні випробування дослідних зразків проводились у науково-дослідній лабораторії факультету військової підготовки Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Електрофізичні випробування дослідних зразків проводились на базі КП «Міськелектротранссервіс» і кафедри електроізоляційної та кабельної техніки НТУ «ХПІ». За результатами проведених теоретичних, лабораторних та балістичних досліджень за темою дисертаційної роботи одержані такі наукові результати: Розроблено склади зміцнених склокомпозиційних матеріалів (СКМ) з високою тріщинностійкістю на основі β-сподумену технічного призначення та визначено оптимальні технологічні параметри їх одержання, які забезпечують формування нано- та субмікронної об'ємнозакристалізованої структури за механізмом спінодального фазового розділення в умовах двостадійної низькотемпературної термічної обробки. Вперше: − встановлено тристадійний механізм структуро- та фазоутворення в стеклах системи R₂O–RO–RO₂–R₂O₃–LiF–CaF₂–P₂O₅–SiO₂, за яким на першому етапі за умов додержання свіввідношення Al₂O₃ : SiO₂ = 1 : 3–6 та вмісту Li₂O = 8–10 мас. %, Σ (TiO₂, ZnO, CeO₂, P₂O₅) = 6,5 мас. % спостерігаєтьсся утворення сиботаксичних груп [Si₂O₆] у розплаві. На другому етапі забезпечення інтенсивного формування зародків метасилікату літію (Т = 550 °С) у формі сферолітів за механізмом фазового розділення дозволяє створити умови для кристалізації β-евкриптиту (Т = 650 °С) при забезпеченні в'язкості η = 108,7-9,26 Па·с. На третьому етапі спостерігається протікання об'ємної тонкодисперсної кристалізації скла за рахунок перекристалізації в стабільні кристали β-сподумену стовбчастого плаского призматичного габітуса (Т = 850 °С) з вмістом кристалів 50–80 об.% та їх розміром від 0,4 до 1,0 мкм; − встановлено, що сподуменвмісні склокристалічні та склокомпозиційні матеріали теплотехнічного, електротехнічного і радіотехнічного призначення, що отриманні за скляною та керамічною технологією методами шлікерного лиття та пресування і зміцненні шляхом іонообмінної обробки в парах над розплавом або у розплаві NaNO₃, характеризуються регульованою світлопроникністю Т ≤ 0,7 % та високими експлуатаційними влативостями (K1C = 2,6–3,5 МПа·м0,5; HV = 8,2–10,8 ГПа; ζст = 620–820 МПа; α = 22,4–27,6·10-7 град-1; Трозм = 1250 °C; Ем = 37 МВ/м; tgδ = 0,008; ε = 9, lg ρv = 15, f = 106 Гц, t = 20 °С) та радіопрозорістю (tgδ = 0,006; ε = 4,75, lg ρv = 15, f = 1010 Гц, t = 20 °С); − встановлено, що забезпечення об'ємного зміцнення СКМ шляхом введення наповнювачів – ZrO₂, стабілізованого Y₂O₃, або a-SiC та формування градієнтної тришарової структури СКпМ (СКМ; СКМ та 30 мас. % a-SiC; графіт) зі змінною ε: 4,75; 6,2 та 12,3 дозволяє отримати методом пресування сподуменові склокомпозиційні матеріали з високими термомеханічними властивостями (K1C = 3,5–8,1 МПа·м0,5; HV = 8,94–10,65 ГПа; KCU=5,6–6,2 кДж/м²; Е = 308 –320 ГПа; RE 90(h); М = 1,16 ГПа²·м³·кг⁻¹; υ = 13,27 км/с; В = 1,1 м1/2; ρ = 2410 кг/м³), для розробки полегшених бронеелементів для індивідуального захисту (клас захисту 6), зокрема зі здатністю до радіопоглинання для забезпечення маскування засобів озброєння. У вступі обґрунтовано актуальність проблеми, показано зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами, сформульовано мету і задачі, об'єкт, предмет та методи дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення роботи, охарактеризовано особистий внесок здобувача та апробацію роботи. Перший розділ присвячено аналізу сучасних наукових досліджень в напрямку створення полегшених високоміцних матеріалів для індивідуального захисту від високошвидкісного динамічного навантаження та теплотехнічного призначення. Обґрунтована необхідність застосування СКМ для розробки високоміцних бронеелементів, елементів тепло-, електро- та радіотехніки. У другому розділі обґрунтовано вибір напрямків і методики досліджень процесів формування та властивостей розроблених СКМ та СКпМ, а також подано опис розрахункових та експериментальних методів, застосованих у роботі. Наведена характеристика вихідних сировинних компонентів, висвітлені результати попередніх досліджень та сформульована робоча гіпотеза. Третій розділ присвячений розробці вихідних літійалюмосилікатних стекол для розробки високоміцних сподуменвмісних склокристалічних матеріалів із заданими фізико-хімічними, технологічними та експлуатаційними характеристиками, зокрема, з високою світлопроникністю для застосування в теплотехніці. Четвертий розділ містить експериментальні результати оптимізації складу скла для одержання СКМ, технологічних параметрів термічної обробки та зміцнення, формування градієнтної структури сподуменвмісних склокомпозиційних матеріалів для створення полегшених бронеелементів для індивідуального захисту, елементів електротехніки та радіотехніки з властивостями до радіопоглинання або радіопрозорості. У п'ятому розділі наведено технологію одержання високоміцних СКМ та СКпМ військового та технічного призначення та результати випробувань електрофізичних властивостей розроблених СКпМ, бронестійкості та вогнестійкості зразків. Визначена конкурентоздатність розроблених сподуменвмісних склокомпозиційних матеріалів з урахуванням їх технологічності, вартості та ваги виробів.