161 "Хімічні технології та інженерія"

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/48416

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 2 з 2

Радіопрозорі керамічні матеріали на основі системи BaO – SrO – Al₂O₃ – SiO₂
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Чефранов, Євген Вікторович
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 "Хімічні технології та інженерія". – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Об’єкт дослідження – процеси формування фаз, здатних забезпечити задані електродинамічні характеристики керамічних матеріалів, що характеризуються максимальним пропусканням електромагнітних хвиль радіочастотного діапазону. Предмет дослідження – фізико-хімічні закономірності формування фазового складу і структури керамічних радіопрозорих матеріалів на основі системи BaO – SrO – Al₂O₃ – SiO₂. Дисертацію присвячено вирішенню науково-практичної задачі – розробка складів та технологічних параметрів отримання радіопрозорої кераміки на основі системи BaO – SrO – Al₂O₃ – SiO₂ із заданими електрофізичними характеристиками та фізико-механічними властивостями. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, зазначено зв’язок роботи з науковими темами, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено об’єкт, предмет та методи дослідження, показано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, наведено інформацію про практичне використання, особистий внесок здобувача, апробацію результатів дослідження та їх висвітлення у публікаціях. Приводяться відомості щодо структури та обсягу дисертаційної роботи. В першому розділі виявлені основні характеристики існуючих радіопрозорих матеріалів та проаналізовані їх спеціальні властивості у взаємозв’язку зі структурою та фазовим складом. Відображено переваги та недоліки сучасного стану виробництва керамічних радіопрозорих матеріалів. Проведено порівняльний аналіз властивостей сполук радіопрозорих керамічних матеріалів з точки зору їх використання для виготовлення обтічників літальних апаратів. Детально розглянуті найбільш перспективні сполуки, що забезпечують низькі показники діелектричної проникності і тангенсу кута діелектричних втрат, а також порівняно високу термічну стійкість. З розглянутих сполук були обрані цельзіан та славсоніт. Наведені діаграми стану систем в яких присутні фази цельзіану та славсоніту. Виділені проблеми, які в даний момент ще не вирішені, а саме питання щодо умов низькотемпературного синтезу цельзіан-славсонітової кераміки та технологічних особливостей виготовлення виробів складної конфігурації. Визначено напрями та сформульовано завдання досліджень, спрямованих на створення технології радіопрозорої кераміки отриманої при пониженій температури випалу, придатної для виготовлення захисних елементів радіотехнічних систем літальних апаратів та авіаційних керованих ракет, що входять до складу озброєння літаків та зенітно-ракетних комплексів. В другому розділі наведені відомості щодо сировинних матеріалів, методів виготовлення зразків, а також надана характеристика методів та обладнання для теоретичних і експериментальних досліджень, здійснених в роботі. Теоретичні дослідження проводили з використанням сучасних методів аналізу згідно положень фізичної хімії і термодинаміки силікатів. Для автоматизації термодинамічних розрахунків мною розроблена програма Thermodynamics. Розробку складів радіопрозорої кераміки здійснювали із залученням повнофакторного експерименту. Текучість і загусність шлікерів визначали з використанням віскозиметра Енглера. Діелектричні властивості отриманих матеріалів визначали згідно ГОСТ 24409-80 із залученням приладів: тераомметру E6-13A та RLC-вимірювача імітансу Е7-8. Вимірювання електрофізичних характеристик проводили хвилевидним методом в надвисокочастотному діапазоні радіохвиль (26–37,5 ГГц) на стандартній установці, модернізованій генераторним блоком Р2-65 та індикатором Я2Р-67. Процеси формування радіопрозорої кераміки досліджували із залученням рентгено-фазового аналізу (ДРОН-3, SHIMADZU XRD-6000) та растрової електронної мікроскопії (РЕМ) на скануючому електронному мікроскопі (JSM6390LV). Визначення вогнетривкості здійснювали інструментальним методом у відповідності до ГОСТ 4069-69. В третьому розділі теоретично обґрунтовано за допомогою термодинамічних методів розрахунку вірогідності утворення цельзіану з урахуванням поліморфних перетворень. Встановлені рівняння залежності енергії Гіббса від температури, за якими розраховані значення ∆𝐺𝑇 0 в інтервалі температур від 573 до 1773 К. Проведена тріангуляція системи BaO – SrO – Al₂O₃, що входить до BaO – SrO – Al₂O₃ – SiO₂, та побудований її топографічний граф. Розраховані відсутні геометро-топологічні характеристики елементарних трикутників, склади та температури евтектик. Уточнена субсолідусна будова системи BaO – SrO – Al₂O₃ – SiO₂, з урахуванням отриманих даних надана повна геометро-топологічна характеристика фаз системи та обґрунтовані області для синтезу радіопрозорої кераміки. В четвертому розділі в багатокомпонентної системі BaO – SrO – Al₂O₃ – SiO₂ визначені склади кераміки, які з урахуванням стехіометричних складів заданих фаз (цельзіан та славсоніт) відповідають співвідношенню 1:3; 1:1 та 3:1. Методом рентгенофазового аналізу встановлено, що фазовий склад дослідних зразків відповідає складу твердого розчину (BaₓSrᵧAl₂Si₂O₈). Досліджено вплив добавок SnO₂, Li₂O і двокомпонентної SL (SnO₂:Li₂O) добавки на інтенсифікацію процесів структуро- та фазоутворення цельзіанславсонітової кераміки при зниженій температурі синтезу. Доведено ефективність дії евтектичної добавки Li₂O : SnO₂ на утворення та синтез цельзіан-славсонітового складу в дослідженому температурному інтервалі. В п’ятому розділі досліджено параметри цельзіан-славсонітового шлікера в залежності від вологості шлікера без добавки та з додаванням розріджуючої добавки Dolapix PС 67 у різних концентраціях. Досліджено структурно-фазові особливості отриманої кераміки методами РФА і скануючої електронної мікроскопії. Інструментальним методом визначено вогнетривкість цельзіан-славсонітової кераміки. Наведено графічні інтерпретації, що відображають реальну картину зміни дисперсності продукту подрібнення в часі та досліджено вплив фракційного складу мас на процес структуроутворення. Оптимізовано технологічні параметри (температура випалу, час помелу синтезованого матеріалу, кількість розріджуючої добавки) отриманої радіопрозорої кераміки. Встановлено, що в дослідженій області найкращих фізико-механічних властивостей матеріал набуває при найвищих їх значеннях. Розроблена технологія виготовлення керамічних радіопрозорих носових обтічників для захисних елементів літальних конструкцій, виготовлених з матеріалів із заданими радіофізичними та експлуатаційними властивостями на основі барій-стронцієвого анортиту. В шостому розділі вивчені основні електрофізичні характеристики розробленого обтічника: діелектрична проникність, тангенс кута діелектричних втрат, коефіцієнти передачі та відбиття в частотному діапазоні 25,8 – 37,5 ГГц. Значення електрофізичних характеристик розробленої кераміки практично не змінюється в усьому діапазоні вимірюваних частот. Експериментально доведено, що коефіцієнт передачі та відбиття дослідженого обтічника в мікрохвильовому діапазоні задовольняє вимогам, які висуваються до радіопрозорих матеріалів. Наведено результати впровадження дисертаційного дослідження у ДП "КБ "Південне" ім. М. К. Янгеля" (м. Дніпро), у Костянтинівському державному науково-виробничому підприємстві "Кварсит" ДК "Укроборонпром" (м. Костянтинівка), у навчальному процесі кафедри технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут".
Радіопрозорі керамічні матеріали на основі системи RO – Al₂O₃ – SiO₂
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Волощук, Валентина Василівна
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 «хімічні технології та інженерія» (16 – хімічна та біоінженерія). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, Харків, 2023. Дисертаційна робота спрямована на розвиток наукових основ і уявлень щодо отримання радіопрозорих керамічних матеріалів на основі системи RO – Al₂O₃ – SiO₂ (RО – SrО, BaО) та дослідження їх електродинамічних та експлуатаційних властивостей. Об’єкт дослідження – процеси спікання та фазоутворення керамічних матеріалів з комплексом діелектричних властивостей, здатних забезпечити максимальне пропускання електромагнітних хвиль радіочастотного діапазону. Предмет дослідження – фізико-хімічні закономірності формування, властивості, фазовий склад і структура радіопрозорих керамічних матеріалів на основі композицій системи RO-Al₂O₃-SiO₂; (RО = SrО, BaО) та технологічні параметри виготовлення захисних конструкцій радіотехнічних систем авіаційних об’єктів. Дисертацію присвячено вирішенню науково-практичної задачі – створенню технології виготовлення носових обтічників та елементів захисних конструкцій антенних систем авіаційних об’єктів з використанням розроблених радіопрозорих керамічних матеріалів, які володіють комплексом заданих функціональних та високих експлуатаційних властивостей. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, зазначено зв’язок роботи з науковими темами, сформульовано мету та задачі дослідження, визначено об’єкт, предмет і методи досліджень, показано наукову новизну та наведено інформацію про практичне значення та використання отриманих результатів, вказано особистий внесок здобувача, апробацію результатів дослідження та їх висвітлення у публікаціях. Наведено відомості про структуру та обсяг дисертаційної роботи здобувача. В першому розділі наведені основні характеристики існуючих радіопрозорих матеріалів і проаналізовані їх властивості у взаємозв’язку із структурою та фазовим складом. Проаналізовано переваги та недоліки існуючих радіопрозорих матеріалів і технології виробництва антенних обтічників з них. Проведено порівняльний аналіз характеристик кристалічних фаз керамічних матеріалів, здатних забезпечити надійність роботи антенних обтічників авіаційних об’єктів. Детально розглянуто сполуки, здатні забезпечити низькі показники діелектричних властивостей, високу жаростійкість, термічну та хімічну стійкість. З розглянутих сполук, як найбільш перспективні, обрано кристалічні фази славсоніту та цельзіану та розглянуто діаграми стану оксидних систем, які містять зазначені фази. Виділено питання, які є не вирішеними на даний момент, а саме питання щодо умов низькотемпературного синтезу цельзіанової та славсонітової керамік та удосконалення технології виготовлення виробів складної конфігурації з покращеним комплексом експлуатаційних та функціональних характеристик. Визначено напрями та сформульовано завдання досліджень, спрямованих на створення технології радіопрозорої кераміки, отриманої за зниженої температури випалу, для виготовлення захисних елементів радіотехнічних систем авіаційних об’єктів, що входять до складу озброєння літаків, та керованих ракет для зенітно-ракетних комплексів. В другому розділі наведені відомості щодо сировинних матеріалів, методів виготовлення зразків, а також надана характеристика методик та обладнання для теоретичних і експериментальних досліджень, які реалізовані в дисертаційній роботі. Теоретичні дослідження проводили з використанням сучасних методів аналізу згідно положень фізичної хімії і термодинаміки силікатів. Визначення параметрів газодинаміки та напружено-деформованого стану проводили за допомогою ліцензійного програмного забезпечення ANSYS (пакет ANSYS CFX та пакет ANSYS Mechanical). Діелектричні властивості отриманих матеріалів визначали згідно методик діючих стандартів із залученням приладів: тераомметру E6-13A та RLC-вимірювача імітансу Е7-8. Вимірювання електрофізичних характеристик проводили хвилевидним методом у надвисокочастотному діапазоні радіохвиль (26–37,5 ГГц) на стандартній установці, модернізованій генераторним блоком Р2-65 та індикатором Я2Р-67. Визначення вогнетривкості керамічних матеріалів здійснювали стандартним методом за ДСТУ ISO 528:2018. Хімічну стійкість кераміки визначали зерновим методом відносно агресивних реагентів (5 %-го розчину НCl, 20 %-вих розчинів H₂SO₄, NaOH та Na₂CO₃). Процеси формування радіопрозорої кераміки досліджували із залученням рентгено-фазового аналізу (ДРОН-3, SHIMADZU XRD-6000) та растрової електронної мікроскопії на скануючому електронному мікроскопі (PHENOM Pro). В третьому розділі обґрунтовано вибір оксидних композицій для отримання цельзіанової та славсонітової кераміки на основі систем SrО-Al₂O₃- SiO₂, BaО-Al₂O₃-SiO₂. Досліджено вплив добавок MgO, Cr₂O₃, ZrSiO₄, TiO₂, CaCO₃, B₂O₃, MoO₃ та евтектичної композиції Li₂O : SnO₂ на процеси структуро- та фазоутворення цельзіанової кераміки за умови зниженої температури синтезу. Доведено ефективність дії евтектичної добавки Li₂O : SnO₂ на утворення та синтез фази цельзіану в дослідженому температурному інтервалі. В четвертому розділі визначено оптимальні технологічні параметри синтезу цельзіану та славсоніту (температура випалу, тривалість витримки за максимальної температури випалу). Встановлено раціональну тривалість помелу продуктів синтезу за результатами досліджень зміни дисперсності продуктів синтезу при подрібненні. Визначено, що найкращих показників фізико-механічних властивостей розроблені керамічні матеріали набувають в умовах ізотермічної витримки впродовж 4 год за температури випалу 1350 °С. Встановлено структурно-фазові особливості отриманої кераміки методами рентгенофазового аналізу та скануючої електронної мікроскопії: отримані керамічні матеріали є високооднорідними монофазними щільноспеченими. Кристалічна фаза представлена дисперсними сполуками цельзіану або славсоніту, що забезпечують комплекс заданих функціональних та експлуатаційних властивостей. Представлено розроблені технології виготовлення носових обтічників для захисту антенного обладнання авіаційних об’єктів, отриманих радіопрозорих керамічних матеріалів на основі цельзіану та славсоніту із заданими функціональними та високими експлуатаційними властивостями. В п’ятому розділі з використанням термодинамічного аналізу обґрунтовано вірогідність взаємодії розробленої кераміки з кислотними (Н₂SO₄, HСl, HNO₃) та лужними (NaОН, Na₂CO₃) реагентами та експериментально підтверджено, що радіопрозорі керамічні матеріали на основі цельзіану та славсоніту мають підвищену хімічну стійкість до стандартних розчинів луг (NaОН, Na₂CO₃) та хлороводневої кислоти. Враховуючи значення енергії Гіббса, показано, що більш негативний вплив на керамічні матеріали вказаного складу має нітратна кислота. Проведено розрахунки параметрів газодинаміки та напружено-деформованого стану керамічних антенних обтічників, на основі розроблених складів цельзіанової та славсонітової кераміки та показано, що обтічник виготовлений з кераміки зазначених складів імовірно зберігатиме фізико-механічні властивості, а отже і цілісність в усіх розглянутих температурних режимах. Експериментально встановлено температуру плавлення розроблених керамік цельзіанового та славсонітового складу. Експериментально підтверджено доцільність виготовлення виробів та деталей конструкцій для захисту радіоелектронного обладнання у ракетній, авіаційній та космічній галузях за розробленими технологічними параметрами з використанням отриманих радіопрозорих керамічних матеріалів із стабільно низькими у міліметровому діапазоні частот 26 – 37,5 ГГц показниками діелектричних (ε = 4,5‒5,3; tgδ = 0,008‒0,015) та електродинамічних (kпер = -5,5… -2,0 дБ; kвідб = - 1,8 … - 6,1 дБ) характеристик, що задовольняє вимоги щодо їх функціональності. В шостому розділі наведено результати апробації та впровадження отриманих результатів дисертаційних досліджень. Результати дисертаційної роботи було впроваджено в ДП «КБ «Південне» ім. М.К. Янгеля» (м. Дніпро), у Костянтинівському ДНВП «Кварсит» Державного концерну «Укроборонпром» (м. Костянтинівка, Донецька обл.) та використовуються у навчальному процесі кафедри технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут».