Радіопрозорі керамічні матеріали на основі системи SrO – Al₂O₃ – SiO₂

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018 р. Дисертацію присвячено розробці керамічних РПМ на основі кристалічної фази – славсоніту зі зниженою температурою синтезу. Створено базу для термодинамічного аналізу реакцій фазоутворення в системі SrO – Al₂O₃ – SiO₂. Здійснено комплексне дослідження процесу синтезу славсоніту та визначено нестехіометричне співвідношення оксидів в полі первинної кристалізації славсоніту, що забезпечує синтез славсоніту при температурі до 1250 °С. Досліджено вплив однокомпонентних і багатокомпонентних евтектичних інтенсифікуючих добавок на процеси спікання та фазоутворення славсонітової кераміки. З використанням нових даних розроблено склади та технологічні параметри виготовлення керамічних РПМ з заданими функціональними властивостями (ε = 3,57…5,26, tgδ = 0,0073…0,0122) та підвищеним ресурсом експлуатації. Проведено лабораторні та промислові випробовування на підприємствах та розроблено практичні рекомендації щодо використання результатів.

Thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences (pre-Ph.D. in Philosophy), specialty 05.17.11 – technology of refractory non-metallic materials. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2018 The thesis is devoted to the development of radio-transparent ceramic materials on the basis of the crystalline phase – slavsonite the synthesis of which is carried out at a reduced temperature. A database was created for the thermodynamic analysis of phase formation reactions in the SrO – Al₂O₃ – SiO₂ system. The process of solid-phase synthesis of slavsonite was thoroughly investigated and possible ways of the reaction of formation of slavsonite from different intermediate compounds were found. It has been established that due to the formation of intermediate silicon strontium from 400 and 500 °C (Sr₂SiO₄ and SrSiO₃ respectively), the synthesis of slavsonite begins at 1200 °C. In the case of the formation of strontium aluminates Sr₃Al₂O₆ and SrAl₂O₄ (in the case of SiO₂ deficiency), the synthesis of slavsonite occurs after crystallization and subsequent decomposition of Sr-gelite at a temperature of ~ 1600 °C. Within primary slavsonite crystallization in SrO – Al₂O₃ – SiO₂ systems non-stechiometric composition (SrAl₂,₀₃₄Si₃,₁₀₈O₁₀,₂₆₇), that ensures the synthesis of the slavsonite at temperatures up to 1250 °С, were found. The influence of single-component (SnO₂, Cr₂O₃, Li₂O, ZrSiO₄, TiO₂, B₂O₃, MoO₃, CaF₂) and multicomponent eutectic (LiF : NaF, LiF : KF, KF : NaF, LiF : KF : NaF, Li₂O : SnO₂) additives on the intensification of sintering and phase formation processes of slavonite ceramics was studied. The patternes of the formation of microstructure and phase composition of low temperature radio-transparent ceramics in the presence of additives of complex intensifiers which enables the formation of eutectic alloys, and the reduction of the temperature of the formation of the slavonite phase are established. The influence of the Li₂O additive (2% by weight over 100% by weight) on the formation of the non - stoichiometric composition of slavsonite, and Li₂O : SnO₂ eutectic additive (in the amount of 1 mass % over 100 mass %) for the synthesis of the stoichiometric composition of the slavsonite in the temperature interval of 1250 – 1350 °C were proved. On the basis of new data, the formulae and the technological parameters for the production of radio-transparent ceramic materials with certain electrophysical properties (ε = 3.57...5.26, tgδ = 0.0073...0.0122 in the microwave range 26 – 37.5 GHz) and increased resource exploitation which determines their functional reliability were developed. Industrial and laboratory-industrial tests were conducted at the enterprises and practical recommendations for the use of the results were developed. The research results are introduced into the educational process of the department of technology of ceramics, refractories, glass and enamels of NTU "KhPI".