Анотація до роботи:

Мінакова Н.О. Безборні титанові емалі. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Українській державний хіміко-технологічний університет, Дніпропетровськ, 2006.

Дисертація присвячена розробці складів і наукових основ синтезу нових безборних титанових емалевих покриттів для захисту від корозії виробів з тонколистової сталі і, зокрема, господарчо-побутового та санітарно-технічного призначення.

Обґрунтований вибір базової системи Na₂O – TiО₂ – SiО₂ – Na₃AlF₆ з постійним вмістом 10 мас.% кріоліту для синтезу безборних титанових емалей та досліджені області склоутворення і кристалізаційна здатність.

Доповнені дані відносно структурних умов, які обумовлюють кристалізацію титанвмісних стекол, зокрема, встановлена необхідність наявності у структурній сітці скла титанатних угруповань зі зв’язком Ti – О – Ti. Встановлені закономірності впливу оксидів Al₂O₃, P₂O₅, ZrO₂, оксидів лужних та лужноземельних металів і фторидів на властивості безборних титанвмісних емалевих стекол та їх кристалізаційну здатність, що дозволяє цілеспрямовано впливати на їх структуру та отримувати склошар з заданою білизною.

Розроблені безборні титанові білі та світлозабарвлені покриття з температурою випалу 810 – 840С успішно пройшли попередні випробування на ЗАТ „Завод електрогазового обладнання” та рекомендуються для широких виробничих випробувань.

1. Науково та експериментально обґрунтований вибір базової системи для синтезу безборних титанових емалей; встановлено склоутворення в псевдопотрійній області системи Na₂O – SiO₂ – TiO₂ – Na₃AlF₆, обмеженій концентраціями компонентів, мас.%: Na₂O 10-35; TiО₂ 10-35 й SiО₂ 45-70 та постійним вмістом 10 мас.% Na₃AlF₆. Склоутворення при цьому не забезпечують лише шихти, кількість TiО₂ в яких у два рази перевищує вміст Na₂O. На основі досліджень кристалізаційної здатності стекол для синтезу безборних титанових емалей визначена область базових стекол, які містять: Na₂O 10-15; TiО₂ 15-20, SiО₂ 55-65, Na₃AlF₆ 10% та досліджені їх фізико-хімічні властивості.

2. За допомогою ІЧ - спектроскопічних досліджень встановлені структурні особливості стекол, які кристалізуються при повторній термообробці при температурах 750, 800 та 850С; до кристалізації з виділенням у кристалічну фазу оксидних сполук титану схильні стекла, у структурі яких є зв'язки Ti-O-Ti; виявлено, що утворення титанових структурних комплексів обумовлює координацію катіонів титану і кристалізацію його сполук, а не сама по собі координація, що дає підставу вважати більш адекватним опис структури стекол не тільки зазначенням координації складових катіонів, а і їх угрупованнями.

3. На підставі комплексного аналізу даних ІЧ-спектроскопії, рентгенофазового аналізу, фізико-хімічних властивостей фрит та оптичних характеристик покриттів встановлені структурне значення катіонів титану, алюмінію й фосфору в титанвмісних безборних стеклах та їх вплив на кристалізацію оксидних сполук титану: іони алюмінію вбудовуються в лужнотитанатну складову скла й сприяють кристалізації титанату натрію, а іони фосфору, навпаки, вбудовуються в кремнеземисту складову і, локалізуючи лужний катіон, сприяють кристалізації діоксиду титану в модифікації анатазу й рутилу.

4. Запропонована і науково обґрунтована структурно-хімічна модель угруповань стехіометричного складу NaB₃SiO₇, які зв'язані зі структурною сіткою скла лише слабкими міжмолекулярними Вандерваальсовими силами й дозволяють пояснити аномально низьку хімічну стійкість і легкоплавкість натрієвоборосилікатних стекол при відношенні Na₂O/B₂O₃=1/3. Припущення існування такого угруповання в склі дозволило виявити механізм впливу борного ангідриду на кристалізацію діоксиду титану в емалевих стеклах і скласти рівняння, за допомогою якого можна розраховувати мінімальну кількість діоксиду титану, при якому починається його кристалізація.

5. Обґрунтована ймовірна послідовність утворення структурних елементів у багатокомпонентних стеклах, виходячи з міцності зв'язку катіон–кисень, кількості й типу катіонів, що входять до їх складу. Висунуті припущення щодо з’єднання угруповань скла в єдиний каркас при наявності декількох сіткоутворюючих оксидів: між собою з’єднуються катіони, різниця міцності зв’язків катіон–кисень яких є найнижчою.

6. На основі здійснених досліджень розроблені склади й основи технології виробництва нових видів безборних титанових емалей та встановлена необхідність обґрунтованого вибору співвідношення в них основних компонентів для одержання покриттів із заданою білизною; виявлений позитивний вплив оксидів: MgO, ZrO₂, P₂O₅ й Al₂O₃ на білизну емалевих покриттів.

7. Виявлений ефективний вплив на підвищення білизни й стабільність оптичних характеристик безборних титанових емалей електролітів (азотнокислих солей натрію та літію) і млинових добавок: глинозему (до 1,5 мас.ч) та тонкомолотого кварцового піску (до 6 мас.ч.). Лабораторними й промисловими дослідженнями визначені оптимальні температури варіння (1260 - 1280С) і випалу (780 - 840С) синтезованих безборних титанових емалей.

8. Встановлено можливість отримання світлозабарвлених безборних емалевих покриттів широкої гами кольорів з використанням оксидів CoO, CuO, Cr₂O₃, Fe₂O₃, які вводять на плавлення, або солей металів змінної валентності, що додаються на помел їх фрит. За допомогою сучасних методів колориметрії виявлена залежність колірних характеристик емалевих покриттів від аніонних складових солей металів змінної валентності; виявлені закономірності підтверджені даними термодинамічних розрахунків; доказана принципову можливість одержання безборних емалей кремових кольорів при введенні діоксиду титану до складу їх шихти рутиловим концентратом, що містить оксид заліза.

9. Результати дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес Українського державного хіміко-технологічного університету при підготовці фахівців і магістрів за фахом 8.0.91.60.6 «Хімічна технологія тугоплавких неметалічних і силікатних матеріалів».

Публікації автора:

1. Белый Я.И., Минакова Н.А., Пономарчук С.М., Ксендзова О.А. К вопросу разработки безборных титановых эмалей для стали. // Вестник Национального технического университета (ХПИ). – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2004. – Вып. №.32 – С.29-33. Здобувачем досліджений вплив різних водорозчинних солей хрому на колориметричні характеристики безборних емалевих покриттів.

2. Белый Я.И., Минакова Н.А. Влияние химического состава безборных фритт на свойства титановых эмалевых покрытий. // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск. – 2004 - №4. – С. 49-52. Здобувачем досліджена можливість зниження кількості глушників у складі безборних титанових емалей.

3. Белый Я.И., Минакова Н.А. О выборе базовых стекол в системе Na₂O – SiO₂ – TiO₂ – Na₃AlF₆ для синтеза безборных титановых эмалей. // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск. – 2005. - № 3 – С. 55 – 58. Здобувачем досліджені властивості стекол певної області системи Na₂O – SiO₂ – TiO₂ – Na₃AlF₆ та зроблені висновки щодо можливості використання їх для одержання емалевих покриттів.

4. Белый Я.И., Минакова Н.А. О возможности получения безборных заглушенных титансодержащих эмалей. // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск. – 2005. - № 4 – С. 34 – 37. Здобувачем досліджена можливість одержання напівпрозорих та заглушених емалевих покриттів на основі стекол системи Na₂O – SiO₂ – TiO₂ – Na₃AlF₆.

5. Белый Я.И., Минакова Н.А. О влиянии оксидов алюминия и фосфора на свойства безборных титансодержащих эмалей. // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск. – 2005. - № 5. – С. 56 – 61. Здобувачем досліджене значення оксидів алюмінію та фосфору у структурі безборних стекол та їх вплив на оптичні характеристики покриттів.

6. Белый Я.И., Минакова Н.А. Влияние диоксида титана на структуру и свойства безборных стекол. // Стекло и керамика. – 2005. - №11. – С. 3 – 6. Здобувачем зроблений аналіз ІЧ – спектроскопічних даних стекол системи Na₂O – SiO₂ – TiO₂ – Na₃AlF₆, та встановлені структурні особливості стекол, схильних до глушіння оксидними сполуками титану.

7. Белый Я.И., Минакова Н.А. Безборные заглушенные эмали кремового цвета с использованием рутилового концентрата. // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск. – 2006. - № 2 – С. 41 – 43. Здобувачем досліджена можливість отримання безборних титанових емалей кремового кольору з використанням в якості барвника рутилового концентрату.

8. Белый Я.И., Минакова Н.А., Нагорная Т.И., Пономарчук С.М. Исследование влияния диоксида циркония на свойства безборных титансодержащих эмалей. // Вестник Национального технического университета (ХПИ). – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2006. – Вып. №13. – С. 124 – 130. Здобувачем обрані склади емалей для досліджень, запропонований план експерименту та виконаний аналіз отриманих результатів.

9. Белый Я.И., Минакова Н.А. Комплексное влияние оксидов алюминия, фосфора и натрия на структуру и свойства безборных титановых эмалей. // Стекло и керамика. – 2006. - №6. – С. 25 – 28. Здобувачем досліджений вплив комплексного введення оксидів алюмінію, фосфору та натрію у різних співвідношеннях на білизну титанових емалевих покриттів.

10. Белый Я.И., Минакова Н.А., Кисличная Р.И. Прогнозирование заглушенности и белизны титансодержащих эмалевых покрытий. // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск. – 2006. - № 4 – С. 47 – 52. Здобувачем виконаній аналіз властивостей емалей та запропоноване рівняння для попереднього оцінювання білизни безборних емалевих покриттів за їх складом.

11. Пат. 73896 Україна, МКВ⁷ С03С8/02; 8/08; 8/12; 8/20. Безборна титанова емаль / Білий Я.І., Мінакова Н.О., Пономарчук С.М. (Україна). - №20040705232; Заявлено 01.07.2004; Опубл. 15.09.2005, Промислова власність, №9. Здобувачем розроблені склади білих безборних титанових емалей.

12. Рішення про видачу патенту на винахід по заявці №20040806684 Україна, МПК⁷ С 03 С 8/02; 8/08. Світлозабарвлена безборна титанова емаль. / Білий Я.І., Мінакова Н.О. (Україна). – від 22.06.2006. Здобувачем досліджена можливість одержання безборних титанових емалей кремового кольору.

13. Рішення про видачу патенту на винахід по заявці № а 2005 00668 Україна, МПК⁷ С 03 С 8/02; 8/08. Світлозабарвлена безборна титанова емаль. / Білий Я.І., Мінакова Н.О. (Україна). – від 26.06.2006. Здобувачем досліджена можливість одержання безборних титанових емалей кремового кольору при використанні в якості барвника природного матеріалу – рутилового концентрату для введення діоксиду титану у їх склад.

14. Белый Я.И., Минакова Н.А., Пономарчук С.М., Кисличная Р.И. Стеклокристаллические покрытия кремового цвета с матовой поверхностью. // Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности: Тез докл. междунар. научн.-техн. конф., Харьков, 7 – 8 апреля 2004г. / УНИИО им. А.С. Бережного. – Харьков, 2004. – С. 66-67. Здобувачем виконаний аналіз впливу розчинних солей хрому на оптичні характеристики матових покриттів.

15. Белый Я.И., Минакова Н.А. Влияние химического состава стекол системы Na₂O – TiО₂ - SiО₂ – Na₃AlF₆ на кристаллизацию оксидных соединений титана при обжиге эмалевых покритий. //Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности: Тез докл. междунар. научн.-техн. конф., Харьков, 26-27 апреля 2005г. – Харьков: Каравелла, 2005. – С. 58-60. Здобувачем встановлена залежність кристалізації різних сполук титану від хімічного складу вихідної фрити.

16. Белый Я.И., Минакова Н.А. Безборные светлоокрашенные эмали для стали. // «Наукові дослідження – теорія та експеримент ’2005»: Матеріали міжнар. наук. техн. конф, м. Полтава, 16 – 20 травня 2005 р.: - Полтава: Вид-во. ПолтНТУ ім. Ю. Кондратюка, 2005. – Т.11. – С. 55 – 56. Здобувачем досліджена можливість отримання покриттів кремового кольору з використанням в якості барвника рутилового концентрату.

17. Амелін Д.В., Мінакова Н.О., Нагорна Т.І., Білий Я.І., Пономарчук С.М. Вплив фосфорного ангідриду на властивості безборних титанових емалей // Хімія та сучасні технології: Тези доп. міжнар. наук.-техн. конф. студ. та асп., Дніпропетровськ, 26–28 травня 2005 р. / УДХТУ. – Дніпропетровськ, 2005. – С. 192. Здобувачем запропонований план експерименту та зроблено аналіз отриманих даних.

18. Литовченко О.А., Мінакова Н.О., Білий Я.І., Пономарчук С.М. Безборні титано-цирконієві емалі. // Хімія та сучасні технології: Тези доп. міжнар. наук.-техн. конф. студ. та асп., Дніпропетровськ, 26–28 травня 2005 р. / УДХТУ. – Дніпропетровськ, 2005. – С. 204. Здобувачем запропонований план експерименту та проаналізовані отримані експериментальні дані.

19. Мінакова Н.О., Білий Я.І. Синтез безборних титанових емалей на основі системи Nа₂O – TіО₂ - SіО₂ – Nа₃AlF₆ // Хімія та сучасні технології: Тези доп. міжнар. наук.-техн. конф. студ. та асп., Дніпропетровськ, 26–28 травня 2005 р. / УДХТУ. – Дніпропетровськ, 2005. – С. 208. Здобувачем здійснені дослідження склоутворення та кристалізаційної здатності стекол зазначеної області системи.

20. Пацаул Г.А., Мінакова Н.О., Нагорна Т.І., Білий Я.І., Пономарчук С.М. Вплив млинових солевих добавок різної природи на властивості безборних титанових емалей // Хімія та сучасні технології: Тези доп. міжнар. наук.-техн. конф. студ. та асп., Дніпропетровськ, 26–28 травня 2005 р. / УДХТУ. – Дніпропетровськ, 2005. – С. 212. Здобувачем встановлений вплив електролітів на білизну емалевих покриттів.

21. Белый Я.И., Минакова Н.А. Влияние оксидов щелочноземельных металлов на свойства безборных емалевых покрытий. // «Розвиток наукових досліджень ’2005»: Матеріали міжнар. наук.-практ. конф., м. Полтава, 7 – 9 листопада 2005р.: - Полтава: Вид-во «ІнтерГрафіка», 2005. – Т. 6. – С. 48 – 49. Здобувачем досліджений вплив оксидів лужноземельних металів на тип кристалічної фази та оптичні характеристики емалей.

22. Білий Я.І., Мінакова Н.О. Про можливість збереження білизни безборних емалевих покриттів при збільшенні кількості лужних оксидів в їх складі. // Збірка тез доповідей І Всеукраїнської наук.-практ. конф. з хімії та хімічної технології студ., асп. та молодих вчених (27 – 29 квітня 2006р., м. Київ). – К.: 2006. – С. 103. Здобувачем доведена можливість спрямованого регулювання структури скла та підвищення легкоплавкості емалевих покриттів.