Анотація до роботи:

Шуба І.В. Керамічні наповнювачі на основі системи Al₂O₃–SiO₂–ZrO₂ для стоматологічних композиційних матеріалів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2009.

Дисертація присвячена розробці керамічних наповнювачів з показником заломлення в інтервалі 1,480–1,520 з кроком 0,01 і розміром частинок 4–8 мкм. Для скорочення усадки гелю при випалі запропоновано замінити водорозчинну сіль алюмінію повністю (способи А, Б) або частково (способи С, Д) тонкодисперсним металічним алюмінієм. Термодинамічно обґрунтовано можливість синтезу гідроксидних прекурсорів. Встановлено, що для синтезу композицій доцільно використовувати оксинітрат цирконію. Досліджено вплив виду етилсилікату на одержання однорідної золь-гель композиції, та встановлено, що використання етилсилікату–40 не дозволяє отримати однорідність, оскільки сильнокисле середовище обумовлює утворення іонів Al³⁺ і як наслідок розшарування композиції. Встановлено, що на фазоутворення переважно впливає не вид вихідних матеріалів а спосіб одержання гелевих прекурсорів. Зафіксовано синтез силіманіту у гелях, які одержані за способами Б і Д. Розроблено технологію одержання керамічних наповнювачів. Одержані гелі характеризуються усадкою при випалі вдвічі меншою у порівнянні з гелями, що одержані за розчинною технологією. Випробування композиційних матеріалів на основі розроблених наповнювачів виявило можливість ефективного їх застосування для наповнення стоматологічних полімерних матриць.

У результаті проведених досліджень було вирішено науково-практичне завдання розробки конкурентноздатного керамічного наповнювача стоматологічних композиційних матеріалів із заданими фізико-хімічними та оптичними характеристиками.

1. Теоретично обґрунтовано протікання процесів утворення золь-гель композиції в системі Al–Zr(NO₃)₂–ЕТС, що дало змогу практично отримати перспективні керамічні наповнювачі. Виконано термодинамічний аналіз окисно-відновних реакцій у системі Al–Zr(NO₃)₂.

2. Визначено систему лінійних комбінацій реакцій взаємодії при синтезі гідроксидних прекурсорів та встановлено вплив температури, рН і концентрації вихідних і кінцевих речовин на напрямок протікання процесу окиснення тонкодисперсного металевого алюмінію. Збільшення температури та рН до 6-7 знижує ймовірність утворення гідроксиду алюмінію.

3. Визначено схему ймовірних перетворень окиснювача в розчині при одержанні гідроксидних прекурсорів. Встановлено, що тонкодисперсний алюміній окиснюють як нітрат-іони (вихідна форма окиснювача), так і продукти попередніх взаємодій з утворенням гідроксиду алюмінію.

4. Досліджено процеси золе- та гелеутворення в золь-гель композиціях Al–Zr(NO₃)₂–ЕТС і їхній взаємозв'язок з формуванням фазового й дисперсного складу керамічних наповнювачів після термообробки. Встановлено вплив виду солі цирконію на одержання золь-гель композиції й термообробленого порошку. Показано, що доцільно використовувати водорозчинну сіль оксинітрату цирконію, тому що зв'язок Zr=О збільшує активність носія ZrО₂ при одержанні гідроксидів алюмінію та цирконію, а також дозволяє одержувати матеріал у вигляді «м'яких» агломератів, тим самим скорочуючи витрати на подрібнення порошку для одержання наповнювача заданої дисперсності.

5. Термодинамічно обґрунтована й експериментально підтверджена ефективність використання ЕТС-32, що забезпечує одержання золь-гель композицій в інтервалі рН 2–5. Сильнокисле середовище при використанні
   ЕТС-40 обумовлює утворення з гідроксиду алюмінію іонів Al³⁺, і як наслідок, розшарування композиції.

6. Сформульовано основні закономірності формування гелевого прекурсору системи Al₂O₃–SiО₂–ZrО₂. Визначено механізм старіння золь-гель композиції, який полягає в тім, що при введенні тонкодисперсного металевого алюмінію в золь етилсиликату відбувається розчинення оксидної плівки, яка покриває алюміній, кислотою-каталізатором гідролізу етилсиликату. Це прискорює процес утворення гідроксидів алюмінію та цирконію, а аміак, що виділяється при цьому, частково залишається в композиції, збільшуючи рН, та прискорює процес гелеутворення.

7. Розроблено технологію одержання керамічних наповнювачів стоматологічних композиційних матеріалів у системі Al₂O₃–SiО₂–ZrО₂. Визначено основні технологічні параметри синтезу наповнювача дисперсністю
   4-8 мкм із заданим показником заломлення в інтервалі 1,48–1,52 із кроком 0,01. Ця технологія одержання наповнювача дозволила скоротити водні об'єми вихідних золь-гель композицій в 2–3 рази.

8. Розроблена відповідна технічна документація, випущено дослідно-експериментальні партії наповнювачів композиційних стоматологічних матеріалів, які передано в ТОВ «ТРИ ЕЛ». Теоретичні, технологічні й методологічні розробки, які наведені в дисертаційній роботі, використовуються в навчальному процесі, як приклад технології отримання тугоплавких неметалічних матеріалів при виконанні дипломних науково-дослідних робіт на кафедрі технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей НТУ «ХПІ».

Публікації автора:

1. Городничева И.В. (Шуба И.В.). Термодинамический анализ твердофазних реакций в системе ZrO₂–MgO–А1₂О₃–SiO₂ / С.М. Логвинков,
И.В. Городничева, О.Б. Скородумова, Г.Д. Семченко // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2004. – № 32. – С. 82–85.

Здобувачем було розраховано термодинамічні характеристики даної системи та виявлено основні закономірності зміни значень енергії Гіббса.

2. Городничева И.В. (Шуба И.В.). Фазовые равновесия в субсолидусе системы ZrO₂–MgO–А1₂О₃–SiO₂ / С.М. Логвинков, Д.А. Бражник,
О.Б. Скородумова, И.В. Городничева, Г.Д. Семченко // Огнеупоры и техническая керамика. – М., 2004. – № 9. – С. 9–17.

Здобувачем було розраховано значення енергії Гіббса для визначення фазових рівноваг у даній системі

3. Городничева И.В. (Шуба И.В.). Термодинамика фазовых взаимоотношений в системе ZrO₂–MgO–А1₂О₃–SiO₂ / С.М. Логвинков, О.Б. Скородумова,
И.В. Городничева, Д.А. Бражник, Г.Д. Семченко // Огнеупоры и техническая керамика. – М., 2004. – № 7. – С. 2–5.

Здобувачем було розраховано термодинамічні характеристики даної системи та визначено фазові взаємодії у системі.

4. Городничева И.В (Шуба И.В.). Влияние морфологии наполнителя на физико-механические свойства композиционных материалов для стоматологии / О.Б. Скородумова, М.П. Качоманова, И.В. Городничева, Я.Н. Гончаренко // Збірник наукових праць ВАТ “УкрНДІВогнетривів імені А.С. Бережного”. – Харків: Каравела, 2005. – № 105. – С. 150–157.

Здобувачем було проаналізовано результати фізико-механічного дослідження композиційних матеріалів для стоматології.

5. Городничева И.В (Шуба И.В.). Физико-механические свойства композиционных материалов на основе керамического наполнителя и полимерной матрицы / О.Б. Скородумова, И.В. Городничева, М.П. Качоманова, Я.Н. Гончаренко // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2005. – № 27. –
С. 37–42.

Здобувачем було визначено властивості композиційних матеріалів та встановлено вплив на показники форми, дисперсності наповнювача та ступінь наповнення.

6. Городничева И.В (Шуба И.В.). Проблемы повышения однородности гетерогенных гелей-прекурсоров керамических порошков в системе
А1₂О₃–SiO₂–ZrO₂ / О.Б. Скородумова, И.В. Городничева // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2005. – № 51. – С. 174–178.

Здобувачем розроблено склади для одержання гідроксидних прекурсорів та запропоновано спосіб зменшення водного об’єму золь-гель композиції для одержання прекурсорів алюмосилікатних наповнювачів з добавкою ренгеновідтіняючого ZrO₂.

7. Городничева И.В (Шуба И.В.). Синтез двойных соединений из гетерогенных гелей системы этилсиликат–соль металла / О.Б. Скородумова, И.В. Городничева, Я.Н. Гончаренко // Збірник наукових праць
ВАТ “УкрНДІВогнетривів імені А.С. Бережного”. – Харків: Каравела, 2006. –
№ 106. – С. 170–181.

Здобувачем було вивчено основні закономірності синтезу подвійних сполук із гетерогенних гелів.

8. Городничева И.В (Шуба И.В.). Изменение фазового состава муллитоциркониевой керамики при термоциклировании / О.Б. Скородумова, С.М. Логвинков, И.В. Городничева, Н.К. Вернигора // Огнеупоры и техническая керамика. – М., 2006. – № 5. – С. 2–10.

Здобувачем було проаналізовано ІЧ-спектри та встановлено основні закономірності фазоутворення при термообробці.

9. Городничева И.В. (Шуба И.В.). Синтез модифицированого наполнителя в системе ЭТС–Al–ZrO(NO₃)₂ / И.В. Городничева, О.Б. Скородумова // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск, 2007. – № 4. – С. 40–44.

Здобувачем було обрано оптимальний склад золь-гель композицій та запропоновано технологію одержання наповнювачів. Також було досліджено вплив параметрів синтезу та термообробки на фазовий склад синтезованих порошків.

10. Шуба И.В. Теоретическое обоснование получения гидроксидных прекурсоров золь-гель композиции в системе Al–ZrO(NO₃)₂–ЭТС /
И.В. Шуба, Л.В. Мухина, О.Б. Скородумова // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ «ХПІ», 2008. – № 13. – С. 127–132.

Здобувачем було визначено значення енергій Гіббса для реакцій, які протікають при окисненні алюмінію, визначено поведінку окисника в процесі, досліджено вплив технологічних факторів (рН, концентрація вихідних та кінцевих продуктів, температура) на одержання гідроксидних прекурсорів.

11. Шуба И.В. Изучение влияния вида этилсиликата на синтез модифицированного наполнителя с заданными характеристиками / И.В. Шуба,
Л.В. Мухина, О.Б. Скородумова, Е.Е. Старолат // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ «ХПІ», 2008. –
№ 33. – С. 108–113.

Здобувачем було досліджено вплив виду етилсилікату на синтез порошків з заданими характеристиками, встановлено механізм старіння золь-гель композицій.

12. Шуба І.В. Дослідження впливу виду солі цирконію на синтез модифікованого наповнювача з заданими характеристиками / І.В. Шуба // Східно-європейський журнал передових технологій. – Харків, 2008. – № 5/4 – С. 22–25.

13. Шуба И.В. Синтез модифицированного наполнителя муллитоциркониевого состава / И.В. Шуба, О.Б. Скородумова // Збірник наукових праць ВАТ “УкрНДІВогнетривів імені А.С. Бережного”. – Харків: Каравела, 2008. – № 108. – С. 98–104.

Здобувачем було розроблено спосіб одержання керамічного керамічного наповнювача мулітоцирконієвого складу, та встановлено закономірності їх синтезу із комплексних гелів.

14. Пат. № 27899 Україна, МПК7 С 04 В 35/18. Спосіб одержання керамічного порошку / Городнічева І.В. (Шуба І.В.), Скородумова О.Б.; заявник та патентовласник Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут». – № 200703741; под. 04.04.2007; опубл. 26.11.2007; Бюл. № 19.

Здобувачем розроблено спосіб одержання керамічного порошку, який можна використовувати як наповнювач стоматологічних композиційних матеріалів.

15. Пат. 35256 Україна, МПК⁷ С 04 В 35/18 Спосіб одержання керамічного порошку мулітоцирконієвого складу/ Шуба І.В.,
Скородумова О.Б.; заявник та патентовласник НТУ “ХПІ”.– № 200804394; Заявл. 07.04.2008; Опубл. 10.09.2008; Бюл. № 17.

Здобувачем розроблено спосіб одержання керамічного порошку мулітоцирконієвого складу, який можна використовувати як наповнювач стоматологічних композиційних матеріалів

16. Городничева И.В (Шуба И.В.). Ультрадисперсные порошки в системе
MgO–А1₂О₃–SiO₂–ZrO₂ / О.Б. Скородумова, И.В. Городничева // Современное материаловедение: достижения и проблемы: междунар. научн.-техн. конф., 26–30 сент. 2005 г.: тезисы докл. – Киев: ИПМ, 2005. – С. 170–171.

Здобувачем досліджено особливості синтезу ультрадисперсних порошків у даній системі.

17. Городнічева І.В. (Шуба І.В.) Визначення оптимального складу при одержанні керамічного наповнювача у системі Al₂O₃–SiO₂–ZrO₂ /
І.В. Городнічева, О.Б. Скородумова // Львівські хімічні читання–2007:
11 науков. конф., 30 трав.-1 червн. 2007 р.: тези доп. – Львів: ЛНУ, 2007. – С. 42.

Здобувачем запропоновано схему одержання керамічного наповнювача у даній системі та визначено вплив густини вихідного розчину оксинітрату цирконію на синтез однорідної композиції. Встановлено механізм старіння золь-гель композиції.

18. Городничева И.В. (Шуба И.В.) Разработка способа получения модифицированного наполнителя в системе Al₂O₃–SiO₂–ZrO₂ / И.В. Городничева, О.Б. Скородумова // Химия и химическая технология в XXI веке : VIII Всеросс. науч.-практ. конф. студентов и аспирантов, 24–25 апр. 2007г.: тезисы докл. – Томск, 2007. – С. 21–22.

Здобувачем встановлено, що, керуючи кінетичними параметрами здійснення золь-гель переходу та технологічними параметрами при термообробці, можна забезпечити заданий фазовий склад наповнювача.

19. Городничева И.В. (Шуба И.В.). Исследование фазообразования при термообработке золь-гель композиции системы ЭТС–Al–ZrO(NO₃)₂ /
И.В. Городничева, О.Б. Скородумова, Т.Н. Апалькова // Хімія і сучасні технології: III міжн. наук.-техн. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених, 22–24 травн. 2007 р.: тези доп. – Дніпропетровськ: ДВНЗ «УДХТУ», 2007. – С. 147.

Здобувачем було вивчено фазоутворення при термообробці комплексних гелів.

20. Городничева И.В. (Шуба И.В.). Перспективы использования золь-гель технологии при синтезе модифицированных наполнителей в системе
Al₂O₃–SiO₂–ZrO₂ / И.В. Городничева // Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности: междун. науч.–техн. конф.,
25–26 апр. 2007 г.: тезисы докл. – Харьков: Каравелла, 2007. – С. 27–28.

21. Городничева И.В. (Шуба И.В.). Определение оптимальних параметров синтеза керамического наполнителя в системе Al₂O₃–SiO₂–ZrO₂ /
И.В. Городничева // II Всеукр. наук-практ. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених, 26–28 квітн. 2007 р.: тези доп. – Київ: НТУУ «КПІ», 2007. – С. 123.

22. Шуба И.В. Изучение зависимости носитель ZrO₂ – гомогенность золь-гель композиции системы Al–ZrO(NO₃)₂–ЭТС / И.В. Шуба // I Міжн.
(II Всеукр.) конф. студентів, аспірантів та молодих вчених з хімії та хімічної технології, 23–25 квіт. 2008 р.: тези доп. – Київ: НТУУ «КПІ», 2008. – С. 213.