Анотація до роботи:

Кривобок Р.В. Кераміка для захисту від електромагнітного випромінювання. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2007.

У роботі теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість одержання електропровідної композиційної кераміки та магнітних композиційних покриттів захисної дії від впливу ЕМВ, що виготовляються за швидкісним режимом випалу.

Розроблено технологію та склади електропровідної кераміки та магнітних композиційних покриттів. Встановлена оптимальна концентрація електропровідної (карбід кремнію) та магнітної (ферит кобальту) домішок для одержання композицій з мінімальним значенням питомого об’ємного опору та максимальним значенням магнітної проникності зі збереженням фізико-механічних та експлуатаційних властивостей на рівні ГОСТ 6141-91.

Досліджено захисні властивості від дії електромагнітного випромінювання в діапазоні частот 50 Гц – 1200 МГц композиційної кераміки з домішкою карбіду кремнію. Встановлено, що розроблена електропровідна кераміка дозволяє знизити дію ЕМВ у середньому на 20 дБ.

Виконана дисертаційна робота дозволила вирішити науково-практичну задачу з розробки наукових основ технології нового класу керамічного матеріалу, здатного захищати від дії електромагнітного випромінювання, що виготовляється в умовах швидкісного режиму випалу. На підставі проведених систематичних досліджень питомого об’ємного опору, магнітної проникності, фізико-механічних, експлуатаційних властивостей та процесів фазоутворення сформульовані закономірності формування електропровідної та магнітної кераміки отриманої за композиційною технологією.

1. За рахунок інертності діелектричної матриці по відношенню до електропровідних та магнітних домішок експериментально встановлено, що за напрямом створення електропровідних матеріалів функцію діелектричної матриці буде виконувати керамічна маса, а за напрямом створення магнітних покриттів – склоподібна та склокристалічна глазурі.

2. Вивчено вплив електропровідних домішок (алюміній, карбонільне залізо, графіт, карбід кремнію (чорний, зелений), оксид заліза (III)) на питомий об'ємний опір і
фізико-механічні властивості композиційної кераміки. Встановлено, що оптимальною домішкою, яка знижує питомий об’ємний опір діелектричної матриці (_v =1,210⁶ Омм) і одночасно не знижує її фізико-механічних властивостей (W = 16 %, R_згин = 16,2 МПа) – є карбід кремнію (чорний).

3. З метою визначення напрямку створення магнітних покриттів проведена триангуляція системи CoO-Al₂O₃-Fe₂O₃, яка дозволила визначити область кристалізації фериту кобальту. Експериментально встановлено, що в умовах швидкісного режиму випалу (температура випалу – 960-1080 ^оС, тривалість випалу – 30-45 хв.) неможливо одержати методом спрямованої кристалізації фериту кобальту в керамічному матеріалі, внаслідок високої температури утворення фериту кобальту (1575 ^оС). Встановлено, що перспективним напрямком створення магнітних керамічних покриттів є композиційний тип.

4. Встановлена імовірність протікання реакцій феритоутворення в модельних сумішах, які обрані для синтезу феритів міді, кобальту і цинку в температурному інтервалі 1173-1473 К. Експериментально доведено, що з усіх синтезованих феритів (CoOFe₂O₃, ZnOFe₂O₃, CuOFe₂O₃) тільки ферит кобальту має магнітну проникність = 252 в залежності від напруженості магнітного поля (Н = 25-177 А/м) , що дозволяє віднести його до магнітних матеріалів. Інші ферити (ZnFe₂O₄, CuFe₂O₄), що синтезовані в аналогічних умовах (температура синтезу 1150 ^оС, тривалість 8 годин), не виявили необхідних магнітних властивостей. Експериментально встановлено, що синтезований ферит кобальту відноситься до класу напівпровідників (питомий об’ємний опір – 2,110⁵ Омм) та має ТКЛР – 7,510^-6, К^-1.

5. З використанням метода математичного планування експерименту вивчено вплив концентрації карбіду кремнію (10-30 мас. %) у керамічній масі та фериту кобальту (20-30
мас. %) у скловидному та склокристалічному покритті й температури їх термообробки на питомий об’ємний опір, магнітну проникність, фізико-механічні та експлуатаційні властивості. На основі проведених досліджень встановлено:

- максимальне зниження питомого об'ємного опору (_v = 1,210⁶ Омм) зі збереженням значень фізико-механічних властивостей (W = 16 %, R_згин = 16,2 МПа) на рівні ГОСТ 6141-91 для композиційної кераміки досягається за концентрації карбіду кремнію 30 мас. % та температурі випалу 1060 ^оС.

- для отримання глазурних покриттів по кераміці з максимальним значенням магнітної проникності ( = 5,1 для серії СВ і = 5,18 для серії СК) та мінімальним значенням питомого об’ємного опору (_v = 1,6210⁶ Омм для серії СВ, _v = 2,0410⁶ Омм для серії СК) необхідно використовувати ферит кобальту в кількості 30 мас. %. При цьому для досягнення значень фізико-механічних і експлуатаційних властивостей відповідно ГОСТ 6141-91 та забезпечення декоративних характеристик покриттів (рівномірний чорний колір, хороший розлив, відсутність дефектів) температура випалу покриттів повинна становити 960 ^оС та 980 ^оС для скловидної і склокристалічної діелектричної матриці.

6. За допомогою симплекс-гратчастого планування визначено раціональний склад (глина – 43; карбід кремнію – 23; пісок – 16; гранітні відсіви – 16,3; крейда – 1,7 мас. %) для виготовлення електропровідного керамічного композиційного матеріалу, з низьким
значенням питомого об’ємного опору (_v = 8,8410⁵ Омм ) та високими фізико-механічними властивостями (W = 11 %, R_згин = 25 МПа).

7. Розроблено склади і технологію електропровідних і магнітних керамічних композиційних матеріалів, які за фізико-механічними, експлуатаційними властивостями відповідають ГОСТ 6141-91 та характеризуються ефективною захисною дією від впливу електромагнітного випромінювання в діапазоні частот 50 Гц-1200 МГц – коефіцієнт екранного загасання дорівнює ~ 20 дБ.

8. Результати роботи запроваджені на ЗАТ «Харківський плитковий завод», де випущена дослідно-промислова партія композиційної кераміки, яка пройшла натурні випробування в високовольтному залі НДПКІ «Молнія» НТУ «ХПІ» для захисту персоналу від дії електромагнітного випромінювання.

9. Результати досліджень, приведених в дисертаційній роботі, впроваджені в навчальний процес при підготовці бакалаврів, спеціалістів і магістрів за спеціальністю 091606
«Хімічна технологія тугоплавких неметалічних і силікатних матеріалів».

Публікації автора:

1. Лисачук Г.В., Щукина Л.П., Кривобок Р.В., Емаева О.А. Влияние токопроводящих добавок на электрофизические свойства облицовочной керамики // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2005. – № 25. – С. 163 – 166.

Здобувачем запропоновані струмопровідні домішки для одержання електропровідної кераміки та проведені дослідження питомого об’ємного опору композиційної кераміки.

2. Лисачук Г.В., Кривобок Р.В., Лисачук Л.Н., Щукина Л.П., Федоренко Е.Ю.,
Емаева О.А. Влияние магнитных и немагнитных добавок на свойства облицовочной керамики // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2005. – № 51. – С. 168 – 173.

Здобувачеві належить обґрунтування використання в якості діелектричної матриці личкувальної кераміки та вибір електропровідних і магнітних домішок.

3. Лисачук Г.В., Кривобок Р.В., Федоренко Е.Ю., Щукина Л.П., Лисачук Л.Н.,
Тимофеева Ю.А., Белостоцкая Л.А., Трусова Ю.Д. Разработка композиционных покрытий по керамике, экранирующих электромагнитные излучения // Вестник науки и техники – Харьков: ООО «ХДНТ», 2005. – № 4 (23). – С. 55 – 60.

Здобувачем проведено узагальнення результатів створення керамічних захисних матеріалів.

4. Лисачук Г.В., Кривобок Р.В., Князев В.В., Лесной И.П. Композиционные керамические материалы, экранирующие электромагнитные излучения // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2006. – № 17. –
С. 82 – 85.

Здобувачем запропоновані склади керамічних матеріалів для захисту від електромагнітного випромінювання.

5. Лисачук Г.В., Кривобок Р.В., Трусова Ю.Д., Белостоцкая Л.А., Павлова Л.В., Иванищева Ж.А. Исследование электрофизических свойств облицовочной керамики // Збірник наукових праць ВАТ «УкрНДІВогнетривів імені А.С. Бережного». – Харків: Каравела, 2006. – № 106. – С. 164 – 169.

Здобувачем досліджено влив домішки графіту на питомий об’ємний опір та фізико-механічні властивості композиційної кераміки.

6. Пат. 20317 Україна, МПК С 04 В 33/00. Керамічна маса, що екранує ЕМВ: Пат. 20317 Україна, МПК С 04 В 33/00 Г.В. Лісачук, Р.В. Кривобок, В.В. Князев, Ю.Д. Трусова,
Л.О. Білостоцька, Л.В. Павлова; НТУ «ХПІ». – № 200608439; Заявл. 27.07.06; Опубл. 15.01.07, Бюл. № 1. – 4 с.

Здобувачем проведені дослідження захисних властивостей композиційної кераміки.

7. Лисачук Г.В., Трусова Ю.Д., Кривобок Р.В., Федоренко Е.Ю., Щукина Л.П. Стеклокристаллические композиции, экранирующие электромагнитные излучения // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности». – Харьков: Каравелла, 2004. – С. 61 – 63.

Здобувачем запропоновано нові склади склокристалічних композицій, здатних захищати від дії електромагнітного випромінювання та досліджено їх властивості.

8. Лисачук Г.В., Трусова Ю.Д., Щукина Л.П., Федоренко Е.Ю., Кривобок Р.В.
Использование техногенного отхода при создании радиопоглощающего покрытия // Тези доповідей III Міжнародної науково-технічної конференції «Композиційні матеріали». – К.: ІВЦ “Видавництво «Політехніка»”, 2004. – С. 44.

Здобувачем запропонована можливість заміни електропровідних домішок відходами виробництва для одержання електропровідних покриттів.

9. Лисачук Г.В., Трусова Ю.Д., Кривобок Р.В., Щукина Л.П., Федоренко Е.Ю., Белостоцкая Л.А. Использование железосодержащих промышленных отходов для керамических материалов, экранирующих ЭМИ // Тези доповідей Другої міжнародної науково-практичної конференції «Енергозберігаючі технології. Застосування відходів промисловості в будівельних матеріалах та будівництві». – К.: Пульсари, 2004. – С.77.

Здобувачем досліджено динаміку змінювання діелектричних властивостей керамічних матеріалів.

10. Лисачук Г.В., Федоренко Е.Ю., Кривобок Р.В., Тимофеева Ю.А., Добрынина Е.В.
К вопросу о создании ферритсодержащих покрытий по керамике для защиты от электромагнитного излучения // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности». – Харьков: Каравелла, 2005. – С. 45 – 46.

Здобувачем запропоновано можливість застосування магнітних домішок для одержання покриттів по кераміці для захисту від електромагнітного випромінювання.

11. Лисачук Г.В., Кривобок Р.В., Трусова Ю.Д., Белостоцкая Л.А. Керамический облицовочный материал, экранирующий электромагнитные излучения // Тези доповідей Української науково-технічної конференції «Фізико-хімічні проблеми в технології тугоплавких неметалевих і силікатних матеріалів». – Дніпропетровськ: УДХТУ, 2006. – С. 104.

Здобувачем визначена ефективна концентрація електропровідної домішки для одержання личкувальної кераміки з мінімальним значенням питомого об’ємного опору.

12. Пат. 17254 Україна, МПК С 04 В 41/86. Електропровідна полива: Пат. 17254 Україна, МПК С 04 В 41/86 Г.В. Лісачук, Р.В. Кривобок, Ю.Д. Трусова, Л.О. Бєлостоцька,
О.Ю. Федоренко; НТУ «ХПІ». – № 200603367; Заявл. 28.03.06; Опубл. 15.09.06, Бюл. № 9. – 4 с.

Здобувачем запропоновані склади електропровідних покриттів. Досліджено їх властивості.

13. Пат. 18322 Україна, МПК С 04 В 33/00. Напівпровідна керамічна маса: Пат. 18322 Україна, МПК С 04 В 33/00 Г.В. Лісачук, Р.В. Кривобок, Ю.Д. Трусова, Л.О. Бєлостоцька,
Л.В. Павлова, Л.П. Щукіна; НТУ «ХПІ». – № 200603365; Заявл. 28.03.06; Опубл. 15.11.06,
Бюл. № 11. – 4 с.

Здобувачем запропоновані склади електропровідної керамічної маси, досліджено їх питомий об’ємний опір.