Анотація до роботи:

Топилко Н.І. Муліто-цирконові температуростійкі захисні покриття. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 - технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2008.

Дисертацію присвячено розробленню технології температуростійких покрить муліто-цирконового складу для захисту конструкційних матеріалів від високотемпературної корозії. Обґрунтовано вибір компонентів, а саме силіційорганічних зв’язок – поліметилфенілсилоксанів, наповнювачів – оксидів Al₂O₃ та ZrO₂, розраховано оптимальні кількісні склади для отримання покрить муліто-цирконового типу. Оптимізовано термін механо-хімічного оброблення вихідних композицій на основі поліметилфенілсилоксану, наповненого оксидами Al₂O₃ та ZrO₂. Встановлено закономірності процесів фазо- та структуроутворення в вихідних композиціях за нагрівання до температури 1600⁰С. Встановлено наукові засади керування процесами фазо- та структуроутворення, і як наслідок експлуатаційними властивостями покрить при введенні до вихідної композиції модифікуючих додатків оксидного типу різної функціональної дії. Визначено експлуатаційні властивості покрить на силіцію карбідних і молібден силіцидних електронагрівачах в інтервалі температур 200-1400⁰С. Технологію покрить муліто-цирконового типу впроваджено у виробництво.

У результаті виконання дисертаційної роботи розв’язано науково-технічне завдання – розроблення технології температуростійких покрить муліто-цирконового складу для високотемпературного захисту конструкційних матеріалів, а саме силіцію карбіду та молібдену силіциду. Найважливіші наукові та практичні результати зводяться до таких:

1. Технологічні засади отримання покрить муліто-цирконового складу з вихідних композицій на основі поліметилфенілсилоксану, наповненого оксидами Al₂O₃ і ZrO₂, для високотемпературного захисту конструкційних матеріалів.

2. Оптимальні склади захисних покриттів на основі поліметилфенілсилоксанів, наповнених алюмінію і цирконію (IV) оксидами з врахуванням вимог їх стійкості до дії високих температур і корозійних газових середовищ, з мінімально можливим вмістом силіцію (IV) оксиду після термоокисної деструкції зв’язки.

3. Одержання покрить з високою однорідністю, стабільною структурою і оптимальним комплексом фізико-хімічних властивостей в широкому інтервалі температур можливе шляхом механо-хімічного оброблення вихідних композицій в кульових млинах протягом 150 годин.

4. Нагрівання вихідної композиції на основі поліметилфенілсилоксану, наповненого технічним глиноземом та баделеїтом, супроводжується взаємодією оксидного наповнювача із кремнеземом силіційорганічної зв’язки з утворенням вище 1200⁰С муліту та вище 1400⁰С – циркону. Структура покриттів за температури 1600⁰С представлена пластинчатими кристалами циркону, частково непрореагованими зернами корунду та моноклінного ZrO₂, які переплетені голчастими кристалами муліту. Кристобаліту та будь-яких інших модифікацій кремнезему в матеріалі не виявлено.

5. В інтервалі температур термоокисної деструкції силіційорганічної зв’язки (600-1100⁰С) значно зростає пористість покриття, внаслідок чого знижуються його захисні властивості. Для надання таким покриттям вищих якісних характеристик до їх складу слід вводити модифікуючі додатки оксидного типу різної функціональної дії, які впливають як на температурний інтервал деструкції зв’язки, так і на процеси взаємодії між компонентами.

6. Введення до вихідної композиції покриття сповільнюючого додатку CrO₃ (3 мас.%), підвищує термостабільність поліметилфенілсилоксану на 80-150⁰С, що дає змогу отримати покриття з щільнішою мікроструктурою. Із введенням до вихідної композиції покриття легкоплавкого додатку В₂O₃ (10 мас.%) та мінералізуючого MnO (3 мас.%), пришвидшуються процеси спікання на 120-200⁰С, збільшується кількісний вихід фаз-новоутворень та значно підвищується щільність захисного шару.

7. Розроблені покриття володіють високими захисними властивостями на силіцію карбідних і молібден силіцидних матеріалах. Адгезійна міцність покриття до підкладу зумовлена фізико-хімічними процесами, які відбуваються як в захисному шарі, так і в зоні контакту, в інтервалі температур 300-1400⁰С. Розроблені наукові засади спрямованого регулювання значень адгезійної міцності шляхом введення до вихідної композиції покриття модифікуючих додатків. Сповільнюючий додаток CrO₃ підвищує адгезійну міцність в 1,3 рази, легкоплавкий В₂O₃ – 3,8, мінералізуючий MnO – 2,8.

8. Термостійкість захисних покриттів на основі поліметилфенілсилоксану, наповненого оксидами Al₂O₃ та ZrO₂, становить 480 циклів для SiC та 510 циклів для MoSi₂. Модифікуючі додатки підвищують термостійкість покрить в 1,2-1,6 рази внаслідок підвищення вмісту фаз муліту та циркону, та утворення міцного перехідного шару на межі контакту “покриття-підклад”. Жаростійкість покрить за температури експлуатації 1200⁰С становить 5,2-8,8 мм/рік для SiC та 0,3-0,9 для MoSi₂ залежно від виду модифікуючого додатка.

9. Електроізоляційні властивості покриттів при підвищенні температури залежать від фазового складу матеріалу. Діелектричні втрати значно зростають для матеріалів із великим вмістом склофази, зокрема для покриттів з додатком В₂O₃ і тому вони не рекомендуються для електроізоляції.

10. Економічний ефект від впровадження у виробництво захисних покриттів для захисту конструкційних матеріалів від високотемпературної корозії на ДП “Мукачівська кераміка” ВАТ “ЛКЗ” становить близько 312200 грн. у цінах 2007 року.

Публікації автора:

1. Гивлюд М.М., Вахула О.М., Топилко Н.І. Вплив температури нагрівання на процеси масопереносу в зоні контакту покриття-підкладка // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. – Львів. – 2004. – № 497. – С. 131-133. (Виконано розрахунок процесів масопереносу компонентів у зоні контакту під час нагрівання).

2. Гивлюд М.М., Вахула О.М., Топилко Н.І. Керамічні кордієритвмісні високотемпературні захисні покриття // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. – Львів. – 2005. – № 536. – С. 234-236. (Підготовлено дослідні зразки, проведено оптимізацію складів вихідних композицій покриття).

3. Гивлюд М.М., Ємченко І.В., Топилко Н.І. Шляхи регулювання фазового складу та структури цирконвмісної кераміки // Науково-технічний збірник “Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка”. – К: Товариство “Знання” України – 2006. – Вип. 22. – С. 21-24. (Проведено експерименти, розшифровано дифрактограми дослідних зразків, досліджено мікроструктуру матеріалу).

4. Гивлюд М.М., Топилко Н.І., Боровець З.І. Оксид-силікатні захисні високотемпературні покриття для конструкційних матеріалів // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. – Львів. – 2006. – № 553. – С. 241-244. (Підготовлено дослідні зразки, визначено значення адгезійної міцності покриття до підкладу, сформульовано зміну значень адгезійної міцності покриття до підкладу в процесі нагрівання).

5. Гивлюд М.М., Топилко Н.І., Гуцуляк Ю.В. Вплив мінералізаторів на фазовий склад спеченої кераміки на основі наповненого оксидами Al₂O₃ і ZrO₂ силіційорганічного лаку // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. – Львів. – 2007. – № 590. – С. 301-304. (Встановлено оптимальний вміст мінералізаторів, проведено експериментальні дослідження, вивчено вплив мінералізаторів на фазовий склад матеріалу).

6. Патент на корисну модель №22516, МПК С09D 5/08; С09D 5/18. Композиція для вогнетривкого покриття / М.М. Гивлюд, Н.І. Топилко (Укр.); Національний університет “Львівська політехніка”. – u 2006 12348; Заяв. 24.11.2006; Опубл. 25.04.2007; Бюл. №5 – 4с. (Запропоновано склад композиції для вогнетривкого покриття, визначено адгезійну міцність та жаростійкість покриття на матеріалі).

7. Патент на корисну модель №24792, МПК С09D 5/08; С09D 5/18. Композиція для вогнетривкого покриття / М.М. Гивлюд, Н.І. Топилко, І.В. Ємченко (Укр.); Національний університет “Львівська політехніка”. – u 2007 03305; Заяв. 27.03.2007; Опубл. 10.07.2007; Бюл. №10 – 4с. (Запропоновано склад композиції для вогнетривкого покриття, визначено адгезійну міцність та жаростійкість покриття на матеріалі).

8. Гивлюд М.М., Семеген Р.І., Топилко Н.І. Високотемпературні захисні керамічні покриття // Тезисы докл. Международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. – Харьков: Каравелла – 2004. – С. 67-68. (Досліджено фазовий склад цирконіймісних покрить).

9. Гивлюд Н.Н., Вахула О.М., Топилко Н.И. Термо- и жаростойкие кордиеритсодержащие керамические защитные покрытия // Материалы Международной научно-технической конференции “Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы развития”. – Минск: БГТУ – 2005. – С. 24-26. (Розраховано склади вихідних композицій покриття, досліджено фазовий склад модельних систем після після випалу при температурі 1400⁰С).

10. Гивлюд М.М., Ємченко І.В., Топилко Н.І. Мулітвмісні керамічні захисні покриття // Тезисы докл. Международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. – Харьков: Каравелла – 2005. – С. 47-48. (Приготовлено вихідну композицію для захисного покриття, досліджено мікроструктуру покрить).

11. Гивлюд М.М., Ємченко І.В., Топилко Н.І. Вплив оксидних додатків на властивості оксидної кераміки // Тези доп. Української науково-технічної конференції “Фізико-хімічні проблеми в технології тугоплавких неметалевих і силікатних матеріалів”. – Дніпропетровськ – 2006. – С. 95. (Підготовлено дослідні зразки, визначено термостійкість та жаростійкість конструкційних матеріалів з покриттями).

12. Топилко Н.І. Вогнетривкі керамічні захисні покриття // Тези доп. Міжнародної науково-технічної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Хімія і сучасні технології”. – Дніпропетровськ – 2007. – С. 178.

13. Гивлюд М.М., Ємченко І.В., Топилко Н.І., Вашкевич Р.В. Закономірності фазо- та структуроутворення цирконвмісної кераміки // Тезисы. докл. Международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. – Харьков: Каравелла – 2007. – С. 22-24. (Підготовлено дослідні зразки, визначено термостійкість конструкційних матеріалів з покриттями).