Анотація до роботи:

Нікічанов В.В. – Розробка припоїв на основі систем CaO-Al₂O₃-SiO₂, BaO-Al₂O₃-SiO₂, MnO-Al₂O₃-SiO₂ для пайки високочистої корундової кераміки. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.17.11 - технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. - Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”. Харків 2007.

Дисертація присвячена розробці припоїв для пайки високочистої корундової кераміки з метою виготовлення складнопрофільних та великогабаритних виробів. Встановлено, що евтектичні склади на основі трикомпонентних силікатних систем CaO-Al₂O₃-SiO₂, BaO-Al₂O₃-SiO₂, MnO-Al₂O₃-SiO₂ можливо використовувати як припої для пайки високочистої корундової кераміки, оскільки вони добре змочують її (q=10-20) та за розрахунками роботи адгезії хімічно взаємодіють з нею. Дослідженнями мікроструктури припоїв встановлено температурні умови та кількість каталізаторів кристалізації TiO₂ або ZrO₂, необхідні для синтезу склокристалічної структури ситалу. Встановлено, що при використанні склокристалічних припоїв (окрім складу, що містить (мас.%) BaO-63) у спаях виникають необхідні стискаючі напруження бо термічне розширення цих припоїв нижче, ніж у високочистої корундової кераміки. Встановлено оптимальні параметри пайки (1450С і витримка 30 хвилин) які дозволяють отримати з'єднання з межею міцності при вигині 270 Н/мм². Встановлено розмір та структуру перехідної зони, яка забезпечує найвищі показники механічної міцності спаїв. Введення каталізаторів TiO₂ та ZrO₂ до складу припоїв збільшує механічну міцність спаїв на 5 - 20% за рахунок підвищення кількості кристалічної фази у припої. Дослідження термомеханічних властивостей спаїв корундової кераміки дозволило встановити їх експлуатаційні характеристики: термостійкість до втрати вакуумщільності 60 теплозмін, температура експлуатації сягає до 985-1320С.

На підставі проведених досліджень розроблено склади припоїв та освоєна і впроваджена на ВАТ ”УкрНДІВ ім. А.С. Бережного“ технологія виготовлення припоїв та складнопрофільних виробів з високочистої корундової кераміки способом пайки.

Дисертаційна робота присвячена рішенню науково-практичної задачі з розробки та виготовлення припоїв для отримання паяних складнопрофільних та великогабаритних виробів з високочистої корундової кераміки.

1. На підставі результатів досліджень дисертаційної роботи вперше науково обґрунтовані, розроблені і впроваджені припої для виготовлення методом пайки великогабаритних і складнопрофільних виробів з високочистої корундової кераміки, а також на практиці застосовані технологічні прийоми для виробництва таких конструкцій.

2. Встановлено, що евтектичні склади на основі систем CaO-Al₂O₃-SiO₂, BaO-Al₂O₃-SiO₂, MnO-Al₂O₃-SiO₂ можливо застосовувати як припої для пайки високочистої корундової кераміки, бо вони відповідають вимогам, які пред'являють до припоїв – змочують кераміку (q=10-20 при 1450С) та, за розрахунками роботи адгезії (52,6-57,7 кДЖ/моль), хімічно з нею взаємодіють.

3. Встановлено залежність утворення склокристалічної структури ситалу у припоях від хімічного складу скла припою, температурно-часових режимів пайки, а також типу та кількості каталізаторів кристалізації TiO₂ і ZrO₂, у результаті чого виявлено особливості отримання такої структури та її позитивний вплив на властивості паяних сполук.

4. Встановлено, що у паяних сполуках виникатимуть стискуючі напруги, які більш бажані, ніж розтягуючі, оскільки термічне розширення припоїв на основі кальцієвої, марганцевої систем, а також припою барієвої системи, що містить 32 мас. % BaO, нижче, ніж у високочистої корундової кераміки як до утворення в них кристалічної фази, так і після цього.

5. На підставі дослідження взаємодії припоїв з високочистою корундовою керамікою встановлено формування перехідного шару за рахунок дифузії елементів припоїв Ca, Ba, Mn, Si в кераміку. Найбільша глибина їх проникнення в кераміку, встановлена для припоїв на основі марганцевої і кальцієвої систем 450 і 900 мкм, мінімальна – для барієвої системи – до 150 мкм. Результати досліджень розчинення кераміки в розплавах припоїв підтвердили проходження дифузійних процесів при їх взаємодії, а також визначили, що з керамікою більш активно взаємодіють припої на основі кальцієвої та марганцевої систем. Петрографічні дослідження межі розділу припій - кераміка показали утворення розвиненого рельєфу поверхні кераміки при взаємодії з припоями на основі цих систем. Проведенні дослідження дозволили встановити оптимальні розміри та структуру перехідної зони, яка забезпечує найвищі показники властивостей паяних сполук високочистої корундової кераміки.

6. Дослідження термомеханічних властивостей спаїв дозволили визначити оптимальні режими пайки (температура пайки 1450С, витримка 30 хвил) і показали, що для отримання методом пайки великогабаритних та складнопрофільних виробів з високочистої корундової кераміки доцільно застосовувати припій кальцієвої системи складу (мас.%): CaO-23,3; Al₂O₃-14,7; SiO₂-62,0; TiO₂-5,0 і припій марганцевої системи (мас.%): MnO-30,0; Al₂O₃-19,0; SiO₂-51,0. Ці припої забезпечують найвищі експлуатаційні характеристики спаяних зразків: міцність при вигині 260-280 Н/мм²; температура руйнування спаю під дією розтягуючого навантаження в 5Н складає 985-1320С; термічна стійкість до втрати вакуумщільності складає 60 циклів. Проведені дослідження показали доцільність застосування припоїв із структурою ситалу, оскільки отримані на їх основі спаї за своїми механічними властивостями наближаються до високочистої корундової кераміки.

7. З використанням результатів досліджень науково обґрунтовані, розроблені і впроваджені у виробництво припої для пайки великогабаритних та складнопрофільних виробів з високочистої корундової кераміки, а також на практиці застосовано перспективні типи з'єднань керамічних деталей, які забезпечують високу точність збірки деталей під пайку.

8. Результати роботи впроваджено на дослідному виробництві ВАТ ”УкрНДІВ ім. А.С. Бережного“, сумарний економічний ефект, розрахований як додатковий прибуток, отриманий у результаті виготовлення нового типу виробів, склав 1321,2 грн.

Публікації автора:

1. Смачивание высокочистой корундовой керамики расплавами из оксидов в системах CaO-Al₂O₃-SiO₂, BaO-Al₂O₃- SiO₂ / Л.Г. Рабинков, П.П. Криворучко, В.В. Никичанов, И.С. Шакшуева // Збірник наукових праць ВАТ ”УкрНДІВогнетривів імені А.С. Бережного“. – Харків: Каравела, 2002. – №102. – С. 47 – 52.

Здобувачем вивчено вплив температури нагріву та часу витримки, а також складу атмосфери і шорсткості поверхні на крайовий кут змочування; розрахована робота адгезії; встановлено хімічну природу взаємодії припоїв з корундовою керамікою.

2. Исследование термического расширения оксидных припоев в системах CaO-Al₂O₃-SiO₂ BaO-Al₂O₃- SiO₂ MnO-Al₂O₃- SiO₂ / Рабинков Л.Г., Мартыненко В.В., Криворучко П.П. и др. // Збірник наукових праць ВАТ «УкрНДІВогнетривів імені А.С. Бережного». – Харків: Каравела, 2003. – № 103. – С. 113 – 118.

Здобувачем досліджено термічне розширення оксидних припоїв; встановлено коефіцієнт термічного розширення припоїв; проаналізовані результати зіставили з теоретичними розрахунками.

3. Влияние температуры и времени выдержки на прочность спаев при использовании припоев системы МеО-Al₂O₃-SiO₂, где МеО-CaO, BaO, MnO, для пайки элементов из высокочистой корундовой керамики / П.П. Криворучко, Л.Г. Рабинков, В.В. Никичанов, И.С. Шакшуева // Збірник наукових праць ВАТ «УкрНДІВогнетривів імені А.С. Бережного». – Харків: Каравела, 2004. – № 104. – С. 125 – 129.

Здобувачем встановлено вплив температури нагріву та часу витримки при паянні на межу міцності при вигині спаїв високочистої корундової кераміки.

4. Исследование свойств припоев системы МеО-Al₂O₃-SiO₂, де МеО-CaO, BaO, MnO / В.В. Никичанов, П.П. Криворучко, Л.Г. Рабинков, Е.Л. Карякина // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2004. – №40. – С. 37 – 45.

Здобувачем виготовлено зразки, вивчено мікроструктуру та характер фаз, що утворюються у оксидних припоях, а також встановлено вплив термічної обробки на кристалізаційні властивості припоїв, виконано аналіз отриманих результатів.

5. Термомеханические характеристики спаев высокочистой корундовой керамики с керамикой / П.П. Криворучко, Л.Г. Рабинков, В.В. Мартыненко, В.В. Никичанов // Збірник наукових праць ВАТ «УкрНДІВогнетривів імені А.С. Бережного». – Харків: Каравела, 2006. – № 106. – С. 152 – 157.

Здобувачем встановлено температури руйнування спаїв високочистої корундової кераміки та їх термостійкість у залежності від режимів пайки. Зроблено висновки, що термічна стійкість залежить від мікроструктури оксидних припоїв.

6. Сложно-профильные паяные оксидными припоями керамические конструкции для различных областей науки и техники / В.В. Мартыненко, П.П. Криворучко, Л.Г. Рабинков и др. // Тезисы докладов международной конференции “Передовая керамика – третьему тысячелетию”. – Киев, 2001 – С. 108.

Здобувачем методом пайки припоями, що складаються з оксидного сткла, виготовлено складнопрофільні вироби з високочистої корундової кераміки, які застосовували в ексімерних лазерах.

7. Криворучко П.П., Рабинков Л.Г., Никичанов В.В. Смачивание корундовой керамики эвтектическими расплавами системы Al₂O₃-SiO₂-МеО, где МеО – CaO, BaO, MnO // Тезисы докладов международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленнос-ти”. – Харьков: Каравелла, 2002. – С. 43.

Здобувачем досліджено вплив температури нагріву та часу витримки на змочування високочистої корундової кераміки розплавами припоїв вказаної системи; встановлено, що величина крайових кутів знижується при підвищені температури нагріву та часу витримки.

8. Криворучко П.П., Рабинков Л.Г., Никичанов В.В. Исследование термомеханических свойств припоев системы МеО-Al₂O₃-SiO₂, где МеО – CaO, MnO, BaO // Тезисы докладов международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. – Харьков: Каравелла, 2003. – С. 34 – 35.

Здобувачем досліджено термічне розширення оксидних припоїв та вплив на неї термічної обробки, а також встановлено вплив температури пайки та часу витримки при паянні на механічну міцність спаїв корундової кераміки.

9. The corundum large dimension portal of the laser equipment produced from separate parts by means of the soldering / Pavel P. Kryvoruchko, Leonid G. Rabinkov, Valery V. Martynenko and others // 8^th Biennial Worldwide conference on refractories “ECO Refractory for the earth” “UNITECR 2003” Osaka (Japan), 2003. – P. 525 – 527.

Здобувачем методом пайки оксидними припоями з окремих частин було виготовлено складнопрофільну великогабаритну конструкцію; показано технічні засоби для виконання таких конструкцій та зроблено висновки щодо доцільності використання такого методу отримання складних виробів.

10. В.В. Никичанов, П.П. Криворучко, В.В. Рабинков, Э.Л.Карякина Исследование фазового состава и микроструктуры припоев в системе МеО-Al₂O₃-SiO₂, где МеО – CaO, BaO, MnO // Тезисы докладов международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. – Харьков: Каравелла, 2004. – С. 52 – 54.

Здобувачем електронномікроскопічним методом досліджена мікроструктура припоїв та вплив на неї термічної обробки; отримано декілька припоїв з дрібнокристалічною структурою ситалу.

11. The influence of TiO₂ and ZrO₂ additives on the properties of oxide solders intended for high-pure corundum ceramic soldering / Pavlo P Kryvoruchko, Valery V. Martynenko, Leonid G. Rabinkov, Vyacheslav V. Nikichanov // 48 International colloquium on refractories “Refractories for industrials”. - Aahen. (Germany), 2005. – P. 94 – 98.

За участю здобувача вивчено вплив домішок кристалізаторів на мікроструктуру, термічне розширення та механічну міцність спаїв високочистої корундової кераміки. Встановлено, що домішки позитивно впливають на величину механічної міцності за рахунок утворення у припоїв структури ситалу.

12. Interphase interaction on the interface of ultrapure corundum ceramics with oxide solders of system X-Al₂O₃-SiO₂, where X-CaO, BaO, MnO / Pavlo P. Kryvoruchko, Valery V. Martynenko, Leonid G. Rabinkov, Vyacheslav V. Nikichanov // Proceeding of the unified international technical conference on refractories “UNITECR 2005” Orlando (USA), 2005. – P. 249 – 253.

Здобувачем проведено дослідження дифузії елементів оксидних припоїв у корундову кераміку, а також її розчинення у розплавах зазначених припоїв; проаналізована контактна зона між припоями та керамікою; встановлено утворення перехідної зони при взаємодії припоїв з керамікою.