рефератроботи «Розробка керамічних матеріалів, що захищають від дії електромагнітного випромінювання»,що подано Кривобоком Русланом Вікторовичем, Романовою Олесею Олександрівною на здобуття премії Президента України для молодих вченихМета роботи Створення електропровідних та магнітних керамічних матеріалів з ефективною захисною дією від впливу електромагнітного випромінювання за технологією швидкісного режиму випалу.Наукова новизна Теоретично обґрунтовано та експериментально доведена можливість отримання за технологією швидкісного режиму випалу композиційної кераміки з захисними властивостями від дії електромагнітних випромінювань (ЕМВ). При цьому вперше: - встановлено, що за напрямом створення електропровідних керамічних композиційних матеріалів функцію діелектричної матриці буде виконувати керамічна маса, а за напрямом створення магнітних керамічних композиційних покриттів – скловидна або склокристалічна глазур; - проведена триангуляція систем CoO-Al2O3-Fe2O3, NiO-Al2O3-Fe2O3 в яких визначені області кристалізації та температура утворення феритів кобальту та нікелю. Встановлено, що в умовах швидкісного режиму випалу перспективними напрямами досліджень є синтез магнітних покриттів за композиційним типом і методом спрямованої кристалізації. - визначено, що в умовах швидкісного режиму випалу для отримання електропровідної композиційної кераміки необхідно використовувати електропровідну домішку – карбід кремнію, а для отримання магнітних композиційних покриттів необхідно використовувати магнітну домішку – ферит кобальту. - доведено, що використання електропровідної (карбід кремнію) та магнітної (ферит кобальту) домішок дозволяє одержати електропровідні керамічні композиційні матеріали, які за значенням питомого об’ємного опору (ρv= 8,84·105 Ом·м) відносяться до класу напівпровідників та магнітні керамічні композиційні покриття, які за значенням магнітної проникності (μ = 5,1-5,18) відносяться до класу магнітних матеріалів із збереженням фізико-механічних та експлуатаційних властивостей на рівні стандарту (ГОСТ 6141-91); - доведено, що за методом спрямованої кристалізації можна одержати магнітні керамічні покриття, які за значенням магнітної проникності (μ = 5,19-7,28) відносяться до класу магнітних матеріалів із збереженням фізико-механічних та експлуатаційних властивостей на рівні стандарту (ГОСТ 6141-91).Практична значимість За результатами розроблених наукових положень та одержаних експериментальних даних запропоновано: - раціональний склад і технологію виробництва глазурованого (традиційна глазур) електропровідного керамічного композиційного матеріалу з захисними властивостями на основі традиційно застосовуваних сировинних матеріалів і домішки карбіду кремнію у кількості 23 мас. % (температура першого та другого випалу – 1060 оС, тривалість першого та другого випалу – 30 хв.). Для одержаних матеріалів виявлено зниження питомого об'ємного опору кераміки від 3,80∙108 (для кераміки без електропровідних домішок) до 8,84·105 Ом·м зі збереженням фізико-механічних властивостей на рівні ГОСТ 6141-91: границя міцності при згині – 25 МПа, водопоглинання – 11 %, термічна стійкість – 250 оС, твердість за Моосом – 6; - технологію отримання і раціональні склади магнітних композиційних покриттів, які наносяться на традиційно виробляєму керамічну підложку, з захисними властивостями, в склад яких входить ферит кобальту у кількості 30 мас. % (температура – 960-980 оС та тривалість – 30 хв. другого випалу). Для одержаних покриттів виявлено підвищення магнітної проникності від 1 (для покриттів без магнітної домішки) до 5,1-5,18 та зниження питомого об’ємного опору від 4,15-9,2·108 (для покриттів без магнітної домішки) до 1,62-2,04·106 Ом·мзі збереженням експлуатаційних властивостей (термостійкість – 225-250 оС, мікротвердість – 6849-9535 МПа) на рівні стандарту. - раціональні склади і технологію виробництва магнітних композиційних покриттів, що наносяться на традиційну керамічну підложку, з захисними властивостями на основі феритів кобальту та нікелю (температура випалу – 1040 оС, тривалість випалу – 45 хв.). Для одержаних матеріалів виявлені підвищені значення магнітної проникності (5,19-7,28) та зниженими показниками питомого об’ємного опору ((1,5-3,4)·104 Ом·м)зі збереженням експлуатаційних властивостей (термостійкість – 225-250 оС, мікротвердість – 4030-5340 МПа, ТКЛР в межах (4-5)·10-6К-1) на рівні стандарту. Встановлено, що для запропонованих композиційних матеріалів зниження дії електромагнітного випромінювання у діапазоні частот 50 Гц – 1200 МГц становить у середньому 20 дБ порівняно з 2,2 дБ для керамічного матеріалу без домішки карбіду кремнію. За розробленою технологією була виготовлена дослідно-промислова партія композиційної кераміки в умовах ЗАТ «Харківський плитковий завод», яка по своїм фізико-механічним та експлуатаційним властивостям відповідає ГОСТ 6141-91 і яка пройшла натурні випробування в лабораторії НДПКІ «Молнія» НТУ «ХПІ» для захисту персоналу від дії електромагнітного випромінювання у частотному діапазоні 50 Гц – 1200 МГц. Результати досліджень, приведених в роботі, впроваджені в навчальний процес при підготовці бакалаврів, спеціалістів і магістрів за спеціальністю 091606 «Хімічна технологія тугоплавких неметалічних і силікатних матеріалів».Загальна кількість публікацій (за темою роботи) 1. 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. 2. 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. 3. 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. 4. 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. 5. 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. 6. 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. 7. Лисачук Г.В., Щукина Л.П., Кривобок Р.В., Емаева О.А., Радькова Е.А., Цапко Н.С. Получение полупроводящих облицовочных керамических материалов, экранирующих ЭМИ // Международная научно-техническая конференция «Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности», 26-27 апреля 2005 года: Тез. докл. – Харьков: Каравелла, 2005. – С. 54. 8. Лісачук Г.В., Щукина Л.П., Павлова Л.В., Кривобок Р.В., Стрельнікова О.О., Ємаєва О.О. Використання безлужних оксидних композицій для отримання функціональних покрить по кераміці // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Збірник наукових праць. Тематичний випуск «Хімія, хімічна технологія та екологія». – Харків: НТУ«ХПІ». – 2005. - № 34. – С. 93-97. 9. 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. 10. Пат. 10486 Україна, МПК С 04 В 33/00. Керамічна маса: Пат. 10486 Україна, МПК С 04 В 33/00 Г.В. Лісачук, Р.В. Кривобок, Ю.Д. Трусова, Л.О. Білостоцька, Л.В. Павлова, О.Ю. Федоренко, Л.П. Щукіна; НТУ «ХПІ». – № 200504243; Заявл. 04.05.05; Опубл. 15.11.05, Бюл. № 11. – 3 с. 11. Пат. 10493 Україна, МПК С 04 В 33/00. Керамічна маса: Пат. 10493 Україна, МПК С 04 В 33/00 Г.В. Лісачук, М.І. Рищенко, Р.В. Кривобок, Ю.Д. Трусова, Л.О. Белостоцька, Л.В. Павлова, О.Ю. Федоренко; НТУ «ХПІ». – № 200504257; Заявл. 04.05.05; Опубл. 15.11.05, Бюл. № 11. – 3 с. 12. 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. 13. 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. 14. 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. 15. 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. 16. 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. 17. Лісачук Г.В., Трусова Ю.Д., Романова О.О., Кривобок Р.В., Вернигора К.П. Дослідження субсолідусної будови системи оксидів Fe2O3-Al2O3-CoO // Збірник наукових праць XI Міжнародної конференції « Львівські хімічні читання –2007р.». – Львів: Видавничий центр Львівського національного університету ім. І. Франка, 2007.- С. 10. 18. Лисачук Г.В, Трусова Ю.Д, Романова О.А, Белостоцкая Л.А, Кривобок Р.В, Альферович И.А. Разработка стеклокристаллических покрытий, поглощающих ЭМИ // Международная научно-технологическая конференция “ Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”, 25-26 апреля 2007г: Тез. докл. – Харьков: Каравелла, 2007.- С. 63. 19. 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. 20. Романова О.А. Синтез стеклокристаллических покрытий специального назначения // Збірка тез доповідей ІІ Всеукраїнської науково-практичної конференції з хімії та хімічної технології студентів, аспірантів та молодих вчених (26-28 квітня 2007 р., м. Київ)/Укладач Жук Т.С. – К: 2007 – С. 83. 21. Пат. 27297 Україна, МПК С 04 В 33/00. Електропровідна керамічна маса: Пат. 27297 Україна, МПК С 04 В 33/00 Г.В. Лісачук, Р.В. Кривобок, Ю.Д. Трусова, Л.О. Білостоцька, Л.В. Павлова, О.О. Романова, Л.М. Лісачук; НТУ «ХПІ». – № 200706580; Заявл. 12.06.07; Опубл. 25.10.07, Бюл. № 17. – 4 с. 22. Лисачук Г.В, Трусова Ю.Д, Романова О.А, Белостоцкая Л.А,Козачек К.А, Стариков В.В. Исследованиие субосолидусного строения системы Fe2O3-Al2O3-NiO // ІІІ Міжнародна науково-технічна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Хімія та сучасні технології», м. Дніпропетровськ 22-24 травня 2007р. Тези доповідей. – Дніпропетровськ: 2007.- С. 173 23.^ Лисачук Г.В., Щукина Л.П., Романова О.А., Цовма В.В., Альферович И.А. Получение функциональных покрытий по керамике, защищающих от действия ЭМИ // Сб. докл. Междунар. науч.- практ. конф. “Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии”– Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2007. – ч.2 – С. 161-163. 24. Пат. 25888 Україна, МПК С 04 В 41/86. Композиційне феромагнітне покриття: Пат. 25888 Україна, МПК С 04 В 41/86 Г.В. Лісачук, Р.В. Кривобок, Ю.Д. Трусова, Л.О. Білостоцька, Л.В. Павлова, О.О. Романова, С.П. Мостовий, Козачок К.О.; НТУ «ХПІ». – № 200704144; Заявл. 16.04.07; Опубл. 27.08.07, Бюл. № 13. – 4 с. 25. Лісачук Г.В., Кривобок Р.В., Трусова Ю.Д., Романова О.О., Цовма В.В., Альферович І.О. Розробка та дослідження електрофізичних властивостей склокерамічних покриттів спеціального призначення // Збірник наукових праць ВАТ «УкрНДІВогнетривів імені А.С. Бережного». – Харків: Каравела, 2007. – № 107. – С. 184 – 189. 26. Кривобок Р.В. Оптимізація складів електропровідної кераміки // Збірник наукових праць ВАТ «УкрНДІВогнетривів імені А.С. Бережного». – Харків: Каравела, 2008. – № 108. – С. 122 – 129. 27. Лісачук Г.В., Кривобок Р.В., Іваніщева Ж.О., Трусова Ю.Д., Білостоцька Л.О., Павлова Л.В. Захисні елементи від дії електромагнітного випромінювання на сонові піноскла // Збірник наукових праць ВАТ «УкрНДІВогнетривів імені А.С. Бережного». – Харків: Каравела, 2008. – № 108. – С. 196 – 202. 28. Кривобок Р.В. Технологічні особливості виробництва електропровідної кераміки // Кераміка: наука і життя. Київ: ГП ИЦ «Сушка», 2008. № 1(3). – С. 17 – 22. 29. Лисачук Г.В., Кривобок Р.В., Романова О.А. Материалы для защиты от электромагнитного излучения радиочастотного диапазона // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. Київ: Інформаційно-видавничий центр «Знання», 2008. № 3(30). – С. 71 – 81. 30. Лисачук Г.В., Романова О.А., Трусова Ю.Д. Исследование условий фазообразования в ферритсодержащих стеклокристаллических покрытиях // Збірка тез доповідей ІІІ Всеукраїнської студентів, аспірантів та молодих вчених з хімії та хімічної технології (23-25 квітня 2008 р., м. Київ)/Укладач Гайдай О.В. – К: 2008. – С. 184. 31. Цовма В.В., Романова О.О., Щукіна Л.П., Лісачук Г.В. Термодинамічні дослідження реакцій феритоутворення при отриманні спеціальних покрить по кераміці // Збірка тез доповідей ІІ Всеукраїнської наукової конференції студентів, аспірантів і молодих вчених «Хімічні проблеми сьогодення» (18-20 березня 2008 р., м. Донецьк) / Під ред. Шендрик О.М. – Донецьк: ДонНУ, 2008. – С. 111. 32. Лисачук Г.В., Романова О.А., Романов Р.В., Трусова Ю.Д. Программа расчета вязкости, поверхностного натяжения и ТКЛР для многокомпонентных стекол.// Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Збірник наукових праць. Тематичний випуск «Хімія, хімічна технологія та екологія». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2008.– № 33. – С.137-142. 33. Пат. 37004 Україна, МПК С 03 С 3/00. Феромагнітне склокристалічне покриття: Пат. 37004 Україна, МПК С 03 С 3/00 Г.В. Лісачук, О.О. Романова, Ю.Д. Трусова, Л.О. Білостоцька, Л.В. Павлова, Л.П. Щукіна; НТУ «ХПІ». – № 200808155; Заявл. 17.06.08; Опубл. 10.11.08, Бюл. № 21. – 4 с.Основні науково-технічні результатиВиконана робота дозволила вирішити науково-практичну задачу з розробки теології 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. В таблиці наведені основні науково-технічні результати розробленої кераміки в порівнянні з кращими аналогами. Властивість Матеріал ^ Розроблена кераміка Скло з металізованим покриттям (СРСР) Захисна фарба Тіколак-ЕМВ (Росія) Лакофарбове покриття (Росія) Піноскло з вуглецевим наповнювачем (Росія) Ефективність захисту, дБ ^ 20(середнє значення) 20 2 – 4 (один шар) 12 – 20 20 Частотний діапазон 50 Гц – 1200 МГц 0,1 – 100 МГц 5 Гц – 54 ГГц 0,15 МГц – 1000 МГц 3 – 4 ГГц Термін служби, років 15 – 5-10 – 10 Вартість, грн./м2 40 – 50 – 330 Розроблена кераміка пройшла дослідно-промислові випробування на ЗАТ «Харківський плитковий завод», яка за своїми фізико-механічними та експлуатаційними властивостями відповідає ГОСТ 6141-91. На цьому підприємстві виготовлена опитно-промислова партія керамічної плитки з захисними властивостями від дії електромагнітного випромінювання в кількості 100 м2. Проведені натурні випробування розробленої кераміки (15 м2) в високовольтному залі НДПКІ «Молнія» НТУ «ХПІ» для захисту персоналу від дії електромагнітного випромінювання. Встановлено, що розроблена електропровідна кераміка дозволила знизити дію ЕМВ в діапазоні частот 50 Гц – 1200 МГц у середньому на 20 дБ. Внаслідок чого збільшилась надійність зниження рівня електромагнітного поля в приміщенні у відповідності з вимогами ГОСТ 12.1.006-84 «Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля». Розроблену електропровідну композиційну кераміку рекомендовано для виробництва нового керамічного матеріалу з високими фізико-механічними, експлуатаційними властивостями та високим ступенем захисту від дії ЕМВ, що дозволить поліпшити екологічну безпеку біологічних та технічних об’єктів. Економічний ефект від заміни 1 м2 фарби Тіколак-ЕМВ на розроблену електропровідну композиційну кераміку складає 9,02 грн. Розрахунок проведено в відповідності з «Методическими указаниями по определению экономической эффективности использования новой техники, изобретений и открытий в промышленности строительных материалов», М., 1984, 38 с. Розрахунок економічного проводили за наступною формулою: Э=А ∙ (С1 – С2) - Кндр де – А –річний об’єм випущеної продукції, м2; С1 – вартість матеріалу до впровадження, грн.; С1 – вартість матеріалу після впровадження, грн.; Кндр – капіталовкладення до НДР, грн.Здобувач Р.В. Кривобок О.О. Романова Вчений секретар НТУ “ХПІ” Ю.І. Зайцев