Кривобок Руслан Вікторович. Кераміка для захисту від електромагнітного випромінювання

brief description

Кривобок Руслан Вікторович. Кераміка для захисту від електромагнітного випромінювання : Дис... канд. наук: 05.17.11 2007

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=1,2106Омм) і одночасно не знижує її фізико-механічних властивостей (W = 16 %, Rзгин= 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 960-1080оС, тривалість випалу 30-45 хв.) неможливо одержати методом спрямованої кристалізації фериту кобальту в керамічному матеріалі, внаслідок високої температури утворення фериту кобальту (1575оС). 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 1150оС, тривалість 8 годин), не виявили необхідних магнітних властивостей. Експериментально встановлено, що синтезований ферит кобальту відноситься до класу напівпровідників (питомий об’ємний опір 2,1105Омм) 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= 1,2106Омм) зі збереженням значень фізико-механічних властивостей (W = 16 %, Rзгин= 16,2 МПа) на рівні ГОСТ 6141-91 для композиційної кераміки досягається за концентрації карбіду кремнію 30 мас. % та температурі випалу 1060оС.
- 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= 1,62106Омм для серії СВ,v= 2,04106Омм 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 960оС та 980оС 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=8,84105Омм ) та високими фізико-механічними властивостями (W = 11 %, Rзгин= 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».