Шуба Ірина Володимирівна. Керамічні наповнювачі на основі системи Al2O3 - SiO2 - ZrO2 для стоматологічних композиційних матеріалів

Краткое описание

Шуба Ірина Володимирівна. Керамічні наповнювачі на основі системи Al2O3 - SiO2 - ZrO2 для стоматологічних композиційних матеріалів : Дис... канд. наук: 05.17.11 - 2009.

Шуба І.В. Керамічні наповнювачі на основі системи Al2O3SiO2ZrO2для стоматологічних композиційних матеріалів. Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2009.
Дисертація присвячена розробці керамічних наповнювачів з показником заломлення в інтервалі 1,4801,520 з кроком 0,01 і розміром частинок 48 мкм. Для скорочення усадки гелю при випалі запропоновано замінити водорозчинну сіль алюмінію повністю (способи А, Б) або частково (способи С, Д) тонкодисперсним металічним алюмінієм. Термодинамічно обґрунтовано можливість синтезу гідроксидних прекурсорів. Встановлено, що для синтезу композицій доцільно використовувати оксинітрат цирконію. Досліджено вплив виду етилсилікату на одержання однорідної золь-гель композиції, та встановлено, що використання етилсилікату40 не дозволяє отримати однорідність, оскільки сильнокисле середовище обумовлює утворення іонів Al3+і як наслідок розшарування композиції. Встановлено, що на фазоутворення переважно впливає не вид вихідних матеріалів а спосіб одержання гелевих прекурсорів. Зафіксовано синтез силіманіту у гелях, які одержані за способами Б і Д. Розроблено технологію одержання керамічних наповнювачів. Одержані гелі характеризуються усадкою при випалі вдвічі меншою у порівнянні з гелями, що одержані за розчинною технологією. Випробування композиційних матеріалів на основі розроблених наповнювачів виявило можливість ефективного їх застосування для наповнення стоматологічних полімерних матриць.

У результаті проведених досліджень було вирішено науково-практичне завдання розробки конкурентноздатного керамічного наповнювача стоматологічних композиційних матеріалів із заданими фізико-хімічними та оптичними характеристиками.

Теоретично обґрунтовано протікання процесів утворення золь-гель композиції в системі AlZr(NO3)2ЕТС, що дало змогу практично отримати перспективні керамічні наповнювачі. Виконано термодинамічний аналіз окисно-відновних реакцій у системі AlZr(NO3)2.
Визначено систему лінійних комбінацій реакцій взаємодії при синтезі гідроксидних прекурсорів та встановлено вплив температури, рН і концентрації вихідних і кінцевих речовин на напрямок протікання процесу окиснення тонкодисперсного металевого алюмінію. Збільшення температури та рН до 6-7 знижує ймовірність утворення гідроксиду алюмінію.
Визначено схему ймовірних перетворень окиснювача в розчині при одержанні гідроксидних прекурсорів. Встановлено, що тонкодисперсний алюміній окиснюють як нітрат-іони (вихідна форма окиснювача), так і продукти попередніх взаємодій з утворенням гідроксиду алюмінію.
Досліджено процеси золе- та гелеутворення в золь-гель композиціях AlZr(NO3)2ЕТС і їхній взаємозв'язок з формуванням фазового й дисперсного складу керамічних наповнювачів після термообробки. Встановлено вплив виду солі цирконію на одержання золь-гель композиції й термообробленого порошку. Показано, що доцільно використовувати водорозчинну сіль оксинітрату цирконію, тому що зв'язок Zr=О збільшує активність носія ZrО2при одержанні гідроксидів алюмінію та цирконію, а також дозволяє одержувати матеріал у вигляді «м'яких» агломератів, тим самим скорочуючи витрати на подрібнення порошку для одержання наповнювача заданої дисперсності.
Термодинамічно обґрунтована й експериментально підтверджена ефективність використання ЕТС-32, що забезпечує одержання золь-гель композицій в інтервалі рН 25. Сильнокисле середовище при використанні ЕТС-40 обумовлює утворення з гідроксиду алюмінію іонів Al3+, і як наслідок, розшарування композиції.
Сформульовано основні закономірності формування гелевого прекурсору системи Al2O3SiО2ZrО2. Визначено механізм старіння золь-гель композиції, який полягає в тім, що при введенні тонкодисперсного металевого алюмінію в золь етилсиликату відбувається розчинення оксидної плівки, яка покриває алюміній, кислотою-каталізатором гідролізу етилсиликату. Це прискорює процес утворення гідроксидів алюмінію та цирконію, а аміак, що виділяється при цьому, частково залишається в композиції, збільшуючи рН, та прискорює процес гелеутворення.
Розроблено технологію одержання керамічних наповнювачів стоматологічних композиційних матеріалів у системі Al2O3SiО2ZrО2. Визначено основні технологічні параметри синтезу наповнювача дисперсністю 4-8 мкм із заданим показником заломлення в інтервалі 1,481,52 із кроком 0,01. Ця технологія одержання наповнювача дозволила скоротити водні об'єми вихідних золь-гель композицій в 23 рази.
Розроблена відповідна технічна документація, випущено дослідно-експериментальні партії наповнювачів композиційних стоматологічних матеріалів, які передано в ТОВ «ТРИ ЕЛ». Теоретичні, технологічні й методологічні розробки, які наведені в дисертаційній роботі, використовуються в навчальному процесі, як приклад технології отримання тугоплавких неметалічних матеріалів при виконанні дипломних науково-дослідних робіт на кафедрі технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей НТУ «ХПІ».