Субсолідусна будова системи ZnO‒SrO‒Al2O3‒SiO2 як основи для розробки радіопрозорої кераміки

Автор(и)

  • Elena Fedorenko Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0003-0831-3485
  • Georgiy Lisachuk Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-7157-9115
  • Mariia Prytkina ZONE3000 вул. Богдана Хмельницкого, 28, м. Харків, Україна, 61000, Україна https://orcid.org/0000-0002-9800-3423
  • Ruslan Kryvobok Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-2334-4434
  • Artem Zakharov Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-0120-8263

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217009

Ключові слова:

субсолідусна будова, геометро-топологічні характеристики, віллеміт, стронцієвий анортит, радіопрозора кераміка

Анотація

Розробка нових матеріалів з унікальними властивостями вимагає науково обґрунтованих підходів до вирішення завдань. Застосування фізико-хімічного аналізу оксидних систем для проектування складу матеріалу дозволяє визначити умови фазоутворення і оцінити технологічність композицій. З огляду на колосальний обсяг експериментів, необхідних для побудови діаграм стану багатокомпонентних оксидних систем, фізико-хімічне моделювання є найбільш доцільним методом вивчення їх будови. Обґрунтовано вибір базової оксидної системи ZnO‒SrO‒Al2O3‒SiO2 для розробки радіопрозорої кераміки, наведені результати досліджень її субсолідусної будови з використанням сучасних даних про розбиття системи на елементарні об’єми. Визначено і проаналізовано основні геометро-топологічні характеристики внутрішніх тетраедрів системи, розраховані мінімальні температури появи розплаву і склади евтектики. Для розробки радіопрозорої кераміки з заданим рівнем діелектричних характеристик (ε<10, tgd<10-2) в межах концентрацій тетраедру SiO2‒ZnAl2O4‒ZnSiO4‒SrAl2Si2O8 обрана область складів, що забезпечують синтез цільових фаз віллеміту і стронцієвого анортиту. З використанням нових даних отримана жаростійка поліфазна кераміка, діелектричні характеристики якої (ε=5,98‒8,96; tgd=0,004‒0,008) задовольняють вимоги до радіопрозорих матеріалів. Встановлено оптимальне співвідношення фаз (ZnSiO4: SrAl2Si2O8=1:1), що дозволяє знизити діелектричну проникність (ε=5,98) і мінімізувати діелектричні втрати (tgd=0,004). Із застосуванням скануючої електронної мікроскопії та рентгенофазового аналізу встановлено структурно-фазові особливості нових керамічних матеріалів

Біографії авторів

Elena Fedorenko, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, професор

Кафедра технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей

 

Georgiy Lisachuk, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, професор

Кафедра технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей

Ruslan Kryvobok, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей

Artem Zakharov, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей

Посилання

  1. Ivakhnenko, Y. A., Varrik, N. M., Maksimov, V. G. (2016). The high-temperature radiolucent ceramic composite materials for the radomes and other products of aviation engineering (review). Proceedings of VIAM, 5 (41), 36‒43. doi: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2016-0-5-5-5
  2. Kablov, E. N., Grashchenkov, D. V., Isaeva, N. V., Solntsev, S. S., Sevast’yanov, V. G. (2012). Glass and ceramics based high-temperature composite materials for use in aviation technology. Glass and Ceramics, 69 (3-4), 109–112. doi: https://doi.org/10.1007/s10717-012-9425-1
  3. Sarkisov, P. D., Orlova, L. A., Popovich, N. V. et. al. (2011). Sovremennoe sostoyanie voprosa v oblasti tehnologii i proizvodstva sitallov na osnove alyumosilikatnyh sistem. Stekloobrazovanie, kristallizatsiya i fazoobrazovanie pri poluchenii strontsiy-anortitovyh i tsel'zianovyh sitallov. Vse materialy. Entsiklopedicheskiy spravochnik, 8. Available at: https://viam.ru/public/files/2011/2011-205757.pdf
  4. Miheev, S. V., Stroganov, G. B., Romashin, A. G. (2002). Keramicheskie i kompozitsionnye materialy v aviatsionnoy tehnike. Moscow: Al'teks, 276. Available at: https://www.twirpx.com/file/824198/
  5. Uvarova, N. E., Anan'eva, Yu. E., Bolokina, E. G., Orlova, L. A., Popovich, N. V. (2007). Radioprozrachnye steklokeramicheskie materialy. Uspehi v himii i himicheskoy tehnologii, 7 (75), 96‒99. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/radioprozrachnye-steklokeramicheskie-materialy
  6. Shchegoleva, N. E., Chainikova, A. S., Orlova, L. A. (2018). Sintering process analysis in the manufacture of strontiumaluminosilicate glass ceramics by power-pressed method. Aviation Materials and Technologies, 4 (53), 55‒62. doi: https://doi.org/10.18577/2071-9140-2018-0-4-55-62
  7. Suzdal’tsev, E. I. (2015). Radio-Transparent Ceramics: Yesterday, Today, Tomorrow. Refractories and Industrial Ceramics, 55 (5), 377–390. doi: https://doi.org/10.1007/s11148-015-9731-6
  8. Khomenko, E. S., Zaichuk, A. V., Karasik, E. V., Kunitsa, A. A. (2018). Quartz ceramics modified by nanodispersed silica additive. Functional Materials, 25 (3), 613–618. doi: https://doi.org/10.15407/fm25.03.613
  9. Abyzov, A. M. (2019). Aluminum Oxide and Alumina Ceramics (Review). Part 2. Foreign Manufacturers of Alumina Ceramics. Technologies and Research in the Field of Alumina Ceramics1. Refractories and Industrial Ceramics, 60 (1), 33–42. doi: https://doi.org/10.1007/s11148-019-00305-1
  10. Rumyantsev, S. L., Shur, M. S., Levinshtein, M. E. (2004). Materials properties of nitrides: summary. International Journal of High Speed Electronics and Systems, 14 (01), 1–19. doi: https://doi.org/10.1142/s012915640400220x
  11. Lisachuk, G. V., Kryvobok, R. V., Dajneko, K. B., Zakharov, A. V., Fedorenko, E. Y., Prytkina, M. S. et. al. (2017). Optimization of the compositions area of radiotransparent ceramic in the SrO-Al2O3-SiO2 system. Przegląd Elektrotechniczny, 93 (3), 79–82. doi: https://doi.org/10.15199/48.2017.03.19
  12. Lisachuk, G. V., Kryvobok, R. V., Fedorenko, E. Y., Zakharov, A. V. (2015). Ceramic radiotransparent materials on the basis of BaO-Al2O3-SiO2 and SrO-Al2O3-SiO2 systems. Epitoanyag - Journal of Silicate Based and Composite Materials, 67 (1), 20–23. doi: https://doi.org/10.14382/epitoanyag-jsbcm.2015.4
  13. Zaichuk, A. V., Amelina, A. A., Karasik, Y. V., Khomenko, Y. S., Lementareva, V. A., Saltykov, D. Yu. (2019). Radio-transparent ceramic materials of spodumene-cordierite composition. Functional Materials, 26 (1), 174–181. doi: https://doi.org/10.15407/fm26.01.174
  14. Wang, X.-C., Lei, W., Ang, R., Lu, W.-Z. (2013). ZnAl2O4–TiO2–SrAl2Si2O8 low-permittivity microwave dielectric ceramics. Ceramics International, 39 (2), 1707–1710. doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.08.013
  15. Ryschenko, M. I., Pitak, Y. N., Fedorenko, E. Yu., Lisyutkina, M. Yu., Shevtsov, A. V. (2016). Subsolidus conceptual design of CaO-Al2O3-TiO2-SiO2 system and its significance for manufacturing advanced ceramics. China's Refractories, 25 (1), 44‒52. Available at: https://www.researchgate.net/publication/305174725_Subsolidus_conceptual_design_of_CaO-Al2O3-TiO2SiO2_system_and_its_significance_for_manufacturing_advanced_ceramics
  16. Lisachuk, G., Fedorenko, O., Pitak, O., Bilostotska, L., Trusova, Y., Pavlova, L., Dajneko, K. (2013). Theoretical background of alkaline-free tin content coatings on ceramics in the system RO-SnO2-Al2O3-SiO2. Chemistry & Chemical Technology, 7 (3), 351‒354. Available at: http://science2016.lp.edu.ua/sites/default/files/Full_text_of_%20papers/full_text_556.pdf
  17. Jain, A., Ong, S. P., Hautier, G., Chen, W., Richards, W. D., Dacek, S. et. al. (2013). Commentary: The Materials Project: A materials genome approach to accelerating materials innovation. APL Materials, 1 (1), 011002. doi: https://doi.org/10.1063/1.4812323
  18. Wong-Ng, W., Roth, R. S., Vanderah, T. A., McMurdie, H. F. (2001). Phase equilibria and crystallography of ceramic oxides. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 106 (6), 1097– 1134. doi: https://doi.org/10.6028/jres.106.059
  19. Inorganic Material Database (AtomWork). National Institute for Materials Science (NIMS). Available at: https://crystdb.nims.go.jp/en/
  20. Barzakovskiy, V. P., Boykova, A. I., Kurtseva, N. N., Lapin, V. V., Toropov, N. A. (1972). Diagrammy sostoyaniya silikatnyh sistem. Spravochnik. Vypusk tretiy. Troynye silikatnye sistemy. Leningrad: Nauka, 448.
  21. Berezhnoy, A. S. (1970). Mnogokomponentnye sistemy okislov. Kyiv: Naukova dumka, 544.
  22. The Materials Project. Available at: https://materialsproject.org/#apps/phasediagram
  23. Lisachuk, G., Kryvobok, R., Zakharov, A., Tsovma, V., Lapuzina, O. (2017). Influence of complex activators of sintering on creating radiotransparent ceramics in SrO–Al2O3–SiO2. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (85)), 10–15. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.91110

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-31

Як цитувати

Fedorenko, E., Lisachuk, G., Prytkina, M., Kryvobok, R., & Zakharov, A. (2020). Субсолідусна будова системи ZnO‒SrO‒Al2O3‒SiO2 як основи для розробки радіопрозорої кераміки. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(6 (108), 6–14. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217009

Номер

Том 6 № 6 (108) (2020): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Elena Fedorenko, Georgiy Lisachuk, Mariia Prytkina, Ruslan Kryvobok, Artem Zakharov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.