КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ КЕРАМІКИ, СКЛА ТА БІОМЕДИЧНИХ МАТЕРІАЛІВ
Сьогодні на кафедрі ХТКС та БМ ведуться численні науково-дослідні роботи за напрямками:
- розробка нових видів скла та склокристалічних матеріалів;
- розробка захисних покриттів на металах та кераміці;
- розробка керамічних та композиційних матеріалів різного призначення;
- розробка нових складів і технології одержання в’яжучих матеріалів і виробів на їх основі різного функціонального призначення.
ОПТИЧНЕ СКЛО З ДІАПАЗОНОМ ПРОПУСКАННЯ ВІД 0,4 ДО 5,5 МКМ
Особливість технології полягає в одностадійному виготовленні оптичного скла з мінімальною полосою поглинання в області 2,7-4,0 мкм (смуга поглинання -ОН груп). При виробництві сучасних оптико-електронних приладів використовують спеціальне оптичне скло марки ТБФ, яке прозоре в діапазоні довжин хвиль 0,4–5,5 мкм та характеризуються високим показником заломлення (1,956) при низькому значенні коефіцієнту середньої дисперсії (0,0425). Скло з вказаними властивостями в Україні не виробляється. Розроблені оптичні стекла сприяють зменшенню залежності вітчизняних підприємств від імпортних комплектуючих та матеріалів, укріпленню позицій українських виробників на світових ринках, підвищенню обороноздатності та національної безпеки України.
Винахід відноситься до області оптичного приладобудування, а саме до об’єктивів для короткохвильової (SWIR) і середньої (MWIR) інфрачервоної області спектра і може бути використано в таких оптико-електронних приладах, як тепловізори (тепловізійні приціли, камери, сканери та модулі), квантово-каскадні лазери, розвідувальні лазери, мультиспектральні камери та інші. Область застосування стекол SWIR та MWIR діапазонів різноманітна: охорона периметра, контроль кордонів і морських портів, сутінковий і нічний зір, бачення крізь дим та туман, оглядові та наглядові системи для водіїв, виявлення спалахів, ворожого вогню, виявлення осередків пожеж і т.д.
НАДВИСОКОЧАСТОТНІ РАДІОПРОЗОРІ КЕРАМІЧНІ МАТЕРІАЛИ
Особливість технології виготовлення запропонованих матеріалів та виробів з них базується на використанні класичної керамічної технології у поєднанні з принципом реакційного формування структури. Цей метод відрізняється енергоефективністю і дає можливості для зміни кристалофазового складу матеріалів і виготовлення на їх основі виробів складних форм, якими, зокрема, є обтічники літальних апаратів. Цінність очікуваних результатів полягає в удосконаленні раніше отриманих технологічних рішень з метою встановлення ефективних шляхів і раціональних параметрів процесу зміцнення радіопрозорої кераміки, яка отримана в різних алюмосилікатних системах, а також кварцової кераміки, при збереженні комплексу інших необхідних вимог. Встановлення фізико-хімічних закономірностей формування структури і фазового складу дослідних матеріалів у взаємозв’язку з основними технологічними показниками буде визначати їх працездатність в жорстких умовах експлуатації.
Створення технології виготовлення композиційних неметалевих матеріалів з заданим комплексом спеціальних властивостей є передумовою для розробки проектно-технологічної документації щодо створення виробництва носових обтічників малогабаритних радіокерованих ракет. Впровадження представлених результатів у виробництво сприятиме зменшенню залежності вітчизняних підприємств від імпортних комплектуючих, укріпленню позицій українських виробників на світових ринках, підвищенню обороноздатності та національної безпеки України.
РОЗРОБКА СКЛАДІВ СТЕКОЛ ТА ТЕХНОЛОГІЇ ГАРЯЧОГО ДЕКОРУВАННЯ СКЛОВИРОБІВ
Розроблені склади забарвлених стекол для отримання порошкових фарб для гарячого декорування скловиробів широкої колірної гами. В тому числі синтезовані склофарби, які дозволяють отримувати прозорі і заглушені покриття з іонним механізмом забарвлення синьо-фіолетових, зелено-блакитних, коричнево-сірих кольорів і напівпрозорі покриття синьо-зелених, чорно-коричневих, рожевих і жовтих колірних відтінків на основі пігментного забарвлення, заглушені покриття з молекулярним механізмом забарвлення жовто-червоного колірного ряду.
Технологія одержання накладних забарвлених покриттів на відміну від традиційної технології накладного декорування передбачає нанесення на безбарвний напівфабрикат скловиробу (пульку) порошку забарвленого скла, який після оплавлення під час випалу утворює на поверхні скловиробу тонкий накладний шар кольорового скла.
РОЗРОБКА СКЛО- ТА СКЛОКРИСТАЛІЧНИХ ПОКРИТТІВ ДЛЯ ЧОРНИХ ТА КОЛЬОРОВИХ МЕТАЛІВ РІЗНОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
Розроблені хімічні склади стекол та технологія виробництва на їх основі захисних, електроізоляційних та інших функціональних покриттів на керамічних і металічних (стальних, чавунних, алюмінієвих тощо) підкладках плівкових нагрівачів. З метою зниження собівартості виробництва плівкових електронагрівачів (ПЕНів) перспективним є використання більш дешевих керамічних та металічних підкладок. З точки зору вартості та доступності перспективними матеріалами для виробництва таких нагрівачів можуть бути підкладки з маловуглецевої сталі, чавуну та алюмінію. Проте промислові емалі, які використовуються при виготовленні найбільш поширених сталевих виробів, не відповідають вимогам, які висуваються до електроізоляційних та захисних покриттів. Перші повинні відрізнятися від відомих підвищеними жаростійкістю та електроізоляційними властивостями, останні – окрім вказаного, також підвищеною стійкістю до дії гарячої води і декоративними властивостями.
ДЕКОРАТИВНІ БЕЗСВИНЦЕВІ СИЛІКАТНІ ЕМАЛІ ДЛЯ ХУДОЖНІХ ЮВЕЛІРНИХ ВИРОБІВ
На ринку ювелірних та декоративних виробів все більшого попиту набувають товари, які оздоблені різнокольоровими силікатними емалями. Це можуть бути різноманітні ювелірні прикраси, біжутерія, ікони, столові прибори, картини, елементи декорування інтер’єру та багато іншого. Використання цього прийому оздоблення допомагає реалізувати високі художні ідеї та створює ефект неповторності. На кафедрі ХТКС та БМ ведуться розробки по отриманню широкої гамми легкоплавких емалей для міді та срібла (золота), які в своєму складі не містять токсичні сполуки свинцю та мають високі декоративні показники. Область застосування – виробництво ювелірних виробів, художні майстерні.
ЕМАЛЕВІ ПОКРИТТЯ ДЛЯ СТАЛЕВИХ ВИРОБІВ ПОБУТОВОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
Розроблені безфтористі безпігментні світлозабарвлені емалеві покриття з використанням адсорбційних і іонообмінних процесів при приготуванні їх суспензій. Склоемалеві покриття жовто-кремових, сіро-блакитних, салатних і оливкових кольорів характеризуються відсутністю у складі токсичних і дорогокоштуючих компонентів, стабільністю оптичних і колірних показників покриттів в широкому температурному інтервалі випалу (770-830оС), відповідають вимогам ДСТУ 3276-95 і рекомендуються для виготовлення господарчо-побутових і санітарно-технічних виробів.
На кафедрі ХТКС та БМ також розроблені безфтористі яскравозабарвлені склоемалі червоної, жовтої та синьої кольорової гами зі зниженою температурою випалу 780 – 820оС. За своїми показниками розроблені склоемалі відповідають чинним вимогам стандартів для емальованого посуду та володіють наступними властивостями: 1 – 2 гідролітичні класи водостійкості, розтічність 22 – 36 мм, температурний коефіцієнт лінійного розширення (84 – 105)·10-7 град-1, колірний тон червоних покриттів знаходиться в межах 618 – 700 нм, жовтих покриттів 583 – 586 нм та блиск до 82 %. Область застосування – підприємства з виробництва емальованих виробів.
КЕРАМІЧНІ ПІГМЕНТИ ШИРОКОЇ КОЛІРНОЇ ГАМИ
Найбільш ефективним і розповсюдженим способом досягнення забарвлення скловидних покриттів і керамічних фарб різного призначення є введення на стадії їх помелу керамічних пігментів. Механізм утворення керамічних пігментів і різноманіття їх колірної гами обумовлені впровадженням іонів перехідних і рідкоземельних елементів в кристалічну гратку сполук, стійких до високих температур і агресивної дії склорозплавів. Синтез таких пігментів традиційно пов’язаний з високими температурами і використанням високовартісної технічно чистої сировини. Розширення сировинної бази для пігментної технології може досягатись за рахунок залучення недефіцитних матеріалів, в тому числі і вторинних. Розроблені керамічні пігменти за якісними показниками не поступаються кращим вітчизняним і світовим аналогам, однак їх вартість значно нижча.
Розроблені пігменти забезпечують високі фізико-технічні і естетико-декоративні показники склопокриттів (глазурних і емалевих), отриманих після випалу в широкому температурному інтервалі 800–1300°С. Крім того, вони можуть бути використані в складі надглазурних і підглазурних красок для декорування виробів з фарфору, фаянсову, майоліки і різних скловиробів, а також ангобних покриттів для будівельної кераміки. Результати досліджень також можуть представляти інтерес для полімерної промисловості. Для пластмасових виробів, особливо побутового призначення, необхідні краски, здатні витримувати температуру полімеризації у межах 150–200°С. В таких умовах деякі органічні барвники руйнуються, проте керамічні – залишаються незмінними.
КЕРАМІЧНІ ФІЛЬТРИ ДЛЯ ФІЛЬТРАЦІЇ РОЗПЛАВІВ МЕТАЛІВ
Зараз відбувається постійне збільшення числа ливарних підприємств, які починають використовувати у своїх технологічних процесах ливарні фільтри. Для фільтра мало мати фільтруючу ефективність, необхідно також забезпечити оптимальний та рівномірний напір потоку металу, достатню міцність, термо- та корозійну стійкості, а також необхідно враховувати адгезійні взаємодії між фільтром і компонентами розплаву. Цим умовам задовольняють керамічні фільтри, перевагою яких є: підвищення однорідності внутрішньої структури металу, поліпшення механічних властивостей, усунення металургійних недоліків (газові раковини, пористість, негерметичність), покращення якості поверхні, підвищення виходу готової продукції та зниження витрат електроенергії і т.д. Розроблений оптимальний і ефективний спосіб виготовлення керамічних пористих проникних структур на основі ультрадисперсного порошку діоксиду цирконію, які володіють комплексом високих експлуатаційних характеристик. Область застосування – виробництво вогнетривів, металургійні підприємства.
РОЗРОБКА КЕРАМІЧНИХ МАС ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ БУДІВЕЛЬНИХ ВИРОБІВ ТА ФАРФОРУ
На кафедрі ХТКС та БМ накопичено великий досвід з розробки керамічних мас для виготовлення керамічної цегли (рядової, лицьової та клінкерної) і каменю, санітарного, електротехнічного та побутового фарфору. Основним пріоритетом розробок є орієнтир на вітчизняну сировинну базу, сучасні енерго- та ресурсозберігаючі технології та високу якість продукції. Розроблено керамічні маси для виготовлення клінкерної цегли на основі глинистої сировини східного та західного регіону країни з використанням ефективних модифікуючих добавок, керамічні маси для виготовлення низькотемпературного санітарного та електротехнічного фарфору на основі лужних каолінів різних родовищ. Склади керамічних мас та технологія виробництва зазвичай прив’язані до місцевої сировини, яка використовується у конкретному виробництві, тому відпрацьовано протоколи проведення комплексних досліджень глинистих матеріалів та індивідуального підбору корегуючих добавок. Також є досвід пошуку причин виникнення браку керамічних виробів та вдосконалення технології виробництва з метою його запобігання.
ДЕКОРАТИВНІ ПОКРИТТЯ ДЛЯ ВИРОБІВ БУДІВЕЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
Декоративні покриття – ангоби та глазурі – широко затребувані у виробництві фарфору та фаянсу, керамічних плиток та керамічної цегли. Накопичений на кафедрі досвід дозволив встановити основи підбору декоративного покриття до керамічного напівфабрикату за цілим комплексом фізико-механічних показників. Розроблено заглушені цирконові глазурі для санітарних виробів та ангобні покриття для лицьової та клінкерної цегли на основі лужних каолінів та іншої вітчизняної сировини. Покриття мають високу якість за рахунок погодження усадочних процесів з керамічним напівфабрикатом при сушінні та випалі, забезпечення високого ступеня зчеплення покриття з керамічною основою до та після випалу, а також високої білизни виробів, твердості та стійкості до впливу агресивних середовищ. Розробки можуть бути адаптовані під конкретний виробничий процес із врахуванням нюансів вибору сировинних матеріалів та технологічних параметрів виробництва.
