No abstract

Advanced methods for obtaining high-strength glass-ceramic materials based on lithium aluminum silicate glass for glass and ceramic technologies are identified. Were analyzed  forming methods: pressing, thermoplastic molding and slip casting with the definition the advantages and disadvantages of in each of them. The choice of the base LAS system is substantiated and model lithium-aluminum-silicate glasses and glass-ceramic materials based on β-spodumene are synthesized by the methods of pressing, slip casting and thermoplastic molding. The features of the formation of glass-ceramic materials using various technologies are investigated. Technological parameters were established for pressing: molding powder with a fraction size from 63 to 125 μm − 70 vol. %, from 25 to 63 microns − 15 vol. %, less 25 microns − 15 vol. %, xanthan gum solution in an amount of 10 wt. %; for slip casting: slip specific weight − γ = 1852 kg/m3, pH = 9.90; for the thermoplastic formation: paraffin − 15 wt. %, beeswax − 5 wt. %, oleic acid − 1 wt. %. It has been established that the determining influence on the mechanical properties of the developed glass-ceramic materials has the character of their micro- and macrostructures. It has been established that, for the studied glass-ceramic materials, an increase in porosity and pore size significantly affects the magnitude of their compressive strength. Glass-ceramic materials obtained by wet pressing and slip technology can be recommended as the most technologically advanced in creating composite armor elements and promising in the development of high-strength glass-ceramic materials for the local protection of special equipment and technology. Composite structural materials obtained by thermoplastic processing can be used to create high-strength parts for precision mechanisms and instruments, which are subject to stringent requirements for mechanical strength.

The prospects for use of glass-ceramic materials as electrical products were analyzed. The priority of a self-organized macro- and nanostructure formation of the glass-ceramic materials under conditions of low-temperature heat treatment to ensure their high physical and chemical properties was shown. The choice of an alumina silicate system of materials for obtaining high-strength glass-ceramic materials with improved electrical properties was substantiated, taking into account the aspects of energy saving. The technological modes of cooking, forming and heat treatment of glass-ceramic materials were determined. Resistance, dielectric constant and dielectric loss tangent at 106 Hz were measured using an E6-13A teraometer on a trielectrode system at a temperature of +29 °C and a DE-5000 RLC meter. Electric strength (Em) and cold crushing strength were determined according to GOST 24409-80. Tensile strength according to GOST 32281.1-2013 (EN 1288-1: 2000). The decisive influence on the electrical properties of glass-ceramic materials the crystalline phases of α-cordierite, β-spodumene or lithium disilicate, as well as the residual glass phase composition has been established. The structure influence of the alumina silicate glass-ceramic materials on the provision of their electrical (tgδ∙104 = 70 ÷ 80; ε = 8.0 ÷ 9.3 (at f = 106 Hz); lg ρv = 12.9 ÷ 15.0 (ρv, Ohm·cm at Т = 20 °C) and mechanical (K1C = 3.15 ÷ 4.3 МPа∙м1/2; σ comp = 630 ÷ 700 МPа, σbend = 300 ÷ 350 МPа; KCU = 4.8 ÷ 5.9 kJ/m2) properties. It was found that, the defining condition for the developed glass-ceramic materials use as insulating materials under repeated exposure to high-temperature operations is their high breakdown strength Em = 37 ÷ 42 MV/m and thermal shock resistance due to low TCLE (α∙107 = 21.5 ÷ 31.8 deg-1). The influence of phase composition and structure of the alumina silicate glass-ceramic materials on their electrical and mechanical properties was analyzed. A comparative assessment of the known ceramic and glass-ceramic materials for electrical purposes has made it possible to establish the feasibility of using the developed materials as substrates in the design of a hybrid integrated circuit, vacuum-tight shell and capacitor dielectrics.

Показана актуальність дослідження експлуатаційних характеристик вогнетривких матеріалів та конструктивних особливостей теплових агрегатів при виробництві оптичного та спеціального флоат-стекол. Проаналізовано сучасний стан теплових режимів ванних й регенеративних одногоршкових печей та існуючі методи визначення їх слабких вузлів при взаємодії розплавів скла з вогнетривкими футерівками. Для цього було використано найсучасніше діагностичне обладнання. Встановлено характер руйнування бадделеїто-корундових вогнетривів у скловарної печі при виробництві листового флоат-скла за довготривалий період із використанням петрографічних досліджень. Наведено одержані статистичні дані щодо впливу різних типів сировини, що входить до складу вихідних шихт, на фізичне руйнування поверхні вогнетривів. Із урахуванням зміни складу стекол у результаті їхньої взаємодії з поверхнею вогнетривів запропоновано математичне корегування типу та вмісту сировинних компонентів для отримання скла високої якості з необхідними експлуатаційними та оптичними параметрами. Доказано важливість урахування допусків на теплове розширення при капітальному ремонті регенеративної горшкової печі. Виявлено вплив ходу полум'яного потоку на ефективність роботи печі, на основі чого перероблено конструктив газових вікон. Досліджено залежності корозії стін варильного басейну від температури в найбільш агресивних зонах ванної печі. Визначено основні типи оптичних стекол за хімічним складом, які є найбільш агресивними до пічного середовища. У зв'язку з впливом на характер руйнування вогнетривів скла в залежності від його хімічного складу, встановлено необхідне розміщення температурних датчиків для коректного аналізу теплових навантажень на вогнетривкі матеріали. Здійснено модифікацію регенераторної горшкової печі для ефективного та економічного виробництва скла. Наведено результати промислових випробувань та впровадження розроблених методів виробництва високоякісних оптичного та спеціального флоат-стекол із урахуванням підвищення терміну експлуатації. Визначено перспективні напрямки розвитку даної тематики. Ключові слова: оптичне скло; спеціальне флоат-скло; регенеративні печі; технологічні режими виробництва; експлуатаційні властивості вогнетривів; керамічні ємності; освітлення та гомогенізація; промислова діагностика

Зважаючи на інтенсивне наростання військової загрози та стрімкий розвиток засобів ураження у світі, необхідним є удосконалення бронеелементів для індивідуального та локального захисту, зокрема, за рахунок підвищення їх міцностних показників. Проаналізовано особливості технології іонообмінного зміцнення ситалів β-сподуменового складу, отриманих за скляною технологією. Метою даної роботи є розробка високоміцних літійалюмосилікатних склокристалічних матеріалів з використанням методу низькотемпературного іонообмінного зміцнення. Модифікування поверхні скла проводилось у парах NaNO 3 впродовж 2 годин за одно-та двостадійним механізмом. Температуру та тривалість обробки визначали з використанням методу диференціально-термічного аналізу. Структуру матеріалів та хімічний склад поверхневих шарів визначали методом електронного зондового мікроаналізу. Механічні властивості визначали з використанням стандартних матеріалознавчих методик.Розроблено спосіб зміцнення літійалюмосилікатних склокристалічних матеріалів та визначено оптимальні технологічні параметри їх обробки в парах NaNO 3 у взаємозв'язку з особливостями їх структури. Досліджено механізм іонного обміну та проаналізовано зміну структури поверхневого шару в дослідних скломатеріалах.Встановлено, що іонообмінне зміцнення в парах нітрату натрію для склокристалічного матеріалу на основі дисилікату літію та β-сподумену забезпечує збільшення механічних властивостей матеріалу при збереженні основних експлуатаційних властивостей на рівні параметрів вихідного матеріалу. Це дозволить підвищити конкурентоспроможність вітчизняних захисних бронеелементів на світовому ринку.