Дисертації з теми "Золь-гель"

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів (161 – Хімічні технології та інженерія). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018. Дисертація присвячена розробці складів та основних технологічних параметрів отримання нанозміцнених периклазовуглецевих вогнетривів для різних зон футерівки конвертера з заданими показниками фізико-механічних властивостей і підвищеною стійкістю до дії шлаку та до окиснення. У роботі теоретично обґрунтовано і експериментально доведено можливість одержання нанозміцнених периклазовуглецевих вогнетривів шляхом синтезу наповненої наночастинами β-SiC та NiO вуглецевої матриці-основи заданої структури периклазовуглецевих вогнетривів і забезпечення її максимальної струк-турної міцності за рахунок використання оптимальних співвідношень золь-гель добавок, що модифікують фенолформальдегідну смолу, і компонентів прекурсорів нікелевого антиоксиданту. Визначено технологічні параметри одержання периклазовуглецевих вогнетривів із заданими фізико-механічними властивостями на засаді плавленого периклазу і різною кількістю графіту, шляхом використанням ЕТС-40 або його золю та солей нікелю для створення комплексного антиоксиданту Аl + SiC + Ni(NiO), що забезпечує підвищену стійкість до окиснення за рахунок утворення щільного шару із наночастин β-SiC та Ni(NiO) навколо часток графіту, розроблено безвипалювану технологію та склади магнезіального флюсу для плавки сталі в конвертері з відходів периклазовуглецевих вогнетривів футеровок конвертерів, які сприяють прискоренню наведення шлаку в конвертері та підвищенню стійкості футерівки конвертера.
Thesis for the degree of candidate of technical sciences (Ph.D.) in specialty 05.17.11 – technology of refractory nonmetallic materials (161 – chemical technologies and engineering). – National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute", Kharkov, 2018. The thesis is devoted to the development of compositions and basic techno-logical parameters for the preparation of nano-reinforced periclase-carbon refractories for various zones of converter lining with prescribed parameters of physical and mechanical properties and increased resistance to slag and oxidation. The possibility of obtaining nano-reinforced periclase-carbon refractories by synthesis of the carbon-matrix matrix of a given structure of periclase-carbon refractories filled with nanoparticles β-SiC and NiO and ensuring its maximum structural strength due to the use of optimum sol-gel admixtures for modifying the phenol-formaldehyde resin is theoretically substantiated and experimentally proved pre-cursor components of a nickel antioxidant. The technological parameters for the production of periclase-carbon refractories with specified physic-mechanical properties based on fused periclase with different amounts of graphite were determined using ETS-40 or its sol and nickel salts to create a complex antioxidant Al + SiC + Ni(NiO), which provides enhanced resistance to oxidation due to the formation of a dense layer of β-SiC and Ni(NiO) nanoparticles around graphite particles, a non-combustion technology and magnesia flux formulations for melting steel in a converter from waste periclase-carbon refractories lining of converters that accelerate guidance in the converter slag and improve the sustainability of the converter lining.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.11 – технология тугоплавких неметаллических материалов. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2017. Диссертация посвящена разработке технологии корундовых композиционных материалов и изделий из них сложной конфигурации для эксплуатации в потоках ионизированного газа, вместо дорогих ГП аналогов, которые используются в новой технике. При проектировании составов КМ на основе системы Аl₂O₃–SiO₂ использован золь-гель процесс, спекающие добавки и модифицирование наполнителя и волокон алкоксидом кремния. Установлены температура появления расплава в корундовой матрице, закономерности муллитообразования и спекания смесей электрокорунда с золь-гель связующим с добавкой В₂O₃. Показано, что управление количеством синтезированного муллита может осуществляться за счет изменения количества образованного расплава путем варьирования концентраций В₂O₃ в золе и плотности золь-гель связующего. Установлен механохимический синтез муллита в процессе измельчения электрокорунда с добавкой алкоксида кремния. Исследованы физико-химические и эксплуатационные свойства материала с муллитокремнеземистым и поликристаллическим корундовым волокном. Установлено, что благодаря присутствию наночастиц муллита и высокой однородности структуры с введенным поликристаллическим волокном обеспечивается повышение твердости и трещиностойкости материала СМД, что обеспечивает более высокую стойкость в потоках ионизованного газа, чем ГП материалов новой техники. Показано, что управление количеством синтезированного муллита может осуществляться за счет изменения количества образованного расплава. При обжиге электрокорунда модифицированного алкоксидом кремния с 1 % поликристаллического волокна, образуется однородная мелкокристаллическая структура из матрицы α-Аl₂O₃, армированной частицами и нитевидными кристаллами муллита и поликристаллическим волокном, которые равномерно распределяются между собой. При обжиге в азотной среде на поверхности материала образуется оксинитридная пленка, которая уплотняет поверхность изделия и улучшает стойкость его к износу в потоках ионизированных газов. Установлено, что разработанная технология с использованием модифицированного алкоксидом кремния поликристаллического волокна, обеспечивает замедление начала кристаллизации структуры волокна, а комплексное связующее ускоряет муллитизацию корундовой матрицы и интенсифицирует ее спекание, создается фрагментальная структура материала, обеспечивающая повышение его физико-механических свойств и трещиностойкости. Трещиностойкость составляет 12,0-12,7 МПа·м⁰ˈ⁵, диаграммы деформирования материала СМД подобны слоистым металокерамическим материалам. Разработанный КМ СМД имеет однородную структуру, характеризуется пределом прочности при сжатии выше 900 МПа, электросопротивлением 3·10¹¹ Ом, термостойкостью – выше 50 термосмен 1000 ⁰С – вода. Ключевые слова: композиционный материал, Аl₂O₃–SiO₂, электрокорунд, волокно муллитокремнеземистое, волокно поликристаллическое корундовое, механоактивация, алко-ксид кремния, золь-гель, синтез новообразований, муллит, SiC, оксинитрид кремния, функциональные свойства, стойкость в потоках ионизированного газа
Polytechnic Institute", Kharkov, 2017. The thesis is devoted to the development of technology for alumina composite materials and products of complex configuration for use in streams of ionized gas instead of expensive GP analogues used in the new technique. When designing the warehouses of CM based on the system Аl₂O₃–SiO₂ is used the possibilities of mechanochemical activation processes of synthesis of refractory compounds in the modification of corundum filler alkoxide silicon and when using the Sol-gel binder, in particular with the addition of boric acid to intensify multitorrent, coating a surface of a polycrystalline fiber alkoxide silicon to prevent its crystallization during heating and compaction during the pressing masses on the basis of electrocorundum and ceramic fibers through the use of complex binder paraffin–Sol with ethylsilicate. The physical and chemical processes during heating of modified components, their mixtures with different swatowski, the conditions of heat treatment of the masses using various media. The developed compositions and technological parameters of manufacturing a KM with multitransistor and polycrystalline fibre products for the manufacture of various purposes with a complex of high mechanical properties. Developed KM of SMD homogeneous structure for the flow of ionized gas is characterized by the limit of compressive strength of above 900 MPa, fracture toughness 12,0-12,8 MPa∙м⁰ˈ⁵, the resistivity of 3·10¹¹ Om, resistance – above 50 thermo-changes 1000 °C – water.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів (161 – Хімічні технології та інженерія). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018. Дисертація присвячена розробці складів та основних технологічних параметрів отримання нанозміцнених периклазовуглецевих вогнетривів для різних зон футерівки конвертера з заданими показниками фізико-механічних властивостей і підвищеною стійкістю до дії шлаку та до окиснення. У роботі теоретично обґрунтовано і експериментально доведено можливість одержання нанозміцнених периклазовуглецевих вогнетривів шляхом синтезу наповненої наночастинами β-SiC та NiO вуглецевої матриці-основи заданої структури периклазовуглецевих вогнетривів і забезпечення її максимальної струк-турної міцності за рахунок використання оптимальних співвідношень золь-гель добавок, що модифікують фенолформальдегідну смолу, і компонентів прекурсорів нікелевого антиоксиданту. Визначено технологічні параметри одержання периклазовуглецевих вогнетривів із заданими фізико-механічними властивостями на засаді плавленого периклазу і різною кількістю графіту, шляхом використанням ЕТС-40 або його золю та солей нікелю для створення комплексного антиоксиданту Аl + SiC + Ni(NiO), що забезпечує підвищену стійкість до окиснення за рахунок утворення щільного шару із наночастин β-SiC та Ni(NiO) навколо часток графіту, розроблено безвипалювану технологію та склади магнезіального флюсу для плавки сталі в конвертері з відходів периклазовуглецевих вогнетривів футеровок конвертерів, які сприяють прискоренню наведення шлаку в конвертері та підвищенню стійкості футерівки конвертера.
Thesis for the degree of candidate of technical sciences (Ph.D.) in specialty 05.17.11 – technology of refractory nonmetallic materials (161 – chemical technologies and engineering). – National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute", Kharkov, 2018. The thesis is devoted to the development of compositions and basic techno-logical parameters for the preparation of nano-reinforced periclase-carbon refractories for various zones of converter lining with prescribed parameters of physical and mechanical properties and increased resistance to slag and oxidation. The possibility of obtaining nano-reinforced periclase-carbon refractories by synthesis of the carbon-matrix matrix of a given structure of periclase-carbon refractories filled with nanoparticles β-SiC and NiO and ensuring its maximum structural strength due to the use of optimum sol-gel admixtures for modifying the phenol-formaldehyde resin is theoretically substantiated and experimentally proved pre-cursor components of a nickel antioxidant. The technological parameters for the production of periclase-carbon refractories with specified physic-mechanical properties based on fused periclase with different amounts of graphite were determined using ETS-40 or its sol and nickel salts to create a complex antioxidant Al + SiC + Ni(NiO), which provides enhanced resistance to oxidation due to the formation of a dense layer of β-SiC and Ni(NiO) nanoparticles around graphite particles, a non-combustion technology and magnesia flux formulations for melting steel in a converter from waste periclase-carbon refractories lining of converters that accelerate guidance in the converter slag and improve the sustainability of the converter lining.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2017 р. Дисертацію присвячено розробці технології корундових композиційних матеріалів і виробів із них складної конфігурації для експлуатації в потоках іонізованого газу замість дорогих ГП аналогів, що використовуються в новій техніці. При проектуванні складів КМ на основі системи Аl₂O₃–SiO₂ використано можливості механохімічної активації процесів синтезу тугоплавких сполук при модифікації корундового наповнювача алкоксидом кремнію та при використанні золь-гель зв'язуючих, в тому числі з добавкою борної кислоти, для інтенсифікації мулітоутворення, покриття поверхні полікристалічного волокна алкоксидом кремнію для запобігання його кристалізації при нагріванні та ущільнення при пресуванні мас на основі електрокорунду та керамічного волокна за рахунок використання комплексного звязуючого парафін–золь із етилсилікату. Встановлено фізико-хімічні процеси при нагріванні модифікованих компонентів, їх сумішей із різними зв'язуючими, встановлено режими термообробки мас при використанні різних середовищ. Розроблено склади та технологічні пара-метри виготовлення КМ з використанням мулітокремнеземного та полікристалічного волокна для виготовлення виробів різного призначення з комплексом високих механічних властивостей. Розроблений композиційний матеріал одно-рідної структури для служби в потоках іонізованого газу характеризується межею міцності при стиску вище, ніж 900 МПа, тріщиностійкістю 12,0 МПа·м⁰ˈ⁵, електроопором 3·10¹¹ Ом, термостійкістю – більш, ніж 50 термозмін 1000 ⁰С–вода.
The dissertation on competition of a scientific degree of candidate of technical Sciences in specialty 05.17.11 – technology of refractory nonmetallic materials. – National technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkov, 2017. The thesis is devoted to the development of technology for alumina composite materials and products of complex configuration for use in streams of ionized gas instead of expensive GP analogues used in the new technique. When designing the warehouses of CM based on the system Аl₂O₃–SiO₂ is used the possibilities of mechanochemical activation processes of synthesis of refractory compounds in the modification of corundum filler alkoxide silicon and when using the Sol-gel binder, in particular with the addition of boric acid to intensify multitorrent, coating a surface of a polycrystalline fiber alkoxide silicon to prevent its crystallization during heating and compaction during the pressing masses on the basis of electrocorundum and ceramic fibers through the use of complex binder paraffin–Sol with ethylsilicate. The physical and chemical processes during heating of modified components, their mixtures with different swatowski, the conditions of heat treatment of the masses using various media. The developed compositions and technological parameters of manufacturing a KM with multitransistor and polycrystalline fibre products for the manufacture of various purposes with a complex of high mechanical properties. Developed KM of SMD homogeneous structure for the flow of ionized gas is characterized by the limit of compressive strength of above 900 MPa, fracture toughness 12,0-12,8 MPa∙м⁰ˈ⁵, the resistivity of 3·10¹¹ Om, resistance – above 50 thermo-changes 1000 °C – water.

Дисертаційна робота присвячена розробленню нових полімерних та гібридних матеріалів із протонопровідними властивостями для використання у паливних елементах. Синтезовано амфіфільні полімерні та поліакрилат-кремнеземні матеріали різного складу на основі полі(акрилонітрил-ко-акриламід-ко-3-сульфопропілакрилату калію) та полі(акрилонітрил-ко-акрилова кислота-ко-3- сульфопропілакрилату калію-ко-етиленглікольдиметилакрилату). Встановлено вплив співвідношення гідрофільно/гідрофобних мономерyих ланок, вмісту неорганічного компонента, природи сульфовмісного мономера на внутрішню морфологію отриманих матеріалів та їхні властивості: термічну стійкість, водопоглинання, поглинання метанолу, вільну поверхневу енергію, протонну провідність. Протонна провідність мембран на основі полі(акрилонітрил-ко-акрилова кислота-ко-3-сульфопропілакрилат калію- ко-етиленглікольдиметилакрилату) з додаванням 1-7 мас. % золь-гель системи досягає значення 1,12·10-2 См/cм. Обчислено енергію активації протонного переносу, яка складає 0,12-0,14 еВ. За моделлю Райса-Рота оцінено транспортні параметри мембран; за рівнянням Нернста-Ейнштейна розраховано коефіцієнти дифузії протонів. Запропоновані матеріали володіють потенціалом для застосування як протонопровідні мембрани у технології паливних елементів. Диссертационная работа посвящена разработке новых полимерных и гибридных материалов с протонопроводящими свойствами для использования в топливных элементах. Синтезированы амфифильные полиакрилатные и полиакрилат-кремнеземные материалы на основе поли(акрилонитрил-ко-акриламидко-3-сульфопропил акрилат калия) и поли(акрилонитрил-ко-акрилова кислота-ко-3- сульфопропилакрилат калия-ко-этиленгликольдиметилакрилат). Установлено влияние соотношения гидрофильно/гидрофобных мономерных звеньев, содержания неорганического компонента, природы сульфосодержащего мономера на внутреннюю морфологию полученных материалов и их свойства: термическую стойкость, водопоглощение, набухание в метаноле, свободную поверхностную энергию, протонную проводимость. Протонная проводимость мембран на основе поли(акрилонитрил-ко-акрилова кислота-ко-3-сульфопропилакрилат калия-ко-этиленгликольдиметилакрилат) додавлением 1-7 масс. % золь-гель системы достигает значения 1,12·10-2См/см. Энергия активации протонного переноса составляет 0,12-0,14 эВ. С использованием модели Райса-Рота оценены транспортные параметры мембран; по уравнению Нернста-Эйнштейна рассчитаны коэффициенты диффузии протонов. Предложенные материалы обладают потенциалом для применения их как протонпроводящие мембраны в технологии топливных элементов. The dissertation is devoted to the development of new polymer and hybrid organicinorganic materials with proton conductive properties, promising for in solid-state fuel cells. A synthesis strategy was proposed as follows: a polymer matrix of the composite was formed by UV-initiated copolymerization of acrylic monomers, and a silica network of the organic-inorganic materials was formed in situ due to simultaneous sol-gel process of the precursor – tetraethoxysilane. The spatially cross-linked hybrid structure of nanocomposites was formed both due to the presence of a cross-linker and by hydrogen bonding between polymer functional groups and the products of the sol-gel precursor transformation. The effect of the ratio of hydrophilic/hydrophobic monomers in polymer matrix (based on acrylonitrile, acrylamide and 3-propylacrylate potassium salt) as well as the influence of inorganic component content on the morphology and properties of the obtained organic-inorganic materials were investigated. Proton conductivity, thermal stability, water uptake, methanol swelling, free surface energy of the synthesized membranes studied. The formation and properties of organic-inorganic membranes with different acrylic sulfomonomers in polymer matrix: styrenesulfonic acid sodium salt and acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid were studied. A new composition of organic-inorganic membranes was proposed: amphiphilic polymer matrix was synthesized from monomers: acrylic acid, acrylonitrile, 3-sulfopropylacrylate potassium salt, ethylene glycol dimethylacrylate; the content of the added sol-gel system was 1 – 7 mass %. SEM images showed homogeneity of the structure. The proton conductivity of membranes was studied depending on their composition at temperatures 20 - 60°C and reaching the values up to 1,12·10-2 Sm/cm. The proton transfer activation energy, calculated from the temperature dependence of proton conductivity using the Arrhenius equation, was found to be 0,12-0,14 eV. According to the Rice and Roth model the transport parameters of the membranes (the number of mobile ions, the mobility of ions) were determined. Ion diffusion coefficients for the membranes were calculated using the Nernst-Einstein equation.The results of DMA analysis allow to conclude that the increase of silica content leads to the decrease of packing density and the increase of structural heterogeneity in synthesized polyacrylate/silica membranes.The stability of the membranes during operation in fuel cell was evaluated for its oxidation resistance in the Fenton reagent. Thus, the proposed method of synthesis and the developed composition of polymer and hybrid organic-inorganic membranes made it possible to ensure a high level of their proton conductivity and other characteristics necessary for operation in fuel cells. Therefore, the synthesized materials have the potential for the application as proton conductive membranes in these devices.