Електроізоляційні тонкошарові покриття для сталей на основі розчинів силікатів - Автореферат

Використання склоподібних покрить в області хімічної технології, металургії, приладобудування, електроніки дає можливість в значній мірі підвищити довговічність і якість різноманітних виробів і деталей обладнання з металу, скла, кераміки. Серед сукупності методів одержання покрить значний інтерес викликає низькотемпературний синтез склопокриття з розчину, який дає можливість отримувати склопокриття високої однорідності і чистоти. Тонкошарові покриття, одержані з розчинів, утворюють суцільну газонепроникну плівку, яка має більш низьку температуру формування і меншу ймовірність утворення критичних напруг на границі з підкладом. дослідити умови приготування стійких до гелеутворення (стабільних) силікатних розчинів (реологічні характеристики, порядок змішування компонентів) та зміну структури і властивостей силікатних колоїдних розчинів (СКР) в процесі гелеутворення в системах H4SIO4 - RNO3, H4SIO4 - R(NO3)2, H4SIO4 - LINO3 - R(NO3)2 на основі тетраетоксисилану (ТЕОС); дослідити кристалізаційну здатність скла різних складів в системі SIO2-B2O3-Al2O3-BAO-K2O-Li2O (вплив каталізаторів, природи шихтової суміші, газового середовища) синтезованого з розчинів і визначити оптимальний склад скла для одержання склокристалічного електроізоляційного покриття;В першому розділі “Огляд літератури” розглянуто питання синтезу склопокрить за золь-гель технологією та з розчинів. Аналіз відомих складів покрить показав, що крім високих показників електроізоляційних властивостей, покриття повинні характеризуватися підвищеними жаростійкістю, термостійкістю, а також стійкістю до дії агресивних середовищ. Вихідними речовинами для синтезу силікатних колоїдних розчинів використовувались ТЕОС, нітрати лужних і лужноземельних металів, калієве та літієве рідке скло, алюмінат калію, нітрат алюмінію, борна кислота. Для підвищення міцності зчеплення сталі з склопокриттям, перед нанесенням склопокриття зразки сталі (08 КП, Х18Н10Т) нагрівали до температури 400ОС і занурювали в розчин на основі бури з подальшим промиванням і сушінням при 70-100ОС. В третьому розділі “Структура і властивості колоїдних силікатних розчинів” досліджено силікатні розчини на основі гідролізованого тетраетоксисилану (ТЕОС), а також водних розчинів силікатів лужних металів.Одержано електроізоляційне склокристалічне покриття з високими експлуатаційними властивостями для нагрівних елементів кипятильних пристроїв, повітряних нагрівачів, комутаційних плат і інтегральних схем на основі багатокомпонентних силікатних розчинів. Розроблена технологія формування покрить на сталі вирішує проблему енергоощадності, скорочує тривалість технологічного процесу. На основі експериментальних досліджень властивостей та структури в розчинах систем H4SIO4 - RNO3, H4SIO4 - R(NO3)2, H4SIO4 - LINO3 - R(NO3)2 (де, R - Li, Na, K, Mg, Ca, Ba) на основі ТЕОС в процесі гелеутворення встановлено хімічну взаємодію між компонентами при кімнатній температурі, а саме модифікація колоїдних частинок SIO2 іонами металів із утворенням угруповань Si-O-Men . Показано, що швидкість гелеутворення розчинів сповільнюється при переході від літієвих до калієвих складів і зростає від магнієвих до барієвих складів. Розроблено склади та умови приготування стійких до гелеутворення (стабільних) розчинів для одержання склопокрить в системі SIO2-BAO-Al2O3-B2O3-Li2O (на основі ТЕОС).Ящишин И.Н., Вахула Я.И., Романив А.С., Васийчук В.А. Изменение структуры и свойств коллоидных силикатных растворов в процессе золь-гель перехода // Журнал прикладной химии.- Романів А.С., Вахула Я.І., Ящишин Й.М. Особливості одержання і властивості літієвого рідкого скла // Вісник НУ “Львівська політехніка” “Хімія, технологія речовин та їх застосування”.-Львів.- Разработка стеклообразующих коллоидных растворов для тонкослойных покрытий на основе тетраэтоксисилана // “Вопросы химии и химической технологии”.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНИЙ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Одержано електроізоляційне склокристалічне покриття з високими експлуатаційними властивостями для нагрівних елементів кипятильних пристроїв, повітряних нагрівачів, комутаційних плат і інтегральних схем на основі багатокомпонентних силікатних розчинів.

Розроблена технологія формування покрить на сталі вирішує проблему енергоощадності, скорочує тривалість технологічного процесу.

2. На основі експериментальних досліджень властивостей та структури в розчинах систем H4SIO4 - RNO3, H4SIO4 - R(NO3)2, H4SIO4 - LINO3 - R(NO3)2 (де, R - Li, Na, K, Mg, Ca, Ba) на основі ТЕОС в процесі гелеутворення встановлено хімічну взаємодію між компонентами при кімнатній температурі, а саме модифікація колоїдних частинок SIO2 іонами металів із утворенням угруповань Si-O-Men . Показано, що швидкість гелеутворення розчинів сповільнюється при переході від літієвих до калієвих складів і зростає від магнієвих до барієвих складів.

3. Розроблено склади та умови приготування стійких до гелеутворення (стабільних) розчинів для одержання склопокрить в системі SIO2-BAO-Al2O3-B2O3-Li2O (на основі ТЕОС). Основними чинниками стабільності є хімічний склад, величина РН розчину, концентрація та порядок змішування компонентів.

4. Вперше синтезовано силікатний колоїдний розчин з використанням калієво-літієвого рідкого скла. Експериментально обгрунтована можливість одержання багатокомпонентних силікатних розчинів на основі рідкого скла для покрить системи SIO2-BAO-Al2O3-B2O3-Li2O-K2O.

5. Встановлено область склоутворення в системах SIO2-BAO-Al2O3-B2O3, SIO2-BAO-Al2O3-B2O3-Li2O (на основі ТЕОС) та SIO2-Al2O3-B2O3-Li2O-K2O, SIO2-BAO-Al2O3-B2O3-Li2O-K2O (на основі рідкого скла). Досліджено температурні інтервали фазових перетворень продуктів термообробки розчинів. Температурна область появи склофази в системі SIO2-BAO-Al2O3-B2O3-Li2O становить 850-870ОС, а в системі SIO2-BAO-Al2O3-B2O3-Li2O-K2O - 700-820ОС. Температура появи суцільно обтопленого склопокриття складає 900ОС і 850ОС відповідно.

На підставі РФА встановлено рентгеноаморфну структуру продуктів термообробки розчинів на підкладі.

6. Встановлено оптимальний склад скла для одержання електроізоляційного тонкошарового покриття. На основі фізико-хімічних методів (ДТА, методу термообробки в градієнтній печі), з допомогою математичного планування встановлено оптимальний режим формування склопокрить (параметри нанесення і обтоплення) на сталевих підкладах (08КП, Х18Н10Т). Загальна схема формування передбачає: приготування розчину - нанесення на підготовлену поверхню - термічна обробка сировинної суміші.

7. Для підвищення термомеханічних і електрофізичних властивостей склопокриття складу (мол%): SIO2- 58, BAO- 15, Al2O3- 5, B2O3- 8, Li2O- 7, K2O-7 проведена кристалізація за режимом: витримка 30 хвилин при 730ОС з наступним повільним охолодженням. Встановлена можливість інтенсифікування процесу кристалізації у вологому середовищі.

Основними кристалічними фазами покрить є Ba5Si8O21 та Ba2Si3O8.

8. Одержані склокристалічні покриття мають: хімічна стійкість (втрата маси в 4% СН3СООН ) - 0.3-0.2 мг/см2?год; термостійкість-600ОС; жаростійкість (приріст маси при 900ОС)-0,0036 г/см2?год; питомий обємний електричний опір при 20ОС - 3,4?1012 Ом?м; питомий поверхневий електричний опір при 20ОС -1,1?1013 Ом; діелектрична проникність при частоті 1КГЦ , 20ОС - 8.0; тангенс кута діелектричних втрат при частоті 1КГЦ , 20ОС - 45?10-4; мікротвердість - 6222 МПА; дилатометрична температура початку помякшення - 650ОС; ТКЛР-107?10-7 град-1; адгезія - 4 бали; товщина склопокриття - 60-80 мкм.

9. Проведені техніко-економічні розрахунки підтверджують економічну доцільність розробленої технології одержання склокристалічного покриття з силікатних розчинів. Собівартість 1 кг одержаного склокристалічного покриття зменшується на 10% у порівнянні з традиційною технологією.

10. Розроблене склокристалічне покриття і технологія його формування випробувана у виробничих умовах НВП “Мікротех Карат”. Результати випробовувань дозволяють рекомендувати покриття для електроізоляції обігрівних панелей повітряних електронагрівачів тепловозів, медичних сушильних шаф, кипятильних пристроїв, для виготовлення комутаційних плат холодильних пристроїв.