отзыв официального оппонента на диссертацию Апкарьяна Афанасия Сааковича «Пористые стеклокерамические материалы машиностроительного назначения ,

модифицированные легкоплавкими и органическими добавками : получение ,

структура и теплофизичес кие свойства », представленную на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.16.09 - Материаловедение (машиностроение )

Актуальность темы диссертации

Алюмосиликатные минералы являются основными компонентами для создания

теплоизоляционных материалов с низкой теплопроводностью и водопоглощением . В то

же время известные материалы на основе вспененного стекла и легкоплавкой глины не

пригодны для машиностроительных и энергетических агрегатов из -за низкой температуры

эксплуатации , малой прочности , высокого водопоглощения , сложного и энергоёмкого

технологического процесса , потребности большого количества стекла . Для использования алюмосиликатных материалов в машиностроении и теплоэнергетике необходимо решить

целый ряд сложных матери anоведческих и технологических задач .

Установленные в диссертационной работе Апкарьяна А .С . закономерности

модифицирующего воздействия пластификатора и органических добавок на

формирующуюся структуру пористого гранулированного стеклокерамического материала

(СКМ ) вносят существенный вклад в развитие физических представлений о процессах порообразования и формирования структуры межпоровых перегородок , позволяя

прогнозировать физико -технические и теплофизические свойства теплоизоляционного

материала . Этот вклад соответствует одному из направлений современного материаловедения , связанному с понижением теплопроводности и водопоглощения при

увеличении прочности за счёт изменения структуры пористого материала .

В научной литературе отсутствуют сведения об изменении структуры , фазового состава , рентгеновских спектров , микродифракционнык картин межпоровьпс перегородок

и поверхности гранул стеклокерамического материала при модифицировании шихты

алюмосиликатньпи пластификатором - легкоплавкой глиной и органической добавкой - диспергированньци iи древесными опилками . Причиной является недостаток

фундаментальных исследований , посвященных изучению состава , свойств и механизмов

формирования поровой структуры в пиропластических силикатных системах ,

способствующих изменению теплофизических и физико -технических характеристик

материала .

ИФП'~/iММ~}}СпnО РАН

р и 1ЮЛ Х 2019 201_г . 1

индекс

Поэтому диссертационная работа А .С . Апкарьяна , посвящённая снижению

энергоёмкости технологического процесса производства и выявлению структурных и

физико -технических закономерностей формирования пористого гранулированного

теплоизоляционного стеклокерамического материала (СКМ ) на основе силикатного стекла с

легкоплавкими и органическими добавками представляется актуальной , поскольку

открывает перспективы эффективного применения в машиностроении и энергетике .

Содержание работы Диссертация включает в себя введение , семь глав , заключение , список

цитируемой литературы , включающего 129 наименований , и 17-ти приложений .

Работа изложена на 373 страницах , иллюстрируется 112 рисунками и 122 таблицами .

Во введении обоснована актуальность темы исследования , формулируется цель

и задачи диссертационной работы , её научная новизна и практическая ценность ,

изложены защищаемые положения и описана структура диссертации .

В первой главе производится обзор литературных источников в области исследования теплоизоляционных материалов на основе алюмосиликатньпс минералов .

Рассмотрены теплофизические и физико -технические характеристики теплоизоляционных

материалов используемых в машиностроении и теплоэнергетике . Описаны технологии

получения пористых материалов и изделий на основе вспененного стекла - пеностекла , их

преимущества и недостатки по сравнению с известными теплоизоляционными

материалами , области применения , выявлены проблемы качества .

Вторая глава посвящена краткому описанию исходных материалов , методик

приготовления образцов и экспериментальны методов исследования , использованных в диссертационной работе , и соответствующих экспериментальных установок . Объектом

исследований в диссертационной работе являлись силикатные стекла , модифицированные

легкоплавкими пластификаторами и органическими добавками .

В третьей главе представлены результаты исследований процессов , протекающих при

обжиге , рассмотрены основные эффекты при формировании пористой структуры

стеклокерамического материалам соответствующие технологии приготовления шихты , в том

числе гранултрованной . По результатам исследований выполнена оптимизация состава шихты и технологических параметров производства СКМ . Определены влияния компонентов

шихты на физико -химические процессы протекающие в расплаве . Показано , что легкоплавкая

глина повышает вязкость расплава , в то время как щелочесодержащее стекло способствует интенсификации процесса плавления шихты и образованию стеклокерамической массы .

2

Органические добавки интенсифицируют процесс газообразования , повышая температуру

сырцовой гранулы в начальный период обжига , стабилизируя процесс газообразования в

системе в период окисления углерода кокса , увеличивая объём и давление газа в расплаве .

Таким образом , щелочесодержащее стекло и органические добавки способствуют процессу

порообразования при пониженной температуре обжига и длительности вспеинвания .

Результаты испытаний и анализ совместного влияния факторов на процесс порообразования

методом полного факторного и многофакторного эксперимента позволили определить

оптимальный состав шихты , который способствует снижению плотности ,

теплопроводности , температуры и длительности вспенивания , увеличению прочности

готовых изделий .

В четвёртой главе представлены результаты исследования влияния состава и

содержания шихты на процесс структурообразования и теплофизические характеристики

стеклокерамического материала . Используя оптико -телевизионную измерительную систему «ОТИС » было определено влияние алюмосиликатного пластификатора и

органического газообразователя на формирование структуры гранулы . Установлено присутствие в перегородках двух типов структурных состояний . Анализ рентгенограмм и микродифракционньпс картин указывает на уменьшение доли аморфной фазы и

увеличение кристаллической по мере роста содержания пластификатора в шихте , что способствует увеличению твёрдости межпоровых перегородок от 2,40 до 2,970,25 ГПа .

Установлено , что аморфно -кристаллическая структура - основополагающий фактор ,

характеризующий изменение теплофизических и физико -технических характеристик гранул .

В результате исследований определён температурный и газовый режим обжига , а для

предупреждения разрушения гранул из-за резкого охлаждения - режим обжига . Установлено ,

что резкое охлаждение расплава способствует прекращению процесса кристаллизации ,

образованию аморфной стекловидной массы , пронизанной кристаллическими минералами , и

поверхности гранул с закрьтгьпити капиллярами .

Пятая глава посвящена исследованию влияния модифицирующего воздействия

пластификатора и органической добавки на физико -механические свойства СКМ .

Определено , что увеличение содержания легкоплавкой глины в шихте с органическими

добавками способствует повышению : теплопроводности от 0,067 до 0,087 Вт/(м °С ),

прочности от 0,82 до 2,61 МПа , плотности от 200 до 290 кг/м3 , закрытых пор до 89-92%, что

приводит к снижению водопоглощения до 1,5-1,6°/о и толщины межпоровых перегородок от

0,07-0,10 до 0,10-50 мкм . Количество мелких пор размером 0,102-0,272 ммг увеличивается от

54,6 до 72,2%, а крупны пор - от 0,272 до 0,72 мм2 - уменьшается с 45,4 до 27,8%.

3

Установлено , что изменение размера пор и толщины перегородок способствует

увеличению прочности гранул в 3,2 раза при росте теплопроводности в 1,2-1,3 раза .

В результате исследований установлены закономерности процессов

структурообразования и формирования пористой структуры гранул , которые позволяют направленно влиять на теплофизические и физико -технические характеристики материала .

В шестой главе диссертант рассматривает вопросы целесообразности

использования гранул стеклокерамического материала как носителей каталитически активного слоя для очистки воды от железа марганца и сероводорода . Установлено , что

формирование на поверхности гранул СКМ несмывающегося каталитически активного

слоя , состоящего из комплекса оксидов и гидрооксидов - Мп203, Мп02 и Mn(ОН )2

позволяет без предварительной обработки фильтрующего материала раствором перманганата калия эффективно удалять из воды не только железо и марганец , но и сероводород , что является преимуществом по отношению к известным фильтрующим

средам импортного производства В седьмой главе представлены результаты исследования теплоизоляционного

стеклокерамического материала при изоляции тепловых и холодильных агрегатов ,

трубопроводов и строительных конструкций на предприятиях машиностроения , химии ,

теплоэнергетики и строительства .

Составлен бизнес -план , технологическая карта и технология для организации производства СКМ . Приведены все необходимые расчёты : потребности в сырье , топливе

и тепловой энергии . Разработана автоматическая система управления технологическим процессом и производством в целом .

В заключении сформулированы основные выводы по результатам выполнения

диссертационного исследования .

К основным результатам диссертационной работы , имеющим научную новизну ,

можно отнести следующие :

1.Установлены физико -химические закономерности образования гранулированного

пористого стеклокерамического материала на основе стекла , модифицированного

легкоплавким пластификатором и органическими добавками .

2. Выявлены механизмы формирования пористой структуры стеклокерамического материала ,

образования а -кварца и натриевого полевого шпата при вводе в композицию легкоплавкого пластификатора и газообразователей (кокс + органические добавки ),

4

которые способствуют повышению прочности гранул до 2,61 МПа при теплопроводности

0,087 Вт/м °С .

3. Установлены возможности управления такими характеристиками расплава , как вязкость ,

температура размягчения , вспенивания и структурообразования за счет вариаций состава

шихты , типов используемых газообразователей и органических добавок , температуры и

интервала вспенивания . При совместном использовании пластификатора и органических

добавок плотность снижается на 50-80 кг/м3 с понижением температуры вспенивания расплава

на 40-90 °С .

4. Установлен механизм влияния структуры перегородок на прочность и теплопроводность

СКМ . Аморфность перегородок способствует снижению теплопроводности гранул до

0,072 Ё0,015 Вт/м °С при прочности 1,69 0,92 МПа в зависимости от содержания

пластификатора и органической добавки в шихте .

5. На основе совокупности экспериментальных данных получены научно -обоснованные

составы композиционного материала с однократным обжигом и разработан

технологический регламент производства пористого гранулированного

теплоизоляционного материала для машиностроения и теплоэнергетики .

Обоснованность и достоверность научных положений , выводов и

рекомендаций , сформулированных в диссертации обеспечиваются корректностью

постановки цели и задач исследования , комплексным подходом к их решению с

использованием современных экспериментальных методик и аналитического

оборудования . Достоверность полученных экспериментальны результатов обусловлена последовательным и корректным применением современных методов анализа структуры ,

химических и физико -технических характеристик модифицирующих компонентов и

гранулированного стеклокерамического материала , и их соотнесением с данными других

авторов и непротиворечивостью существующим научным представлениям , а также

наличием 23 публикаций в рецензируемых журналах , входящих в список журналов

рекомендованных ВАК РФ .

Научная значимость и практическая значимость диссертационной работы заключается в том , что результаты проведённых исследований вносят вклад в развитие материаловедения , поскольку в ней выполнены систематические исследования в области

формирования поровой структуры в материалах на основе алюмосиликатных минералов ,

имеющих важное значение для создания новых видов теплоизоляционных материалов с

высокоэффективными теплофизическими и физико -техническими свойствами .

5

Замечания по диссертационной работе

1. Исследования проводились с гранулами , изготовленными из шихты с

содержанием легкоплавкой глины от 8,0-10 до 24-26°/о . В работе отсутствует обоснование

выбора этого диапазона содержания глины .

2.В процессе исследования автор использовал два вида газообразователя - кокс и

древесные опилки . По -видимому , их выбор обоснован технико -экономическими

соображениями . Однако и тот и другой газообразователь имеют органическую природу .

Хотелось бы , чтобы диссертант сформулировал , почему нельзя использовать только кокс ,

или только древесные опилки для газообразования , ведь и то и другое способно в

процессе нагрева на воздухе обеспечивать «поставку » моно - и диоксида углерода .

З . Скорость процесса порообразования , газообразования , кристаллизации и

образования расплава (глазурного слоя ) на поверхности изделия зависит также и от

геометрических размеров и формы гранул . В работе отсутствует анализ изменений

теплофизических и физико -технических характеристик в зависимости от размера и форм

гранул .

4. В главе «Разработка технологического регламента производства СКМ » хотелось бы

видеть описание технологии изготовления объемных теплоизоляционных материалов из

гранул стеклокерамического материала . Шаг к «блочным » теплоизоляционным

материалам мог бы значительно расширить применимость результатов диссертации .

Заключение

Однако замечания не подвергают сомнению достоверность полученных в диссертационной работе экспериментальных и теоретических результатов о закономерностях модифицирующего воздействия пластификатора - легкоплавкой глины и

органических добавок на формирование структуры гранулированного

стеклокерамического материала . Работа вносит существенный вклад в развитие

физических представлений о процессах порообразования и формирования структуры межпоровых перегородок , позволяя прогнозировать физико -технические и теплофизические свойства материала .

Представленный автореферат достаточно полно отражает содержание диссертации .

Работа прошла серьёзную апробацию в докладах на конференциях , статьи опубликованы

в высокорейтинговых журналах . Объём и оформление диссертации не вызывает

замечаний .

D

Диссертационная работа Апкарьяна А .С . выполнена на высоком научно -

методическом уровне и представляет собой завершённое научное исследование .

По разработанным научным положениям , целям , задачам , содержанию , методам

исследования и научной новизне диссертационная работа «Пористые стеклокерамические

материалы машиностроительного назначения , модифицированные легкоплавкими и

органическими добавками : получение , структура и теплофизические свойства » соответствует паспорту специальности 05.16.09 Материаловедение (Машиностроение ),

технические науки , п . 1.1;1.4, и удовлетворяет требованиям п . II. 9 Положения о

присуждении ученых степеней , а автор диссертации Апкарьян Афанасий Саакович ,

заслуживает присуждения учёной степени доктора технических наук по специальности

05.16.09 — Материаловедение (машиностроение ).

Официальный оппонент : Бардаханов Сергей Прокопьевич

Доктор физ .-мат . наук , профессор ,

Главный научный сотрудник лаборатории

аэрофизических исследований дозвуковьпс течений ,

ФГБУН Институт теоретической и прикладной

механики имени С .А . Христиановича

(ИТПМ СО РАН )

ул . Институтская , д .4/1,

г . Новосибирск , 630090,

тел . (383) 3304278

E-mai1: bard@itam.nsc.ru 7

' •~д~~'~0

Р ~Н 1 ~ 0~pt06~,вcQS,

Подпись Бардаханова С .П . з aёpsq°

Учёный секретарь ИТПМ С АН , 1

кандидат физико -математичен ~уК . ,,г Ю .В . Кратова

7