Анотація до роботи:

Грабар О.І. Моделювання, властивості та технології виготовлення багатофункціональної перколяційної кераміки з гідроксилапатиту. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 5.02.01 – Матеріалознавство. Луцький національний технічний університет.

Дисертаційна робота присвячена моделюванню, експериментальним дослідженням властивостей та технології виготовлення багатофункціональної перколяційної кераміки з гідроксилапатиту.

В дисертаційній роботі досліджено вплив основних технологічних параметрів (тиску пресування, температури та часу спікання) на пористість, хімічну стійкість та міцність перкераміки з гідроксилапатиту.

В результаті теоретичних та експериментальних досліджень запропоновано математичну модель s_стиск = (0,0002t + 0,245)s_прес з коефіцієнтом кореляції не гірше r=0,91, що дозволяє для необхідних характеристик міцності визначити технологічні параметри виготовлення кераміки.

В результаті експериментальних досліджень процесу пресування СГАп-порошку отримана залежність його об’єму V від тиску пресування Р і показано, що ця залежність описується політропою виду , де m=11,622, , де V – сумарний об’єм, V_пор – об’єм пор.

Встановлено, що час спікання кераміки суттєво впливає на механічні властивості тільки в діапазоні 0…1 години. Подальше збільшення часу спікання впливає лише на структуру пористості і практично не впливає на механічні властивості.

В дисертаційній роботі проведені фрактографічні дослідження мікроструктури поверхні і сколу перкераміки в широкому діапазоні режимів її виготовлення (s_прес = 200, 400, 600 Мпа, t _спік = 800, 1000, 1200 С) що дозволило вибрати оптимальну технологію по параметру пористості. Проведено моделювання, розроблена методика і обладнання, виконані експериментальні дослідження хімічної стійкості і дефекту маси в умовах статичного та гідродинамічного занурення мікрозразків в розчини з заданим рН.

В результаті комплексу проведених досліджень та моделювань запропонована технологія виготовлення перкераміки з оптимальними властивостями.

1. В результаті аналізу літературних публікацій встановлено, що із відомих матеріалів багатоцільового призначення, для імплантантів та потреб мікробіології одним з найперспективніших матеріалів є перколяційна кераміка, виготовлена з гідроксилапатиту [Са₁₀(РО₄)₆(OН)₂].

2. Розроблено унікальне обладнання та вперше проведені комплексні дослідження (механічні, корозійно-механічні, гідромеханічні властивості, фрактографія) впливу основних технологічних параметрів (тиску пресування, температури та часу спікання) на пористість, хімічну стійкість та міцність перкераміки з гідроксилапатиту.

   3. Проведені теоретичні дослідження напружено-деформованого стану в мікрооб’ємах пористих структур в наближенні монофракталів Серпинського та отримані залежності діапазону мікродеформацій від рівня фрактальності та орієнтації мікрооб’єму до нерухомої системи координат макрозразка.

      В результаті теоретичних та експериментальних досліджень запропоновано залежність границі міцності на стиск , яка дозволяє для необхідних характеристик міцності призначити технологічні параметри виготовлення СГАп-перкераміки.

      5. В результаті експериментальних досліджень процесу пресування СГАп-порошку отримана залежність його об’єму V від тиску пресування Р і показано, що ця залежність описується політропою виду , де m = 11,622, , де

         V – сумарний об’єм, V_пор – об’єм пор.

         6. Встановлено, що час спікання кераміки суттєво впливає на механічні властивості тільки в діапазоні 0…1 години. Подальше збільшення часу спікання впливає лише на структуру пористості і практично не впливає на механічні властивості.

         7. Експериментальні дослідження мікрозразків СГАп-перкераміки на розтяг вперше дозволили виявити три діапазони впливу температури спікання:

         І - - мало впливає на

         ІІ - -

         ІІІ - - мало впливає на

         8. Проведені фрактографічні дослідження мікроструктури сколу і поверхні зразків СГАп-перкераміки в широкому діапазоні технологічних параметрів ( _прес є [200 … 600] МПа, є [800 … 1200] С) підтвердили, що запропонована технологія забезпечує необхідну пористість та структуру пор.

         9. Проведено моделювання, розроблена методика і обладнання, виконані експериментальні дослідження хімічної стійкості і дефекту маси СГАп-перкераміки в умовах статичного та гідродинамічного навантаження в агресивних середовищах.

         10. В результаті комплексу проведених досліджень та моделювань запропонована технологія виготовлення СГАп-перкераміки з оптимальними властивостями.

             Результати впроваджено в наукові дослідження 5 університетів. Є акти впровадження.

             Робота виконана в межах проекту шостої рамкової програми європейського союзу № strp 504937-1 “Multifunctional percolated nanostructured ceramics fabricated from hydroxylapatite”

Публікації автора:

1. І.Г. Грабар, О.І. Грабар, O.А. Гутніченко, Ю.О. Кубрак, Перколяційно-фрактальні матеріали: властивості, технології, застосування. Житомир 2007 – Наукова монографія. – 354 c.

Автором проведено літературний пошук. Одноосібно написано розділ 5 (с.191-268). У співавторстві з доц. Кубраком Ю.О. написано розділ 1 (с.18-47), де автор розробив математичну модель теоретико-ймовірнісної моделі деформованих перколяційних середовищ та частину комп’ютерних експериментів. У співавторстві з проф. Грабар І.Г. написано розділ 7 (с.292-318), де автор розробив класифікацію тіл Серпинського, отримав аналітичні залежності самоподібних відношень геометричних, деформаційних та пружних характеристик фракталів, отримав відносні значення констант самоподібності та отримав числові значення варіації мікродеформацій у пористих СГАп-перкераміках у наближенні пружних тіл Серпинського.

2. Грабар І.Г., Грабар О.І. Теоретико–ймовірнісне моделювання механічних властивостей деформованих перколяційних середовищ. – Вісник ЖІТІ, 2000. – № 15.– С. 3–7.

Автором проаналізовано сучасний стан проблеми, проведено літературний пошук, отримано числові розрахунки.

3. Грабар І.Г., Грабар О.І., Кубрак Ю.О. Моделювання властивостей і технології виготовлення перколяційно-фрактальної кераміки з гідроксилапатиту. Процеси механічної обробки в машинобудуванні. Збірник наукових праць. Випуск 2, Житомир, ЖДТУ, - 2005. – С.11-18.

Автором проведено літературний пошук, виконано експериментальні дослідження, проведено обробку результатів та отримано математичну залежність границі міцності на стиск від тиску пресування та температури спікання СГАп-перкераміки.

4. Грабар І.Г., Грабар О.І., Кубрак Ю.О. Розробка наукових основ та моделювання процесів пресування і спікання перколяційної кераміки з гідроксилапатиту. Житомир – Вісник ЖДТУ №1(36), - 2006 р. – С.3-12.

Автором виконано аналіз публікацій і постановка задачі, проведені експериментальні дослідження механічних властивостей та хімічної стійкості СГАп-перкераміки в агресивних середовищах, сформульовані висновки.

5. Грабар О.І. Моделювання властивостей та програмно-апаратний комплекс дослідження на розтяг біосумісної кераміки з гідроксилапатиту. Житомир: ЖДТУ – Вісник №4(43), - 2007 р. – С.10-14.

6. Грабар О.І. Перколяційна кераміка з гідроксилапатиту для біотехнологій, ортопедії та екології. Житомир – Вісник ДАУ №1, - 2008 р. – C.61-72.

7. І.Г. Грабар, О.І. Грабар. Фрактали і тензори в наукових дослідженнях. Навчальний посібник. Житомир 2007 – 70 c.

8. Грабар І.Г., Грабар О.І., Кубрак Ю.О., Патмалнієкс А. Моделювання процесів пресування і спікання перколяційних композитів з гідроксилапатиту. Одеса: - Тези конференції, 28-29 квітня 2006 р. – С.93-94.

9. Грабар О.І. Моделювання і експериментальні дослідження деградації механічних властивостей та дефекту мас перкераміки з гідроксилапатиту в агресивних середовищах. Житомир: ЖДТУ – Тези ХХХІ науково-практичної міжвузівської конференції, - 14-16 березня 2006. – С.11-12.

10. Грабар І.Г., Грабар О.І., Кубрак Ю.О. Перколяційна кераміка з гідроксилапатиту: моделювання властивостей та експериментальні дослідження. Житомир: ЖДТУ – Тези ХХХ науково-практичної конференції, присвяченої 45-ій річниці ЖДТУ - 10-17 березня 2005. – С.43-44.

11. Грабар И.Г., Рудницкий В.А., Кубрак Ю.А., Грабар О.И., Прогресcивные технологии изготовления биоимплантантов с перколяционными керамическими покрытиями. Материалы ІІІ международной конференции «Актуальные вопросы и организационно–правовые основы сотрудничества Украины и КНР в сфере высоких технологий», 12 октября 2006, Киев

12. Ivan Grabar, Yuri Kubrak, Olga Grabar, Control of percolation–fractal structure and modelling of properties of biocompatible ceramics, 18^th international Scientific Conference, Mittweida, Germany, 9–11 of November, 2006, p.

13. І.Г. Грабар, Ю.О. Кубрак, О.І. Грабар, Баженов В.Г. Основи моделювання процесів пресування, спікання та механічних випробувань перколяційних біокерамік заданої пористості. Житомир. – Тези VI міжнародної науково–практичної конференції “Практична космонавтика і високі технології”, 9–11 січня 2007 – С.63-66.

14. І.Г. Грабар, О.І. Грабар, С.А. Левик, Моделювання мікро напружено–деформованого стану перколяційно–фрактальних середовищ у пружній постановці. Житомир. – Тези VI міжнародної науково–практичної конференції “Практична космонавтика і високі технології”, 9–11 січня 2007. – С.81 – 83.