Исследование структуры и свойств слоистых материалов «оксидная керамика–стекло»

Кан, Юлия Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Объектом исследования является переходная зона, возникающая при формировании стеклокристаллического слоя на границе между корундовой керамикой и стеклом марки ХЛС 2.
Целью работы является изучение переходного слоя на границе керамика/стекло.
В процессе исследования проводилась оптическая и электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ, анализ пористости. В результате исследования был установлен фазовый состав и свойства структуры керамических слоистых материалов Al2O3/ стекло ХЛС 2, определено влияние количества слоев стекла на структуру и свойства корундовой керамики.
Область применения: исследуемые материалы имеют перспективы в применении в технологии слоистых материалов в имплантационной медицине и в областях машиностроения.

Реферат …………………………………………………………………………………………………………. 5
Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки ………………………. 6
ОГЛАВЛЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………… 8
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………. 11
1 Керамические материалы для биомедицинского применения …………………. 12
1.1 Анализ имплантационных материалов …………………………………………… 12
1.2 Биоинертные материалы на основе оксида алюминия …………………….. 15
1.3 Биоактивные стекла……………………………………………………………………….. 18
1.4 Нанесение биоактивного покрытия на биоинертную подложку………. 19
1.5 Износостойкость имплантационных материалов ……………………………. 27
2 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ……………………………………………… 32
2.1 Оптическая микроскопия……………………………………………………………….. 33
2.2 Гидростатическое взвешивание ……………………………………………………… 38
2.3 Растровая микроскопия………………………………………………………………….. 39
2.4 Рентгеноструктурный анализ …………………………………………………………. 41
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНОГО СЛОЯ НА ГРАНИЦЕ СЛОИСТОГО
МАТЕРИАЛА «КЕРАМИКА-СТЕКЛО» ……………………………………………………… 45
3.1 Изучение морфологии слоя методом оптической микроскопии………. 45
3.2 Анализ пористости ………………………………………………………………………… 53
3.3 Растровая микроскопия………………………………………………………………….. 53
3.4 Рентгенофазовый анализ ……………………………………………………………….. 55
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ…………………………………………………………………………….. 61
4.1 Предпроектный анализ ………………………………………………………………….. 61
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования…………………. 61
4.1.2 SWOT-анализ ………………………………………………………………………………… 62
4.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации …………………………… 63
4.1.4 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования ……………………………………………………………………………………………. 65
4.2 Инициация проекта ……………………………………………………………………….. 66
4.2.1 Цели и результаты проекта…………………………………………………………….. 66
4.2.2 Организационная структура проекта ……………………………………………… 67
4.2.1 Ограничения и допущения проекта ………………………………………………… 67
4.3 Планирование научно-исследовательских работ …………………………….. 68
4.3.1 Иерархическая структура работы …………………………………………………… 68
4.3.2 Структура работ в рамках научного исследования …………………………. 68
4.3.3 Контрольные события проекта ………………………………………………………. 69
4.3.4 План проекта …………………………………………………………………………………. 70
4.4 Составление сметы затрат ……………………………………………………………… 71
4.4.1 Затраты на амортизацию оборудования………………………………………….. 71
4.4.2 Затраты на основные и вспомогательные материалы ……………………… 72
4.4.3 Затраты на заработную плату…………………………………………………………. 72
4.4.4 Отчисления на социальные нужды …………………………………………………. 73
4.4.5 Затраты на электроэнергию ……………………………………………………………. 73
4.4.6 Смета затрат на НИР ……………………………………………………………………… 74
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ………………………………………………….. 77
Введение…………………………………………………………………………………………………… 77
5.1 Производственная безопасность ………………………………………………………….. 78
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект
исследования ……………………………………………………………………………………………. 78
5.1.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть в
лаборатории при проведении исследований ………………………………………………. 79
5.1.2.1 Воздействие вредных производственных факторов на человека……… 79
5.1.2.2 Воздействие опасных производственных факторов на человека……… 80
5.1.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов ……………………………………………………………………. 81
5.2 Экологическая безопасность ………………………………………………………….. 83
5.2.1 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду …….. 83
5.2.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ……………… 84
5.2.2.1 Защита селитебной зоны………………………………………………………………… 84
5.2.2.2 Защита гидросферы ……………………………………………………………………….. 84
5.2.2.3 Защита литосферы …………………………………………………………………………. 84
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………….. 85
5.3.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории при
проведении исследований …………………………………………………………………………. 85
5.3.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС …………………………………………… 86
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …. 89
5.4.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя)
правовые нормы трудового законодательства ……………………………………………. 89
5.4.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя …………………………………………………………………………………………… 90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………… 92
Список публикаций студента ……………………………………………………………………….. 93
Список использованных источников ……………………………………………………………. 94
Приложение А …………………………………………………………………………………………….. 97

С развитием композиционных материалов стало возможно получение
материалов с взаимозаменяемыми свойствами. В имплантационной медицине
предъявляются высокие требования к безопасности. Кроме повышенных
требований к однородности химического состава под воздействием среды
человеческого организма, также необходимы такие механические свойства как:
высокая износостойкость, твердость, вязкость разрушения и прочие
составляющие механических характеристик. В данном разделе ВКР
рассмотрены вопросы, возникающие в ходе организации лаборатории для
исследования свойств слоистых материалов «алюмооксидная керамика Al2O3 ∙
0,5 % MgO/стекло» с соблюдением норм производственной санитарии, техник
производственной безопасности, а также охраны окружающей среды.
Исследовательская лаборатория ‒ это место, где происходит процесс изучения
свойств материала.
Целью раздела является анализ и поиск вероятных вредных и опасных
факторов технологического процесса получения и исследования образцов, а
также разработка охранных мероприятий, направленных на предотвращение
негативного воздействия на здоровье людей. Также в главе рассматриваются:
создание безопасных условий труда в соответствии с
санитарно‒гигиеническими нормами, варианты действий в случае
чрезвычайных ситуаций, а также предпринимаемые меры для охраны
окружающей среды.
Вопросы экологической и производственной безопасности
рассматриваются с точки зрения работы исследовательской лаборатории
керамических композитов.
Порядок работы и организация должны соответствовать общепринятым
и специальным требованиям техники безопасности, эргономики, нормам
санитарии, экологической и пожарной безопасности. Данной тематике
посвящены следующие главы.

Получение износостойкого покрытия, позволяющего снизить
шероховатость поверхности, сопряжено с необходимостью повышения
адгезионных свойств покрытия. Дополнительным фактором получения высокой
адгезии стекловидных покрытий к основному материалу является коэффициент
термического расширения (КТР) покрытия, который должен быть несколько
меньше, чем коэффициент теплового расширения у покрываемого металла.
Если КТР поверхности покрытия не удовлетворяет данному условию, то
затвердевание слоя сопровождается растягивающими напряжениями,
приводящими к образованию трещин. Указанные дефекты на образцах могут
быть следствием, как несоответствия коэффициента термического расширения,
так и недостаточной адгезии стеклокристаллического материала к
керамической подложке. Решением данной проблемы может быть нанесение
промежуточного покрытия, которое должно обладать высокой адгезией и с
керамической подложкой и верхним стеклянным покрытием.
В ходе лабораторной практики моим заданием было изготовление
шлифов образцов керамики с нанесенным слоем стекла. Лабораторная практика
проводилась в рамках проекта, финансированного ЗАО «НЭВЗ КЕРАМИКС»
(cоглашение 14.607.21.0069). Благодаря работе над выпускной
квалификационной работой получила представление о работе лаборатории.
Кроме практических навыков работы с оборудованием для анализа
структуры, также приобрела теоретические знания о видах оптического анализа
веществ.
Список публикаций студента

Кан Ю. В. Износостойкость оксидной керамики для эндопротезирования
/ Ю. В. Кан ; науч. рук. С. Н. Кульков // Высокие технологии в современной
науке и технике (ВТСНТ-2016) : сборник научных трудов V Международной
научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, г.
Томск, 5–7 декабря 2016 г. — Томск : STT, 2016. — [С. 102-103].

1. Тузаходжаев Ф. А., Загородний Н. В., Магомедов Х. М., Калашников С.
А.Опытпримененияпарытрениякерамика-полиэтиленв
эндопротезирова-ниитазобедренногосустава//Редакцияжурнала
«Клиническая практика». – 2015. – № 1 (21).
2. Kuntz M. Validation of a new high performance alumina matrix composite for
use in total joint replacement// Semin. Arthroplasty. – 2006. – P. 141–145.
3. W. Mark Rainforth, Peng Zeng, Le Ma, Akemi Nogiwa Valdez, Todd Stewart.
Dynamic surface microstructural changes during tribological contact that
determine the wear behavior of hip prostheses: metals and ceramics// The
Royal Society of Chemistry. –2012. – №156. ‒ С. 41‒57.
4. Baino F., Minguella J., Kirk N., Montealegre M.A., Fiaschi C., Korkusuz F.,
Orlygsson G., Vitale-Brovarone C., Novel Full-Ceramic Monoblock
Acetabular Cup with a Bioactive Trabecular Coating: Design, Fabrication and
Characterization, Ceram Int 2016, 42, 6833-6845
5. Fu Q., Saiz E., Rahaman M.N., Tomsia A.P., Bioactive Glass Scaffolds for
Bone Tissue Engineering: State of the Art and Future Perspectives, Mater. Sci.
Eng. C. − 2011. − № 31. − С.1245-1256.
6. Григорьев М. В. Исследование механических свойств корундовой
керамики при изменении пористости и размеров кристаллитов // Журнал
Сибирского федерального университета. − 2011. − № 4. − С.113-120.
7. Путляев B. И. Современные биокерамические материалы / B. И. Путляев
// Соросовский образовательный журнал. – 2004. – т. 8. – №1. – С.44-50.
8. Григорьев М. В,, Кульков С. Н. Синтез керамических материалов с
заданными структурой и свойствами для биомедицинского применения. //
МатериалыIII Международной конференции«Новые технологии
создания и применения биокерамики в восстановительной медицине», 7-9
октября 2013 г., Томск, Россия: ТПУ. – 2013. – С. 47-52.
9. Rahaman M.N., Day D.E., Bal B.S., Fu Q., Jung S.B., Bonewald L.F., et al.,
Bioactive Glass in Tissue Engineering, Acta Biomater. − 2011 − №7 − P.
2355-2373.
10.Kirsten, A., Hausmann, A., Weber, M., Fischer, J., Fischer, H. Bioactive and
thermally compatible glass coating on zirconia dental implants. J Dent Res. −
2015. − P. 297–303.
11.Медков М.А., Грищенко Д.Н. Получение биоактивных материалов
медицинского назначения// Труды Кольского научного центра РАН.−
2015.− С. 409-413.
12.X. Miao, Y. Hu, J. Liu, X. Huang. Hydroxyapatite coating on porous zirconia /
// Materials Science and Engineering. – 2007. – Vol. 27 . – № 2. – Р. 257-261.
13.Baino F., Verné, E., Glass-based coatings on biomedical implants: a state-of-
the-art review. Biomed. Glass 3. – 2017 – Р. 1-17.
14.Jongee Park, Sang-hee Yoo, Dong-woo Shin, Abdullah Ozturk. Tribological
behavior of alumina-added apatite-wollastonite glass-ceramics in simulated
body fluid, Materials Chemistry and Physics. – 2010. – № 124. – P. 113-119.
15.Медков М. А., Грищенко Д. Н., Руднев И. С., Курявый В. Г., Гордиенко
П. С. Формирование стеклокерамических покрытий на биоинертных
подложках // Стекло и керамика. –2013. – №11. – С. 38–42.
16.Hoseini М., Jedenmalmb A., Boldizar A. Tribological investigation of coatings
for artificial joints// Wear. – T. 264 – C. 958–966.
17.ДроздовЮ.Н.,НаумоваН.М.,ТанановМ.А.,НазароваТ.И.
Износостойкость технической керамики// Информатизация и связь. –
2009. – №4. – С. 79–82.
18.Ваулина О. Ю. Лабораторный практикум: Метод, указ. по выполнению
лаб. работы по курсу.”Общеематериаловедениеитехнология
материалов”для студентовнаправления150100
«Материаловедение и технологии материалов».− Томск: Изд. ТПУ.−
2012.
19.Кульков С. Н., Буякова С. П. Современные методы структурного анализа
вматериаловедении:учебноепособие//Национальныйисследова-
тельский. Томский политехнический университет (ТПУ). − Томск: Изд-во
ТПУ, 2011. − 84 с.
20.Ложкомоев А.С., Казанцев С.О., Глазкова Е.А., Бакина О.В., Сваровская
Н.В. Фоменко А.Н., Коровин М.С. Влияние температуры прокаливания
псевдобемита на фазовый состав, заряд поверхности и пролиферацию
клеток// международная конференция. Перспективные материалы с
иерархическойструктуройдляновыхтехнологийинадежных
конструкций.− Томск.−2015.
21.Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение:
учебно-методическое пособие / Н.А. Гаврикова, Л.Р. Тухватулина, И.Г.
Видяев, Г.Н. Серикова, Н.В. Шаповалова; Томский политехнический
университет. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2014. – 73 с.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Анастасия Л. аспирант
    5 (8 отзывов)
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибост... Читать все
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибостроение, управление качеством
    #Кандидатские #Магистерские
    10 Выполненных работ
    Ольга Р. доктор, профессор
    4.2 (13 отзывов)
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласован... Читать все
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласованные сроки и при необходимости дорабатываются по рекомендациям научного руководителя (преподавателя). Буду рада плодотворному и взаимовыгодному сотрудничеству!!! К каждой работе подхожу индивидуально! Всегда готова по любому вопросу договориться с заказчиком! Все работы проверяю на антиплагиат.ру по умолчанию, если в заказе не стоит иное и если это заранее не обговорено!!!
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Екатерина Д.
    4.8 (37 отзывов)
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два об... Читать все
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два образования: экономист-менеджер и маркетолог. Буду рада помочь и Вам.
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету