Российские ученые исследуют 3D-печать жаропрочных деталей из керамоматричных композитов

Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) и Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ) разработали методику 3D-печати изделий из карбида кремния и исследовали свойства опытных деталей.

Устойчивый к коррозии и высоким температурам карбид кремния рассматривается в качестве перспективного кандидата для замены более тяжелых металлических сплавов в ракетостроении, авиации и энергетической промышленности. Традиционные методы производства керамических деталей, как правило, позволяют получать изделия только простой геометрической формы, а механическая обработка керамики — дорогостоящий и трудозатратный процесс, зачастую требующий твердосплавных и алмазных инструментов. Во многих случаях доля механической обработки достигает 80% от общей стоимости изготовления керамических деталей. Применение методов 3D-печати предлагает свободу при проектировании конструкций и позволяет изготавливать керамические изделия сложной формы напрямую — на основе данных компьютерной модели детали, что приводит к снижению стоимости и сроков изготовления.

Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого при содействии специалистов ВИАМ разработали методику 3D-печати композитов на базе карбида кремния, упрочненного его же волокнами. Армированные волокнами керамоматричные композиционные материалы, как правило, обладают высокой прочностью и улучшенной стойкостью к образованию трещин. Исследователи использовали в качестве исходного материала порошки карбида кремния с частицами сферической и неправильной формы и выяснили в ходе сравнительных испытаний, что в первом случае изделие обладает повышенной гибкостью и твердостью, но пониженной прочностью на изгиб.

Расходные материалы исследователи получили методами спрейной сушки и плазменной сфероидизации. 3D-печать осуществлялась по технологии струйного нанесения связующего агента (Binder Jetting). Полученные заготовки подвергались пропитке керамообразующим полимером с последующим пиролизом для придания заготовкам необходимой прочности и улучшения их свойств. В результате пропитки и пиролиза остаточные поры в изделии были заполнены карбидом кремния. На основе проведенных исследований ученые изготовили прототип сопловой турбинной лопатки.

«В последние годы аддитивные технологии получают все большее распространение в промышленности. Однако возможности их применения для изготовления керамических изделий остаются относительно неисследованными. Мы отработали технологическую цепочку по производству сложных объектов из композиционного керамического материала с помощью 3D-печати. В том числе мы изучили структуру и свойства полученных изделий. Немаловажная часть нашей работы — синтез сферических порошков карбида кремния для применения в 3D-печати. Их использование позволяет улучшить ряд свойств конечного материала»,— прокомментировала руководитель проекта, главный научный сотрудник лаборатории дизайна материалов и аддитивного производства Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ, кандидат технических наук Вера Попович.

Исследование проводилось при поддержке президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда. Доклад научной команды опубликован по этой ссылке.

Источник

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru