Ученые ТПУ исследовали 3D-печать пористых алюмосиликатных огнеупорных материалов

Учеными Томского политехнического университета предложен новый подход к 3D-печати широко используемых в металлургии и изготовлении стекла пористых алюмосиликатных огнеупоров. Политехники подобрали состав материала для 3D-печати и изготовили образцы огнеупоров с высокой прочностью и стойкостью к проникновению шлака.

Пористые муллитокорундовые огнеупоры широко применяются в качестве теплоизоляционных и конструкционных материалов для металлургических и стекловаренных печей. Среди основных технологий производства огнеупоров — прессование порошковых материалов с добавлением порообразователей или шликерное литье с использованием пенообразующих компонентов в суспензии. 3D-печать огнеупоров с относительно грубозернистой и пористой структурой — относительно новое и экономически эффективное направление, сообщает пресс-служба вуза.

Сотрудники Научно-образовательного центра Н. М. Кижнера Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ остановились на расходных материалах с использованием вяжущих суспензий кварцевого стекла, плавленого оксида алюминия и пластификаторов на основе гидроксипропилметилцеллюлозы (ГПМЦ) и полиэтиленгликоля (ПЭГ).

«Высококонцентрированные вяжущие суспензии (ВКВС) кварцевого стекла являются самыми высоконаполненными водными суспензиями. Они придают материалам для печати высокую текучесть, обеспечивают быстрое твердение слоев при печати и отвечают за низкую усадку при сушке и обжиге. Именно такой комплекс свойств необходим для так называемых чернил для печати. Такие суспензии, с нашей точки зрения, могут выступать перспективной альтернативой более традиционным чернилам для печати на основе алюмосиликатного глинистого сырья, для которых большая усадка является характерной, что в целом затрудняет проектирование и изготовление изделий строго заданных габаритов», — рассказал инженер НОЦ Н. М. Кижнера Шариф Шарафеев.

Основная сложность при работе с ВКВС — непластичность. Для решения этой проблемы политехники добавили в состав водорастворимые полимерные компоненты (ГПМЦ и ПЭГ). Кроме того, в качестве основного функционального наполнителя в суспензии использован плавленый оксид алюминия, повышающий прочностные и огнеупорные свойства изделий.

На основе проведенного реологического анализа ученые выбрали чернила, отличающиеся оптимальными реологическими и печатными свойствами. Для печати образцов новых материалов использовался специально разработанный учеными НОЦ Н. М. Кижнера 3D-принтер, затем были исследованы структурные и механические свойства полученных образцов.

«Фактически, разработанный нами материал, несмотря на сходство химического состава с имеющимися аналогами, является относительно новым. Перед нами, в первую очередь, стояла задача первичной аттестации материала по пористости, кажущейся плотности и прочности. В качестве дополнительного параметра мы также измерили устойчивость к действию металлургических шлаков. В целом, материалы показывают сопоставимые или даже немного их превышающие с описанными в научной литературе аналогами свойства.

Кроме того, у нашего подхода есть еще одна достаточно весомая положительная черта: поскольку изделие практически не претерпевает усадки, его можно сразу отправлять на обжиг после печати, пропустив этап длительной сушки, как у материалов на основе глин. Удаление органических компонентов также протекает безболезненно: необходима всего лишь одна ступень выдержки при 185°С, затем можно греть изделия до температуры спекания (1550-1600°С) практически с любой скоростью, общая усадка по всем осям составляет не более 5%», — пояснил Шариф Шарафеев.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Ceramics International.

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.