Файл: белорусский государственный технологический университет.docx

---

УДК 666.651.2:546.46 Студ. А.Д. Лях

Науч. рук. доц., канд. техн. наук Р.Ю. Попов

(кафедра технологии стекла и керамики, БГТУ)

---

РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ МАСС И ПАРАМЕТРОВ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТОЙКОЙ КЕРАМИКИ

ПО АДДИТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Термостойкая керамика характеризуется прочностью, твердо- стью, химической стойкостью и, в первую очередь, способностью без разрушения, с сохранением значений эксплуатационных свойств, вы- держивать механические и термические напряжения, возникающие в материале при воздействии многократных резких перепадов темпера- тур. Изделия из термостойкой керамики используют при футеровке пе- чей и топок, в производстве различного рода огнеприпаса, изоляторов в электронагревательных устройствах, а также пьезоэлектрических датчиков.

В последнее время термостойкая керамика широко применяется в производстве изделий для различных отраслей машиностроения, в том числе для двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин, в станкостроении, электронике, энергетике, авиационной и авиакосмиче- ской промышленности, в качестве носителей катализаторов. Наряду с перечисленными областями применения, изделия из термостойкой ке- рамики используются и в бытовой сфере как для футеровки тепловых установок (духовок, каминов и т. д.), так и для изготовления кухонной утвари (кофеварки, жаровни для тушения, сковородки и др.).

Существуют различные способы получения термостойких изде- лий на основе кордиерита: шликерный, полусухой и пластичный. Каж- дый из указанных способов имеет свои достоинства и недостатки. Так, например, изготовление по двум последним, позволяет получать изде- лия лишь простой формы, шликерная технология значительно лимити- руется процессом сушки, увеличением времени термообработки мате-

---

риала, характеризуется значительными энергетическими затратами. Все названные способы достаточно материалоемкие, что вызвано, прежде всего, потерей массы при формовании, образованием брака при указанном процессе. Конечно, часть сырья возвращается, однако, при этом затрачиваются значительные энергетические ресурсы. Следует отметить, что все указанные способы формовки изделий связаны с необходимостью изготовления оснастки для получения полуфабриката (металлические, полимерные, гипсовые формы и т.д.), что также уве- личивает затраты времени, ресурсов (металла, гипса, полимерных ма- териалов) и снижает эффективность производства. Изготовление изде- лий сложных форм с минимальными потерями сырья, отсутствием

оснастки при формовании, возможно в случае применения аддитивных технологий (3d-принтеров). Использование таких технологий позво- ляет достаточно быстро изменить ассортимент продукции, изготовить изделия по индивидуальному заказу, независимо от объема производ- ства, сложности формы, предельно автоматизировать процесс фор- мовки материала. Наличие пластифицирующих компонентов в соста- вах керамических масс (например, глин), позволяет расширять разно- образие выпускаемых изделий. Важно отметить, что при наличии теп- ловых агрегатов, обладающих широким диапазоном температур, регу- лировкой условий синтеза, на одной линии возможно изготавливать из- делия различного назначения: от огнеупорных материалов и техниче- ской керамики до бытовой (при существовании соответствующих ре- цептур керамических масс на производстве).

На кафедре технологии стекла и керамики сотрудниками (доц. Поповым Р.Ю., ст. преп. Шиманской А.Н.) предложена конструкция и разработана установка 3d-принтера для изготовления керамических из- делий сложной

---

формы, которая в настоящий момент проходит испыта- ния.

Основными требованиями, необходимыми для применения таких технологий являются: устойчивость керамических масс (стабильность свойств, требуемая вязкость и влажность, агрегативная устойчивость), заданный гранулометрический состав, способность схватываться через определенный промежуток времени, постепенно набирая прочность и не деформируясь при этом.

Для достижения указанных целей разрабатываются составы ке- рамических масс на основе кордиерита, включающие глину «Керамик- Веско», технический глинозем ГК, тальк онотский, каолин просянов- ский. В качестве добавок, способствующих процессу спекания, исполь- зовали нитраты кобальта, магния, железа, меди. Необходимая влаж- ность и вязкость керамических масс достигалась путем изменения со- держания воды и электролитов при подготовке массы. После формова- ния образцы изделий сушились при температуре 100±10 °С и обжига- лись в интервале температур 1100 – 1250 °С. Исследования фазового состава опытных образцов позволили сделать вывод о том, что материал представлен преимущественно кордиеритом (не менее 70%), в качестве побочных фаз фиксировались кварц, муллит, корунд. Об- разцы керамики, получаемой по предлагаемой технологии характери- зовались следующими показателями свойств: водопоглощение от 40 до 8 % (в зависимости от вида добавки, ее концентрации, а также темпе- ратуры обжига керамики), температурный коэффициент линейного расширения образцов – (2,3 – 3,0) 10^-6 К^-1, а прочность при сжатии – от 12 до 30 МПа.

---