| Аннотация |
Проект направлен на решение научно-прикладной проблемы, связанной с созданием новых огнеупоров, содержащих в качестве основной функциональной фазы SiC, полученных методом 3D печати, для применения в металлургии и керамической промышленности. Применение 3D печати в производстве огнеупоров является перспективным направлением, поскольку позволяет отказаться от изготовления дорогостоящей формовочной оснастки. Это является критически важным аспектом при эффективном изготовлении мелкосерийной/единичной огнеупорной продукции, при создании прототипов. Высокопроизводительные методы 3D печати делают возможным производство относительно крупносерийных изделий.
Проект рассматривает экструзионную 3D печать методом робокастинга (Robocasting), отличающегося простой конструкцией принтера и возможностью получать как тонкие, так и относительно грубозернистые материалы (до 0,5 мм) на основе пластичных паст. Для печати SiC огнеупорных материалов в качестве пластификаторов выступают водные растворы полимеров или глинистые материалы, что приводит к повышенной усадке изделий при сушке, длительным режимам дебиндинга и снижению эксплуатационных характеристик материалов. В проекте предлагается решение данной проблемы за счет применения высококонцентрированных вяжущих суспензий (ВКВС) кварцевого стекла, которые характеризуются низкой воздушной и огневой усадкой, а также высокой текучестью при высоком (до 90 % мас.) содержании твердой фазы.
Использование ВКВС в технологии 3D печати позволяет значительно снизить усадку, снижает чувствительность сформованного полуфабриката к сушке, тем самым ускоряя производственный цикл, а также обеспечивает введение SiO2 в состав материалов на основе SiC, который может взаимодействовать с введенным в печатную массу тонкодисперсным Al2O3 с образованием муллита. Муллит является одной из предпочтительных связок в огнеупорах из SiC, обеспечивающих образование плотной структуры изделий. Планируемая научная новизна проекта заключается в установлении закономерностей формирования структуры SiC материалов, полученных методом 3D печати из паст на основе ВКВС кварцевого стекла с различным гранулометрическим составом наполнителя (SiC), соотношением SiC:Al2O3:SiO2 и переменной концентрацией минерализатора процесса муллитообразования – AlF3.
В литературе описаны способы получения SiC огнеупоров и керамики с использованием SiO2 и Al2O3 различной природы и гранулометрического состава преимущественно методом литья и прессования. Исследования в области 3D печати SiC материалов направлены на производство тонкозернистых материалов. Использование ВКВС с добавками тонкодисперсного Al2O3 в качестве основы для получения карбидокремниевых реакционно связанных материалов методом 3D печати рассматривается впервые.
Ранее выполненные исследования выявили, что на основе ВКВС возможно получение огнеупорных материалов Al2O3-SiO2 с применением добавки электрокорунда, пригодных для трехмерной печати и демонстрирующих свойства, сопоставимые с промышленно освоенными материалами аналогичного химического состава. Изготовление огнеупоров и керамики на основе SiC методом робокастинга с применением ВКВС, обладающих пластическими свойствами и характеризующихся небольшой усадкой при сушке и обжиге, потенциально позволит получать изделия относительно сложной геометрической формы (сопла леток, чехлы для термопар, капсели, тигли и т.д.) с высокой степенью стабильности геометрических размеров при их спекании и последующей эксплуатации при высоких температурах. Склонность материалов на основе ВКВС к быстрому твердению ускорит процесс печати, что позволит значительно увеличить скорость производства данных огнеупоров.
Исследования в рамках проекта будут направлены на изучение реологических свойств материалов для печати на основе ВКВС с добавкой тонкодисперсного Al2O3 и AlF3 и основным наполнителем SiC различной степени дисперсности, а также на разработку и модификацию печатающей гарнитуры, подходящей для печати грубозернистыми составами.
|
| Приоритеты научно-технического развития |
а) переход к передовым технологиям проектирования и создания высокотехнологичной продукции, основанным на применении интеллектуальных производственных решений, роботизированных и высокопроизводительных вычислительных систем, новых материалов и химических соединений, результатов обработки больших объемов данных, технологий машинного обучения и искусственного интеллекта;
|
