В Пермском национальном исследовательском политехническом университете создана технология изготовления керамических материалов, позволяющая задавать их прочностные характеристики на этапе производства. Разработка ориентирована на задачи литейного производства, машиностроения, авиационной и космической отрасли, где керамические формы применяются при получении деталей сложной геометрии, включая элементы газотурбинных двигателей.
Керамика широко используется в промышленности, например, в жаростойких элементах двигателей, защитных покрытиях и компонентах датчиков. В авиационных и энергетических установках она применяется для изготовления литейных форм, от качества которых зависит точность и эксплуатационные свойства металлических деталей. При этом действующие технологические подходы не обеспечивают стабильного управления структурой материала, поскольку производственный цикл традиционно реализуется в одной стадии.
В стандартных процессах порошковая смесь формируется с использованием связующего, после чего проходит сушку и обжиг. На итоговый результат влияет совокупность факторов, включая свойства исходного порошка и режим термообработки, из за чего свойства изделий варьируются даже при одинаковом составе. Это ограничивает применение керамики в серийном производстве высоконагруженных компонентов.
Разработанная в ПНИПУ схема основана на разделении процесса на две стадии. На первом этапе формируется заготовка из керамического порошка и первичного связующего. После обжига первичное связующее выгорает, а на втором этапе изделие проходит дополнительную пропитку составами, формирующими внутреннюю структуру с заданными характеристиками. Метод позволяет управлять пористостью и прочностью материала в более широком диапазоне.
В ходе исследований установлено, что наилучшие результаты обеспечивает первичное связующее на основе фенолформальдегидной смолы и этилового спирта. Для вторичной обработки применяются водные коллоидные системы на основе оксидов кремния и алюминия, обладающие высокой проникающей способностью благодаря дисперсной структуре.
Эксперименты включали формирование образцов и их последующую обработку различными методами: вакуумную пропитку, термическое воздействие и ультразвук. Испытания на сжатие показали, что вакуумная обработка обеспечивает наибольшее повышение прочности, достигающее более чем десятикратного роста относительно исходных образцов.
Дополнительно технология была апробирована в литейных процессах с использованием титановых сплавов. В ходе испытаний фиксировалась глубина дефектного слоя, возникающего при взаимодействии расплава с керамической формой. Применение двухстадийной технологии позволило снизить глубину дефектного слоя на 61 процент, а в отдельных случаях полностью исключить его формирование, снизив объём последующей механической обработки отливок.
Специалисты Политеха также исследовали применением созданной технологии в газовых датчиках, где керамические элементы используются в качестве чувствительных компонентов. Изменение структуры материала позволило увеличить амплитуду сигнала при регистрации метана с 10 до 35 милливольт, что соответствует более чем трёхкратному росту чувствительности без изменения электронной схемы устройства.
Разработанный подход рассматривается как универсальный для керамических систем различного назначения, включая литейную оснастку, элементы двигателей и приборные компоненты, где требуется сочетание прочности и контролируемой пористости.
Другие статьи по теме
(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...