Томские политехники разработали новый подход к 3D-печати огнеупорных материалов

Учёные Томского политехнического университета (ТПУ) предложили инновационный метод 3D-печати пористых алюмосиликатных огнеупоров, широко используемых в металлургии и производстве стекла. Разработанная технология позволяет ускорить процесс производства материалов, а полученные образцы обладают высокой прочностью и устойчивостью к проникновению шлака. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№ 23-29-00471), а его результаты опубликованы в журнале *Ceramics International* (Q1, IF: 5.1).

Пористые муллитокорундовые огнеупоры применяются в качестве теплоизоляционных и конструкционных материалов для металлургических и стекловаренных печей. Традиционные методы их производства, такие как прессование порошковых материалов или шликерное литьё, имеют свои ограничения. 3D-печать, напротив, открывает новые возможности для создания уникальных огнеупорных материалов с заданными свойствами.

Учёные ТПУ сосредоточились на методе прямого письма чернилами (DIW), который позволяет изготавливать пористые алюмосиликатные огнеупоры из чернил на основе пластичного глинистого сырья. Однако чернила на основе глины часто демонстрируют высокую усадку при высыхании и спекании, что затрудняет производство изделий строго заданных размеров.

Для решения этой проблемы исследователи из Научно-образовательного центра Н.М. Кижнера Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ разработали новый состав чернил. В него вошли вяжущие суспензии кварцевого стекла, плавленый оксид алюминия и пластификаторы на основе гидроксипропилметилцеллюлозы (ГПМЦ) и полиэтиленгликоля (ПЭГ).

"Высококонцентрированные вяжущие суспензии кварцевого стекла обеспечивают высокую текучесть, быстрое твердение слоёв при печати и низкую усадку при сушке и обжиге. Это делает их перспективной альтернативой традиционным чернилам на основе глины", – пояснил один из авторов исследования, инженер НОЦ Н.М. Кижнера Шариф Шарафеев

Для печати образцов использовался специально разработанный в ТПУ 3D-принтер. Полученные материалы продемонстрировали высокие механические свойства и устойчивость к воздействию металлургических шлаков.

"Наш материал, несмотря на сходство химического состава с аналогами, является новым. Он практически не претерпевает усадки, что позволяет пропустить этап длительной сушки и сразу отправлять изделия на обжиг. Общая усадка составляет не более 5 %, что значительно меньше, чем у традиционных материалов", – отметил Шариф Шарафеев.

Источник: tomsk.kp.ru