Реологические характеристики высококонцентрированных суспензий на основе кварцевого стекла для 3D-печати огнеупорных изделий

Ш. М. Шарафеев; О. В. Казьмина; А. В. Губанов; А. В. Меженин; Г. В. Полушин; В. А. Кутугин

doi:10.17073/1683-4518-2023-11-25-30

Реологические характеристики высококонцентрированных суспензий на основе кварцевого стекла для 3D-печати огнеупорных изделий

Ш. М. Шарафеев, О. В. Казьмина, А. В. Губанов, А. В. Меженин, Г. В. Полушин, В. А. Кутугин

https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-11-25-30

Полный текст:

Аннотация

Исследовано влияние наполнителей кварца, муллита, шпинели и корунда на реологические свойства композиций на основе суспензий кварцевого стекла, а также на их способность к экструзии. Установлено, что введение в суспензии муллита, шпинели и корунда приводит к дилатантному течению композиций, что затрудняет их использование в качестве материалов для 3D-печати. Композиции с кристаллическим кварцевым наполнителем имеют нелинейно-вязкопластический характер течения. Введение поливинилового спирта в состав композиций с кристаллическим кварцем позволяет увеличить коэффициент сохранения формы при экструзии материала за счет увеличения предела текучести и вязкости композиций.

Ключ. слова

огнеупоры, высококонцентрированные вяжущие суспензии (ВКВС), кварцевое стекло, реологические характеристики, экструзия, 3D-печать,

Об авторах

Ш. М. Шарафеев

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Россия
К. т. н.
г. Томск

О. В. Казьмина

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Россия
д. т. н.
г. Томск

А. В. Губанов

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Россия
г. Томск

А. В. Меженин

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Россия
г. Томск

Г. В. Полушин

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Россия
г. Томск

В. А. Кутугин

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Россия
к. т. н.
г. Томск

Список литературы

1. Steiner, R. Refractories 4.0 / R. Steiner, G. Lammer, C. Spiel, C. Jandl // BHM Berg- änd Hüttenmännische Monatshefte. ― 2017. ― Bd 162, № 11.― S. 514‒520. DOI: 10.1007/s00501-017-0675-7.

2. Кононов, В. А. Анализ мирового рынка сырья и огнеупоров / В. А. Кононов // Новые огнеупоры. ― 2017. ― № 3. ― С. 186‒194. DOI: 10.17073/1683-4518-2017-3-186-194.

3. Ordoñez, E. Valorization of a hazardous waste with 3D-printing: combination of kaolin clay and electric arc furnace dust from the steel making industry / E. Ordoñez, S. Neves Monteiro, H. A. Colorado // Mater. Des. ― 2022. ― Vol. 217. ― P. 110617. DOI: 10.1016/j.matdes.2022.110617.

4. Revelo, C. F. 3D printing of kaolinite clay ceramics using the Direct Ink Writing (DIW) technique / C. F. Revelo, H. A. Colorado // Ceram. Int. ― 2018. ― Vol. 44, № 5. ― P. 5673‒5682. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.12.219.

5. Terrani, K. 3D printing of high-purity silicon carbide / K. Terrani, B. Jolly, M. Trammell // J. Am. Ceram. Soc. ― 2020. ― Vol. 103, № 3. ― P. 1575‒1581. DOI: 10.1111/jace.16888.

6. Chen, R. Additive manufacturing of SiC ‒ sialon refractory with excellent properties by direct ink writing / R. Chen, S. Li, X. Jun, H. Wen // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2023. ― Vol. 43, № 15. ― P. 7196‒7204. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2023.07.055.

7. Zhu, K. Additive manufacturing of SiO2‒Al2O3 refractory products via Direct Ink Writing / K. Zhu, D. Yang, Z. Yu [et al.] // Ceram. Int. ― 2020. ― Vol. 46, № 17. ― P. 27254‒27261. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.07.210.

8. Shahzad, A. Direct Ink Writing (DIW) of structural and functional ceramics: recent achievements and future challenges / A. Shahzad, I. Lazoglu // Composites. Part B: Engineering. ― 2021. ― Vol. 225. ― Article № 109249. DOI: 10.1016/j.compositesb.2021.109249.

9. M’Barki, A. Linking rheology and printability for dense and strong ceramics by Direct Ink Writing / A. M’Barki, L. Bocquet, A. Stevenson // Scientific Reports. ― 2017. ― Vol. 7, № 1. ― Article № 6017. DOI: 10.1038/s41598-017-06115-0.

10. Морева, И. Ю. К возможности трехмерной печати силикатными массами с использованием керамических и гидратационных связующих / И. Ю. Морева, Т. А. Вареникова, Н. К. Кириллова [и др.] // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. ― 2021. ― № 1. ―С. 74‒81. DOI: 10.34031/2071-7318-2021-6-1-74-81.

11. Yu, Z. Investigation on properties of Al2O3‒SiO2 complex shaped refractory fabricated by layered extrusion forming / Z. Yu, D. Yang, R. Wang [et al.] // Ceram. Int. ― 2020. ― Vol. 46, № 11, part B. ― P. 18985‒18993. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.04.226.

12. Пивинский, Ю. Е. Бесцементные огнеупорные бетоны. Часть 1. Общие сведения. ВКВС и керамобетоны / Ю. Е. Пивинский // Новые огнеупоры. ― 2019. ― № 9. ― С. 14‒24. DOI: 10.17073/1683-4518-2019-9-14-24.

13. Пивинский, Ю. Е. Разработка технологий, производство и служба формованных и неформованных огнеупоров на основе ВКВС / Ю. Е. Пивинский, Е. М. Гришпун, А. М. Гороховский // Новые огнеупоры. ― 2015. ― № 5. ― С. 29‒39. DOI: 10.17073/1683-4518-2015-5-29-39.

14. Дякин, П. В. Фазовый состав, структура и некоторые свойства материалов на основе ВКВС боксита композиционного состава в системе Al2O3‒SiO2‒SiC / П. В. Дякин, Ю. Е. Пивинский, Д. С. Прохоренков, В. А. Дороганов // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. ― 2020. ― № 2. ― С. 115‒125. DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-2-115-125.

15. Лотов, В. А. Основы управления процессами структурообразования во влажных дисперсных системах / В. А. Лотов, В. В. Гурин, А. М. Попов. ― Кемерово ; М. : Российские университеты: «Кузбассвузиздат», 2006. ― 295 с.

16. Panda, B. Extrusion and rheology characterization of geopolymer nanocomposites used in 3D printing / B. Panda, C. Unluer, M. J. Tan // Composites. Part B : Engineering. ― 2019. ― Vol. 176. ― Article № 107290. DOI: 10.1016/j.compositesb.2019.107290.

17. Panda, B. Investigation of the rheology and strength of geopolymer mixtures for extrusion-based 3D printing / B. Panda, C. Unluer, M. J. Tan // Cem. Concr. Compos. ― 2018. ― Vol. 94. ― P. 307‒314. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2018.10.002.

18. Barbara, L. del-Mazo. Rheological characterisation of ceramic inks for 3D direct ink writing : a review / L. del-Mazo Barbara, M.-P. Ginebra // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2021. ― Vol. 41, № 16. ― P. 18‒33. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.08.031.

19. Пивинский, Ю. Е. Кварцевая керамика / Ю. Е. Пивинский, А. Г. Ромашин. ― М. : Металлургия, 1974. ― 265 с.

Дополнительные файлы

Для цитирования: Шарафеев Ш.М., Казьмина О.В., Губанов А.В., Меженин А.В., Полушин Г.В., Кутугин В.А. Реологические характеристики высококонцентрированных суспензий на основе кварцевого стекла для 3D-печати огнеупорных изделий. Новые огнеупоры. 2023;(11):25-30. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-11-25-30

For citation: Sharafeev S.M., Kaz’mina O.V., Gubanov A.V., Mezhenin A.V., Polushin G.V., Kutugin V.A. Rheological сharacteristics of highly concentrated silica glass suspensions for 3D printing of refractories. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2023;(11):25-30. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-11-25-30

Обратные ссылки

Обратные ссылки не определены.

ISSN 1683-4518 (Print)

Логин
Пароль