Search

Browse

User

Language

Article Tools

Finding References

Email this article (Login required)

Email the author (Login required)

About the Authors

Sh. M. Sharafeev
ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Russian Federation

К. т. н.
г. Томск

O. V. Kaz’mina
ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Russian Federation

д. т. н.
г. Томск

A. V. Gubanov
ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Russian Federation

г. Томск

A. V. Mezhenin
ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Russian Federation

г. Томск

G. V. Polushin
ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Russian Federation

г. Томск

V. A. Kutugin
ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Russian Federation

к. т. н.
г. Томск

Rheological сharacteristics of highly concentrated silica glass suspensions for 3D printing of refractories

Sh. M. Sharafeev, O. V. Kaz’mina, A. V. Gubanov, A. V. Mezhenin, G. V. Polushin, V. A. Kutugin

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

Full Text:

Restricted Access

Abstract

The present study investigates the impact of quartz, mullite, spinel, and corundum fillers on the rheological properties and extrudability of silica glass suspension-based compositions. The results indicate that materials containing mullite, spinel, and corundum exhibit dilatant flow, which impedes their use as inks in 3D printing. Conversely, suspensions containing quartz filler display a nonlinear viscoplastic flow. The addition of polyvinyl alcohol to compositions with quartz filler enhances their shape retention factor during extrusion by increasing their yield stress and viscosity. Ill. 5. Ref. 19. Tab. 1.

Keywords

refractories, high-concentrated binder suspensions (HCBS), silica glass, rheological characteristics, extrusion, 3D printing,

About the Authors

Sh. M. Sharafeev

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Russian Federation

O. V. Kaz’mina

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Russian Federation

A. V. Gubanov

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Russian Federation

A. V. Mezhenin

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Russian Federation

G. V. Polushin

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Russian Federation

V. A. Kutugin

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Russian Federation

References

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. Pivinskii, Y. Е. Cementless refractory concretes. Part 1. General information. HCBS and ceramic concrete / Y. Е. Pivinskii // Refract. Ind. Ceram. ― 2020. ― Vol. 60, № 5. ― Р. 430‒438. https://doi.org/10.1007/s11148-020-00381-8.

13. Pivinskii, Y. Е. Engineering, manufacturing, and servicing of shaped and unshaped refractories based on highly concentrated ceramic binding suspensions / Y. Е. Pivinskii, E. M. Grishpun, A. M. Gorokhovskii // Refract. Ind. Ceram. ― 2015. ― Vol. 56, № 3. ― Р. 245‒253. https:// doi.org/10.1007/s11148-015-9823-3.

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.

Supplementary files

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

Views: 58

Refbacks

There are currently no refbacks.

ISSN 1683-4518 (Print)