Исследователи разработали специальные чернила для 3D-печати и напечатали образцы на своем собственном 3D-принтере. Эта технология не только ускоряет процесс производства, но и делает материалы более прочными и устойчивыми к воздействию шлака.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда, а результаты опубликованы в престижном журнале Ceramics International.

Пористые огнеупоры из муллита и корунда широко применяются в металлургии и стекловарении. Обычно их делают путем прессования порошков или литья с добавлением пенообразующих веществ. Но 3D-печать таких материалов — это новое слово в технологии. Ученые считают, что этот метод может стать экономически выгодным способом производства уникальных огнеупоров.

Для печати огнеупоров с разным составом и структурой лучше всего подходит метод прямого письма чернилами (DIW). Он позволяет создавать пористые материалы из чернил на основе глины. Однако у таких чернил есть проблема — они сильно сжимаются при высыхании и обжиге. Поэтому ученые из ТПУ решили использовать другой состав чернил: кварцевое стекло, плавленый оксид алюминия и пластификаторы (гидроксипропилметилцеллюлоза и полиэтиленгликоль).

Шариф Шарафеев, один из авторов исследования, объясняет:

Чернила на основе кварцевого стекла обладают высокой текучестью, быстро твердеют и почти не сжимаются при сушке и обжиге. Это делает их отличной альтернативой традиционным чернилам на основе глины, которые сильно усаживаются, что усложняет создание изделий точных размеров.

Но у таких чернил есть и свои сложности — они совсем не пластичные. Чтобы решить эту проблему, ученые добавили в состав водорастворимые полимеры. Также они использовали плавленый оксид алюминия, который делает материал более прочным и устойчивым к высоким температурам.

После реологического анализа ученые выбрали чернила с оптимальными свойствами для печати. Образцы напечатали на специально разработанном 3D-принтере, а затем изучили их структуру и механические свойства.

Шариф Шарафеев добавляет:

Наш материал, несмотря на схожий химический состав с аналогами, обладает уникальными свойствами. Мы провели тесты на пористость, плотность и прочность, а также проверили устойчивость к шлаку. Результаты показали, что наш материал не уступает, а иногда даже превосходит аналоги. Кроме того, наши изделия почти не сжимаются, поэтому их можно сразу отправлять на обжиг после печати, минуя долгую сушку. Усадка при обжиге составляет всего 5%.

В планах ученых — использовать этот подход для создания новых видов огнеупоров, например, на основе карбида кремния.

Ранее ученые разработали низкотоксичный огнезащитный состав для тканей.

Фото: образцы 3D-огнеупоров. Источник: пресс-служба ТПУ.