Регистрация / Вход
Прислать материал

14.625.21.0040

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.625.21.0040
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химических реактивов и особо чистых химических веществ"
Название доклада
Разработка составов для получения объектов из конструкционной и функциональной керамики методом 3D-печати
Докладчик
Гришечкина Елена Витальевна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель работы: Разработка составов и способов получения композиций и исходных наноструктурированных порошков для их использования при изготовлении объектов из конструкционной и функциональной керамики методом трехмерной печати с целью развития технологической базы аддитивного производства.
Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:
1. Провести аналитический обзор существующих методов получения наноструктурированных порошков, существующих составов и способов получения композиций для 3D-печати, способов отверждения и термической обработки композиций для 3D-печати при получении объектов из конструкционной и функциональной керамики.
2. Разработать способы получения наноструктурированных порошков с требуемыми характеристиками: составом, дисперсностью, размером кристаллитов.
3. Разработать составы композиций для 3D-печати.
Актуальность и новизна исследования
Изделия из конструкционной и функциональной керамики широко применяются в разных отраслях промышленности благодаря их уникальным эксплуатационным характеристикам. Стандартной схемой изготовления изделий из керамики является получение исходных (для высокоплотной керамики – наноструктурированных) порошков, их компактирование и спекание компактов. Для ряда применений требуются изделия сложной формы, например, имеющие внутренние полости и перегородки между ними, которые позволяют изделию выдерживать бόльшие нагрузки при меньшем весе. Изготовление таких деталей невозможно традиционными способами получения керамики, что приводит либо к невозможности изготовления изделия, либо к необходимости его дополнительной механической обработки, что часто является технически сложным и дорогостоящим процессом и не всегда позволяет добиться требуемого результата. Таким образом, традиционные подходы к получению керамических изделий не являются универсальными. Решением данной проблемы является получение керамики методом 3D-печати, которая имеет ряд преимуществ:
1. значительное расширение возможностей изготовления изделий сложной формы;
2. сокращение затрат времени и материалов при мелкосерийном и штучном производстве;
3. возможность простого и быстрого изменения геометрии изготовляемых деталей.
Описание исследования

Исходные наноструктурированные порошки были получены методом соосаждения гидроксидов с последующим их прокаливанием до образования оксидов.

Размер и морфологию синтезируемых частиц определяли с помощью сканирующих электронных микроскопов «Hitachi SU 1510» и «Jeol JSM 7100 F». Средний размер частиц и их распределение по размерам измеряли методами динамического светорассеяния с использованием прибора «Zetasizer Nano» («Malvern»). Для определения среднего размера и распределения по размерам частиц микронного размера применяли прибор «Mastersizer Nano» («Malvern»).

Рентгенофазовый анализ проводили на приборе «Emma» («GBC Scientific»). Интервал регистрируемых углов 20‑80° с шагом 0.02°, Cu-Kα-излучение, длина волны λ = 1.542 А.

Термогравиметрический и дифференциальный сканирующий калориметрический анализы осуществляли на приборе «SDT Q600» («TA Instruments») в диапазоне температур 30‑1400 °С, нагрев со скоростью 5 °С•мин1 в среде воздуха.

Результаты исследования

Был проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативно-технической, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР. Рассмотрены существующие составы и способы получения композиций для 3D-печати.

В аналитическом обзоре коммерческих средств трехмерной печати представлено описание профессиональных и полупрофессиональных принтеров.

На основании литературных и экспериментальных данных для синтеза наноструктурированных был выбран метод соосаждения, позволяющий получать высокие выходы конечного продукта с заданными характеристиками. Экспериментальным путем было определено время отжига до образования оксидов. Время отжига было определено на основании данных рентгенофазового анализа до образования кристаллической фазы. По данным сканирующей электронной микроскопии частицы полученных порошков представляют собой агломераты, их распределение по размерам было проанализировано методами динамического светорассеяния и лазерной дифракции.

На основании полученных данных был выбран дальнейший подход к получению наноструктурированных порошков.

Практическая значимость исследования
Получение керамики традиционными методами не позволяет изготовлять детали сложной формы, содержащей перегородки и внутренние полости, требующиеся для улучшения эксплуатационных ее свойств. Кроме того, традиционные методы формования керамики требуют изготовления специальной оснастки (пресс-форм, форм для литья) и приспособлены для серийного получения изделий одинаковой формы. Изготовление функциональной и конструкционной керамики методом 3D-печати позволит сократить ресурсные и временные затраты на всех стадиях производства, что позволит снизить себестоимость штучных изделий и улучшить эксплуатационные свойства керамики.