Влияние ультразвуковой механоактивации на микроструктуру и физико-механические свойства конструкционной керамики

Разработана оригинальная цилиндрическая фильера с ультразвуковым воздействием. Показано влияние ультразвуковой обработки на параметры формования. Приведены физико-механические характеристики полученных образцов.

Цель улучшение методики изготовления лабораторных образцов керамики полученных методом экструзии за счет устранения внутренних механических напряжений в сырце.

В современном промышленном производстве кирпича часто используются шихты сложного состава, причем вводимые модификаторы в количестве до 5%, зачастую определяют различные свойства кирпича. Для анализа влияния добавок необходимо снизить дефектность керамических образцов и повысить «кучность» результатов. С этой целью была разработана оригинальная цилиндрическая фильера с ультразвуковым воздействием. За счет круглой фильеры и ультразвукового воздействия (УЗ) на образец снимаем внутренние напряжения и облегчается выход образца.

В качестве объектов исследования были взяты природные глины Алексеевского месторождения красножгущихся полиминеральных глин и глинистого мергеля Салмановского месторождения.

Методика изготовления образцов. Технологический процесс получения экспериментальных керамических образцов-балочек состоит следующих последовательных основных стадий: подготовка шихты для исследований; формование образцов на экструдере; сушка образцов; обжиг образцов.

Изготовление образцов через прямоугольную фильеру. На лабораторный экструдер типа Verdes – 050, устанавливают мундштук для образцов – балочек  с прямоугольным сечением 17×27 мм. Формование производят при вакуумировании массы (вакуум должен составлять не менее 85%) и давлении формования 2,5-3,0 МПа. Резаком отрезаются заготовки длиной 125мм в требуемом количестве.

Изготовление образцов через круглую фильеру. Мундштук с прямоугольным сечением заменяют  на мундштук с круглым сечением (диаметр сечения 30мм). При тех же значениях работы пресса формуют образцы с круглым сечением и длиной 125мм. 

Изготовление образцов через круглую фильеру с ультразвуковой обработкой. На лабораторный экструдер устанавливаем мундштук с круглым сечением и ультразвуковой насадкой и генератором и преобразователем. Фильера работает в резонансном одномодовом режиме

Образцы помешаются в закрытые боксы для транспортирования на завод для сушки и обжига в заводских условиях. Сушка и обжиг образцов производился в промышленных условиях.

Экспериментально установлено что ультразвуковая обработка положительно влияет на параметры формования, в частности снижается давление экструзии, время выхода образца и увеличивается производительность пресса. Это может происходить  за счет снижения трения в головке пресса.  Результаты представлены на рисунке 2.

а)

б)

в)

а - зависимости  давления;  б - скорости бруса;  в  - производительности  от частоты вращения шнека без ультразвука (БУЗ) и с ультразвуком (УЗ).Рисунок  2 -  Влияние ультразвуковой обработки  на экструзию.

Прочностные свойства образцов

Экспериментально установлено (таб. 1), что экструзия образцов со стандартной прямоугольной фильерой не дает высокой повторяемости результатов, что делает затруднительной задачу анализа влияния добавки.

Прочностные характеристики цилиндрических образцов имели большую сходимость (таблица 2), что позволяет говорить о улучшении методики изготовления лабораторных образцов керамики полученных методом экструзии за счет устранения внутренних механических напряжений в сырце.

Таблица 1 - Прочностные свойства прямоугольных образцов

Тип образца	Номер образца	Сила, Н	Сжатие Rсж, МПа	СКО Rсж,%	Сила, Н	Изгиб, МПа	СКО Rизг,%
Прямоугольная балочка	1		24,41	13		24,51	13
	2		19,76			22,99
	3		18,33			19,16
	4		22,55			18,61
	Среднее		21,26			21,31
Цилиндрическая балочка БУЗ	1		27,95	8		1,43	9
	2		27,85			1,21
	3		24,27			1,51
	4		26,56			1,40
	Среднее		26,69			1,39
Цилиндрическая балочка УЗ	1		28,48	5		1,41	2
	2		26,87			1,46
	3		30,03			1,48
	4		29,26			1,46
	Среднее		28,66			1,45

 

Таблица 2 – Прочность на сжатие и изгиб цилиндрических образцов с ультразвуковой обработкой.

Номер образца	Значения определения прочности на сжатие  Rсж	Ср.значение определения прочности на сжатие Rсж	СКО Rсж,%	Значения определения прочности на изгиб  Rизг	Ср.значение определения прочности на изгиб Rизг	СКО Rизг,%
	28,48			1,41
	26,87			1,46
	30,03			1,48	1,45	2,06
	29,26	28,66	4,72	1,46

 

Заключение

1. Экспериментально установлено, что экструзия образцов со стандартной прямоугольной фильерой не дает высокой повторяемости результатов, что делает затруднительной задачу анализа влияния добавки.
2. Разработана оригинальная цилиндрическая фильера с ультразвуковым воздействием. За счет круглой фильеры и ультразвукового воздействия (УЗ) на образец снимаем внутренние напряжения и облегчается выход образца.
3. Установлено, что УЗ – обработка вносит положительные изменения в процесс формования. Так, снижается давление экструзии и возрастает производительность пресса, это происходить за счет снижения трения в головке пресса. 

нет

An original cylindrical spinneret with ultrasonic exposure was designed. The effect of ultrasonic treatment on the molding parameters was shown. The list of physical and mechanical properties of the received samples is given.