RU2699144C1 - Method of making a product from refractory materials by three-dimensional printing - Google Patents
Method of making a product from refractory materials by three-dimensional printing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2699144C1 RU2699144C1 RU2018144912A RU2018144912A RU2699144C1 RU 2699144 C1 RU2699144 C1 RU 2699144C1 RU 2018144912 A RU2018144912 A RU 2018144912A RU 2018144912 A RU2018144912 A RU 2018144912A RU 2699144 C1 RU2699144 C1 RU 2699144C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fraction
- fractions
- product
- grained
- ceramic material
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
Abstract
Description
Изобретение относится к способам изготовления изделий из огнеупорных материалов методом трехмерной печати и может найти применение в различных отраслях машиностроения, в том числе в двигателестроении при производстве деталей двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных двигателей и установок.The invention relates to methods for manufacturing products from refractory materials by the method of three-dimensional printing and can find application in various branches of engineering, including engine manufacturing in the production of parts of internal combustion engines, gas turbine engines and installations.
Известен способ изготовления изделия, заключающийся в том, что формируют первичный слой изготавливаемого изделия путем последовательного нанесения порошка и его равномерного распределения с помощью устройства выравнивания, сканируют лучом лазера поверхность в атмосфере инертных газов (аргон, гелий), перемещают изделие на толщину слоя порошка и осуществляют последовательные переходы к следующим слоям изделия (RU 2665653, 2018 г.). Известное техническое решение представляет собой способ селективного лазерного спекания, при котором спеченными оказываются области, соответствующие текущему срезу изделия. После окончания процесса формирования изделия осуществляют его очистку от неиспользованного порошка.A known method of manufacturing the product, which consists in the fact that they form the primary layer of the manufactured product by sequentially applying the powder and distributing it uniformly using an alignment device, scan the surface with a laser beam in an atmosphere of inert gases (argon, helium), move the product to the thickness of the powder layer and carry out consecutive transitions to the following product layers (RU 2665653, 2018). The known technical solution is a selective laser sintering method in which the regions corresponding to the current section of the product are sintered. After the process of product formation is completed, it is cleaned from unused powder.
Существенным недостатком известного технического решения является наличие дефектов в материале изделия, приводящих к снижению его работоспособности и разрушению. Указанные недостатки обусловлены различной растворимостью инертных газов в материале, находящемся в жидкой фазе, и переотверждением материала в процессе спекания.A significant disadvantage of the known technical solution is the presence of defects in the material of the product, leading to a decrease in its performance and destruction. These disadvantages are due to the different solubility of inert gases in the material in the liquid phase, and the re-solidification of the material during sintering.
Известны способы изготовления изделия методом трехмерной печати, заключающиеся в том, что в камере формирования образуют первичный слой порошкообразного материала, представляющего собой однородную смесь фракций, частицы которых имеют различные размеры, причем указанные фракции включают несколько компонентов, затем уплотняют первичный слой порошкообразного материала, наносят жидкое связующее на ограниченную область, соответствующую конфигурации поперечного сечения изделия, образуют последующие слои порошкообразного материала и жидкого связующего до окончания формирования изделия, извлекают излишки порошкообразного материала из камеры формирования и отверждают изделие путем нагрева до определенной температуры (RU 2417890, 2011 г., US 7767132, 2010 г.). В известных технических решениях указано, что в качестве порошкообразного материала используют реакционноспособные органические или металлоорганические полимеры, олигомеры, а в качестве жидкого связующего, например, отверждаюшую смолу. В известных технических решениях могут использоваться дополнительные добавки в виде органического или неорганического наполнителя, пигмента, красящих наночастиц или поверхностно-активных веществ. Применение дополнительных добавок обеспечивает возможность варьирования цвета, оптических, электрических, механических и других свойств. Размер частиц фракций составляет от 1 до 100 мкм, причем в известном техническом решении (RU 2417890, 2011 г.) предпочтительным является использование частиц, размер которых составляет от 20 до 40 мкм. Отверждение изделия осуществляют с применением различных типов излучения: электромагнитного, ультрафиолетового, СВЧ-излучения, нагрева видимым светом, лазером и т.п. В известном техническом решении (US 7767132, 2010 г.) для отверждения используют жидкое связующее, предварительно нагретое до температуры 100°С.Known methods for manufacturing the product by three-dimensional printing, namely, that in the formation chamber they form a primary layer of powdered material, which is a homogeneous mixture of fractions, particles of which have different sizes, and these fractions include several components, then compact the primary layer of powdered material, apply liquid the binder to a limited area corresponding to the configuration of the cross section of the product, the subsequent layers of powder material and dkogo binder to form closure article is recovered excess powdered material from the build chamber and cured by heating the article to a certain temperature (RU 2417890, 2011 g., US 7,767,132, 2010 YG). Known technical solutions indicate that as a powdery material, reactive organic or organometallic polymers, oligomers are used, and as a liquid binder, for example, a curing resin. Known technical solutions can use additional additives in the form of an organic or inorganic filler, pigment, dyeing nanoparticles or surfactants. The use of additional additives provides the ability to vary colors, optical, electrical, mechanical and other properties. The particle size of the fractions is from 1 to 100 μm, and in the known technical solution (RU 2417890, 2011), it is preferable to use particles whose size is from 20 to 40 μm. Curing of the product is carried out using various types of radiation: electromagnetic, ultraviolet, microwave radiation, heating with visible light, laser, etc. In the known technical solution (US 7767132, 2010) for curing use a liquid binder, preheated to a temperature of 100 ° C.
Общим существенным недостатком известных технических решений является невозможность их использования для изготовления изделий из керамических материалов, применяемых при эксплуатации в условиях высоких температур.A common significant drawback of the known technical solutions is the impossibility of their use for the manufacture of products from ceramic materials used in operation at high temperatures.
Наиболее близким по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является способ изготовления изделия методом трехмерной печати, заключающийся в том, что в камере формирования образуют первичный слой порошкообразного керамического материала, представляющего собой однородную смесь, состоящую из крупнозернистой и мелкозернистой фракций, частицы которых имеют различные размеры, причем указанные фракции включают несколько компонентов, в том числе карбид кремния, затем уплотняют первичный слой порошкообразного керамического материала, наносят жидкое связующее на ограниченную область, соответствующую конфигурации поперечного сечения изделия, образуют последующие слои порошкообразного керамического материала и жидкого связующего до окончания формирования изделия, извлекают излишки порошкообразного керамического материала из камеры формирования, отверждают изделие путем нагрева до определенной температуры и подвергают изделие последующему отжигу (US 6036777, 2000 г.) В известном техническом решении в качестве порошкообразного материала используют окись алюминия, двуокись циркония, силикат циркония, карбид кремния, причем возможно использование комбинаций, как порошкообразных керамических материалов, так и жидких связующих. Характерный размер частиц крупнозернистой фракции составляет 20 мкм и более, а мелкозернистой фракции - 5 мкм и менее, причем размеры частиц фракций в первую очередь зависят от размера используемых капель жидкого связующего, составляющего от 15 до 50 мкм. Известное техническое решение позволяет эффективно формировать сложные керамические композиционные изделия с очень высокой степенью точности. Однако в способе не раскрыто влияние процентного соотношения крупнозернистой и мелкозернистой фракций, не определены границы размеров частиц фракций, их влияние, а также влияние возможных дополнительных фракций на прочностные характеристики изделия. Способ обеспечивает термостойкость изделия при статических нагрузках и температурах, соответствующих температуре материала изделия в расплавленном состоянии, поэтому область применения способа ограничена его использованием в металлургии при производстве пресс-форм для литья металлов или формировании предварительных форм с металлической матрицей для композиционных материалов.The closest in technical essence and purpose to the present invention is a method of manufacturing a product by three-dimensional printing, which consists in the fact that in the formation chamber they form a primary layer of powdered ceramic material, which is a homogeneous mixture consisting of coarse-grained and fine-grained fractions, particles of which have different sizes moreover, these fractions include several components, including silicon carbide, then compact the primary layer of powdered ceramics material, a liquid binder is applied to a limited area corresponding to the cross-sectional configuration of the product, subsequent layers of powdered ceramic material and a liquid binder are formed until the product is formed, excess powdery ceramic material is removed from the formation chamber, the product is cured by heating to a certain temperature and the product is subjected to annealing (US 6036777, 2000). In the known technical solution, oki is used as a powder material aluminum, zirconium dioxide, zirconium silicate, silicon carbide, and it is possible to use combinations of both powdered ceramic materials and liquid binders. The characteristic particle size of the coarse-grained fraction is 20 μm or more, and the fine-grained fraction is 5 μm or less, and the particle size of the fractions primarily depends on the size of the used liquid binder droplets, ranging from 15 to 50 microns. Known technical solution allows you to effectively form complex ceramic composite products with a very high degree of accuracy. However, the method does not disclose the influence of the percentage ratio of coarse-grained and fine-grained fractions, the boundaries of particle sizes of fractions, their influence, and also the effect of possible additional fractions on the strength characteristics of the product are not determined. The method provides thermal stability of the product under static loads and temperatures corresponding to the temperature of the material of the product in the molten state, so the scope of the method is limited to its use in metallurgy in the manufacture of molds for casting metals or the formation of preliminary forms with a metal matrix for composite materials.
Существенным недостатком известного технического решения является изотропность свойств материала изделия преимущественно в области отдельных слоев порошкообразного керамического материала, что соответствует гексагональной решетке с плотной упаковкой. При этом такая решетка характерна при использовании частиц фракций, частицы которых имеют одинаковый размер. При формировании гексагональной решетки изотропность свойств распространяется в пределах одного слоя, а в случае тетрагональной решетки, материал будет обладать ортотропными свойствами. Изготовление изделия с изотропными свойствами на основе перекрытия слоев в трех измерениях достигается размещением капель жидкого связующего по схеме, которая в большей степени соответствует тетрагональной решетке. При данной схеме упаковки материал изделия будет обладать ортотропными свойствами, что ограничивает область применения способа.A significant drawback of the known technical solution is the isotropy of the material properties of the product mainly in the region of individual layers of powdered ceramic material, which corresponds to a hexagonal lattice with tight packaging. Moreover, such a lattice is characteristic when using particles of fractions whose particles have the same size. During the formation of the hexagonal lattice, the isotropy of the properties propagates within a single layer, and in the case of a tetragonal lattice, the material will have orthotropic properties. The manufacture of products with isotropic properties based on overlapping layers in three dimensions is achieved by placing droplets of a liquid binder according to a scheme that is more consistent with a tetragonal lattice. With this packaging scheme, the product material will have orthotropic properties, which limits the scope of the method.
Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в расширении арсенала технических средств, а именно в создании способа изготовления изделия из огнеупорных материалов методом трехмерной печати, обеспечивающего изготовление изделий с высокими технологическими свойствами при расширении области применения способа.The technical problem solved by the claimed invention is to expand the arsenal of technical means, namely, to create a method of manufacturing a product from refractory materials by three-dimensional printing, which ensures the manufacture of products with high technological properties while expanding the scope of the method.
Технический результат, достигаемый при реализации настоящего изобретения, заключается в создании способа изготовления изделия из огнеупорных материалов методом трехмерной печати, характеристики которых удовлетворяют требованиям обеспечения изотропности свойств при повышенной термопрочности применительно к двигателям внутреннего сгорания.The technical result achieved by the implementation of the present invention is to create a method of manufacturing a product from refractory materials by the method of three-dimensional printing, the characteristics of which satisfy the requirements of ensuring isotropic properties with increased heat resistance in relation to internal combustion engines.
Указанный технический результат, достигается за счет того, что при осуществлении способа изготовления изделия из огнеупорных материалов методом трехмерной печати в камере формирования образуют первичный слой порошкообразного керамического материала, представляющего собой однородную смесь, состоящую из крупнозернистой и мелкозернистой фракций, частицы которых имеют различные размеры, причем указанные фракции включают несколько компонентов, в том числе карбид кремния, затем уплотняют первичный слой порошкообразного керамического материала, наносят жидкое связующее на ограниченную область, соответствующую конфигурации поперечного сечения изделия, образуют последующие слои порошкообразного керамического материала и жидкого связующего до окончания формирования изделия, извлекают излишки порошкообразного керамического материала из камеры формирования, отверждают изделие путем нагрева до определенной температуры и подвергают изделие последующему отжигу, причем согласно предложенному изобретению в качестве компонентов крупнозернистой и мелкозернистой фракций дополнительно используют карбид бора и/или нитрид кремния и/или нитрид алюминия и/или нитрид бора и/или каустический периклазовый порошок и/или графит, при этом массовая доля крупнозернистой фракции составляет от 50 до 80%, а мелкозернистая фракция представляет собой смесь дисперсной, ультрадисперсной и нанодисперсной фракций, причем массовые доли фракций составляют соответственно:The specified technical result is achieved due to the fact that when implementing the method of manufacturing a product from refractory materials by three-dimensional printing in the formation chamber, they form a primary layer of powdered ceramic material, which is a homogeneous mixture consisting of coarse and fine-grained fractions, particles of which have different sizes, and these fractions include several components, including silicon carbide, then compact the primary layer of powdered ceramic m material, apply a liquid binder to a limited area corresponding to the cross-sectional configuration of the product, form subsequent layers of powdered ceramic material and a liquid binder until the product is formed, remove excess powder ceramic material from the formation chamber, cure the product by heating to a certain temperature and subject the product to subsequent annealing according to the proposed invention, as components of a coarse-grained and fine-grained fraction and additionally use boron carbide and / or silicon nitride and / or aluminum nitride and / or boron nitride and / or caustic periclase powder and / or graphite, while the mass fraction of the coarse fraction is from 50 to 80%, and the fine fraction is a mixture dispersed, ultrafine and nanodispersed fractions, and the mass fractions of the fractions are respectively:
а отжиг изделия осуществляют при температуре от 1700 до 2000°С.and annealing of the product is carried out at a temperature of from 1700 to 2000 ° C.
Существенность отличительных признаков способа изготовления изделия из огнеупорных материалов методом трехмерной печати подтверждается тем, что только совокупность всех действий и операций, описывающая изобретение, позволяет обеспечить решение поставленной технической проблемы с достижением заявленного технического результата, а именно:The significance of the distinguishing features of the method of manufacturing a product from refractory materials by the method of three-dimensional printing is confirmed by the fact that only the totality of all the actions and operations that describe the invention can provide a solution to the technical problem with the achievement of the claimed technical result, namely:
- использование в качестве компонентов крупнозернистой и мелкозернистой фракций, в том числе карбида бора и/или нитридов кремния, алюминия, бора, каустического периклазового порошка, графита обеспечивает повышение термопрочности материала изделия;- the use of coarse and fine-grained fractions as components, including boron carbide and / or silicon nitrides, aluminum, boron, caustic periclase powder, graphite provides an increase in the thermal strength of the product material;
- выполнение порошкообразного керамического материала в виде однородной смеси крупнозернистой, дисперсной, ультрадисперсной и нанодисперсной фракций, каждая из которых составляет определенную массовую долю, обеспечивает изотропность материала с повышенной термопрочностью за счет создания плотноупакованной гексагональной структуры;- the implementation of the powdered ceramic material in the form of a homogeneous mixture of coarse-grained, dispersed, ultrafine and nanodispersed fractions, each of which constitutes a certain mass fraction, ensures the isotropy of the material with increased heat resistance due to the creation of a tightly packed hexagonal structure;
- отжиг изделия при температуре от 1700 до 2000°С обеспечивает повышение термопрочности материала изделия за счет прочности сцепления частиц фракций.- annealing of the product at a temperature of 1700 to 2000 ° C provides an increase in the thermal strength of the product material due to the adhesion strength of the particles of fractions.
Существенные признаки могут иметь развитие и продолжение, а именно - в процессе приготовления однородной смеси в ее состав вводят дополнительную фракцию, в качестве которой используют порошок или смесь порошков тугоплавких металлов, массовая доля которой составляет от 0,1 до 1,5%, что обеспечивает дополнительное повышение термопрочности изделия.Significant signs may have development and continuation, namely, in the process of preparing a homogeneous mixture, an additional fraction is introduced into its composition, which is used as a powder or a mixture of powders of refractory metals, the mass fraction of which is from 0.1 to 1.5%, which ensures additional increase in heat resistance of the product.
Настоящее изобретение поясняется следующим подробным описанием способа изготовления изделия методом трехмерной печати со ссылкой на фиг. 1-3, где:The present invention is illustrated by the following detailed description of a method for manufacturing an article by three-dimensional printing with reference to FIG. 1-3, where:
- на фиг. 1 изображена схема устройства для реализации способа;- in FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing the method;
- на фиг 2 представлена таблица, характеризующая варианты смесей и гранулометрический состав порошкообразных огнеупорных материалов;- figure 2 presents a table characterizing the options for mixtures and particle size distribution of powdered refractory materials;
- на фиг. 3 представлена таблица, характеризующая результаты испытаний образцов огнеупорных материалов.- in FIG. 3 presents a table characterizing the test results of samples of refractory materials.
Сущность предлагаемого способа изготовления изделия из огнеупорных материалов заключается в послойном отверждении порошкообразного керамического материала по 3D-модели, подготовленной методом компьютерного 3D-моделирования.The essence of the proposed method of manufacturing a product from refractory materials consists in layer-by-layer curing of powdered ceramic material according to a 3D model prepared by computer 3D modeling.
Способ изготовления изделия из огнеупорных материалов методом трехмерной печати реализуется при помощи специального устройства (см. фиг. 1). Из приемного бункера 1 устройства порошкообразный керамический материал поступает в камеру 2 формирования, которая перемещается вдоль горизонтальной оси устройства и образует при этом первичный слой порошкообразного керамического материала. Размер частиц фракций определяет толщину первичного слоя. Предпочтительная толщина первичного слоя составляет не более 1,5-2,0 мм. Первичный слой порошкообразного керамического материала равномерно распределяется скребком (на чертеже не показан) при обратном ходе камеры 2 формирования. Порошкообразный керамический материал представляет собой однородную смесь, состоящую из крупнозернистой и мелкозернистой фракций, частицы которых имеют различные размеры, причем указанные фракции могут включать несколько компонентов. Массовая доля крупнозернистой фракции составляет от 50 до 80%, а мелкозернистая фракция представляет собой смесь дисперсной, ультрадисперсной и нанодисперсной фракций, причем массовые доли фракций составляют соответственно:A method of manufacturing a product from refractory materials by three-dimensional printing is implemented using a special device (see Fig. 1). From the
При этом размер частиц фракций составляет для крупнозернистой фракции не более 100 мкм, для дисперсной фракции не более 50 мкм, для ультрадисперсной фракции не более 5 мкм, для нанодисперсной фракции не более 0,15 мкм.The particle size of the fractions is not more than 100 μm for a coarse-grained fraction, not more than 50 μm for a dispersed fraction, not more than 5 μm for an ultrafine fraction, and not more than 0.15 μm for a nanodispersed fraction.
Выбор компонентов крупнозернистой и мелкозернистой фракций определяется условиями эксплуатации изделий в различных тепловых агрегатах и необходимостью получения требуемых физико-механических свойств изделий (плотности, прочности, термостойкости, теплопроводности, устойчивости к механическим воздействиям в условиях значительного градиента температур, коррозионной стойкости и т.п.).The choice of components of coarse-grained and fine-grained fractions is determined by the operating conditions of the products in various thermal units and the need to obtain the required physical and mechanical properties of the products (density, strength, heat resistance, thermal conductivity, resistance to mechanical stress under conditions of a significant temperature gradient, corrosion resistance, etc.) .
В предложенном способе в качестве компонентов крупнозернистой и мелкозернистой фракций используют карбид кремния, карбид бора и/или нитриды кремния, алюминия, бора, каустический периклазовый порошок, графит. Использование перечисленных компонентов обеспечивает повышение термопрочности изделия. В качестве дополнительной фракции возможно использование мелкодисперсного порошка или смеси порошков тугоплавких металлов (хрома, ванадия, титана, ниобия, тантала, рения), что также способствует повышению термопрочности изделия. При этом массовая доля дополнительной фракции составляет от 0,1 до 1,5%. Смешение компонентов производится предварительно в смесительных бегунах, причем в процессе смешения возможно получение более равномерного распределения гранулометрического состава порошкообразного керамического материала в результате дополнительного измельчения фракций.In the proposed method, silicon carbide, boron carbide and / or silicon, aluminum, boron nitrides, caustic periclase powder, graphite are used as components of the coarse-grained and fine-grained fractions. The use of these components provides increased thermal strength of the product. As an additional fraction, it is possible to use a fine powder or a mixture of powders of refractory metals (chromium, vanadium, titanium, niobium, tantalum, rhenium), which also helps to increase the thermal strength of the product. Moreover, the mass fraction of the additional fraction is from 0.1 to 1.5%. The components are mixed in advance in mixing runners, and during the mixing process it is possible to obtain a more uniform distribution of the particle size distribution of the powdered ceramic material as a result of additional grinding of fractions.
После выравнивания первичного слоя порошкообразного керамического материала производят его уплотнение при помощи вибратора 3. Вибрация позволяет уплотнить частицы фракций и снизить при этом пористость до требуемого уровня. Далее по команде блока 4 управления жидкое связующее поступает из емкости 5 в печатающую головку 6 устройства. При перемещении головки 6 в горизонтальной плоскости наносят жидкое связующее на ограниченную область первичного слоя порошкообразного керамического материала, соответствующую конфигурации поперечного сечения изделия. В качестве жидкого связующего используют реагенты или композиции, указанные в известных технических решениях, приведенных выше.After leveling the primary layer of powdered ceramic material, it is compacted using a
Выбор связующего материала зависит от выбора компонентов фракций порошкообразного керамического материала и состава дополнительной фракции, а количество жидкого связующего определяется необходимостью обеспечения требуемой прочности изделия. Контакт компонентов фракций порошкообразного керамического материала и жидкого связующего приводит к росту кристаллов и фиксации частиц порошка, что обеспечивает при данном гранулометрическом составе порошкообразного керамического материала создание плотноупакованной гексагональной структуры с изотропными свойствами материала изделия.The choice of binder material depends on the choice of the components of the fractions of the powdered ceramic material and the composition of the additional fraction, and the amount of liquid binder is determined by the need to ensure the required strength of the product. The contact of the components of the fractions of the powdered ceramic material and the liquid binder leads to the growth of crystals and the fixation of the powder particles, which ensures the creation of a close-packed hexagonal structure with isotropic properties of the product material with this particle size distribution of the powdered ceramic material.
После окончания нанесения жидкого связующего на первичный слой порошкообразного керамического материала камера 2 формирования перемещается в вертикальном направлении на определенное расстояние, после чего первичный слой подвергают действию вибраторов 3 в течение 3-5 секунд. Затем на первичном слое поэтапно образуют последующие слои порошкообразного керамического материала, на которые наносят соответствующее жидкое связующее. Процесс повторяют до окончания формирования изделия 7. Извлекают излишки порошкообразного керамического материала из камеры 2 формирования и перемещают их в дополнительную емкость 8 для повторного использования. Изделие 7 извлекают из камеры 2 формирования, выдерживают в течение определенного времени и отверждают путем нагрева до температуры не ниже 700°С, что обеспечивает повышение трещиностойкости и циклической усталостной прочности за счет снижения внутренних напряжений. Затем изделие 7 подвергают отжигу при температуре от 1700 до 2000°С (например в среде инертных газов - азота, аргона), что обеспечивает повышение прочности сцепления частиц фракций.After the application of the liquid binder to the primary layer of the powdered ceramic material is completed, the
Для оценки свойств материала изделия в соответствии с предложенным способом были изготовлены экспериментальные образцы корпуса роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания. В приведенных в таблице примерах 1-5 представлены варианты порошкообразных керамических материалов, предназначенных для изготовления экспериментальных образцов (см. фиг. 2). Каждый материал выполнен в виде трехкомпонентной смеси, исходные компоненты которой смешаны в предложенных соотношениях. При этом массовая доля жидкого связующего в каждом из представленных вариантов указана в процентах от общей массы соответствующего порошкообразного керамического материала.To assess the properties of the material of the product in accordance with the proposed method were made experimental samples of the housing of a rotary piston internal combustion engine. In the examples given in the table, examples 1-5 show options for powdered ceramic materials intended for the manufacture of experimental samples (see Fig. 2). Each material is made in the form of a three-component mixture, the initial components of which are mixed in the proposed proportions. In this case, the mass fraction of the liquid binder in each of the presented options is indicated as a percentage of the total mass of the corresponding powdered ceramic material.
Результаты испытаний представлены в таблице (см. фиг. 3).The test results are presented in the table (see Fig. 3).
Анализ полученных результатов показал, что структура материала образцов обеспечивает получение равных значений прочности в различных направлениях, что подтверждает изотропный характер прочностных свойств.An analysis of the results showed that the structure of the material of the samples provides equal strength values in different directions, which confirms the isotropic nature of the strength properties.
Таким образом, выбор гранулометрического состава порошкообразного керамического материала представляющего собой однородную смесь фракций, частицы которых имеют различные размеры, обеспечивает создание способа изготовления изделия из огнеупорных материалов, характеристики которых удовлетворяют требованиям обеспечения изотропности свойств при повышенной термопрочности применительно к двигателям внутреннего сгорания за счет создания плотноупакованной гексагональной структуры.Thus, the choice of the granulometric composition of the powdered ceramic material, which is a homogeneous mixture of fractions, particles of which are of different sizes, provides a method for manufacturing a product from refractory materials, the characteristics of which satisfy the requirements for ensuring isotropic properties with increased heat resistance as applied to internal combustion engines by creating a tightly packed hexagonal structure.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018144912A RU2699144C1 (en) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | Method of making a product from refractory materials by three-dimensional printing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018144912A RU2699144C1 (en) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | Method of making a product from refractory materials by three-dimensional printing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2699144C1 true RU2699144C1 (en) | 2019-09-03 |
Family
ID=67851825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018144912A RU2699144C1 (en) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | Method of making a product from refractory materials by three-dimensional printing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2699144C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2735471C1 (en) * | 2019-09-25 | 2020-11-02 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Method of obtaining articles of complex shape based on reaction-bonded silicon carbide |
| RU2814669C1 (en) * | 2023-05-16 | 2024-03-04 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Method of producing structural ceramics by additive technology for articles of complex geometry |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6036777A (en) * | 1989-12-08 | 2000-03-14 | Massachusetts Institute Of Technology | Powder dispensing apparatus using vibration |
| RU2485074C2 (en) * | 2011-08-30 | 2013-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Method of making articles from refractory ceramic material for microwave electronic equipment |
| RU2535704C1 (en) * | 2013-04-18 | 2014-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа "Магнезит" | Method of 3d printing on refractory articles |
| RU2668107C1 (en) * | 2017-11-14 | 2018-09-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method of manufacturing products from powder ceramic materials |
-
2018
- 2018-12-18 RU RU2018144912A patent/RU2699144C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6036777A (en) * | 1989-12-08 | 2000-03-14 | Massachusetts Institute Of Technology | Powder dispensing apparatus using vibration |
| RU2485074C2 (en) * | 2011-08-30 | 2013-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Method of making articles from refractory ceramic material for microwave electronic equipment |
| RU2535704C1 (en) * | 2013-04-18 | 2014-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа "Магнезит" | Method of 3d printing on refractory articles |
| RU2668107C1 (en) * | 2017-11-14 | 2018-09-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method of manufacturing products from powder ceramic materials |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2735471C1 (en) * | 2019-09-25 | 2020-11-02 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Method of obtaining articles of complex shape based on reaction-bonded silicon carbide |
| RU2814669C1 (en) * | 2023-05-16 | 2024-03-04 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Method of producing structural ceramics by additive technology for articles of complex geometry |
| RU2816230C1 (en) * | 2023-05-24 | 2024-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Method of producing heat-resistant ceramic material for articles of complex geometric shape |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ghazanfari et al. | A novel freeform extrusion fabrication process for producing solid ceramic components with uniform layered radiation drying | |
| Deckers et al. | Direct selective laser sintering/melting of high density alumina powder layers at elevated temperatures | |
| Li et al. | Additive manufacturing of alumina using laser engineered net shaping: Effects of deposition variables | |
| Gonzalez et al. | Characterization of ceramic components fabricated using binder jetting additive manufacturing technology | |
| Wu et al. | Fabrication of dense zirconia-toughened alumina ceramics through a stereolithography-based additive manufacturing | |
| Wu et al. | Effect of the particle size and the debinding process on the density of alumina ceramics fabricated by 3D printing based on stereolithography | |
| Lima et al. | 3D printing of porcelain by layerwise slurry deposition | |
| Liu et al. | Research on selective laser sintering of Kaolin–epoxy resin ceramic powders combined with cold isostatic pressing and sintering | |
| Deckers et al. | Isostatic pressing assisted indirect selective laser sintering of alumina components | |
| Li et al. | Digital light processing 3D printing of ceramic shell for precision casting | |
| CN104493952B (en) | The gel injection-moulding 3D printing preparation method of gradient ceramic | |
| Li et al. | Microstructure and properties of 3D-printed alumina ceramics with different heating rates in vacuum debinding | |
| Ghazanfari et al. | A novel extrusion-based additive manufacturing process for ceramic parts | |
| Zou et al. | Towards fabrication of high-performance Al2O3 ceramics by indirect selective laser sintering based on particle packing optimization | |
| Wang et al. | Partially stabilized zirconia moulds fabricated by stereolithographic additive manufacturing via digital light processing | |
| Liu et al. | Additive manufacturing of traditional ceramic powder via selective laser sintering with cold isostatic pressing | |
| CN109261967A (en) | A kind of electron beam subarea-scanning manufacturing process of POROUS TUNGSTEN material | |
| Saha et al. | Additive manufacturing of ceramics and cermets: present status and future perspectives | |
| RU2699144C1 (en) | Method of making a product from refractory materials by three-dimensional printing | |
| Yen et al. | Study on direct fabrication of ceramic shell mold with slurry-based ceramic laser fusion and ceramic laser sintering | |
| Peng et al. | Effect of print path process on sintering behavior and thermal shock resistance of Al2O3 ceramics fabricated by 3D inkjet-printing | |
| Liu et al. | Effect of solid loading on the property of Al2O3 ceramics in stereolithographic additive manufacturing | |
| Li et al. | Fabrication of Al2O3‐SiO2 ceramics through combined selective laser sintering and SiO2‐sol infiltration | |
| Leu et al. | Optimization of selective laser sintering process for fabrication of zirconium diboride parts | |
| Scheithauer et al. | Processing of thermoplastic suspensions for additive manufacturing of ceramic-and metal-ceramic-composites by thermoplastic 3D-printing (T3DP) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210804 |