|
|
 |
|
|
 |
Ученые Пермского Политеха создали уникальную технологию производства керамики
Керамика сегодня используется в самых разных областях: в машиностроении, авиастроении и других. Однако существующие технологии не позволяют регулировать прочность керамических изделий. Ученые Пермского Политеха создали уникальную технологию изготовления керамики, которая позволяет регулировать ее прочность.
Исследование проведено в рамках диссертации.
Керамические материалы сегодня используются повсюду — от авиастроения до электроники. Из них делают детали реактивных двигателей, жаростойкие и антикоррозионные покрытия для оборудования, работающего в агрессивных средах, элементы газовых датчиков, а также электронных приборов.
Спрос на керамику постоянно растет, потому что она выдерживает высокие температуры, устойчива к агрессивным средам, что позволяет использовать её при создании элементов газотурбинных двигателей, камер сгорания, теплозащитных экранов. От надежности этих деталей напрямую зависит безопасность полетов и срок службы авиационной и космической техники.
Особенно актуальна керамика в литейном производстве. Для получения металлических деталей со сложной геометрией (лопаток газотурбинных двигателей и корпусов насосов) используют керамические формы. От них зависит качество готового изделия, которое потом используется в авиационных двигателях, энергетических установках и ракетно-космической технике, где отказ любой детали может привести к серьезным последствиям.
В промышленности для изготовления керамических изделий и отливочных форм применяют два основных подхода. Первый — с применением восковых моделей для серийного производства керамических форм, в которые заливают сплав при изготовлении, например, лопаток газотурбинных двигателей. Второй — аддитивные технологии (3D-печать): с их помощью изготавливают керамические изделия с более сложной пористой структурой, которая снижает вес.
Главная проблема существующих технологий в том, что они не позволяют в достаточной степени регулировать свойства изделий. Дело в том, что в традиционных методах производства весь процесс идет в одну стадию. Керамический порошок смешивают со специальным клеем, сушат и обжигают. Однако поведение детали на разных этапах зависит от множества факторов (исходный состав порошка, режим его обработки), поэтому один и тот же состав может дать разный результат, что приводит к браку при серийном производстве.
Ученые Пермского Политеха создали уникальную для России двухстадийную технологию изготовления керамики. Она позволит не только увеличить прочность изделия, но и регулировать свойства изделия в зависимости от производственных задач. Область применения разработки очень широка: она подходит не только для изготовления промышленных литейных форм, но и для производства любых других керамических деталей, например, компонентов электронных устройств.
Технология включает два этапа, каждый из которых решает свою задачу. Сначала необходимо подобрать первичное связующее для заготовки, которое будут смешивать с керамическим порошком, и из этой смеси изготавливать изделие. Так как после обжига первичное связующее выгорает, исследователи предложили на второй стадии дополнительно пропитывать изделия специальными составами, которые заполняют поры и создают каркас с заданной прочностью. Именно разделение на два этапа и добавление вторичной пропитки — главное отличие от традиционных одностадийных методов.
С помощью этой технологии можно делать детали с разной прочностью — например, твердыми снаружи и рыхлыми внутри. Это также нужно для литейных форм, которые используют при производстве деталей авиационной и космической техники.
Для улучшения технологии ученые также изучили несколько вариантов первичного связующего и выяснили, что наилучшие показатели дает состав на основе фенолформальдегидной смолы и этилового спирта. Образцы из керамики с этим связующим показали максимальную прочность по сравнению с другими вариантами. В качестве вторичного связующего ученые взяли коллоидные «растворы» оксидов кремния и алюминия на водной основе. Такие составы выбрали не случайно: благодаря малому размеру частиц и хорошей текучести они легко проникают в поры заготовки.
Чтобы проверить, насколько эффективна технология, ученые изготовили образцы и разделили их на группы: часть оставили без дополнительной обработки, а остальные пропитали вторичным составом разными способами. Они применяли пропитку с нагревом до 60 градусов, в вакууме и обработку ультразвуком. После проведенных испытаний на сжатие лучший результат показала пропитка под вакуумом: прочность керамических образцов выросла более чем в 10 раз.
Еще одно важное применение технологии — снижение толщины дефектного слоя при литье титановых сплавов, которые широко используются в авиации, ракетостроении и энергетике. Проблема в том, что при заливке титана внутри расплава образуются пары алюминия, которые проникают в поры формы. Это приводит к образованию дефектного альфа-слоя. Его приходится удалять механически или химически, что увеличивает время и стоимость производства. Ученые применили новую технологию для предотвращения этого нежелательного эффекта за счет вторичной доработки готовых литейных форм.
— Мы изготовили две группы керамических форм: одни по стандартной технологии, другие — по новой двухстадийной. В них залили титановый сплав, а после затвердевания измерили глубину дефектного слоя. Результаты показали, что применение новой технологии снижает его глубину на 61%. Причем в ряде случаев нам удавалось полностью устранить образование слоя. Это позволит сократить время и стоимость последующей обработки отливок, например, при производстве лопаток газотурбинных двигателей, корпусов насосов или других деталей авиационной и ракетно-космической техники, а также уменьшить расход химических реагентов, — рассказал Николай Углев, кандидат химических наук, доцент кафедры «Химические технологии» ПНИПУ.
Ученые также проверили, можно ли применить двухстадийную технологию для других керамических изделий: не только в литейном производстве, но и других отраслях, например, в приборостроении. Для эксперимента они выбрали газовые датчики, которые широко используют на промышленных предприятиях, в котельных и системах вентиляции: они следят за утечками метана и других горючих газов, предотвращая накопление взрывоопасных концентраций. Их чувствительные элементы (пеллисторы) тоже делают из керамики, а значит, к ним применима та же двухстадийная технология.
— Сначала из керамического порошка и первичного связующего мы сформировали сами чувствительные элементы. Затем на них нанесли дополнительный слой: порошок смешали со вторичным связующим. Для проверки мы также изготовили две группы датчиков: обычные и сделанные по новой технологии. Их поместили в газовую камеру, где задали определенную концентрацию метана, и измерили выходной сигнал, который должен меняться при нагреве в присутствии газа, — пояснил Вячеслав Пунькаев, аспирант кафедры «Химические технологии» ПНИПУ.
Испытания показали, что технология позволяет не просто увеличивать прочность, но и менять структуру керамики — например, создавать теплоизолирующий слой, который повышает чувствительность. В результате после нанесения дополнительного слоя амплитуда сигнала при обнаружении метана увеличилась с 10 до 35 милливольт. Это означает, что чувствительность выросла более чем в три раза. Причем такой результат достигнут без усложнения электронной схемы, а только за счет изменения конструкции керамического элемента (пеллистора).
Разработанная технология впервые позволяет изготавливать керамические формы для производства с прогнозируемыми свойствами (прочностью и пористостью). Это особенно важно для сложных деталей, таких как лопатки газотурбинных двигателей, где керамическая оснастка должна одновременно выдерживать экстремальные нагрузки при заливке металла и легко удаляться после ее завершения.
При этом разработка не ограничивается литейным производством. Универсальность двухстадийного подхода позволяет применять его и в других областях, где требуется керамика с контролируемыми свойствами, — от электроники до машиностроения.
Контактное лицо: Макарова Татьяна Андреевна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 22:08, 19.05.2026
Количество просмотров: 25
Страна: Россия
| Если исчезнут пчелы, люди будут питаться одним картофелем: ученые ПНИПУ рассказали, что важно знать о медоносных семействах, ПНИПУ, 22:49, 19.05.2026, Россия |
37 |
| 20 мая отмечается Всемирный день пчел. Ученые ПНИПУ рассказали, как человек приручил этих насекомых, почему сокращается их популяция, что, если они исчезнут, как созревает мед, существуют ли «чистые» виды этого продукта, почему он так полезен и кому нежелательно его употреблять. |
|
| Группа крови и дыхание во сне влияют на развитие гипертонии: ученая ПНИПУ объяснила, почему так происходит и как это предотвратить, ПНИПУ, 22:35, 19.05.2026, Россия |
10 |
| 17 мая отмечается Всемирный день борьбы с гипертонией. Ученая ПНИПУ рассказала, как генетика, группа крови, образ жизни, недостаток витаминов и дыхание влияют на возникновение заболевания, почему оно долго прогрессирует без симптомов и возможно ли предотвратить развитие, если у человека есть предрасположенность. |
|
| Ученые Пермского Политеха назвали 5 самых опасных ошибок при использовании кондиционера и рассказали, как их избежать, ПНИПУ, 22:33, 19.05.2026, Россия |
9 |
| Ученые Пермского Политеха рассказали, что будет, если не проветривать помещение при работе устройства, не увлажнять воздух, включать прибор на 18°C и ниже, не чистить фильтры, спать или работать под холодным потоком и как сделать так, чтобы кондиционер стал по-настоящему полезным помощником, а не врагом для здоровья. |
|
| Миф или реальность: ученый Пермского Политеха об опасности использования бесплатного Wi-Fi, ПНИПУ, 22:32, 19.05.2026, Россия |
8 |
| Бесплатный Wi-Fi в общественных местах таит куда больше угроз, чем принято считать. Поддельные точки доступа, выглядя как обычный интернет, позволяют злоумышленникам перехватывать через них логины, пароли и другую личную информацию. Ученый Пермского Политеха рассказывает, как работают атаки через фейковые сети, что скрывает домашний Wi-Fi и как можно защитить свои данные. |
|
| XХVII Всероссийский фестиваль любителей астрономии «АстроФест-2026», АстроФест, 00:10, 09.05.2026, |
765 |
| С 14 по 17 мая 2026 г. в Подмосковье пройдёт XХVII фестиваль любителей астрономии «АстроФест» - главное, самое массовое астрономическое мероприятие в нашей стране. Это основное место встречи, знакомства, общения и обмена опытом всех увлеченных астрономией, телескопами и космосом, единственное в своем роде мероприятие. |
 |
|
|
|
|
|
|
Разделы //
Новости по странам //
Сегодня у нас публикуются //
|
|
