Физико-химические основы и технология литейных керамических форм на основе водно-коллоидного кремнезоля

Объект исследования – многослойные литейные керамические формы (ЛКФ) на основе водно-коллоидного кремнезоля, используемые в технологии прецизионного литья по выплавляемым моделям (ЛВМ) изделий сложной конфигурации, имеющих полузакрытые полости со специфической топологией.Предмет исследования - технология изготовления ЛКФ для ЛВМ, основанная на покрытии восковой модели несколькими слоями керамической суспензии с промежуточной обсыпкой зернистым огнеупором и сушкой слоёв, удалением выплавляемой модели и прокалкой формы.Цель работы - изучение физико-химических основ и разработка технологии изготовления литейных керамических форм на основе водно-коллоидного кремнезоля.Методы исследования: металлография, рентгенография, дилатометрия, термогравиметрия.Оборудование: анализаторы размеров частиц «Zetasizer Nano ZS» и «Микросайзер 201С», дифрактометр «Bruker D8 Advance», спектрометры «Frontier MIR/FIR» и «Vertex 70», термоанализатор «TGA/DSC 1 STAR System», тензиометр BP-2 «KRUSS», сканирующий электронный микроскоп «HITACHI S-3400N», газовый пикнометр «Utrapycnometer 1200e», дисперсионный анализатор «ПСХ-11», дилатометр «DIL402C», синхронный термический анализатор «STA 449C Jupiter», разрывная машина Р-5.Результаты, их теоретическая и практическая значимость: разработаны составы связующих для изготовления керамических форм и технология производства керамических форм на основе кремнезоля для литья по выплавляемым моделям, которые отличаются повышенной стабильностью фазового состава и экологичностью по сравнению с серийным связующим; предложены математические регрессионные модели, описывающие зависимости физико-механических свойств литейных форм от фазового и количественного составов литейных керамик; определены температурные интервалы полиморфных превращений диоксида кремния в цикле «нагрев-охлаждение», тепловые эффекты плавления, условия поликонденсации, деструкции, самовоспламенения и горения веществ, входящих в состав восковых и полистирольных моделей; установлено влияние содержания плавленого кварца и фазового состава на физико-механические свойства литейных керамических форм; определено влияние основных технологических параметров водно-коллоидных связующих на величину дзета-потенциала и средний размер частиц диоксида кремния, которые определяют агрегативную устойчивость керамических суспензий. Предложенные технологические решения позволяют получать литейные формы с характеристиками, соответствующими требованиям серийного производства литейных керамических форм с экономическим эффектом, выраженным в снижении себестоимости изготовления форм для равноосного литья и литья методом направленной кристаллизации от 4 до 21 раза.Области применения: Производство литых изделий сложной конфигурации в машиностроении и двигателестроении.