ЗМІЦНЕННЯ КЕРАМІЧНИМИ ЧАСТИНКАМИ НІТРИДУ КРЕМНІЮ ПОЛІМЕРНИХ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ 3D ДРУКУ

 
О.О.Матвійчук 2,
  
О.В.Євдокимова 2,
 
Н.О.Згалат-Лозинська 3,
 
В.І.Закієв 3
 

1 Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України , вул. Омеляна Пріцака, 3, Київ, 03142, Україна
2 Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М.Бакуля НАНУ, Київ, Україна
3 Національний Авіаційний Університет, пр. Любомира Гузара 1, Київ, 03058, Україна
zgalatlozynskyy@gmail.com

Порошкова металургія - Київ: ІПМ ім.І.М.Францевича НАН України, 2020, #09/10
http://www.materials.kiev.ua/article/3129

Анотація

Проведено комплексне дослідження із виготовлення полімерно-керамічного матеріалу на основі поліетилену високої густини або поліпропілену та порошку β-Si3N4. Поетапно досліджено процес введення керамічних частинок нітриду кремнію (5 та 10% (об.)) у полімери для виготовлення на їх основі полімерно-керамічного філаменту. Встановлено, що якісний полімерно-керамічний філамент на основі поліпропілену можна отримати при температурі екструзії від 150 °С зі швидкістю видавлювання 20 см/хв, а філамент на основі поліетилену — при 160 °С та швидкості 30 см/хв. Дані щодо розподілу частинок Si3N4 за формою та розмірами використано для моделювання елементарного об’єму філаменту з метою визначити механічні властивості композитів за допомогою cкiнченно-елементної моделі в двохвимірній постановці. Встановлено, що армування матеріалу на основі поліпропілену/поліетилену частинками Si3N4 на рівні 10% (об.) не є достатнім, оскільки модуль пружності композиту зростає несуттєво, а критична деформація при цьому помітно зменшується, і можна вводити більший об’єм твердих частинок для підвищення модуля пружності. Для оцінки якості полімерно-керамічного філаменту спроектовано та надруковано деталі різної форми (шайба та шнек) з наповненого і ненаповненого філаменту. Надруковані деталі з полімерно-керамічного матеріалу демонстрували рівну поверхню, без виступів та ділянок несуцільної поверхні. Досліджено механічні (твердість за методами Віккерса і Брінелля) та трибологічні (об’ємний знос) властивості таких матеріалів. Тестуванням на знос композиту поліетилен–Si3N4 встановлено, що зі зростанням вмісту керамічних частинок в філаменті спостерігається тенденція до покращення зносостійкості композиту. Низький ступінь абразивного зносу полімерно-керамічного матеріалу на основі поліпропілену/поліетилену з частинками Si3N4 та поведінка частинок кераміки при контакті з індентором свідчать про стійкість отриманого композиційного матеріалу до зламу та руйнування при 3D друці.


3D ДРУК, ЗНОСОСТІЙКІСТЬ, КЕРАМІКА, КОМПОЗИТ, НІТРИД КРЕМНІЮ, ПОЛІЕТИЛЕН, ПОЛІПРОПІЛЕН, ТВЕРДІСТЬ, ФІЛАМЕНТ