Контроль упрочнения строительной керамики, изготовленной экструзией через ультразвуковую фильеру, акустическим методом

Перспективный способ упрочнения керамических материалов (кирпича, черепицы, труб и др.) — экструзия их через фильеру, колеблющуюся с ультразвуковой частотой. В данной работе представлены результаты исследования низкочастотных акустических спектров цилиндрических образцов керамики лицевого кирпича, упрочненной с помощью экструзии и добавок отходов стекловолокна. Анализировали взаимосвязи между изменением структуры керамики, параметрами акустического спектра и разрушающими воздействиями при сжатии (изгибе) образцов на прессе. Установлено, что ультразвуковая экструзия, увеличивая силу разрушения на 1 – 7 кН (~30 %), смещает частоту основных тонов поперечных и продольных колебаний (6 и 17 кГц соответственно) с коэффициентом ~0,1 кГц/кН. Частицы стекловолокна упрочняют керамику за счет образования при обжиге игольчатой кристаллической связки. Вместе с тем повышенная добавка стекловолокна уменьшает пластичность шихты, что вызывает формирование микротрещин, каверн и внутренних напряжений. Ультразвуковая формовка, напротив, снижает вероятность появления таких дефектов. Выявлено также, что вследствие внутренних дефектов частота продольных и поперечных колебаний смещается в разной степени. Используя это как индикатор, можно проводить объективную сортировку и отбраковку образцов. При этом время релаксации колебаний (в среднем 0,1 с) существенно не меняется при данных упрочняющих воздействиях на шихту и не может использоваться в качестве информативного параметра. Таким образом, эффективность представленного комбинированного способа упрочнения керамики можно достаточно точно тестировать по смещению частот продольных и поперечных свободных колебаний цилиндрических образцов. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых керамических составов и технологии их формования в условиях истощения источников качественного глиняного сырья.

1. Коварская Е. З., Московенко И. Б. Использование частот собственных колебаний при неразрушающем контроле физико-механических свойств материалов и изделий / В мире неразрушающего контроля. 2012. № 4. С. 5 – 8.

2. Коварская Е. З., Московенко И. Б. Результаты опробования возможности применения низкочастотного акустического метода для определения марочности кирпича по частотам собственных колебаний / В мире неразрушающего контроля. 2015. Т. 68. № 2. С. 27 – 30.

3. Belli F., Radermacher F. Pattern recognition approach to an acoustical quality test of burnt ceramic products / 5th International Conference IEA/AIE-92. Proceedings. — Paderborn, Germany. 1992. P. 123 – 126.

4. Bosomworth P. An exciting technique for quality analysis / Ceramic Industry. 2005. N 1. P. 20 – 24.

5. Barth M., Duckhorn F., Tschöke K., Tschöpe C., Köhler B. Testing of Ceramics by Ultrasound Microscopy and Vibration Analysis / 19th World Conference on Non-Destructive Testing. — Munich, Germany. 2016. Is. 07. P. 1 – 9.

6. Faseeva G. R., Nafikov R. M., Lapuk S. E., et al. Ultrasound-assisted extrusion of construction ceramic samples / Ceramics International. 2017. Vol. 43. N 9. P. 7202 – 7210. DOI: 10.1016/J.CERAMINT.2017.03.008

7. Кабиров Р. Р., Гарипов Л. Н., Фасеева Г. Р. и др. Прототипирование ультразвуковой фильеры для экструзии керамического кирпича / Стекло и керамика. 2017. № 3. С. 16 – 22. DOI: 10.1007/s10717-017-9934-z

8. Фасеева Г. Р., Нафиков Р. М., Лапук С. Е. и др. Активация модификатора глины для керамического кирпича ультразвуковой экструзией / Стекло и керамика. 2017. № 12. С. 31 – 37.

9. Хасанов О. Л. Структура и свойства циркониевой керамики, изготовленной ультразвуковым компактированием нанопорошков. / Конструкции из композиционных материалов. 2007. Вып. 1. С. 60 – 72. DOI: 10.1007/s10717-018-0014-9

10. Khasanov O. L., Dvilis E. S., Polisadova E. F., et al. The influence of intense ultrasound applied during pressing on the optical and cathodoluminescent properties of conventionally sintered YSZ ceramics / Ultrasonics Sonochemistry. 2019. Vol. 50. P. 166 – 171. DOI: 10.1016/J.ULTSONCH.2018.09.013

11. Шахов С. А. Технологические аспекты использования ультразвука для активации и управления формированием дисперсных структур (обзор) / Конструкции из композиционных материалов. 2009. № 2. С. 3 – 12.

12. Franco-Villafańe J., Flores-Olmedo E., Báez G., et al. Acoustic resonance spectroscopy for the advanced undergraduate laboratory / Eur. J. Phys. 2012. Vol. 33. P. 1761 – 1769. DOI: 10.1088/0143-0807/33/6/1761

13. Ерофеев В. И., Кажаев В. В., Семерикова Н. П. Волны в стержнях. Дисперсия. Диссипация. Нелинейность. — М.: Физматлит, 2002. — 208 с.