Макрокинетика самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с участием жидкой фазы

• Автор: Щербаков, Владимир Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 190 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Историческая справка и краткая характеристика СВС
1.2. Теоретический анализ СВС
1.3. Закономерности и механизм горения
1.4. Практическое применение СВС
1.5. Цели и задачи исследования 28 Г лава 2. Методики экспериментов
2Л. Горение слоевой системы №-А1
2.2. Дегазация примесного газа в СВС-продессах
2.3. Изучение закономерностей горения тонких слоев
2.4. Изучение механизма массопереноса в системе
металл - пористый слой сажи
2.5. СВС пеноматериалов
2.6. Закономерности горения системы Ті-С-В
2.7. Силовое компактирование
2.8. СВС-сварка 41 Глава 3. Макрокинетика горения слоевой системы №-А1
3.1. Параметры волны горения
3.2. Морфология продуктов горения
3.3. Маршрут реакции
3.4. Формирование химического и фазового состава
3.5. Мощность тепловыделения
3.6. Скорость горения 53 Глава 4. Макрокинетика дегазации в СВС-процессах
4.1. Фильтрационные характеристики образца
4.2. Режимы дегазации
4.3. Положение источника газовыделения
4.4. Влияние режима фильтрации на скорость горения

Глава 5. Механизм массопереноса и формирования продуктов горения
5.1. Аналитический расчет коэффициентов газопроницаемости
5.2. Диспергирование тугоплавкого реагента
5.3. Фильтрационные характеристики пористого карбида титана
5.4. Формирование макро и микроструктуры СВС-продукта
5.5. Основные закономерности безгазового горения
Глава 6. СВС плотной керамики и металлокерамики
6.1. СВС керамики ТіС-ТіВ2 и твердого сплава ТІВ-ТІ
6.2. Режимы прессования
6.3. Тепловой режим СВС-компактирования
6.4. Физико-механические характеристики СВС-продуктов
6.5. Особенности СВС функционально-градиентных материалов
Глава 7. СВС-сварка разнородных и тугоплавких материалов
7.1. Электропроводность реакционной смеси
7.2. Рабочие параметры процесса СВС-сварки
7.3. Прочность сварного соединения
Глава 8. СВС керамической и металлокерамической пены
8.1. Анализ проблемы СВС пеноматериалов
8.2. СВС пенокерамики
8.3. СВС металлокерамической пены
8.4. Формирование пеноматериала в лабораторных условиях
8.5. Эксперименты на орбитальной космической станции МИР
Выводы
Литература
Принятые обозначения

ВВЕДЕНИЕ
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), открытый А.Г.Мержановым, И.П.Коровинской и В.М.Шкиро, широко используется для получения неорганических материалов. Важнейшими преимуществами СВС являются: простота аппаратурного оформления, практическое отсутствие затрат электроэнергии, высокая производительность, высокое качество целевого продукта, возможность получения материалов с уникальными свойствами. Успешная реализация СВС зависит от эффективности управления структурой продуктов СВС, определяющей физико-химические и эксплуатационные характеристики.
Многочисленные эксперименты по изучению закономерностей и механизма горения выполнены на образцах, спрессованных из смеси порошков металлов и неметаллов. Количественное сопоставление теоретических и экспериментальных результатов затруднено отсутствием данных о кинетике высокотемпературного превращения и параметрах тепло - и массопереноса. В значительной степени это обусловлено изменением величины поверхности реагирования (масштаба гетерогенности) в результате развивающихся в волне горения порошковой системы физико-химических процессов. В этой связи для изучения элементарных актов макрокинетики безгазового горения и механизма образования конечных продуктов в экспериментах удобно использовать модельные слоевые системы. Пластинчатая форма реагентов позволяет с достаточной точностью рассчитать теплофизические характеристики слоевого образца и обеспечить постоянство поверхности реагирования в течение всего процесса горения.
В реальных условиях горение гетерогенных конденсированных систем сопровождается выделением примесного газа, который оказывает влияние на закономерности горения и качество целевого продукта. Наряду с положительным влиянием, связанным с очисткой конечного продукта, процессы газовыдсления приводят к таким нежелательным явлениям, как подъем давления в реакторе, а также полное превращение, обусловленное разрыхлением реакционной массы. Знание режимов дегазации необходимо для оценки безопасной эксплуатации реакторов горения и отработки оптимальных условий получения качественных материалов.

Взаимодействие расплавленного титана со слоем сажи изучали в модельных экспериментах, схема которых представлена на рис. 2.5. Образец титана цилиндрической формы диаметром 3-5 и высотой 5-10 мм и сажу запрессовывали в керамический стаканчик из нитрида бора. С помощью ВЧ-поля титан нагревали в атмосфере аргона до температуры плавления. Время выдержки варьировали от 100 до и104 с. В опытах варьировали положение частицы титана: в первом случае образец титана находился внутри, а во втором - на поверхности слоя сажи.
2.5. СВС пеноматериалов
Закономерности СВС высокопористых продуктов изучали на системах П-С, Ть-С—В, И-С—№-Мо и №—А1-'П—С. В качестве газифицирующейся добавки использовали 10-водный тетраборнокислый натрий (ЫагЕЦОтхЮНгО). Из приготовленной смеси прессовали цилиндрические образцы диаметром 15, высотой 30 мм и относительной плотностью 0,4-0,8. Реакцию горения инициировали вольфрамовой спиралью, раскаленной электрическим током. Процесс горения записывали с помощью видеокамеры “Рапазошс”.
В экспериментах варьировали: состав реакционной смеси, содержание
газифицирующейся добавки (р), плотность исходного образца и угол наклона образца (у) относительно вертикальной оси. Увеличение объема конечного продукта (е= ДУ/У), а также содержание открытых и закрытых пор определяли методом гидростатического взвешивания. Микроструктуру пористого продукта горения исследовали методами металлографического анализа. Предел прочности при сжатии определяли на установке “1шйгоп-1195”.
Эксперименты проводили в самолете-лаборатории ИЛ-76К в Центре подготовки космонавтов имени Ю.А.Гагарина. Невесомость обеспечивалась в течение 30 секунд. Опыты проводили следующим образом. Из тщательно приготовленной смеси порошков, содержащей титан, сажу и газифицирующуюся добавку, прессовали цилиндрические образцы высотой 20 мм и диаметром 10-50 мм. Их устанавливали в кварцевые трубки длиной 500 мм, внутренний диаметр которых на 1-2 мм превышал диаметр соответствующих образцов (см. рис. 2.6а).