Компьютерное моделирование процессов динамического уплотнения химически реагирующих порошковых материалов Ti-C и Zr-B

• Автор: Кобраль, Иван Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 153 с. : ил.

1. Исследования в области синтеза материалов методами порошковой металлургии
1Л. Методы получения материалов
1.2. Моделирование физико-химических процессов
1.3. Суспензии
1.4. Выводы по главе
2. Физико-математическая модель
2.1. Модель реагирующей порошковой среды
2.2. Моделирование процессов ударного сжатия порошковой смеси
2.3. Модель суспензии
3. Методика компьютерного моделирования
3.1. Компьютерное моделирование
3.2. Алгоритм расчета
4. Вычислительный эксперимент
4.1. Оценка достоверности результатов компьютерного моделирования
4.1.1. Проверка достоверности решения краевой задачи теплопереноса
4.1.2. Решение модельной задачи синтеза карбида титана в режиме СВС
4.1.3. Решение модельной задачи синтеза борида циркония в режиме СВС
4.1.4. Оценка сходимости схемы вычислительного эксперимента
4.1.5. Сравнение результатов вычислительных экспериментов с экспериментальными данными для ударного синтеза П-С

4.2. Исследование влияния амплитуды ударного импульса и
пористости на смену режима уплотнения в порошковой смеси ТьС
4.3. Исследование влияния концентрационной неоднородности на
характер уплотнения порошковой смеси ТьС
4.4. Исследование влияния начального размера частиц на характер
уплотнения порошковой смеси Т[-С
4.5. Исследование режимов уплотнения экзотермически 127 реагирующей порошковой смеси Zr-B
4.6. Выводы
Заключение
Литература

Методы порошковой металлургии являются перспективными методами получения новых конструкционных и функциональных материалов. Карбиды и бориды переходных металлов, получаемые в результате прямого синтеза из порошков исходных веществ, являются основой высокотемпературных композиционных материалов конструкционного и инструментального назначения; они перспективны для изготовления различных деталей, работающих в экстремальных условиях. Разработка методов исследования закономерностей деформирования реагирующих порошковых материалов при динамическом нагружении, обеспечивающих изучение механического поведения подобных материалов, испытывающих фазовые, структурные и химические превращения, имеет практическую значимость для развития современных технологий получения материалов и покрытий.
Исследования процессов синтеза химических соединений в дисперсных системах проводились различными группами ученых и связаны с именами В.И. Итина [1,2], Ю.С. Найбороденко [1,2], А.Г. Мержанова [3-9], И.П. Боро-винской [5-9], А.П. Алдушина [10,11], Б.И. Хайкина [11], Ю.М. Максимова [12], М.А. Корчагина [13-15] и др. Твердофазный режим горения, когда достигаемая при синтезе температура ниже температуры плавления всех компонентов смеси, позволяет сохранить структуру материала, заданную на стадии формирования исходного порошкового компакта, а также сохранить свойства отдельных элементов смеси [15] и может быть реализован только после интенсивной предварительной механической активации реакционных смесей [13].
В порошковых системах взаимодействие химически реагирующих компонентов осуществляется в режиме послойного горения, когда реакция распространяется вдоль образца, или в режиме объемного теплового взрыва, когда взаимодействие протекает одновременно во всем объеме порошкового тела [1].

ханического воздействия. Реальная структура может быть определена экспериментально из анализа порошковых компактов.
В используемой физической модели [54-67] реальное порошковое тело представляется модельной макроскопически неоднородной физикохимической системой компонентов с детерминированными структурными параметрами, физическими и химическими характеристиками. Предполагается, что модельная порошковая смесь обладает периодической структурой концентрационной неоднородности. Смесь неоднородна по объему некоторой ячейки периодичности, с размерами axaxb, имеет заданную в среднем концентрацию компонентов [54-67] (рисунок 2.1).
Если заданная доля одной из компонент смеси сконцентрирована у передней кромки аха реакционной ячейки, в ее части размером d0, определяемым характерным размером агломератов частиц, то параметр Ь/а служит характеристикой моделируемой структуры концентрационной неоднородности смеси. Макрокинетическая структура концентрационной неоднородности задается распределением концентраций компонентов порошковой смеси и удельного объема пор в пределах реакционной ячейки. Порошковая смесь моделируется совокупностью сферических частиц одного размера. Материал частиц одного сорта считается однородным и изотропным с заданными физическими свойствами. Структура исходной шихты характеризуется формой и размерами частиц и их агрегатов, их расположением, концентрацией компонентов и пористостью. Порошковое тело представляется совокупностью реакционных ячеек.
Ударное нагружение порошкового компакта представляется макроскопическим плоским импульсом, распространяющимся вглубь реагирующего слоя с заданной амплитудой и длительностью. Это направление является главным направлением изменения структуры реагирующей шихты. Для анализа процессов синтеза в порошковых материалах рассматривается изменение состояния реагирующей смеси в главном направлении. Моделирование физико-химических процессов ударного синтеза включает в себя моделиро-