Горение СВС-составов в условиях квазистатического сжатия

• Автор: Баринов, Валерий Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Историческая справка

1.2. Основные представления о процессе СВС . . . .

1.3. Термодинамический анализ СВС

1.4. Теоретический анализ СВС . . . . . .

1.5. Основные методы изучения закономерностей

распространения фронта СВС . . . . .

1.6. Эффект капиллярного растекания

1.7. Влияние параметров СВС-систем на характеристики гетерогенного горения . . . . . . .
1.8. Влияние давления сжатия на закономерности горения СВС-систем
1.9. Гетерогенное горение . . . . . . .
1.10. ЭДС горения
1.11. Практическое применение СВС
1.12. Цели и задачи исследования
Глава 2. Экспериментальная установка и методики исследований
2.1. Характеристики реагентов и приготовление образцов .
2.2. Обоснование выбора систем для исследования . .
2.3. Лабораторная установка для исследования закономерностей горения гетерогенных систем
2.3.1. Измерение электрического сопротивления образца и определение скорости горения
2.3.2. Измерение ЭДС и определение скорости горения . .
2.3.3. Измерение температуры горения ГКС
2.3.4. Измерение интенсивности излучения из зоны реагирования
2.4. Анализ конечных продуктов

Глава 3. Возникновение ЭДС при горении смеси Ть-С(сажа) в условиях
квазистатического сжатия
Глава 4. Горение гетерогенных смесей Т1-хС(алмаз) и Т1-хС(сажа) в условиях квазистатического сжатия
4.1. Морфология продуктов горения смесей Т1-С(сажа) и Т1-С(алмаз)
4.1.2. Сопоставительный анализ параметров горения:
деформация и ЭДС
4.2. Влияние квазистатического сжатия на параметры
горения гетерогенных смесей П-хС(алмаз) и Т1-хС(сажа)
4.3.1. Влияние состава гетерогенных смесей Т 1-С (алмаз) и Т1-С(сажа)
на параметры горения . . . . . . . .
4.3.2. Зависимость скорости горения гетерогенной смеси П-хС от содержания углерода
Глава 5. Закономерности горения смеси гп-в в условиях квазистатического сжатия
Выводы
Литература . . .
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Горение гетерогенных систем широко используется для получения тугоплавких соединений: оксидов, карбидов, боридов, нитридов, силицидов, гидридов, интерметаллидов и др. На основе этого процесса разработаны эффективные способы получения керамических, металлокерамических и композиционных материалов, получившие название СВС-компактирование и СВС-экструзия. В их основе лежит экзотермическое взаимодействие исходных реагентов, которое используется для синтеза целевого продукта и подготовки его для высокотемпературного деформирования (уплотнения) под действием механической нагрузки.
Давление сжатия оказывает влияние на процесс горения, увеличивая поверхность контактов между частицами разнородных реагентов, что может существенным образом изменить параметры тепло- и массопереноса, определяющие механизм экзотермического взаимодействия компонентов гетерогенной смеси. Изучение влияния давления на механизм тепло- и массопереноса и закономерности горения гетерогенных систем является важной задачей общей теории горения. Данное исследование позволит выявить влияние теплопроводности гетерогенной смеси на режимы теплового гомогенного или гетерогенного горения при условии сохранения химического и дисперсного состава гетерогенной смеси; выявить возможность реализации квазигомогенного режима горения; изучить влияние давления квазистатического сжатия на закономерности горения смесей титан-сажа, титан-алмаз и цинк-сера.
К настоящему времени изучено влияние давления на плотность и физикомеханические характеристики керамических и композиционных материалов, полученных СВС-компактированием. Однако закономерности горения

физической модели явления, проведенных оценок и сопоставления с экспериментом показано, что возникновение ЭДС обусловлено переносом образующихся в зоне реакции заряженных частиц фильтрующимся в порах газом.
В предположении, что носители заряда образуются за счет эмиссии, получена формула для оценки ЭДС, вызванной фильтрацией:
е = суНР,
где с = 0,676-10"1 (Па'’-В-с-м2),
V - скорость фильтрации,
Р - давление газа,
Н - радиус образца.
Для параметров V = 10'2 10'1 м/с, Р = 105 Па, Н = 10'2 м, величина ЭДС достигает 0,7+7 В. Измерение показало резкое снижение ЭДС волне горения при вакуумировании реакционной смеси и уменьшении толщины образца, что качественно соответствует приведенной формуле.
С помощью зондов Лэнгмюра, широко освоенных в исследованиях плазмы газовых пламен [99], возможно исследовать газовую фазу волны СВС отдельно от конденсированных фаз. Для СВС процессов данная методика впервые апробирована в [100]. На расстоянии 2-3 мм от поверхности образца размещались тонкие металлические зонды, между зондами и образцом прикладывалась разность потенциалов 200-300 В от внешнего источника. На системах П-С, Мо-81 и др. показано, что распространение волны СВС сопровождается явлением ионизации газовой фазы. Ионизацию регистрировали по повышению электропроводности газа и прохождению тока между образцом и зондом. Высокое значение плотности тока (до 10 А/см ) свидетельствует о большой концентрации свободных носителей заряда (ионов, электронов) в плазме СВС, что трудно объяснить с позиции тепловой природы ионизации. Измерения, выполненные на системе Со-Б с использованием зондов, размещенных внутри узкого цилиндрического канала в образце, подтверждают наличие сверхравновесной концентрации носителей заряда в плазме