Закономерности процессов получения нитридов и оксинитридов элементов III - IV групп сжиганием порошков металлов в воздухе

• Автор: Громов, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.17.11, 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 365 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Технологии получения нитридов и оксинитридов алюминия, бора, циркония и пиана, их физикохимические свойства и применение в керамике

1. Процессы фазо и структурообразования при горении промышленных порошков металлов

в воздухе

I. I. I. Оксидные пленки на частицах металлов

1.1.2. Азотсодержащие продукты неизотермического нагрева промышленных порошков алюминия в воздухе.

1.1.3. Корреляция размеров частиц алюминия и температуры их воспламенения

1.1.4. Продукты горения частиц алюминия и бора в воздухе.

1.2. Горение нанопорошков алюминия в окислительных средах

1.3. Физическая модель горения металлической частицы.

1.4. Образование нитридов металлов в присутствии кислорода воздуха.

1.5. Сравнительные характеристики молекул азота и кислорода
. Физикохимические свойства и способы получения нитридов и оксинитридов металлов.
1.6.1. Физикохимические свойства нитридов алюминия, титана и циркония.
1.6.2. Оксинитриды титана и циркония.
1.6.3. Алюмонитридная керамика.
1.6.4. Физикохимические основы получения нитридов.
1.6.5. Керамика на основе нитридов бора, тигана и циркония.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Глава 2. Физикохимические характеристики реагентов синтеза нитридов н оксинитридов сжиганием порошков металлов и методология рабо м.
2.1. Нанопорошки металлов реагенты синтеза нитридов сжиганием
2.1.1. Закономерности формирования оксидных пленок на наночастицах алюминия при их первичном окислении
2.1.1.1. Активность нанопорошков алюминия в реакциях с воздухом и азотом при линейном нагреве.
2.1.1.2. Образование тугоплавких исоксидных покрытий на частицах нанопорошков алюминия и процессы старения порошков
2.2. Особенности состава, структуры и свойств нанопорошков металлов.
2.2.1. Методики аттестации порошков.
2.2.2. Физикохимические характеристики наноиорошков металлов.
2.2.3. Реакционная способность нанопорошка алюминия при окислении воздухом
2.2.3.1. Состав оксидного слоя наночастиц алюминия
2.2.3.2. Термодинамическое состояние нанопорошка алюминия.
2.3. Использование промышленных порошков металлов .для синтеза нитридов и оксинитридов
при горении в воздухе.
2.4 Кинетические закономерности окисления наноиорошков и промышленных порошков алюминия в воздухе.
2.5. Методика сжиганий порошков металлов, бора и их смсссй в воздухе с образованием нитридов и оксинитридов
Глава 3. Закономерности нитридообразовання при горении нанопорошка алюминия в воздухе. Влияние параметров горения на фазовый, химический состав продуктов сгорания и их морфологию
3.1. Влияние массы объема образцов нанопорошка алюминия на выход нитридов при горении в воздухе
3.2. Регулирование пористости образцов нанопорошка алюминия и ее корреляция с содержанием нитрила алюминия в конечных продуктах горения
3.3. Температурновременные характеристики процесса горения и состав продуктов сгорания нанопорошка алюминия при различных давлениях воздуха и степени агломерированное
порошков.
3 4. Фазообразован ие при горении нанопорошка алюминия при различных соотношениях азогкислород.
3.5. Горение гидрида алюминия в воздухе и фазовоморфологические характеристики продуктов горения
Глава 4. Влияние добавок па нитридообразование при горении в воздухе нанопорошка алюминия.
4.1. Нитридообразование при горении нанопорошка алюминия в присутствии добавок нанопорошков металлов и неметаллов.
4.2. Регулирование выхода I при совместном горении нанопорошка алюминия и бора в воздухе
4.3. Горение нанопорошков алюминия в смесях с промышленными порошками АСД в воздухе и синтез 1.
4.5. Влияние добавки фторида лития на нитридообразование при горении нанопорошка алюминия.
Глава 5. Горение промышленных порошков металлов в воздухе и получение нитридов алюминии, титана, цирконии и оксипитрида алюминия
5.1. Процессы нитридообразования при горении промышленных порошков алюминия, титана н циркония.
5.2. Горение смесей промышленный порошок алюминиянанонорошок оксида алюминия и синтез оксипитрида алюминия
5.3. Горение нанопорошка вольфрама в воздухе и возможности синтеза азотсодержащих фаз .
Глава 6. Физикохимическое моделирование нигридообразопаиия при горении порошков металлов IIIIV групп в воздухе
6.1. Причины стадийности горения порошков металлов в воздухе.
6.2. Кинетические и термодинамические факторы в нитрндообразовании при горении
порошков алюминия в воздухе
6 3. Структура волны горения порошков металлов в воздухе.
Глава 7. Новые технологии с использованием наиопорошков металлов н процессов синтеза нитридов сжиганием в воздухе.
7.1. Получение оксиднонитридных керамических материалов.
7.2 Новая технология химического связывания азота воздуха
7.3. Горение тепловыделяющих энергетических смесей МеМеОувоздух.
7.4. Процессы эволюции горных пород и атмосферы Земли с учетом нитридообразования
7.5. Перспективы применения порошкообразных металлов в водородной энергетике и в качестве энергоаккумулируюших источников и проблемы безопасности использования нанопорошков и аэрозолсйазрогслсй металлов в технологиях.2.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Среди субоксидов преобладает ВО, за ним в порядке уменьшения содержания следуют оксиды В2 и В2 . Среди конденсированных продуктов горения можно выделить В3 и недогоревший бор, наличие которого, вероятно, объясняется его тугоплавкостью температура плавления С и легкоплавкостью его оксида, блокирующего горение. Модель распространения фронта пламени в боровоздушпой смеси , соответствующая рештьным пламенам с удовлетворительной степенью точности, также включает газофазное горение бора с образованием промежуточных спектрально зарегистрированных субоксидов бора ВО и В2. В работе предполагается участие субоксидов бора в карботермическом синтезе ВМ, хотя авторы работы считают, что процесс нитридообразован и я протекает в твердой фазе. При горении порошкообразного бора в составе твердых топлив в продуктах горения обнаруживаются кроме недогоревшею бора, оксида бора и борных кислот, нитриды и карбиды бора в небольших количествах . В работе исследовано горение порошка бора методом бомбовой калориметрии в воздухе. Для независимого определения источника азота, образцы сравнения предварительно были покрыты перхлоратом калия и аммония и сожжены в азоте, кислороде и воздухе. Формирование нитридов при горении бора без перхлората калия и аммония происходило с одинаковым выходом, как в азоте, так и в воздухе. Причем с увеличением давления воздуха, степень азотирования повышалась. К настоящему времени опубликовано много работ, подтверждающих увеличение скорости горения топлив и смесей , содержащих А1 . Расчетные скорости горения топлив и микрокиносъемка показали, что наночастицы А1 полностью окисляются на границе твердое телогаз, т. А1 не видно в факеле. Расчетное время горения частиц, составляющее наносекунд, предполагает возможность использования НИ А1 как добавок для увеличения энергетики даже таких быстрых процессов как детонация . В загущенных полиметилметакрилатом водных гелях НП А1 воспламеняются с выделением водорода, что дает возможность использовать такие гели как возможное монотопливо . Установлено также образование устойчивых гелей НП А1 в керосине . Горение гелей НП А1 позволяет избежать проблем, связанных с горением микронного А1 агломерации и неполною сгорания 3. Для смесей НП А1 рис. А1 со среднеповерхностным размером 5 мкм и перхлората аммония . Моделирование горения нанопорошков алюминии в окислительных средах. Большинство исследователей полагают, что время горения частиц А1 пропорционально квадрату диаметра тс2 и частицы окисляются кислородом 3. Рисунок 1. Скорость горения частицы НП Л1 диаметром 0 нм составляет наносекунд . Эти расчеты подтверждают предположение, что наноразмерный А1 может быть добавкой в ВБ частицы А1 диаметром 0 нм с площадью удельной поверхности приблизительно в 5 раз больше, чем у 5микронного Л1, могут увеличивать скорость детонации . Горение гидрогелей, содержащих нанопорошки алюминия. Микронные алюминиевые порошки имеют низкую активность в реакциях с жидкой водой и для достижения полной реакции А1 с потоком воды требуются температуры до С. С другой стороны, НП А1 чрезвычайно активен в воде он полностью окисляется за секунды в объеме жидкости при С, при этом температура воды повышается до 0С. По данным , при С начинается саморазогрев частиц и быстрая реакция с водой с образованием водорода. Твердые продукты содержат гидроксид алюминия, АЮОН и оксиды алюминия . Изза высокой энтальпии сгорания А1 в воде 1. А1 3 Н Л 3 Н2 7, кДжг 1. К сожалению, существуют кинетические ограничения, препятствующие полноценному использованию этой реакции для частиц А1 микронного размера. Максимальная температура горения А1 в воде по расчетам составляет К. Перегретый водород, выделяющийся при гидролизе А1 водой, может служить экологически чистым топливом в двигателях. В последнее время значительное число работ посвящено попыткам использовать А1 как добавку к углеводородным топливам, таким как керосин, но агломерация А1 в горящих каплях приводит к низкой эффективности горения . Таким образом, НИ А1 являются эффективными компонентами топлив и ВВ для увеличения их скорости горения и энергии детонации .