О ЗАВИСИМОСТИ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ СВС-СОСТАВОВ ОТ МИКРОСТРУКТУРЫ СРЕДЫ

  • А. С. Рогачев Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН)
Ключевые слова: Горение, самораспространяющийся высокотемпературный синтез, СВС, размер частиц, механоактивация

Аннотация

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), основанный на использовании процессов горения для производства различных порошков, материалов и изделий, является перспективной технологией, которая находит все более широкое применение в промышленности. Большой вклад в развитие СВС внесли работы Института Проблем Горения, его директора-основателя профессора Г.И.Ксандопуло, и Генерального директора Института профессора З.А.Мансурова. Одной из важнейших характеристик процесса СВС является линейная скорость распространения горения. Она во многом определяет производительность синтеза; определенные величины скорости важны как для получения равномерных условий синтеза материалов, так и для перспективных пиротехнических приложений данных составов. Классическая теория горения однозначно связывает линейную скорость волны горения со скоростью химического тепловыделения в волне. Чаще всего предполагается, что в гетерогенных СВС-системах скорость реакции обратно пропорциональна размеру частиц. Однако экспериментальные результаты разных исследователей показывают, что при схожих размерах частиц реагентов величины скорости горения могут различаться в несколько раз. Это указывает на существование скрытых параметров, которые не учитываются в традиционных, квазигомогенных, моделях. Проведенные в данной работе экспериментальные исследования зависимостей скорости горения СВС-составов от размера частиц и механического активирования показали, что скорость горения может возрастать с увеличением размера частиц, причем этот эффект наблюдается как для безгазовых, так и для гибридных систем. Горение составов с узкими фракциями порошка происходит с более высокими скоростями, по сравнению с аналогичными составами, в которых исходные реагенты полидисперсные. Таким образом, лимитирующей стадией при распространении горения является не скорость химической реакции, а скорость теплопередачи между частицами смеси. Показано, что комбинация кратковременного механического активирования и холодной прокатки позволяет получать СВС-составы Ti-B с увеличенной на 50% скоростью горения. Полученные результаты могут найти применение в разработке безгазовых энергоемких составов с заданной скоростью горения и для оптимизации режимов синтеза материалов.

Литература

1. Мержанов А.Г., Боровинская И.П. Самораспространяющийся высоко-температурный синтез тугоплавких неорганических соединений // Доклады АН СССР. – 1972. - т.204, №2. - С.366-369.
2. Merzhanov A.G. Self-propagating high-temperature synthesis: twenty year sof research and findings. - In: Combustion and plasmasynthesis of high-temperature materials, VCH Publishers Inc., New York, 1990, p.1-53.
3. Зельдович Я.Б., Франк-Каменецкий Д.А., Теория теплового распространения пламени // ЖФХ. –1938 - 12(1) –С. 100-105.
4. Зельдович Я.Б. Баренблатт Г.А., Махвиладзе Д.В., Либрович А.Б. Математическая теория горения, М., Изд-во АН СССР, 1980, 620 С.
5. Алдушин А.П., Хайкин Б.И., Шкадинский К.Г. Влияние неоднородности внутренней структуры среды на горение конденсированных смесей реагентов, взаимодействующих через слой продукта //Физика горения и взрыва. – 1976. - т.12, № 6. - С.819-827.
6. Mukasyan A.S., Rogachev A.S. Discretereactionwaves:gas less combustion of solidpowder mixtures //Progressin EnergyandCombustion Science. – 2008. -v.34 (3) -p.377-416
7. Корчагин М.А., Ляхов Н.З. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез в механически активированных составах // Химическая Физика. 2008. Т.27, №1.С.73-78.
8. Мансуров З.А., Мофа Н.Н., Садыков Б.С., Сабаев Ж.Ж., Баккара А.Е. Механохимическая обработка, особенности структуры, свойств и реакционная способность СВС-систем на основе природных материалов. Получение СВС-керамики на основе механоактивированных материалов // Инженерно-физический журнал. - 2016. - Т. 89. № 1. - С.221-228.
9. Кочетов Н. А., Вадченко C. Г. Влияние времени механической активации смеси Ti + 2B на горение цилиндрических и ленточных образцов // Физика горения и взрыва. – 2015 - т. 51, №4 – С. 77-81.
10. РогачевА.С. О микро гетерогенном механизме без газового горения //Физика горения и взрыва. – 2003 - т.39, №2 -С.38-47.
Опубликован
2018-01-12
Раздел
Статьи