О ЗАВИСИМОСТИ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ СВС-СОСТАВОВ ОТ МИКРОСТРУКТУРЫ СРЕДЫ

А.С. Рогачев; С.Г. Вадченко; Н.А. Кочетов; С.А. Рогачев; Л.М. Умаров

Авторы

А.С. Рогачев Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН) 142432Россия, г.Черноголовка Московской обл., ул. Акад. Осипьяна, 8
С.Г. Вадченко Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН) 142432Россия, г.Черноголовка Московской обл., ул. Акад. Осипьяна, 8
Н.А. Кочетов Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН) 142432Россия, г.Черноголовка Московской обл., ул. Акад. Осипьяна, 8
С.А. Рогачев Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН) 142432Россия, г.Черноголовка Московской обл., ул. Акад. Осипьяна, 8
Л.М. Умаров Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН) 142432Россия, г.Черноголовка Московской обл., ул. Акад. Осипьяна, 8

Ключевые слова:

горение,, самораспространяющийся высокотемпературный синтез,, 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.

Библиографические ссылки

(1) Мержанов А.Г., Боровинская И.П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез тугоплавких неорганических соединений // Доклады АН СССР. 1972. Т. 204, № 2. С. 366-369.

(2) Merzhanov A.G. Self-propagating high-temperature synthesis: twenty years of 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 // Журнал физической химии. 1938. Т. 12, № 1. С. 100-105.

(4) Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.А., Махвиладзе Д.В., Либрович А.Б. Математическая теория горения. М.: Издательство 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. Discrete reaction waves: gasless combustion of solid powder mixtures // Progress in Energy and Combustion 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 С.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) Рогачев А.С. О микро гетерогенном механизме безгазового горения // Физика горения и взрыва. 2003. Т. 39, № 2. С. 38-47.