К теории теплового взрыва в тонкопленочной композиции

Аннотация

Исследована задача теплового взрыва тонкопленочных композиций, состоящих из чередующихся слоев двух реагентов. Плотности исходной смеси и продукта полагались равными. Предполагалось, что концентрации исходных реагентов в тонком слое продукта распределены линейным образом. Образование продукта реакции рассматривалось в диффузионном приближении с учетом конечных скоростей реакции на межфазных границах. Температурные градиенты по объему вещества не учитывались, так как предполагалось, что характерное время тепловой релаксации меньше характерного времени нагрева. Задача решалась численно методом Эйлера с переменным шагом по времени. Рассматривались два способа нагрева тонкопленочной композиции: в печи с постоянной температурой и внешним источником энергии постоянной плотности. Получены аналитические оценки, определяющие процессы воспламенения в диффузионном режиме и в режиме, лимитируемом граничной кинетикой. Проведены численные расчеты термограмм теплового взрыва в слоевой композиции в зависимости от толщины элементарного слоя. Построены зависимости критического числа Семенова (нагрев в печи) и температуры воспламенения (линейный нагрев) от толщины слоя, демонстрирующие смену режимов химического взаимодействия в тонкопленочной композиции. Показано, что аналитические зависимости хорошо соответствуют численным расчетам в предельных случаях химического взаимодействия. Выявлено, что тонкие слои реагентов способствуют увеличению области взрывных режимов химического превращения и смягчению условий синтеза. По экспериментальным данным в координатах «толщина элементарного слоя – температура воспламенения слоевой композиции» для случая нагрева внешним источником постоянной плотности предложен метод оценки параметров диффузионной и граничной кинетики: энергии активации и предэкспоненциального множителя.