Production of metal-ceramic SHS-composites based on mechanochemically treated systems
Keywords:
мechanochemical treatment, SHS composites quartz, сalcite, wollastonite, aluminumAbstract
A review of the results of studies on the preliminary mechanochemical treatment (MCT) of powders of quartz, calcite, wollastonite, and aluminum in a centrifugal-planetary mill using different modifiers as surfactants to increase the dispersion and reactivity of minerals and aluminum in SHS-processes upon receipt metal-ceramic products. The particles modified at MCT are composite formations and contain elements of modifying additives in the surface layer, which provide them with high activity and are an additional component that takes an active part in the subsequent SHS process. MCT powders of initial reagents in the presence of modifiers lead to a decrease in the induction period of ignition of the system, a change in the thermokinetic characteristics of combustion, and an increase in the maximum temperature of combustion. For systems with a mechanically activated mixture based on aluminum, there is a complete conversion of the reagents used and the formation of a structure with different strengths depending on the modifier used. The change in the strength characteristics of the synthesized SHS composites from the MCT modes of the initial charge components correlates with the formation of wollastonite, anorthite, gelenite, aluminum nitride, and silicon carbide in the synthesis products.
References
(1). Мержанов А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез // Физическая химия: Современные проблемы / Под ред. Я.М. Колотыркина. М.: Химия. 5-44 (1983).
(2). Абовян Л.С., Нерсисян Г.Н., Харатян С.Л. Активированное горение системы SiO2-Al-C и синтез композиционных порошков SiC/Al2O3 // Физика горения и взрыва. 36 (2) 51-55 (2000).
(3). Reedy B.S.B., Rаjаsеkhаr K., Vеnu M., Dilip J.J.S., Siddhаrthа Dаs, Kаrаbi Dаs. Mechanical activation-assited sоlid-statе combustion synthеsis оf in-situ aluminum mаtriх hybrid (Аl3Ni/Аl2О3) nanocomposites // J. Alloys Compd. 465 (1) 97-105 (2008). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.10.098
(4). Grаs С., Сhаrlоt Е., Gаff еt Е., Bеrnаrd F., Niеpсе J.С. In situ synchrotron characterization оf mechanically activated sеlf-propagating high-temperature synthеsis applied in Mо-Si system // Асtа Mаtеr. 47 (7) 2113-2123 (1999). https://doi.org/10.1016/S1359-6454(99)00084-1
(5). Maglia F., Аnsеlmi-Tаmburini U., Dеiddа С. еt. аl. Rоlе оf mechanical activation in SHS synthеsis оf TiС // J. Mаtеr. Sсi. 39 (1) 5227- 5230. (2004). https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000039215.28545.2f
(6). Ketegenov T.A., Urakaev F.Kh. Combustion of Mechanically Activated Quartz– Aluminum Mixtures // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 19 (2) 133-140 (2010). https://doi.org/10.3103/S1061386210020093
(7). Ляхов Н.З., Талако Т.Л., Григорьева Т.Ф. Влияние механоактивации на структурообразование при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе. Новосибирск: Паралель. 167-168 (2008).
(8). Мержанова А.Г. Концепция развития горения и взрыва как области научно-технического прогресса. Черноголовка: Территория. 78-93 (2001).
(9). Heinicke G. Tribochemistry. Berlin: Аkаd. Verlag. 495-496 (1984).
(10). Avvakumov E., Senna M., Kosova N. Soft Mechanochemical Synthesis: A Basics for New Chemical Technologies. Boston; Dordrecht; London: Kluwer Acad. Publ. 201-202 (2001).
(11). Дерягин Б.В., Кротова Н.А., Смилга В.П. Адгезия твердых тел. Москва. Наука. 280-281 (1973).
(12). Ahagon A., Gent A.N. Eff ect of interfacial bonding on the strength of adhesion // J. Polym. Sci. Polym. Phys. 19 (10) 1619-1633 (1981). https://doi.org/10.1002/pol.1981.180191011
(13). Барамбойм Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений. Москва: Химия. 384-385 (1978).
(14). Полухин Л.М. Хрусталев Ю.А. Электрические явления при механическом воздействии на смеси полимеров // Журнал физической химии. 67 (47) 795-797 (1993).
(15). Mansurov Z.A., Mofa N.N., Sadykov B.S., Sabaev Zh.Zh. SHS Production of Heat-Shield Materials from Minerals and Residual Products: Influence of Preliminary Mechanochemical Treatment and Modifying Agents // International Journal of Self-Propagating High- Temperature Synthesis. 25(3) 166-172 (2016). https://doi.org/10.3103/S1061386216030080
(16). Мансуров З.А., Мофа Н.Н. Механохимический синтез композиционных материалов. Алматы: Қазақ университеті. 376-377 (2016).
(17). Mofa N.N., Ketegenov T.A., Mansurov Z.A., Soh D.W. Nanocomposite magnetic powder materials using mechano-chemical synthesis // Transactions on Electronic materials. 5 (1) 24-33 (2004). https://doi.org/10.4313/TEEM.2004.5.1.029
(18). Мансуров З.А., Мофа Н.Н. Механохимическая и ультразвуковая обработка минерального сырья-способ управления процессом технологического горения и получения СВС-композитов различного назначения // Коллективная монография. СВС-композиционные материалы. Алматы: «Қазақ университетi». 221-263 (2015).
(19). Садыков Б.С. Механохимический синтез энергоемких порошков на основе алюминия: дис. докт. философии. (PhD): 6D073400. Алматы. 120-121 (2017).
(20). Kozlov G., Zaikov G. Fractal and local order in polymeric materials. New York: Nova Science publishers. 55-63 (2001).
(21). Mansurov ZА., Моfa N.N., Shabanova Т.А., Sadykov B.S. Mechanochemical Treatment. Features of the Structure. Properties. and Reactivity of SHS Systems Based on Natural Materials. Part 2. Mechanochemical Synthesis of Finely Dispersed Nanostructured Wollastonite- Based Systems // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 87 (3) 691-698 (2014). https://doi.org/10.1007/s10891-014-1061-x
(22). Phillips D.C. Fiber Reinforced Ceramics // Handbook of Composites / еd. by A. Kelly and S.T. Mileiko; Elsevier. New York. 373-426 (1983).
(23). Стрелецкий А.H., Колбанев КВ., Трошин К.Я., Борисов А.А., Леонов А.В., Мудрецов С.Н., Артемов В.В., Долгобородов А.Ю. Структура и реакционная способность механоактивтрованных нанокомпозитов Mg(Al) MoO3 // Химическая физика. 35 (7), 79-91 (2016). https://doi.org/10.7868/S0207401X16070116
(24). Patent 7524. 355 B2. Nano-composite energetic powders prepared by arrested reactive milling: US / Dreizin E.L.. Schoenitz M. Publ. 28.04.09.
(25). Долгобородов А.Ю., Стрелецкий А.H., Махов М.Н., Колбанев КВ., Фортов В.Е. Взрывчатые составы на основе механо- активированных смесей металл-окисел // Химическая физика. 26 (12), 40-45 (2007).
(26). Мoфa Н.Н., Caдыкoв Б.C., Бaккaрa A.E., Мaнcурoв З.A. Ocoбeннocти гoрeния энeргeтичecкиx кoндeнcирoвaнныx cиcтeм c мexaнoaктивирoвaнными мeтaллизирoвaнными кoмпoзитaми // 7-я Мeждунaрoднaя кoнфeрeнция SPACE «Кocмичecкий вызoв XXI вeкa». Ceвacтoпoль. 61-63 (2015).
(27). Dе Luса L.T., Gаlfеtti L., Соlоmbо G., Mаggi F., Bаndеrа А., Bаbuk V.А., Sinditskii V.P. Microstructure eff ects in aluminized sоlid rосkеt propellants // J. Propuls. Pоwеr. 26 (4) 724-733 (2015). https://doi.org/10.2514/1.45262
(28). Авакумова Е.Г. Фундаментальные основы механической активации. механосинтеза и механохимических технологий. Новосибирск: Наука. 342 (2009).
(29). М.И. Лернер, Е.А. Глазкова, А.Б. Ворожцов, Н.Г. Родкевич, С.А. Волков, А.Н. Иванов Пассивация нанаоразмерного порошка алюминия для применения в высокоэнергетических материалах // Химическая физика. 1(1) 46-51 (2015). https://doi.org/10.7868/S0207401X15010070
(30). Магунов А.Н. Измерение температуры в зоне твердопламенного горения порошковыз смесей методом спектральной пирометрии // Вестник Казанского технологического университета. 16 (4) 112-114 (2013).
(31). Ф.Х. Уракаев, В.С. Шевченко, Ю.П. Савинцев. Изучение абразивно-реакционного взаимодействия минералов с материалом млеющих тел при их мханохимической обработке // Химия в интересах устойчивого развития. 1 (13) 455-459 (2005).
(32). Mansurov Z.A., Mofa N.N., Sadykov B.S., Antonyuk V.I. Mechanochemical treatment. structure. properties. and reactivity of SHS systems based on natural materials: 3. Infl uence of mechanochemical treatment and modifi cation on technological combustion // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 87 (5) 1094-1102 (2014). https://doi.org/10.1007/s10891-014-1111-4
(33). Нассар И. Темплатный синтез и фотофизические свойства нанокомпозитов на основе CdS: дис. канд. хим. наук: Казан. гос. ун-т. – Казань, 129 (2011).
