Юрий Владимирович Богатов – к.т.н., ст. науч. сотрудник лаборатории энергетического стимулирования физико-химических процессов
Россия, 142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
Yuri V. Bogatov – Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, Laboratory of Energy-Assisted Physicochemical Processes
8 Akademican Osip’yan Str., Chernogolovka, Moscow Region 142432, Russia
Владимир Андреевич Щербаков – д.ф.-м.н., зав. лабораторией энергетического стимулирования физико-химических процессов
Россия, 142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
Vladimir A. Shcherbakov – Dr. Sci. (Phys.-Math.), Head of the Laboratory of Energy-Assisted Physicochemical Processes
8 Akademican Osip’yan Str., Chernogolovka, Moscow Region 142432, Russia
В работе исследовано влияние механической активации (МА) порошков титана и бора в шаровой мельнице на процесс горения в композиции Ti + 2B. Получены экспериментальные зависимости температуры и скорости горения шихтовых образцов, спрессованных из исходных и активированных реагентов. Показано, что зависимости этих параметров от плотности прессованных образцов имеют ярко выраженный максимум. Установлено, что с ростом плотности шихтовых прессовок повышение температуры горения обусловлено увеличением площади контакта между частицами титана и бора (Ti–B), а ее снижение – с увеличением площади контакта между частицами титана (Ti–Ti). Установлено, что МА оказывает разнонаправленное действие на реагенты: она снижает удельную поверхность порошка Ti, уменьшая площадь контакта Ti–B, но одновременно разрушает аморфную структуру бора, диспергируя его агломераты, что увеличивает реакционную поверхность. Результирующим эффектом является повышение максимальной температуры горения до 2900 °C. Экспериментально обнаружено, что при уплотнении выше давления 30 МПа порошок бора после МА способен проявлять пластические свойства, что позволило консолидировать порошковые смеси Ti + 2B до плотности 0,7–0,8. Обнаружена корреляция между уровнем электрического сопротивления и температурой горения: максимальные значения температуры горения соответствовали уровню удельного электросопротивления шихтовых прессовок R ≈ 105,0 – 105,5 Ом·см, ниже которого температура горения снижалась, что связано с увеличением площади контактной поверхности между частицами титана.
The influence of mechanical activation (MA) of titanium and boron powders in a ball mill on the combustion behavior of Ti + 2B mixtures has been investigated. Experimental dependences of the combustion temperature and combustion-wave velocity on the density of compacts prepared from starting and mechanically activated powders were obtained. It was shown that the dependences of these parameters on the compact density exhibit pronounced maxima. With increasing density, the rise in combustion temperature is governed by the growth of the Ti–B reaction-interface area, whereas its subsequent decrease is associated with an increase in the Ti–Ti contact area. Mechanical activation exerts opposite effects on the reactants: it reduces the specific surface area of titanium powder, thereby decreasing the Ti–B contact area, but at the same time destroys the arch-like structure of amorphous boron and disperses its agglomerates, which increases the reaction-interface area. The overall result is an increase in the maximum combustion temperature to 2900 °C. It was experimentally established that, at compaction pressures above 30 MPa, mechanically activated boron exhibits limited plasticity, enabling consolidation of Ti + 2B mixtures to relative densities of 0.7–0.8. A correlation was found between electrical resistivity and combustion temperature: the highest combustion temperatures correspond to a resistivity range of R ≈ 105.0 – 105.5 Ω·cm, while a further decrease in resistivity – related to the growth of the Ti–Ti contact area – leads to a reduction in the combustion temperature.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.