ДИНАМИКА ФАЗООБРАЗОВАНИЯ ПРИ СИНТЕЗЕ ДИБОРИДА МАГНИЯ ИЗ ЭЛЕМЕНТОВ В РЕЖИМЕ ТЕПЛОВОГО ВЗРЫВА
Аннотация
Методом времяразрешающей дифракции (TRXRD) изучено влияние скорости нагрева смеси Mg + 2B на динамику фазообразования при тепловом взрыве в среде гелия. Показано, что фаза MgB2 появляется без формирования промежуточных соединений. Существенным фактором, влияющим на кинетику образования MgB2, является наличие примесного кислорода. При скорости нагрева шихтовой смеси 150–200 °С/мин оксидная пленка на поверхности частиц магния не успевает сформироваться, в результате чего реакция Mg + 2B = MgB2 протекает по механизму реакционной диффузии сразу после расплавления магния. Продукты синтеза состоят преимущественно из MgB2 и следов MgO на уровне 5 %. Температура теплового взрыва составляет 1100 °С. При скорости нагрева 30–50 °С/мин на поверхности магния вырастает сравнительно толстая оксидная пленка, которая тормозит растекание расплава и сдвигает на 8–9 с начало реакции образования MgB2. Продукты синтеза содержат MgB2 и до 15 % MgO. Температура теплового взрыва в этом случае составляет 1020 °С.
Ключевые слова
Об авторах
А. Ю. Потанин
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва; Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, Черноголовка, Московская обл.
Россия
Россия
Кандиат технических наук, младший научный сотрудник НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН.
119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4. E-mail: a.potanin@inbox.ruЕ. А. Левашов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва; Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, Черноголовка, Московская обл.
Россия
Россия
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий МИСиС, директор НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН
Д. Ю. Ковалев
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, Черноголовка, Московская обл.
Россия
Россия
Кандиат технических наук, зав. лабораторией рентгеноструктурных исследований ИСМАН.
142432, Россия, Московская обл., Ногинский район, г. Черноголовка, ул. АкадемикаОсипьяна, 8Список литературы
1. Гусева Л. Высокотемпературные сверхпроводники. Перспективы использования в СВЧ-компонентах // Электроника НТБ. 1999. No. 2. С. 21—30.
2. Светиков Ю. Современные тенденции развития кабельного производства // Компоненты и технологии. 2007. No. 73. С. 137—142.
3. Тинкхам М. Введение в сверхпроводимость / Пер. с англ. М.: Атомиздат, 1980.
4. Головашкин А.И. Высокотемпературные сверхпроводящие керамики // Успехи физ. наук. 1987. Т. 152. No. 4. C. 553—572.
5. Ивановский А.Л. Зонная структура и свойства сверхпровод ящего MgB2 и родственны х соединений (Обзор) // Физика твердого тела. 2003. Т. 45. No. 10. С. 1742—1769.
6. Ивановский А.Л. Сверхпроводящий MgB2 и родственные соединения: Синтез, свойства, электронная структура // Успехи химии. 2001. Т. 70. No. 9. С. 811—829.
7. Radev D.D., Marinov M., Tumbalev V., Radev I., Konstantinov L. Mechanically activated self-propagated hightemperature synthesis of nanometer-structured MgB2 // Physica C. 2005. Vol. 418. Iss. 1-2. P. 53—58.
8. Xiujuan Chen, Tiandong Xia, Ming jing Wang, Wenjun Zhao, Tianzuo Liu. Microstructural transformation during combustion synthesis of MgB2 superconductor // Physica C. 2007. Vol. 454. Iss. 1-2. P. 38—42.
9. Przybylski K., Stobierski L., Chmist J., Kołodziejczyk A. Synthesis and properties of MgB2 obtained by SHS method // Physica C. 2003. Vol. 387. Iss. 1-2. P. 148—152.
10. Zlotnikov I., Gotman I., Gutmanas E.Y. Processing of dense bulk MgB2 superconductor via pressure-assisted thermal explosion mode of SHS // J. Eur. Ceram. Soc. 2005. Vol. 25. No. 15. P. 3517—3522.
11. Rosenband V., Gany A. Thermal explosion synthesis of a magnesium diboride powder // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2014. Vol. 50. Iss. 6. P. 653—657.
12. Ramdane W., Bendjemil B., Hafs A., Hendaoui A., Guerioune M., Vrel D. Structural сharacterization and supercon-ducting properties of MgB2 prepared by SHS-method // Int. J. Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2007. Vol.16. Iss. 4. P. 207—212.
13. Feng Wang-Jun, Xia Tian-Dong, Liu Tian-Zuo, Zhao WenJun, Wei Zhi-Qiang. Bulk MgB2 superconductor with high critical current density synthesized by self-propagating high-temperature synthesis method // Chinese Physics. 2005. Vol. 14. No. 11. P. 2325—2328.
14. Розенбанд В., Гани А. Синтез порошка диборида магния в режиме теплового взрыва // Физика горения и взрыва. 2014. Т. 50. No. 6. C. 34—39.
15. Левашов Е.А., Рогачев А.С., Курбаткина В.В., Максимов Ю.М., Юхвид В.И. Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: Изд. дом МИСиС, 2011.
16. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов: Учеб. пос. / Под научный ред. В.Н. А нциферова. М.: Машиностроение-1, 2007.
17. Rogachev A.S., Mukasyan A.S., Varma A. Volume combustion modes in heterogeneous reaction systems // J. Mater. Synth. Proc. 2002. Vol. 10. Iss. 1. P. 31—36.
18. Ponomarev V.I., Kovalev D.Yu. Time-resolved X-ray diffraction during combustion in the Ti—C—B system // Int. J. Self-Propagation High-Temperature Synthesis. 2005. Vol. 14. Iss. 2. P. 111—117.
19. Ponomarev V.I., Khomenko I.O., Merzhanov A.G. A laboratory methods of time resolved X-ray diffraction // Crystallography. 1995. Vol. 1. P. 14—17.
20. Shelekhov E.V., Sviridova T.A. Programs for X-ray analysis of polycrystals // Met. Sci. Heat Treat. 2000. Vol. 42. Iss. 8. P. 309—313.
21. ГОСТ 27417-98. Порошки металлические. Определение общего содержания кислорода методом восстановительной экстракции. М.: Изд-во стандартов, 1998.
22. Margadonna S., Muranaka T., Prassides K., Maurin I., Brigatti K., Ibberson R.M., Arai M., Takata M., Akimitsu J. Phase inhomogeneities and lattice expansion near Tc in the Mg11B2 superconductor // Phys.: Condens. Mater. 2001. Vol. 13. Iss. 35. P. 795—802.
23. Teng-Shih Shih, Zin-Bou Liu. Thermally-formed oxide on aluminum and magnesium // Mater. Trans. 2006. Vol. 47. Iss. 5. P. 1347—1353.
24. Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов: Введение в структурную макрокинетику. М.: Физматлит, 2012.
25. Mukasyan A.S., White J.D.E., Kovalev D.Yu., Kochetov N., Ponomarev V.I., Son S. Dynamics of phase transformation during thermal explosion in the Al—Ni system: Inf luence of mechanical activation // Physica B. 2010. Vol. 405. Iss. 2. P. 778—784.
26. Patsera E.I., Levashov E.A., Kurbatkina V.V., Kovalev D.Yu. Production of ultra-high temperature carbide (Ta,Zr)C by self-propagating high-temperature synthesis of me chanically activated mixtures // Ceram. Int. 2015. Vol. 41. Iss. 7. P. 8885—8893.
При поддержке: ЦКП ИСМАН; РФФИ; Правительство Москвы; Президиума РАН
Для цитирования:
Потанин А.Ю., Левашов Е.А., Ковалев Д.Ю. ДИНАМИКА ФАЗООБРАЗОВАНИЯ ПРИ СИНТЕЗЕ ДИБОРИДА МАГНИЯ ИЗ ЭЛЕМЕНТОВ В РЕЖИМЕ ТЕПЛОВОГО ВЗРЫВА. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2016;(3):12-22. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2016-3-12-22
For citation:
Potanin A.Yu., Levashov E.A., Kovalev D.Yu. DYNAMICS OF PHASE FORMATION DURING SYNTHESIS OF MAGNESIUM DIBORIDE FROM ELEMENTS IN THERMAL EXPLOSION MODE. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings. 2016;(3):12-22. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2016-3-12-22
Просмотров: 376
Послать статью по эл. почте 