ВЛИЯНИЕ ГРАНУЛИРОВАНИЯ, МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ, ТЕРМОВАКУУМНОЙ ОБРАБОТКИ И ДАВЛЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕГО ГАЗА НА ЗАКОНОМЕРНОСТИ СИНТЕЗА СИСТЕМЫ TI–0,5C

В работе исследованы зависимости скорости горения и изменения относительной длины образцов в процессе горения от давления окружающей атмосферы и времени термовакуумной обработки (ТВО) для смеси Ti + 0,5C. Показано, что ТВО смеси Ti + 0,5C значительно (двукратно) увеличивает скорость горения, а также величину усадки образцов. Усадка образцов происходит под действием сил поверхностного натяжения из-за наличия достаточного количества жидкой фазы в продуктах, обеспечивающих их низкую вязкость. Ранее не удавалось получить прессованные образцы из механически активированной (МА) смеси Ti + C из-за их низкой прочности, а следовательно, не было возможности изучить закономерности их горения. Для решения этой проблемы было использовано предварительное гранулирование исходной смеси Ti + 0,5C перед МА и в результате впервые получены зависимости скорости горения и изменения длины образцов после горения от времени МА. Показано, что механическая активация уменьшает скорость горения смеси и вызывает значительный (трехкратный) рост длины образцов после горения. После ТВО скорость горения МА-смесей приближается к скорости горения исходных смесей при том же времени ТВО. После ТВО сохраняется небольшой рост (в пределах 8 %) образцов конденсированных продуктов реакции из МА-смеси. По результатам рентгенофазового анализа образования продуктов реакции в ходе МА не выявлено. В продуктах горения всех смесей (исходной, активированной и из активированных гранул) присутствуют фаза Ti2C и следы Ti. Рентгенограммы исходной и МА-смесей показывают уширение пиков интенсивности и уменьшение отношения интенсивностей пиков и фона после МА, что свидетельствует о повышении дефектности кристаллической структуры компонентов смесей. Этот эффект усиливается с увеличением времени активации. На основании конвективно-кондуктивной модели распространения волны реакции дано объяснение полученным в работе результатам.

СВС, скорость горения, усадка, давление окружающей атмосферы, термовакуумная обработка, механическая активация, конвективно-кондуктивная модель горения

1. Мержанов А.Г., Боровинская И.П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез тугоплавких неорганических соединений // ДАН. 1972. Т. 204. No. 2. С. 366—369.

2. Шкиро В.М., Боровинская И.П. Исследование закономерностей горения смесей титана с углеродом // Процессы горения в химической технологии и металлургии: Сб. ст. Черноголовка: Отд-ние Института химической физики АН СССР, 1975. С. 253—258.

3. Щербаков В.А., Сычев А.Е., Штейнберг А.С. О механизме дегазации в процессе СВС // Физика горения и взрыва. 1986. T. 22. No. 4. C. 55—61.

4. Vadchenko S.G. Gas release during combustion of Ti + + 2B films: Influence of mechanical alloying // Inter. J. SHS. 2015. Vol. 24. No. 2. P. 90—93. DOI: 10.3103/S1061386215020107.

5. Еремина Е.Н., Курбаткина В.В., Левашов Е.А., Рогачев А.С.. Кочетов Н.А. Получение композиционного материала МоВ методом силового СВС- компактирования с применением предварительного механического активирования исходной смеси Мо—10%В // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. Т. 13. No. 2. С. 197—204.

6. Вьюшков Б.В., Левашов Е.А., Ермилов А.Г., Питюлин А.Н., Боровинская И.П., Егорычев К.Н. Об особенностях влияния предварительной механической активации шихты на параметры СВС-процесса, структуру и свойства многокомпонентного кермета марки СТИМ-5 // Физика горения и взрыва. 1994. Т. 30. No. 5. С. 63—67.

7. Найбороденко Ю.С., Касацкий Н.Г., Лавренчук Г.В., Кашпоров Л.Я., Малинин Л.А. Влияние термической обработки в вакууме на горение безгазовых систем // Горение конденсированных и гетерогенных систем: Матер. VI Всесоюз. симп. по горению и взрыву. Черноголовка, 1980. С. 74—77.

8. Смоляков В.К. Микроструктурные превращения в процессе безгазового горения // Физика горения и взрыва. 1990. Т. 26. No. 3. С. 55—61.

9. Сеплярский Б.С. Природа аномальной зависимости скорости горения безгазовых систем от диаметра // Докл. РАН. 2004. Т. 396. No. 5. С. 640—643.

10. Аввакумов Е.Г. Фундаментальные основы механической активации, механосинтеза и механохимических технологий. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009.

11. Kochetov N.A., Vadchenko S.G. Mechanically activated SHS of NiAl: Effect of Ni morphology and mechanoactivation conditions // Inter. J. SHS. 2012. Vol. 21. No. 1. P. 55—58. DOI: 10.3103/S1061386212010086.

12. Левашов Е.А., Курбаткина В.В., Колесниченко К.В. Закономерности влияния предварительного механического активирования на реакционную способность СВС смесей на основе титана // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2000. No. 6. С. 61—67.

13. Korchagin M.A., Grigorieva T.F., Barinova A.P., Lyakhov N.Z. The effect of mechanical treatment on the rate and limits of combustion in SHS processes // Inter. J. SHS. 2000. Vol. 9. No. 3. P. 307—320.

14. Maglia F., Anselmi-Tamburini U., Deidda C., Delogu F., Cocco G., Munir Z.A. Role of mechanical activation in SHS synthesis of TiC // J. Mater. Sci. 2004. Vol. 39. P. 5227—5230.

15. Корчагин М.А., Ляхов Н.З. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез механически активированных смесей // Хим. физика. 2008. Т. 27. No. 1. C. 73—78.

16. Rogachev A.S., Shkodich N.F., Vadchenko S.G., Baras F., Chassagnon R., Sachkova N.V., Boyarchenko O.D. Reactivity of mechanically activated powder blends: Role of micro and nano structures // Inter. J. SHS. 2013. Vol. 22. No. 4. P. 210—216. DOI: 10.3103/S1061386213040067.

17. Bernard F., Gaffet E. Mechanical alloying in the SHS research // Inter. J. SHS. 2001. Vol. 10. No. 2. P. 109—132.

18. Grigorieva T., Korchagin M., Lyakhov N. Combination of SHS and mechanochemical synthesis for nanopowder technologies // KONA. 2002. No. 20. P. 144—158.

19. Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Горение гетерогенных наноструктурных систем (обзор) // Физика горения и взрыва. 2010. Т. 46. No. 3. С. 3—30.

20. Ковалев Д.Ю., Кочетов Н.А, Пономарев В.И. Критерии критического состояния системы Ni—Al при механоактивации // Физика горения и взрыва. 2010. Т. 46. No. 4. С. 99—106.

21. Рогачев А.С., Кочетов Н.А., Курбаткина В.В., Левашов Е.А., Гринчук П.С., Рабинович О.С., Сачкова Н.В., Бернар Ф. Микроструктурные аспекты безгазового горения механически активированных смесей. I. Высокоскоростная микровидеосъемка состава Ni + Al // Физика горения и взрыва. 2006. Т. 42. No. 4. С. 61—70.

22. Shkodich N.F., Rogachev A.S., Vadchenko S.G., Sachkova N.V., Chassagnon R. Reactivity of mechanoactivated Ni—Al blends // Inter. J. SHS. 2012. Vol. 21. No. 2. P. 104—109. DOI: 10.3103/S1061386212020100.