Ростовський державний університет
РЕФЕРАТ
«Високотемпературного синтезу»
Студента 6 курсу
хімічного факультету РГУ
вечірнього відділення
Ворона М.Л.
Викладач: Лупейко Т.Г.
Ростов-на-Дону
2003
СВС - це різновид горіння, в якому утворюються цінні тверді речовини, шляхом переміщення хвилі хімічної реакції по суміші реагентів з утворенням твердих кінцевих продуктів, що проводиться з метою синтезу речовин матеріалів. СВС являє собою режим протікання сильної екзотермічної реакції (реакції горіння), в якому тепловиділення локалізовано в шарі і передається від шару до шару шляхом теплопередачі. Розвиток робіт засноване на науковому відкритті радянських вчених А.Г. Мержанова і співавтори "Явище твердого полум'я". Пріоритет відкриття - 1967 рік.
Процес можливий в системах з різним агрегатним станом, має теплову природу. Характерна ознака - утворення твердого продукту. Головне призначення СВС - синтез речовин і матеріалів, створення нових технологічних процесів і організація виробництв.
В кінці 60-х і початку 70-х років у Відділенні Інституту хімічної фізики в Черноголовке були розвинені первинні уявлення про механізм горіння систем метал-вуглець, метал-бор і метал-азот, запропоновані нові напрямки дослідження горіння конденсованих систем, виявлені і описані встановилися режими нестійкого горіння, створена методологія одержання тугоплавких сполук на основі СВС.
У 70-х роках у Відділенні ІХФ АН СРСР була створена перша технологічна установка для виробництва СВС-порошків, і почався розвиток, теорія горіння СВС-систем, створено методи математичного моделювання безгазовий і фільтраційного горіння, здійснено перше промислове впровадження СВС-технології для виробництва порошків дисилицида молібдену і високотемпературних нагрівачів на їх основі (м. Кіровакан, Вірменська РСР).
У 80-ті роки роботи в Радянському Союзі створено Наукова Рада з теорії та практиці СВС-процесів, розроблена загальносоюзна програма робіт, створені Міжгалузевий науково-технічний комплекс "Термосінтез" і його головна організація Ісмаїла - Інститут структурної макрокінетики АН СРСР (на базі відділу макроскопічної кінетики Відділення ІХФ АН СРСР), МНТК "Термосінтез" організував виробництва.
На початку 80-х років почалися роботи з СВС за кордоном, хоча й з десятирічним запізненням - спочатку в США, вони почалися під впливом публікації огляду Дж. Крайдер "високотемпературний синтез - радянський метод отримання керамічних матеріалів". Роботи було доручено вести в рамках спеціально створеної програми DARPA. Приблизно в цей же час (на початку 80-х років) почалися роботи і в Японії, створили Асоціацію СВС, організували роботи в університетах і на фірмах. явним лідером професором М. Койзумі. В даний час дослідження в області СВС ведуться в 49 країнах світу
90-ті роки характеризуються розвитком міжнародних зв'язків в області СВС, є комерційні зв'язки з Китаєм, Кореєю, Тайванем, Японією. Виконано значне число спільних і замовних робіт. Схід у частині комерційного співробітництва з нами більш активний, ніж Захід. У сфері їх інтересів - технологія керамічних порошків і виробів, СВС-фільтри, спеціалізоване СВС-обладнання. З ініціативи та за організаційному керівництві ІСМА регулярно стали проводиться Міжнародні симпозіуми "високотемпературний синтез", виходить Міжнародний журнал з такою ж назвою (Allerton divss, NY). Також розвиваються двосторонні зв'язки з ФГУП ММПП "Салют". Розроблено програму двостороннього співробітництва "СВС в технології газотурбінних двигунів", до якої увійшли і науково-технічні розробки, і виготовлення спеціалізованого обладнання, і пошукові дослідження
Є ідеї розробки спільно з "Російським алюмінієм" великої програми з використання СВС-матеріалів в алюмінієвій промисловості. Спільно з ТОВ "Стройпромсервіс" створюється виробництво СВС-порошків карбіду вольфраму підвищеної дисперсності. Його використання в складі твердих сплавів призводить до збільшення міцності сплаву.
В даний час, СВС - це світова проблема, яка, незважаючи на 30-річну історію, продовжує прогресивно розвиватися.
ЗСu + 2ВаО 2 +1 / 2Y 2 O 3 + (1,5-x) / 2 О 2 = YВа 2 Сu 3 O 7 - x + Q
Ця реакція стала зручною моделлю для дослідження закономірностей і механізму СВС ВТНП. Найпростішу інформацію можна отримати, аналізуючи термограмму СВС-процесу, що відображає температурний профіль хвилі синтезу.
На рис. 4 для досліджуваної системи наведена типова термограмма. Звертає на себе увагу наявність широкої зони вторинних хімічних і структурних перетворень. Механізм фазоутворення для цієї системи досліджувався за допомогою хімічного, рентгенофазового, мікроструктурного, термічного та інших видів аналізу загартованих зразків і продуктів "згоряння.
Таблаца 2
Критичні властивості ВТНП, отриманих методом СВС і по пічної технології (за даними)
* Вимірювання по магнітної сприйнятливості.
Вивчення за допомогою рентгенофазового аналізу інтенсивності характерних ліній спостерігаються фаз у загартованих зразках показало, що в міру віддалення від фронту-горіння інтенсивність характерних ліній I 100 Сu і ВаО різко падає. Область поблизу фронту горіння характеризується присутністю купратов: ВаСuО 2 і ВаСu 2 О 2. Максимальна кількість таких купратов спостерігається на відстані 2-3 мм від фронту горіння, а потім поступово зменшується (швидкість горіння становить ~ 1 мм / с).
Присутність купрата ВаСu 2 О 2, не спостерігається в продуктах фазоутворення при синтезі уш іншими методами, слід віднести до відмінної риси отримання Y 123 в режимі горіння.
Фаза Y 123 починає зароджуватися вже на відстані 1-2 мм від фронту горіння, причому в області 1-3 мм її різке зростання сімбатен збільшення кількості фази ВаСu 2 О 2. У цій же області спостерігається значне зменшення інтенсивності I 100 Y 2 O 3. На відстані 7-10 мм формується спектр, відповідний тетрагональної фазі Y 123, а на видаленні 20 мм ця фаза переходить в орторомбічна. Дані висновків були підтверджені експериментами з використанням синхротронного випромінювання зразків під час горіння. Час набору рентгенограм склало ~ 1 с, час перетворень у хвилі синтезу виявилося ~ 3 с. Відзначимо, що синхротронне випромінювання застосовувалося також раніше для вивчення динаміки фазоутворення в СВС-процесах. Експериментальні факти дозволили зробити наступні висновки:
1. Проміжними продуктами СВС-реакції ЗСu + 2ВаО 2 +1 / 2Y 2 O 3 озон є купрати барію (ВаСuО 2, ВаСu 2 О 2).
1 - окислення (горіння) міді і розкладання пероксиду барію; 2 - освіта розплаву з купратов, початок розчинення Y 2 O 3, 3 - подальше розчинення Y 2 O 3, кристалізація Y 123 ТЕТРА; 4 - освіта Y 123 ОРТО
2. Тетрагональна фаза Y 123 утворюється після проходження фронту горіння через 2-3 с.
3. Орторомбічна фаза (надпровідна) Y 123 утворюється після проходження фронту, через 40-50 с.
Згідно з наявними в даний час уявленням, у хвилі горіння відбувається плавлення ВаО 2 з його частковим розкладанням на ВаО і О 2, а що утворилася дисперсія оксидних частинок в розплаві розтікається по поверхні частинок міді. Після окислення і розчинення міді в розплаві (з утворенням проміжних купратов барію), відбувається розчинення Y 2 O 3. Тетрагональна фаза Y 123 утворюється на завершальних стадіях синтезу шляхом кристалізації з розчину в розплаві у вигляді дрібних огранених монокристалів.
З викладених результатів слід хімічний механізм СВС-процесу, який можна представити у вигляді сукупності реакцій:
Отримана інформація про механізм взаємодії компонентів свідчить про те, що освіта ВТНП у СВС є складним процесом. Основне тепловиділення, що забезпечує поширення хвилі синтезу та освіта фази (структури) кінцевого цільового продукту, відбувається неодночасно в просторово розділених зонах.
Ця важлива риса СВС Y 123 розширює можливості методу для регулювання властивостей кінцевого продукту при різних впливах на більш тривалу стадію вторинних процесів. У той же час наявність цієї стадії призводить до ефектів саморегулювання складу і структури кінцевого продукту і слабкої залежності їх від параметрів горіння. Як приклад можна навести факт незалежності вмісту кисню в кінцевому продукті від щільності шихти (рис. 3). Основним параметром, що впливає на склад і структуру ВТНП, виявилася маса завантаження, від якої залежить швидкість остигання. Збільшення маси завантаження призводить до підвищення вмісту кисню, чистоти і надпровідних параметрів, тобто до поліпшення якості продукту [26].
Дослідження високотемпературного синтезу керамічних ВТНП привели до розробки (1988 р.) в Інституті структурної макрокінетики СВС-технології порошків орторомбічної Y 123. Створено дві технологічні установки: лабораторний (з продуктивністю 1 т / г) і досвідчена (до 10 т / р.). Обидві вони працюють за наступною схемою:
Основою технологічного процесу є отримання надпровідного спека Y 123 ОРТО в якості проміжної продукції. Переробка спека в порошок здійснюється звичайними, відомими способами, переважно механічними. Створена лабораторна установка успішно застосовується також для синтезу ВТНП на основі інших РЗМ. СВС-технологія володіє незаперечними перевагами: високою продуктивністю, відсутністю витрат електроенергії та складного високотемпературного устаткування, задовільною якістю порошків, відносно низькою собівартістю продукції.
У залежності від умов технологічного процесу можуть проводитися порошки з вмістом кисню ³ 6,9 ат. од. і орторомбічної фази Y 123> 95%, з розмірами частинок і питомою поверхнею в діапазоні відповідно 1-50 мкм і 0,04-7,50 м 2 / г. В даний час на дослідному виробництві інституту випускаються дві марки порошків: Y 123 СВС-/ 1 і Y 123 СВС-/ 2. Деякі їх характеристики наведено в табл. 3.
Застосування методу СВС в новій проблемі ВТНП дало відмінні результати. Вже зараз СВС-технологія. порошків Y 123 отримала практичне використання. Порошок Y 123 добре зарекомендували себе для отримання: виробів (мішені для плазмового напилення) методом спікання; складних композитів типу полімер-ВТНП; виробів (мішені та екрани) методом вибухового компактування і т. д. СВС-порошки та вироби з них відповідають рівню кращих вітчизняних і зарубіжних зразків. Очевидно, що методом СВС можуть бути отримані не тільки ВТНП на основі ітрію та інших РЗМ. але й інші - при відповідному підборі складу шихти та умов синтезу.
де а - стехіометричний коефіцієнт; т, п - індекси, I і і - число компонентів.
Синтез проводять в печах при високих температурах в кисневмісної середовищі протягом тривалого часу. Іноді в якості реагентів використовують 'карбонати, нітрати, пероксиди. Специфіка СВС вимагає наявності у вихідній суміші пального та окислювача для здійснення процесу в режимі горіння. Як правило, пальним при синтезі оксидних матеріалів може бути метал, іноді застосовують його гідрид або інше з'єднання. Роль окислювача виконує кисень. Реакція окислення металу є основною, вона забезпечує необхідне для СВС виділення теплоти. При цьому кисень може бути використаний з двох джерел: внутрішнього (конденсований легко розкладається нітрат, пероксид і т. д.) і зовнішнього (наприклад, кисень повітря або балонний кисень). У багатьох випадках для управління процесом можливі також комбіновані варіанти. При синтезі складних оксидів, як правило, у вихідну суміш додають активний оксидний наповнювач, наявність якого дає можливість регулювати умови горіння, а також сприяє формуванню кінцевого продукту, виступаючи в ролі кристалічної матриці для нього. Крім того, за допомогою оксидних добавок можна варіювати електромагнітні або інші властивості продуктів.
Таким чином, для одержання оксидів методом СВС застосовується така загальна хімічна схема:
Методика СВС проста: з порошків реагентів готується суміш, яка поміщається (у вигляді вільної засипання або спресованих таблеток) в установку, куди подається кисень (при необхідності) і проводиться ініціювання. Установка оснащена пристроями для гравіметричних вимірювань, а також для вимірювання швидкості і температури горіння. Після проходження хвилі горіння (синтезу) і охолодження продукту експериментатор має справу з готовим продуктом.
Основними величинами, що характеризують поширення фронту горіння, є лінійна швидкість горіння (Ц г) і розвивається при горінні максимальна температура (Т т), яку визначають термоелектричним методом із застосуванням ППР-термопар, розташованих у середині зразків. Швидкість поширення хвилі синтезу в найпростіших випадках вимірюють двома термопарами, розміщеними на певній відстані один від одного, а також за допомогою оптико-фотографічних методів.
Зазвичай у завдання досліджень входить визначення параметрів, найбільш сильно впливають на СВС-про-цес і на якість синтезованих оксидів. Такими основними параметрами виявилися: склад вихідної суміші (особливо вміст у ній пального), дисперсність компонентів, розміри і щільність вихідних зразків, тиск кисню. Останні два чинники мають важливе значення, особливо для систем з застосуванням зовнішнього кисню.
З практики СВС-процесів відомо, що в гібридних системах типу метал-газ підвищення тиску звичайно призводить до збільшення температури і швидкості горіння (за відсутності плавлення). У оксидних системах вплив тиску виявлялося не завжди однаковим. При синтезі ніобіту і танталату літію, феритів збільшення тиску призводить до підвищення температури та зростання швидкості горіння з подальшим досягненням постійного значення. Такий вплив тиску пов'язане з поліпшенням умов фільтрації кисню в зону реакції. У дослідах з синтезу ВТНП складу YВа 2 Сu 3 O 7 - x тиск кисню варіювалося в межах 0,1 - 1,0 МПа. При великих тисках процес затухав (не ініціювалося). Така; ситуація типова для низькокалорійних (слабоекзотерміческіх) СВС-складів і зумовлена зростанням конвективних тепловтрат з палаючого зразка в навколишній газ при збільшенні-тиску. У даному випадку ефект може бути посилений підвищенням термічної стійкості пероксиду барію з ростом тиску П5]. Наведемо деякі значення характери-стик: Р 0, = 0,1 МПа, {/ г = 1,0 мм / с, Г т = 950 ° С; Р 02 = 1,0 МПа, {/ г = 0,2 мм / с, Г т = 780 ° С. Зменшення і т і Т т з зростанням Р О2 відображає тенденцію до загасанні.
Підвищення вмісту металу у вихідній суміші (наприклад, при частковій заміні відповідного оксиду на метал) призводить до збільшення тепловиділення і, як наслідок, зростання температури і швидкості процесу.
Для СВС-систем, що реагують з участю газу, щільність вихідного зразка (шихти) завжди є важливим параметром процесу. На рис. 3 наведені залежності 1 / г і Т т від відносної щільності (р отн) вихідної суміші при синтезі Ува 2 Сu 3 О7-х-Досліди проводили на пресованих циліндричних зразках діаметром 20 мм. Результати відповідають уявленням, згідно з якими при великих р отн виникають фільтраційні труднощі в постачанні реагує газу в зону горіння, що призводить до зменшення U г і Т т. Аналогічна залежність від відносної щільності вихідних зразків спостерігалася при синтезі різних феритів, ніобіту і танталату літію.
РЕФЕРАТ
«Високотемпературного синтезу»
Студента 6 курсу
хімічного факультету РГУ
вечірнього відділення
Ворона М.Л.
Викладач: Лупейко Т.Г.
Ростов-на-Дону
2003
СВС - це різновид горіння, в якому утворюються цінні тверді речовини, шляхом переміщення хвилі хімічної реакції по суміші реагентів з утворенням твердих кінцевих продуктів, що проводиться з метою синтезу речовин матеріалів. СВС являє собою режим протікання сильної екзотермічної реакції (реакції горіння), в якому тепловиділення локалізовано в шарі і передається від шару до шару шляхом теплопередачі. Розвиток робіт засноване на науковому відкритті радянських вчених А.Г. Мержанова і співавтори "Явище твердого полум'я". Пріоритет відкриття - 1967 рік.
Процес можливий в системах з різним агрегатним станом, має теплову природу. Характерна ознака - утворення твердого продукту. Головне призначення СВС - синтез речовин і матеріалів, створення нових технологічних процесів і організація виробництв.
В кінці 60-х і початку 70-х років у Відділенні Інституту хімічної фізики в Черноголовке були розвинені первинні уявлення про механізм горіння систем метал-вуглець, метал-бор і метал-азот, запропоновані нові напрямки дослідження горіння конденсованих систем, виявлені і описані встановилися режими нестійкого горіння, створена методологія одержання тугоплавких сполук на основі СВС.
У 70-х роках у Відділенні ІХФ АН СРСР була створена перша технологічна установка для виробництва СВС-порошків, і почався розвиток, теорія горіння СВС-систем, створено методи математичного моделювання безгазовий і фільтраційного горіння, здійснено перше промислове впровадження СВС-технології для виробництва порошків дисилицида молібдену і високотемпературних нагрівачів на їх основі (м. Кіровакан, Вірменська РСР).
У 80-ті роки роботи в Радянському Союзі створено Наукова Рада з теорії та практиці СВС-процесів, розроблена загальносоюзна програма робіт, створені Міжгалузевий науково-технічний комплекс "Термосінтез" і його головна організація Ісмаїла - Інститут структурної макрокінетики АН СРСР (на базі відділу макроскопічної кінетики Відділення ІХФ АН СРСР), МНТК "Термосінтез" організував виробництва.
На початку 80-х років почалися роботи з СВС за кордоном, хоча й з десятирічним запізненням - спочатку в США, вони почалися під впливом публікації огляду Дж. Крайдер "високотемпературний синтез - радянський метод отримання керамічних матеріалів". Роботи було доручено вести в рамках спеціально створеної програми DARPA. Приблизно в цей же час (на початку 80-х років) почалися роботи і в Японії, створили Асоціацію СВС, організували роботи в університетах і на фірмах. явним лідером професором М. Койзумі. В даний час дослідження в області СВС ведуться в 49 країнах світу
90-ті роки характеризуються розвитком міжнародних зв'язків в області СВС, є комерційні зв'язки з Китаєм, Кореєю, Тайванем, Японією. Виконано значне число спільних і замовних робіт. Схід у частині комерційного співробітництва з нами більш активний, ніж Захід. У сфері їх інтересів - технологія керамічних порошків і виробів, СВС-фільтри, спеціалізоване СВС-обладнання. З ініціативи та за організаційному керівництві ІСМА регулярно стали проводиться Міжнародні симпозіуми "високотемпературний синтез", виходить Міжнародний журнал з такою ж назвою (Allerton divss, NY). Також розвиваються двосторонні зв'язки з ФГУП ММПП "Салют". Розроблено програму двостороннього співробітництва "СВС в технології газотурбінних двигунів", до якої увійшли і науково-технічні розробки, і виготовлення спеціалізованого обладнання, і пошукові дослідження
Є ідеї розробки спільно з "Російським алюмінієм" великої програми з використання СВС-матеріалів в алюмінієвій промисловості. Спільно з ТОВ "Стройпромсервіс" створюється виробництво СВС-порошків карбіду вольфраму підвищеної дисперсності. Його використання в складі твердих сплавів призводить до збільшення міцності сплаву.
В даний час, СВС - це світова проблема, яка, незважаючи на 30-річну історію, продовжує прогресивно розвиватися.
Загальне уявлення про СВС, на конкретно вивченої реакції
В даний час в ІСМА методом СВС синтезовані практично всі відомі високотемпературні надпровідники на основі ітрію, інших рідкоземельних металів, вісмуту і талію. У табл. 2 наведені результати по вимірюванню надпровідних властивостей ВТНП на основі РЗМ. Найбільш детально вивчені механізм і закономірності СВС на прикладі отримання ітрій-барієвої кераміки складу Y 123 по реакції:ЗСu + 2ВаО 2 +1 / 2Y 2 O 3 + (1,5-x) / 2 О 2 = YВа 2 Сu 3 O 7 - x + Q
Ця реакція стала зручною моделлю для дослідження закономірностей і механізму СВС ВТНП. Найпростішу інформацію можна отримати, аналізуючи термограмму СВС-процесу, що відображає температурний профіль хвилі синтезу.
На рис. 4 для досліджуваної системи наведена типова термограмма. Звертає на себе увагу наявність широкої зони вторинних хімічних і структурних перетворень. Механізм фазоутворення для цієї системи досліджувався за допомогою хімічного, рентгенофазового, мікроструктурного, термічного та інших видів аналізу загартованих зразків і продуктів "згоряння.
Таблаца 2
Критичні властивості ВТНП, отриманих методом СВС і по пічної технології (за даними)
* Вимірювання по магнітної сприйнятливості.
Вивчення за допомогою рентгенофазового аналізу інтенсивності характерних ліній спостерігаються фаз у загартованих зразках показало, що в міру віддалення від фронту-горіння інтенсивність характерних ліній I 100 Сu і ВаО різко падає. Область поблизу фронту горіння характеризується присутністю купратов: ВаСuО 2 і ВаСu 2 О 2. Максимальна кількість таких купратов спостерігається на відстані 2-3 мм від фронту горіння, а потім поступово зменшується (швидкість горіння становить ~ 1 мм / с).
Присутність купрата ВаСu 2 О 2, не спостерігається в продуктах фазоутворення при синтезі уш іншими методами, слід віднести до відмінної риси отримання Y 123 в режимі горіння.
Фаза Y 123 починає зароджуватися вже на відстані 1-2 мм від фронту горіння, причому в області 1-3 мм її різке зростання сімбатен збільшення кількості фази ВаСu 2 О 2. У цій же області спостерігається значне зменшення інтенсивності I 100 Y 2 O 3. На відстані 7-10 мм формується спектр, відповідний тетрагональної фазі Y 123, а на видаленні 20 мм ця фаза переходить в орторомбічна. Дані висновків були підтверджені експериментами з використанням синхротронного випромінювання зразків під час горіння. Час набору рентгенограм склало ~ 1 с, час перетворень у хвилі синтезу виявилося ~ 3 с. Відзначимо, що синхротронне випромінювання застосовувалося також раніше для вивчення динаміки фазоутворення в СВС-процесах. Експериментальні факти дозволили зробити наступні висновки:
1. Проміжними продуктами СВС-реакції ЗСu + 2ВаО 2 +1 / 2Y 2 O 3 озон є купрати барію (ВаСuО 2, ВаСu 2 О 2).
1 - окислення (горіння) міді і розкладання пероксиду барію; 2 - освіта розплаву з купратов, початок розчинення Y 2 O 3, 3 - подальше розчинення Y 2 O 3, кристалізація Y 123 ТЕТРА; 4 - освіта Y 123 ОРТО
2. Тетрагональна фаза Y 123 утворюється після проходження фронту горіння через 2-3 с.
3. Орторомбічна фаза (надпровідна) Y 123 утворюється після проходження фронту, через 40-50 с.
Згідно з наявними в даний час уявленням, у хвилі горіння відбувається плавлення ВаО 2 з його частковим розкладанням на ВаО і О 2, а що утворилася дисперсія оксидних частинок в розплаві розтікається по поверхні частинок міді. Після окислення і розчинення міді в розплаві (з утворенням проміжних купратов барію), відбувається розчинення Y 2 O 3. Тетрагональна фаза Y 123 утворюється на завершальних стадіях синтезу шляхом кристалізації з розчину в розплаві у вигляді дрібних огранених монокристалів.
З викладених результатів слід хімічний механізм СВС-процесу, який можна представити у вигляді сукупності реакцій:
Отримана інформація про механізм взаємодії компонентів свідчить про те, що освіта ВТНП у СВС є складним процесом. Основне тепловиділення, що забезпечує поширення хвилі синтезу та освіта фази (структури) кінцевого цільового продукту, відбувається неодночасно в просторово розділених зонах.
Ця важлива риса СВС Y 123 розширює можливості методу для регулювання властивостей кінцевого продукту при різних впливах на більш тривалу стадію вторинних процесів. У той же час наявність цієї стадії призводить до ефектів саморегулювання складу і структури кінцевого продукту і слабкої залежності їх від параметрів горіння. Як приклад можна навести факт незалежності вмісту кисню в кінцевому продукті від щільності шихти (рис. 3). Основним параметром, що впливає на склад і структуру ВТНП, виявилася маса завантаження, від якої залежить швидкість остигання. Збільшення маси завантаження призводить до підвищення вмісту кисню, чистоти і надпровідних параметрів, тобто до поліпшення якості продукту [26].
Основою технологічного процесу є отримання надпровідного спека Y 123 ОРТО в якості проміжної продукції. Переробка спека в порошок здійснюється звичайними, відомими способами, переважно механічними. Створена лабораторна установка успішно застосовується також для синтезу ВТНП на основі інших РЗМ. СВС-технологія володіє незаперечними перевагами: високою продуктивністю, відсутністю витрат електроенергії та складного високотемпературного устаткування, задовільною якістю порошків, відносно низькою собівартістю продукції.
У залежності від умов технологічного процесу можуть проводитися порошки з вмістом кисню ³ 6,9 ат. од. і орторомбічної фази Y 123> 95%, з розмірами частинок і питомою поверхнею в діапазоні відповідно 1-50 мкм і 0,04-7,50 м 2 / г. В даний час на дослідному виробництві інституту випускаються дві марки порошків: Y 123 СВС-/ 1 і Y 123 СВС-/ 2. Деякі їх характеристики наведено в табл. 3.
Застосування методу СВС в новій проблемі ВТНП дало відмінні результати. Вже зараз СВС-технологія. порошків Y 123 отримала практичне використання. Порошок Y 123 добре зарекомендували себе для отримання: виробів (мішені для плазмового напилення) методом спікання; складних композитів типу полімер-ВТНП; виробів (мішені та екрани) методом вибухового компактування і т. д. СВС-порошки та вироби з них відповідають рівню кращих вітчизняних і зарубіжних зразків. Очевидно, що методом СВС можуть бути отримані не тільки ВТНП на основі ітрію та інших РЗМ. але й інші - при відповідному підборі складу шихти та умов синтезу.
Феноменологія горіння і синтезу
Методика отримання складних оксидних матеріалів (кераміки) методом СВС істотно відрізняється від традиційної. Загальноприйнятий спосіб синтезу оксидних матеріалів заснований на спіканні суміші простих оксидів з утворенням складного за схемою:де а - стехіометричний коефіцієнт; т, п - індекси, I і і - число компонентів.
Синтез проводять в печах при високих температурах в кисневмісної середовищі протягом тривалого часу. Іноді в якості реагентів використовують 'карбонати, нітрати, пероксиди. Специфіка СВС вимагає наявності у вихідній суміші пального та окислювача для здійснення процесу в режимі горіння. Як правило, пальним при синтезі оксидних матеріалів може бути метал, іноді застосовують його гідрид або інше з'єднання. Роль окислювача виконує кисень. Реакція окислення металу є основною, вона забезпечує необхідне для СВС виділення теплоти. При цьому кисень може бути використаний з двох джерел: внутрішнього (конденсований легко розкладається нітрат, пероксид і т. д.) і зовнішнього (наприклад, кисень повітря або балонний кисень). У багатьох випадках для управління процесом можливі також комбіновані варіанти. При синтезі складних оксидів, як правило, у вихідну суміш додають активний оксидний наповнювач, наявність якого дає можливість регулювати умови горіння, а також сприяє формуванню кінцевого продукту, виступаючи в ролі кристалічної матриці для нього. Крім того, за допомогою оксидних добавок можна варіювати електромагнітні або інші властивості продуктів.
Таким чином, для одержання оксидів методом СВС застосовується така загальна хімічна схема:
Основними величинами, що характеризують поширення фронту горіння, є лінійна швидкість горіння (Ц г) і розвивається при горінні максимальна температура (Т т), яку визначають термоелектричним методом із застосуванням ППР-термопар, розташованих у середині зразків. Швидкість поширення хвилі синтезу в найпростіших випадках вимірюють двома термопарами, розміщеними на певній відстані один від одного, а також за допомогою оптико-фотографічних методів.
Зазвичай у завдання досліджень входить визначення параметрів, найбільш сильно впливають на СВС-про-цес і на якість синтезованих оксидів. Такими основними параметрами виявилися: склад вихідної суміші (особливо вміст у ній пального), дисперсність компонентів, розміри і щільність вихідних зразків, тиск кисню. Останні два чинники мають важливе значення, особливо для систем з застосуванням зовнішнього кисню.
З практики СВС-процесів відомо, що в гібридних системах типу метал-газ підвищення тиску звичайно призводить до збільшення температури і швидкості горіння (за відсутності плавлення). У оксидних системах вплив тиску виявлялося не завжди однаковим. При синтезі ніобіту і танталату літію, феритів збільшення тиску призводить до підвищення температури та зростання швидкості горіння з подальшим досягненням постійного значення. Такий вплив тиску пов'язане з поліпшенням умов фільтрації кисню в зону реакції. У дослідах з синтезу ВТНП складу YВа 2 Сu 3 O 7 - x тиск кисню варіювалося в межах 0,1 - 1,0 МПа. При великих тисках процес затухав (не ініціювалося). Така; ситуація типова для низькокалорійних (слабоекзотерміческіх) СВС-складів і зумовлена зростанням конвективних тепловтрат з палаючого зразка в навколишній газ при збільшенні-тиску. У даному випадку ефект може бути посилений підвищенням термічної стійкості пероксиду барію з ростом тиску П5]. Наведемо деякі значення характери-стик: Р 0, = 0,1 МПа, {/ г = 1,0 мм / с, Г т = 950 ° С; Р 02 = 1,0 МПа, {/ г = 0,2 мм / с, Г т = 780 ° С. Зменшення і т і Т т з зростанням Р О2 відображає тенденцію до загасанні.
Підвищення вмісту металу у вихідній суміші (наприклад, при частковій заміні відповідного оксиду на метал) призводить до збільшення тепловиділення і, як наслідок, зростання температури і швидкості процесу.
Для СВС-систем, що реагують з участю газу, щільність вихідного зразка (шихти) завжди є важливим параметром процесу. На рис. 3 наведені залежності 1 / г і Т т від відносної щільності (р отн) вихідної суміші при синтезі Ува 2 Сu 3 О7-х-Досліди проводили на пресованих циліндричних зразках діаметром 20 мм. Результати відповідають уявленням, згідно з якими при великих р отн виникають фільтраційні труднощі в постачанні реагує газу в зону горіння, що призводить до зменшення U г і Т т. Аналогічна залежність від відносної щільності вихідних зразків спостерігалася при синтезі різних феритів, ніобіту і танталату літію.
Типовою для СВС є залежність І г і Т т від дисперсності пального, в даному випадку від дисперсності (розміру часток) порошку міді (г Са) при горінні системи Y 2 Oз-ВаO 2-Сu-O 2, приведена в табл. 1. При зростанні г Сі і (Л, і Т т зменшуються внаслідок того, що необхідне для гетерогенного реагування період із зростанням характерного розміру частки збільшується.
При зміні параметрів в експериментах спостерігалася зміна режимів горіння - від стаціонарного (сталого) до нестаціонарних (нестійких типу автоколивального і спінового). Виявлено, що високоякісні продукти синтезуються лише в стаціонарних режимах, і тому забезпечення стійкості горіння в цьому класі систем є важливим практичним завданням.
Дослідження великої кількості оксидних систем показало, що значення температур і швидкостей горіння невисокі: і г = 0,05-5,00 мм / с і Т т = 750-1500 ° С. Зазвичай в СВС-процесах значення (Л і Т т істотно вище (крім систем метал-водень) [16]. Звертає на себе увагу, що температури горіння, що розвиваються при СВС оксидів часто такі ж, як і при пічному синтезі, але процес в останньому випадку триває в десятки і сотні разів довше. Така суперечлива на перший погляд картина пов'язана з тим, що при пічному синтезі взаємодіють вже окислені речовини, а в СВС освіта складного оксиду йде одночасно з окисленням одного з компонентів, тобто в СВС має місце більш активна в хімічному відношенні ситуація. З цієї точки зору СВС є безсумнівно прогресивним методом отримання оксидних матеріалів.
До цих пір не було спроб побудувати структурно-макрокінетіческую теорію СВС-процесу, тобто розглянути спільно процеси горіння та структуроутворення, що дозволило б глибше зрозуміти роль автохвильовим процесу у формуванні структури продукту горіння і роль структурних перетворень в механізмі твердопламенного горіння.
Як і раніше, важливими завданнями є експериментальна діагностика та математичне моделювання (особливо, тривимірне) нестійких процесів горіння, побудова фізико-хімічних моделей СВС в конкретних, найбільш важливих у практичному відношенні системах з передобчисленням оптимальних умов синтезу, дослідження кінетики тепловиділення в порошкових середовищах при високих температурах.
У створенні СВС системи можуть брати участь всі хімічно активні при високих температурах речовини в якості реагентів (хімічні елементи, індивідуальні сполуки, багатофазні структури) та інертні речовини в якості наповнювачів чи розріджувачів.
Найбільш популярні реагенти:
H 2, B, Al, C, N 2, O 2, Mg, Ti, Nb, Mo, Si, Ni, Fe, B 2 O 3, TiO 2, Cr 2 O 3, MoO 3, Fe 2 O 3, NiO та ін
В якості реагентів використовується також мінеральну сировину і промислові відходи.
Умови підбору компонентів СВС-системи:
· Екзотермічну взаємодії реагентів
· Освіта корисних твердих продуктів
· Технічна і економічна доцільність.
Горіння в СВС-процесах воно отримало назву "тверде полум'я".
Розглянемо процеси при СВС більш докладно і почнемо з основного способу ініціювання - це локальне ініціювання реакції на поверхні системи шляхом підведення короткочасного теплового імпульсу (електрична спіраль, електроіскровий розряд, лазерний промінь і ін) з формуванням хвилі горіння та її поширенням по не нагрітого вихідного речовини . Тривалість ініціювання зазвичай набагато менше часу згоряння шихти.
· При цьому режими поширення фронту горіння в найпростішому і найбільш важливому стаціонарному режимі всі крапки фронту рухаються з постійною в часі і однаковою швидкістю. Коли стаціонарний режим втрачає стійкість, можуть виникнути нестійкі режими поширення фронту: плоскі автоколивання швидкості фронту горіння (пульсуючі горіння)
· Локалізація реакції горіння в осередках, що рухаються по гвинтовій траєкторії (спінновие хвилі),
· Безладний рух безлічі осередків горіння (хаотичні тверді полум'я).
Хвиля горіння не поширюється по шихті у разі сильних тепловтрат у навколишнє середовище (малі діаметри шихтових зразків, низькі адіабатичні температури взаємодії реагентів).
У хвилі горіння протікають різні хімічні, фізичні та фізико-хімічні процеси, що забезпечують у своїй сукупності необхідне тепловиділення. Хвиля має певну протяжність і складається з ряду зон:
· Зони прогріву або предпламенной зони (у ній реакції горіння ще не протікають, а тільки здійснюється теплоперенос і нагрівання шихти)
· Зони реакції (у ній протікають основні реакції горіння, що забезпечують необхідну тепловиділення)
· Зони догорання (у ній продовжуються хімічні реакції, але вони вже не впливають на швидкість поширення фронту)
· Зони (стадії) вторинних фізико-хімічних перетворень, що визначають склад і структуру кінцевих продуктів.
Поширення зони хімічних реакцій називають хвилею горіння. Фронт - це умовна поверхня, що розділяє зони прогріву і реакції (передній край високотемпературної зони хвилі). Проходження хвилі горіння є основною стадією СВС. Популярна формула:
СВС = горіння + структуроутворення,
вторинні фізико-хімічні перетворення складають другу стадію СВС.
Процес поширення хвилі характеризують:
· Межею згасання (зв'язок між параметрами системи, що розділяють дві ситуації: поширення хвилі і відсутності горіння за будь-яких умовах ініціювання)
· Межею втрати стійкості (зв'язок між параметрами системи, що розділяють режими стаціонарного і нестійкого горіння)
· Швидкістю поширення фронту,
· Максимальною температурою і
· Темпом нагріву речовини у хвилі стаціонарного горіння,
· В нестійких процесах - частотою пульсацій, швидкістю руху вогнища по гвинтовій траєкторії, величиною сверхадіабатіческого ефекту та ін
· Глибиною хімічного перетворення вихідних реагентів в кінцеві продукти (повнота горіння)
- Залежність недогоранія від розмірів частинок металу
- Залежність недогоранія від відносної щільності зразка
· Неравновесностью продукту горіння, що характеризує незавершеність фазових і структурних перетворень у процесі; темпом остигання продуктів горіння (рідко).
Завдяки високим значенням швидкості і температури горіння і швидкості нагріву речовини у хвилі СВС відносять до категорії екстремальних хімічних процесів.
Для процесів СВС хімічна природа реагентів безпосереднього значення не має - важливі лише величина теплового ефекту реакції і закони тепловиділення і теплопередачі, агрегатний стан реагентів і продуктів, кінетика фазових і структурних перетворень та інші макроскопічні характеристики процесу.
Тому хімія СВС-процесів різноманітна. Найбільшого поширення набули
- Реакції синтезу з елементів
Ti + C = TiC Ni + Al = NiAl 3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 Zr + H 2 = ZrH 2
- Окислювально-відновні реакції
B 2 O 3 +3 Mg + N 2 = 2BN + 3MgO B 2 O 3 + TiO 2 +5 Mg = TiB 2 + 5MgO
MoO 3 + B 2 O 3 +4 Al = MoB 2 + 2Al 2 O 3 3TiO 2 + C + 4Al = TiC + 2Al 2 O 3
2TiCl 4 + 8Na + N 2 = 2TiN + 8NaCl
- Реакції окислення металів у складних оксидних середовищах
3Cu + 2BaO 2 + 1/2Y 2 O 3 + 0.5 (1.5 - x) O 2 = YBa 2 Cu 3 O 7-x Nb + Li 2 O 2 + 1/2Ni 2 O 5 = 2LiNbO 3
8Fe + SrO + 2Fe 2 O 3 + 6O 2 = SrFe 12 O 19
Відомі також СВС-реакції
- Синтезу із з'єднань
PbO + WO 3 = PbWO 4
- Взаємодії розкладаються сполук з елементами
2TiH 2 + N 2 = 2TiN + 2H 2 4Al + NaN 3 + NH 4 Cl = 4AlN + NaCl + 2H 2
- Термічного розкладання складних сполук
2BH 3 N 2 H 4 = 2BN + N 2 + 7H 2
Узагальнюючи вищесказане треба відзначити, що досить перспективним є проведення СВС-процесів в екзотермічних системах органічного синтезу (як порошкових, так і жидкофазная). У них СВС протікає при не дуже високих температурах (100-300С) і з більш низькими швидкостями, що дозволяє більш детально дослідити механізм СВС із застосуванням таких типових для органічної хімії методів як ЕПР, ЯМР і ін Для рідких систем з'являється реальна можливість дослідити вплив виникають вільно-конвективних течій на автохвильовим процес. Представляються перспективними (але поки зовсім не проаналізованими) і технологічні програми.
Незаслужено не розвиваються дослідження СВС у кріогенних системи (типу металевий порошок - рідкий азот), у сумішах нанорозмірних реагентів, в високощільних вихідних складах.
В останні роки з'явилася можливість створення тонких багатошарових плівок з нанорозмірними шарами (наприклад, шляхом магнетронного напилення). Дослідження горіння в таких плівках викликає великий інтерес, тому що дозволяють вивчати гетерогенні особливості СВС-процесів у найпростіших (модельних) умовах, а також використовувати цей процес для нанесення тонких покриттів.
Потребує більшої уваги так званий газофазних СВС - горіння газових сумішей з конденсацією продукту як у вигляді дрібних, нанорозмірних частинок (гомогенна конденсація), так і у вигляді плівок (гетерогенна конденсація на введених в суміш поверхнях). Незважаючи на обмежене коло об'єктів (газових сумішей, що реагують з тепловиділенням і утворюють твердий продукт, не так вже й багато), такий процес становить теоретичний інтерес і може зайняти гідне місце в технологічній практиці.
Великий інтерес викликає створення детонаційних СВС-процесів, в яких передача енергії від продуктів реакції у вихідну суміш відбувається шляхом ударного стиску речовини, а не завдяки теплопередачі, як у звичайних СВС-процесах.
Виділимо з усього різноманіття дві найбільш важливі завдання.
Перша відноситься до використання (утилізації) тепла, що виділяється реакцією СВС. З цією метою можуть бути створені спеціальні хімічні печі (з температурами 3000-3500С) з обмеженим часом дії для проведення високотемпературних фізико-хімічних процесів. Інший аспект проблеми - створення безперервної технології СВС-продуктів (за схемою проточного реактора, в який входять реагенти, а виходять продукти) з перетворенням виділеного тепла в електроенергію. Такі енерготехнологічні процеси необхідно створювати для великотоннажних виробництв (феросплави, вогнетриви, ферити, твердосплавні порошки та ін).
Друге завдання пов'язана з прямим отриманням методом СВС (в одну технологічну стадію) виробів заданої форми, розмірів, складу і структури. Перший позитивний досвід такого синтезу виробів є, але конкретні завдання сильно відрізняються один від одного і робити узагальнення і прогнози тут дуже важко. Необхідні спеціальні теоретичні дослідження, що виходять за рамки проблеми СВС і хороша, автоматизована експериментальна техніка. Однак, незважаючи на труднощі майбутнє СВС виробів багатообіцяюче.
Багато цікавих завдань зі створення спеціалізованого обладнання. Це СВС-реактора із зовнішніми впливами на палаючу шихту (енергетичними, механічними). Великий інтерес викликає створення механохімічної СВС-реактора, в якому процеси змішування реагентів, горіння (синтезу) та подрібнення продукту суміщені. Для слабоекзотерміческіх СВС-процесів необхідні реактора з додатковим нагріванням. Великі перспективи має створення двохкоординатним центрифуг для отримання неосесиметричні литих виробів з СВС-розплавів і т.д.
Є успіхи у створення функціонально-градієнтних матеріалів. Отримання матеріалів із заданою неоднорідністю в одну стадію - це складна, але цікава макрокінетіческая завдання. Можна очікувати її успішного рішення, якщо вдасться навчитися керувати рухом (перебігом) флюїдних фаз у багатокомпонентної реагує середовищі.
В даний час в області СВС ведуться перспективні роботи з синтезу нанопорошків і наноматеріалів, прямого синтезу монокристалів, отриманню керамічних і металокерамічних пеноматеріалов, створення композиційних матеріалів типу полімер-кераміка, синтез надтвердих матеріалів.
Великий інтерес викликає створення так званих нерівноважних матеріалів - матеріалів, які приходять в рівноважний стан у процесі їх експлуатації. Найпростіша задача-приклад: створення наплавочного електрода на основі не повністю прореагировавшего СВС-продукту. Дореагірованіе електрода в процесі наплавлення з виділенням тепла підвищують температуру наплавлення, що дозволяє зменшити електрозатрати на наплавлення.
Фахівці з СВС сміливо беруться за складні завдання сучасного матеріалознавства.
· Піротехніці (створення безгазовий тепловиділяючих елементів і систем огнепередачі);
· Металургії (піролігатури, спеціальні шихти для плавки металів);
· Космічному експерименті (нові типи горіння і структури матеріалів);
· Науковому експерименті (динамічний рентген, СВС-калориметрія, генератори високого тиску, обернені задачі теорії горіння.
Наука про СВС-процесах шукає нові шляхи реалізації свого потенціалу.
"СВС - ПРОЦЕСИ В МЕТАЛУРГІЇ".
Мабуть, першою спробою використовувати екзотермічні процеси в металургії можна вважати роботи М. М. Бекетова з отримання металів та їх сплавів за допомогою термітних реакцій. Пізніше на базі результатів було створено новий науковий напрям і галузь промисловості, яка отримала назву Металотермія. Найбільш широко в практиці для отримання феросплавів і лігатур використовують алюміній як відновника (алюминотермия). Дуже корисним виявилося використання термітних процесів для зварювання рейок. Іншим, широко використовуваним активним металом, є магній (магніетермія). Магніетермію в практиці використовують для отримання титанової губки. Відомі приклади використання та інших активних елементів як відновників (Ca, B, Si, Cu та ін.)
У літературі описані численні спроби отримання карбідів, боридів, силіцидів, нітридів металів і т.д. за допомогою термітних реакцій. Однак була відзначена неможливість використання цього методу для одержання тугоплавких литих сполук на увазі вибухоподібного протікання процесу горіння при високій температурі.
Нові можливості для використання термітних реакцій в наукових і прикладних задачах з'явилися у зв'язку з розвитком у 70-ті роки робіт з високотемпературного синтезу тугоплавких неорганічних сполук (СВС). Ці можливості пов'язані з застосуванням нового обладнання та нових методів. Дослідження, проведені школою академіка А. Г. Мержанова (В. І. Юхвід, А. Р. Качин, В. А. Горшков, С. Л. Сіляков, В. М. Санін та ін) показали, що вплив підвищеним тиском і відцентровою силою пригнічують розкид сумішей Термітне типу при горінні і переводять горіння в керований стаціонарний режим. Дослідження показали, що для широкого кола таких сумішей продуктом горіння є високотемпературний багатофазних розплав, що містить нерозчинні одне в одному "металеву" і оксидну фази. У ряді випадків, при не повному відновленні вихідних оксидів, формується однофазний оксидний розплав. Детальні фундаментальні та прикладні дослідження показали, що горінням і формуванням хімічного складу розплаву продуктів горіння, а також наступними за горінням процесами фазорозділення і кристалізації, формування фазового складу, макро і мікро структури можна керувати за допомогою внутрішніх (склад і щільність суміші, дисперсність реагентів і т . д.) і зовнішніх (вплив перевантаженням, тиском газу, електромагнітним полем, високочастотними коливаннями і т.д.) параметрів. Це новий напрям досліджень отримало назву СВС-металургія.
Жидкофазная стан продуктів синтезу після проходження хвилі горіння дозволило вирішити три класи практичних завдань:
1. отримання злитків карбідів, боридів, силіцидів і оксидів металів, твердих і жаростійких сплавів, композиційних і градієнтних матеріалів і т.д.;
2. отримання литих виробів в тому числі труб з перерахованих вище матеріалів;
3. отримання зносостійких захисних покриттів на деталях машин і механізмів,
а також здійснювати переробку промислових відходів (металевої стружки, окалини та металургійної пилу і т. д.). У рамках цих досліджень у 80-х роках були створені дослідні виробництва на НВО "Чорметмеханізація" (Дніпропетровськ), "Запсібмет" (Новокузнецьк) та НДІ "Тракторсільгоспмаш".
Слід відзначити також спроби використання металургійних СВС - процесів у чорної та кольорової металургії для легування литих заготовок А. А. Жуковим (Вінниця) і В. А. Новохацьким (Полтава), для модифікування алюмінієвих сплавів В. І. Нікітіним з співробітниками (Самара ), ремонту металургійних піддонів (ВНІІмехчермет, Дніпропетровськ), одержання вогнетривів і ремонту металургійних печей (Інститут горіння, Алма-Ата).
У 1980-1982 р.р. О. Одавара з колегами (Японія) провів дослідження горіння залізо-алюмінієвого терміту і розробив технологію отримання труб великого розміру У 1990 році С. Вуйтіцкій (США) сконструював радіальну відцентрову установку і провів перші експерименти з отримання литих твердих сплавів на основі карбіду вольфраму. Широкий розвиток відцентрова СВС-технологія отримала в роботах SG Zhang, XX Zhon, S. Yin та ін (Китай) і G. Cao (Італія) з співробітниками.
В даний час СВС-металургія - це одне з найбільш цікавих і корисних для практики напрямків у СВС, що має великі перспективи розвитку і такі найбільш значущі досягнення:
· Створено оригінальне обладнання, методики експериментальних і прикладних досліджень (відцентрові установки, реактори, гартівні пристрої, комп'ютеризовані комплекси експериментальної діагностики, методики отримання трубчастих виробів та захисних покриттів і т.д.);
· Розвинуто уявлення про особливості процесів у "рідкому полум'я", запропоновано структурні схеми хімічного перетворення в хвилях горіння, показана можливість управління стадіями за допомогою варіації співвідношення дисперсності реагентів;
· Показано сильний вплив високотемпературних гідродинамічних процесів (примусової фільтрації розплавів, конвективного руху розплаву над фронтом горіння, руху двофазного потоку уздовж відкритої поверхні суміші і т.д.) на горіння і формування литих продуктів;
· Реалізовано горіння в перемішаних і шарових системах, з повним і частковим відновлення вихідних оксидів, а також вивчено їх закономірності;
· Створені моделі "рідкого полум'я", фазорозділення і динамічної взаємодії високотемпературного розплаву з плавиться, основою, включаючи стадію розтікання по поверхні основи, адекватно відображають експериментальні закономірності;
· Синтезовано більше 100 литих хімічних сполук;
· Отримані трубчасті вироби з керметной, шаровий та градієнтної структурою;
· Отримані захисні покриття з твердих сплавів на основі карбідів і боридів титану і хрому товщиною від 1 до 30мм на поверхні сталевих виробів;
· Апробовано в промисловості широке коло матеріалів (сплави для напилювання і наплавлення захисних покриттів, абразивні оксидні матеріали), литих захисних покриттів (металургія, тракторне і сільськогосподарське машинобудування, дорожньо-будівельна техніка); керметних труб (розливання розплавів з кольорових металів);
Перспективи розвитку металургійного напрямку СВС пов'язані зі створенням нових методик і устаткування; розвитком експериментальних і теоретичних досліджень з горіння сумішей Термітне типу в умовах примусової фільтрації розплаву і конвективного руху в розплаві продуктів горіння; дослідження взаємодії відновлювальної та "СВС" стадій у хвилі горіння; можливістю управління складом і структурою продуктів горіння за допомогою внутрішніх і зовнішніх параметрів, впливу зовнішніх полів і т.д.
Розвиток прикладних досліджень пов'язаний зі створенням технологій нових матеріалів і виробів для промисловості: литий напівпровідникової кераміки, трубчастих нагрівачів, перетворювачів теплової енергії в електричну, жаростійких матеріалів і покриттів для авіаційної техніки, зносостійких покриттів на деталях машин і механізмів, що піддаються інтенсивному зносу, переробка промислових відходів , в тому числі і радіоактивних. Нижче наводиться перелік нових завдань, перспективних для науки і практики.
· Горіння гібридних систем і вплив примусової фільтрації високотемпературного розплаву на горіння безгазовий систем
· Хімічна стадійність у системах MeO x + B 2 O 3 + Al, MeOx + SiO 2 + Al і структура хвиль горіння;
· Деформаційні процеси в хвилях горіння;
· Горіння під впливом високих перевантажень (більше 1000g);
· Продовжити дослідження впливу зовнішніх полів на СВС-процес і формування градієнтних структур і розробку відцентрових методів загартування продуктів горіння.
· Розробити осьові високоточні відцентрові установки для отримання трубчастих виробів;
· Розробити досвідчені високопродуктивні установки для процесів СВС-металургії та СВС-переробки промислових відходів;
· Використовувати СВС-складів Термітне типу для моделювання аварійних процесів в атомному реакторі;
· Створити основи космічної СВС-металургії.
· Створити високотемпературні електропроводні оксидні композиційні матеріали;
· Створити литі градієнтні матеріали;
· Створити захисні покриття на поверхні легкоплавких і активних металів;
· Створити литі труби з електропровідних оксидних і композиційних матеріалів.
· СВС-переплавлення радіоактивних неметалевих відходів;
· Заліковування технологічних отворів і ливарного шлюбу у виробах за допомогою СВС-процесів та СВС-матеріалів;
· Відновлення зношених поверхонь.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Http: / / www.explosive.ru - Гордополовий Ю.А «Cамораспространяющійся високотемпературний синтез», А.Г. Мержанов, І.П. Боровинська «СВС - ПРОЦЕСИ В МЕТАЛУРГІЇ».
2. Http://www.lgz.ru - «Твердий вогонь СВС», Літературна газета, випуск 19 (59), 2003.
3. Http://ism.ac.ru - А.Г. Межанов, А.Є. Сичов «Про високотемпературного синтезу».
4. Http://gazeta.chernogolovka.net - «Сьомий міжнародний», тижневик, 26 (622), 3.07.2003
5. А.Г. Мержанов. «Високотемпературний синтез. Сучасні проблеми ». Фізична хімія. М. «Хімія» 1983 р.
6. Журнал Всесоюзного хімічного товариства ім. Менделєєва XXXV том 6, 1990
7. Журнал Всесоюзного хімічного товариства ім. Менделєєва XXIV том 3, 1979
При зміні параметрів в експериментах спостерігалася зміна режимів горіння - від стаціонарного (сталого) до нестаціонарних (нестійких типу автоколивального і спінового). Виявлено, що високоякісні продукти синтезуються лише в стаціонарних режимах, і тому забезпечення стійкості горіння в цьому класі систем є важливим практичним завданням.
Дослідження великої кількості оксидних систем показало, що значення температур і швидкостей горіння невисокі: і г = 0,05-5,00 мм / с і Т т = 750-1500 ° С. Зазвичай в СВС-процесах значення (Л і Т т істотно вище (крім систем метал-водень) [16]. Звертає на себе увагу, що температури горіння, що розвиваються при СВС оксидів часто такі ж, як і при пічному синтезі, але процес в останньому випадку триває в десятки і сотні разів довше. Така суперечлива на перший погляд картина пов'язана з тим, що при пічному синтезі взаємодіють вже окислені речовини, а в СВС освіта складного оксиду йде одночасно з окисленням одного з компонентів, тобто в СВС має місце більш активна в хімічному відношенні ситуація. З цієї точки зору СВС є безсумнівно прогресивним методом отримання оксидних матеріалів.
ЗАГАЛЬНИЙ МЕХАНІЗМ І ТЕОРІЯ СВС
Малодослідженим питанням є механізм і динаміка структуроутворення кінцевих продуктів. Найбільш важливе значення має отримання інформації про зміну в хвилях СВС мікроструктури утворюється матеріалу (розподіл за розмірами зерен кристалітів фазових складових і досі). Вирішення цієї проблеми допоможе створити науково-обгрунтовані прийоми підвищення міцності синтезованих матеріалів та управління фільтраційними характеристиками пористих СВС-продуктів. Для її вирішення необхідна розробка нових, динамічних методів діагностики будови речовини в різних зонах СВС-процесу. Привабливою завданням є також визначення характеристик міцності зони горіння.До цих пір не було спроб побудувати структурно-макрокінетіческую теорію СВС-процесу, тобто розглянути спільно процеси горіння та структуроутворення, що дозволило б глибше зрозуміти роль автохвильовим процесу у формуванні структури продукту горіння і роль структурних перетворень в механізмі твердопламенного горіння.
Як і раніше, важливими завданнями є експериментальна діагностика та математичне моделювання (особливо, тривимірне) нестійких процесів горіння, побудова фізико-хімічних моделей СВС в конкретних, найбільш важливих у практичному відношенні системах з передобчисленням оптимальних умов синтезу, дослідження кінетики тепловиділення в порошкових середовищах при високих температурах.
РЕАГЕНТИ І ПРОЦЕСИ
Реагенти в СВС процесах використовуються у вигляді тонкодисперсних порошків, тонких плівок, рідин і газів. Найбільш поширені два типи систем: суміші порошків (спресовані або насипної щільності) і гібридні системи газ-порошок (або спресований агломерат). Відомі СВС-процеси і в системах: порошок-рідина, газ-суспензія, плівка-плівка, газ-газ. Головні вимоги до структури вихідної системи - забезпечення умов для ефективної взаємодії реагентів. Шихта в СВС-процесах може перебувати у вакуумі, на відкритому повітрі, в інертному або реагуючому газі під тиском.У створенні СВС системи можуть брати участь всі хімічно активні при високих температурах речовини в якості реагентів (хімічні елементи, індивідуальні сполуки, багатофазні структури) та інертні речовини в якості наповнювачів чи розріджувачів.
Найбільш популярні реагенти:
H 2, B, Al, C, N 2, O 2, Mg, Ti, Nb, Mo, Si, Ni, Fe, B 2 O 3, TiO 2, Cr 2 O 3, MoO 3, Fe 2 O 3, NiO та ін
В якості реагентів використовується також мінеральну сировину і промислові відходи.
Умови підбору компонентів СВС-системи:
· Екзотермічну взаємодії реагентів
· Освіта корисних твердих продуктів
· Технічна і економічна доцільність.
Горіння в СВС-процесах воно отримало назву "тверде полум'я".
Розглянемо процеси при СВС більш докладно і почнемо з основного способу ініціювання - це локальне ініціювання реакції на поверхні системи шляхом підведення короткочасного теплового імпульсу (електрична спіраль, електроіскровий розряд, лазерний промінь і ін) з формуванням хвилі горіння та її поширенням по не нагрітого вихідного речовини . Тривалість ініціювання зазвичай набагато менше часу згоряння шихти.
· При цьому режими поширення фронту горіння в найпростішому і найбільш важливому стаціонарному режимі всі крапки фронту рухаються з постійною в часі і однаковою швидкістю. Коли стаціонарний режим втрачає стійкість, можуть виникнути нестійкі режими поширення фронту: плоскі автоколивання швидкості фронту горіння (пульсуючі горіння)
· Локалізація реакції горіння в осередках, що рухаються по гвинтовій траєкторії (спінновие хвилі),
· Безладний рух безлічі осередків горіння (хаотичні тверді полум'я).
Хвиля горіння не поширюється по шихті у разі сильних тепловтрат у навколишнє середовище (малі діаметри шихтових зразків, низькі адіабатичні температури взаємодії реагентів).
У хвилі горіння протікають різні хімічні, фізичні та фізико-хімічні процеси, що забезпечують у своїй сукупності необхідне тепловиділення. Хвиля має певну протяжність і складається з ряду зон:
· Зони прогріву або предпламенной зони (у ній реакції горіння ще не протікають, а тільки здійснюється теплоперенос і нагрівання шихти)
· Зони реакції (у ній протікають основні реакції горіння, що забезпечують необхідну тепловиділення)
· Зони догорання (у ній продовжуються хімічні реакції, але вони вже не впливають на швидкість поширення фронту)
· Зони (стадії) вторинних фізико-хімічних перетворень, що визначають склад і структуру кінцевих продуктів.
Поширення зони хімічних реакцій називають хвилею горіння. Фронт - це умовна поверхня, що розділяє зони прогріву і реакції (передній край високотемпературної зони хвилі). Проходження хвилі горіння є основною стадією СВС. Популярна формула:
СВС = горіння + структуроутворення,
вторинні фізико-хімічні перетворення складають другу стадію СВС.
Процес поширення хвилі характеризують:
· Межею згасання (зв'язок між параметрами системи, що розділяють дві ситуації: поширення хвилі і відсутності горіння за будь-яких умовах ініціювання)
· Межею втрати стійкості (зв'язок між параметрами системи, що розділяють режими стаціонарного і нестійкого горіння)
· Швидкістю поширення фронту,
· Максимальною температурою і
· Темпом нагріву речовини у хвилі стаціонарного горіння,
· В нестійких процесах - частотою пульсацій, швидкістю руху вогнища по гвинтовій траєкторії, величиною сверхадіабатіческого ефекту та ін
· Глибиною хімічного перетворення вихідних реагентів в кінцеві продукти (повнота горіння)
- Залежність недогоранія від розмірів частинок металу
- Залежність недогоранія від відносної щільності зразка
· Неравновесностью продукту горіння, що характеризує незавершеність фазових і структурних перетворень у процесі; темпом остигання продуктів горіння (рідко).
Завдяки високим значенням швидкості і температури горіння і швидкості нагріву речовини у хвилі СВС відносять до категорії екстремальних хімічних процесів.
Для процесів СВС хімічна природа реагентів безпосереднього значення не має - важливі лише величина теплового ефекту реакції і закони тепловиділення і теплопередачі, агрегатний стан реагентів і продуктів, кінетика фазових і структурних перетворень та інші макроскопічні характеристики процесу.
Тому хімія СВС-процесів різноманітна. Найбільшого поширення набули
- Реакції синтезу з елементів
Ti + C = TiC Ni + Al = NiAl 3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 Zr + H 2 = ZrH 2
- Окислювально-відновні реакції
B 2 O 3 +3 Mg + N 2 = 2BN + 3MgO B 2 O 3 + TiO 2 +5 Mg = TiB 2 + 5MgO
MoO 3 + B 2 O 3 +4 Al = MoB 2 + 2Al 2 O 3 3TiO 2 + C + 4Al = TiC + 2Al 2 O 3
2TiCl 4 + 8Na + N 2 = 2TiN + 8NaCl
- Реакції окислення металів у складних оксидних середовищах
3Cu + 2BaO 2 + 1/2Y 2 O 3 + 0.5 (1.5 - x) O 2 = YBa 2 Cu 3 O 7-x Nb + Li 2 O 2 + 1/2Ni 2 O 5 = 2LiNbO 3
8Fe + SrO + 2Fe 2 O 3 + 6O 2 = SrFe 12 O 19
Відомі також СВС-реакції
- Синтезу із з'єднань
PbO + WO 3 = PbWO 4
- Взаємодії розкладаються сполук з елементами
2TiH 2 + N 2 = 2TiN + 2H 2 4Al + NaN 3 + NH 4 Cl = 4AlN + NaCl + 2H 2
- Термічного розкладання складних сполук
2BH 3 N 2 H 4 = 2BN + N 2 + 7H 2
Узагальнюючи вищесказане треба відзначити, що досить перспективним є проведення СВС-процесів в екзотермічних системах органічного синтезу (як порошкових, так і жидкофазная). У них СВС протікає при не дуже високих температурах (100-300С) і з більш низькими швидкостями, що дозволяє більш детально дослідити механізм СВС із застосуванням таких типових для органічної хімії методів як ЕПР, ЯМР і ін Для рідких систем з'являється реальна можливість дослідити вплив виникають вільно-конвективних течій на автохвильовим процес. Представляються перспективними (але поки зовсім не проаналізованими) і технологічні програми.
Незаслужено не розвиваються дослідження СВС у кріогенних системи (типу металевий порошок - рідкий азот), у сумішах нанорозмірних реагентів, в високощільних вихідних складах.
В останні роки з'явилася можливість створення тонких багатошарових плівок з нанорозмірними шарами (наприклад, шляхом магнетронного напилення). Дослідження горіння в таких плівках викликає великий інтерес, тому що дозволяють вивчати гетерогенні особливості СВС-процесів у найпростіших (модельних) умовах, а також використовувати цей процес для нанесення тонких покриттів.
Потребує більшої уваги так званий газофазних СВС - горіння газових сумішей з конденсацією продукту як у вигляді дрібних, нанорозмірних частинок (гомогенна конденсація), так і у вигляді плівок (гетерогенна конденсація на введених в суміш поверхнях). Незважаючи на обмежене коло об'єктів (газових сумішей, що реагують з тепловиділенням і утворюють твердий продукт, не так вже й багато), такий процес становить теоретичний інтерес і може зайняти гідне місце в технологічній практиці.
Великий інтерес викликає створення детонаційних СВС-процесів, в яких передача енергії від продуктів реакції у вихідну суміш відбувається шляхом ударного стиску речовини, а не завдяки теплопередачі, як у звичайних СВС-процесах.
ТЕХНОЛОГІЯ ТА ОБЛАДНАННЯ
Технологічні гідності СВС закладені в самому принципі - використання бистровиделяющегося тепла хімічних реакцій замість нагріву речовини від зовнішнього джерела, тому, багато СВС-процеси навіть у найпростішому варіанті успішно конкурують із традиційними енергоємними технологіями. Однак у міру розвитку проблеми і технології пред'являються все більш складні вимоги з метою отримання максимального ефекту.Виділимо з усього різноманіття дві найбільш важливі завдання.
Перша відноситься до використання (утилізації) тепла, що виділяється реакцією СВС. З цією метою можуть бути створені спеціальні хімічні печі (з температурами 3000-3500С) з обмеженим часом дії для проведення високотемпературних фізико-хімічних процесів. Інший аспект проблеми - створення безперервної технології СВС-продуктів (за схемою проточного реактора, в який входять реагенти, а виходять продукти) з перетворенням виділеного тепла в електроенергію. Такі енерготехнологічні процеси необхідно створювати для великотоннажних виробництв (феросплави, вогнетриви, ферити, твердосплавні порошки та ін).
Друге завдання пов'язана з прямим отриманням методом СВС (в одну технологічну стадію) виробів заданої форми, розмірів, складу і структури. Перший позитивний досвід такого синтезу виробів є, але конкретні завдання сильно відрізняються один від одного і робити узагальнення і прогнози тут дуже важко. Необхідні спеціальні теоретичні дослідження, що виходять за рамки проблеми СВС і хороша, автоматизована експериментальна техніка. Однак, незважаючи на труднощі майбутнє СВС виробів багатообіцяюче.
Багато цікавих завдань зі створення спеціалізованого обладнання. Це СВС-реактора із зовнішніми впливами на палаючу шихту (енергетичними, механічними). Великий інтерес викликає створення механохімічної СВС-реактора, в якому процеси змішування реагентів, горіння (синтезу) та подрібнення продукту суміщені. Для слабоекзотерміческіх СВС-процесів необхідні реактора з додатковим нагріванням. Великі перспективи має створення двохкоординатним центрифуг для отримання неосесиметричні литих виробів з СВС-розплавів і т.д.
МАТЕРІАЛИ
СВС добре зарекомендував себе в проблемі створення традиційних матеріалів - однорідних і гетерогенних (в тому числі, композиційних).Є успіхи у створення функціонально-градієнтних матеріалів. Отримання матеріалів із заданою неоднорідністю в одну стадію - це складна, але цікава макрокінетіческая завдання. Можна очікувати її успішного рішення, якщо вдасться навчитися керувати рухом (перебігом) флюїдних фаз у багатокомпонентної реагує середовищі.
В даний час в області СВС ведуться перспективні роботи з синтезу нанопорошків і наноматеріалів, прямого синтезу монокристалів, отриманню керамічних і металокерамічних пеноматеріалов, створення композиційних матеріалів типу полімер-кераміка, синтез надтвердих матеріалів.
Великий інтерес викликає створення так званих нерівноважних матеріалів - матеріалів, які приходять в рівноважний стан у процесі їх експлуатації. Найпростіша задача-приклад: створення наплавочного електрода на основі не повністю прореагировавшего СВС-продукту. Дореагірованіе електрода в процесі наплавлення з виділенням тепла підвищують температуру наплавлення, що дозволяє зменшити електрозатрати на наплавлення.
Фахівці з СВС сміливо беруться за складні завдання сучасного матеріалознавства.
НАПРЯМКИ ВИКОРИСТАННЯ
Найбільше застосування СВС-процеси отримали в технології матеріалів. Представляє інтерес розвиток і інших напрямів використання в· Піротехніці (створення безгазовий тепловиділяючих елементів і систем огнепередачі);
· Металургії (піролігатури, спеціальні шихти для плавки металів);
· Космічному експерименті (нові типи горіння і структури матеріалів);
· Науковому експерименті (динамічний рентген, СВС-калориметрія, генератори високого тиску, обернені задачі теорії горіння.
Наука про СВС-процесах шукає нові шляхи реалізації свого потенціалу.
"СВС - ПРОЦЕСИ В МЕТАЛУРГІЇ".
Мабуть, першою спробою використовувати екзотермічні процеси в металургії можна вважати роботи М. М. Бекетова з отримання металів та їх сплавів за допомогою термітних реакцій. Пізніше на базі результатів було створено новий науковий напрям і галузь промисловості, яка отримала назву Металотермія. Найбільш широко в практиці для отримання феросплавів і лігатур використовують алюміній як відновника (алюминотермия). Дуже корисним виявилося використання термітних процесів для зварювання рейок. Іншим, широко використовуваним активним металом, є магній (магніетермія). Магніетермію в практиці використовують для отримання титанової губки. Відомі приклади використання та інших активних елементів як відновників (Ca, B, Si, Cu та ін.)
У літературі описані численні спроби отримання карбідів, боридів, силіцидів, нітридів металів і т.д. за допомогою термітних реакцій. Однак була відзначена неможливість використання цього методу для одержання тугоплавких литих сполук на увазі вибухоподібного протікання процесу горіння при високій температурі.
Нові можливості для використання термітних реакцій в наукових і прикладних задачах з'явилися у зв'язку з розвитком у 70-ті роки робіт з високотемпературного синтезу тугоплавких неорганічних сполук (СВС). Ці можливості пов'язані з застосуванням нового обладнання та нових методів. Дослідження, проведені школою академіка А. Г. Мержанова (В. І. Юхвід, А. Р. Качин, В. А. Горшков, С. Л. Сіляков, В. М. Санін та ін) показали, що вплив підвищеним тиском і відцентровою силою пригнічують розкид сумішей Термітне типу при горінні і переводять горіння в керований стаціонарний режим. Дослідження показали, що для широкого кола таких сумішей продуктом горіння є високотемпературний багатофазних розплав, що містить нерозчинні одне в одному "металеву" і оксидну фази. У ряді випадків, при не повному відновленні вихідних оксидів, формується однофазний оксидний розплав. Детальні фундаментальні та прикладні дослідження показали, що горінням і формуванням хімічного складу розплаву продуктів горіння, а також наступними за горінням процесами фазорозділення і кристалізації, формування фазового складу, макро і мікро структури можна керувати за допомогою внутрішніх (склад і щільність суміші, дисперсність реагентів і т . д.) і зовнішніх (вплив перевантаженням, тиском газу, електромагнітним полем, високочастотними коливаннями і т.д.) параметрів. Це новий напрям досліджень отримало назву СВС-металургія.
Жидкофазная стан продуктів синтезу після проходження хвилі горіння дозволило вирішити три класи практичних завдань:
1. отримання злитків карбідів, боридів, силіцидів і оксидів металів, твердих і жаростійких сплавів, композиційних і градієнтних матеріалів і т.д.;
2. отримання литих виробів в тому числі труб з перерахованих вище матеріалів;
3. отримання зносостійких захисних покриттів на деталях машин і механізмів,
а також здійснювати переробку промислових відходів (металевої стружки, окалини та металургійної пилу і т. д.). У рамках цих досліджень у 80-х роках були створені дослідні виробництва на НВО "Чорметмеханізація" (Дніпропетровськ), "Запсібмет" (Новокузнецьк) та НДІ "Тракторсільгоспмаш".
Слід відзначити також спроби використання металургійних СВС - процесів у чорної та кольорової металургії для легування литих заготовок А. А. Жуковим (Вінниця) і В. А. Новохацьким (Полтава), для модифікування алюмінієвих сплавів В. І. Нікітіним з співробітниками (Самара ), ремонту металургійних піддонів (ВНІІмехчермет, Дніпропетровськ), одержання вогнетривів і ремонту металургійних печей (Інститут горіння, Алма-Ата).
У 1980-1982 р.р. О. Одавара з колегами (Японія) провів дослідження горіння залізо-алюмінієвого терміту і розробив технологію отримання труб великого розміру У 1990 році С. Вуйтіцкій (США) сконструював радіальну відцентрову установку і провів перші експерименти з отримання литих твердих сплавів на основі карбіду вольфраму. Широкий розвиток відцентрова СВС-технологія отримала в роботах SG Zhang, XX Zhon, S. Yin та ін (Китай) і G. Cao (Італія) з співробітниками.
В даний час СВС-металургія - це одне з найбільш цікавих і корисних для практики напрямків у СВС, що має великі перспективи розвитку і такі найбільш значущі досягнення:
· Створено оригінальне обладнання, методики експериментальних і прикладних досліджень (відцентрові установки, реактори, гартівні пристрої, комп'ютеризовані комплекси експериментальної діагностики, методики отримання трубчастих виробів та захисних покриттів і т.д.);
· Розвинуто уявлення про особливості процесів у "рідкому полум'я", запропоновано структурні схеми хімічного перетворення в хвилях горіння, показана можливість управління стадіями за допомогою варіації співвідношення дисперсності реагентів;
· Показано сильний вплив високотемпературних гідродинамічних процесів (примусової фільтрації розплавів, конвективного руху розплаву над фронтом горіння, руху двофазного потоку уздовж відкритої поверхні суміші і т.д.) на горіння і формування литих продуктів;
· Реалізовано горіння в перемішаних і шарових системах, з повним і частковим відновлення вихідних оксидів, а також вивчено їх закономірності;
· Створені моделі "рідкого полум'я", фазорозділення і динамічної взаємодії високотемпературного розплаву з плавиться, основою, включаючи стадію розтікання по поверхні основи, адекватно відображають експериментальні закономірності;
· Синтезовано більше 100 литих хімічних сполук;
· Отримані трубчасті вироби з керметной, шаровий та градієнтної структурою;
· Отримані захисні покриття з твердих сплавів на основі карбідів і боридів титану і хрому товщиною від 1 до 30мм на поверхні сталевих виробів;
· Апробовано в промисловості широке коло матеріалів (сплави для напилювання і наплавлення захисних покриттів, абразивні оксидні матеріали), литих захисних покриттів (металургія, тракторне і сільськогосподарське машинобудування, дорожньо-будівельна техніка); керметних труб (розливання розплавів з кольорових металів);
Перспективи розвитку металургійного напрямку СВС пов'язані зі створенням нових методик і устаткування; розвитком експериментальних і теоретичних досліджень з горіння сумішей Термітне типу в умовах примусової фільтрації розплаву і конвективного руху в розплаві продуктів горіння; дослідження взаємодії відновлювальної та "СВС" стадій у хвилі горіння; можливістю управління складом і структурою продуктів горіння за допомогою внутрішніх і зовнішніх параметрів, впливу зовнішніх полів і т.д.
Розвиток прикладних досліджень пов'язаний зі створенням технологій нових матеріалів і виробів для промисловості: литий напівпровідникової кераміки, трубчастих нагрівачів, перетворювачів теплової енергії в електричну, жаростійких матеріалів і покриттів для авіаційної техніки, зносостійких покриттів на деталях машин і механізмів, що піддаються інтенсивному зносу, переробка промислових відходів , в тому числі і радіоактивних. Нижче наводиться перелік нових завдань, перспективних для науки і практики.
Закономірності і механізм процесів
· Вплив високотемпературних гідродинамічних процесів на поширення і структуру хвиль горіння· Горіння гібридних систем і вплив примусової фільтрації високотемпературного розплаву на горіння безгазовий систем
· Хімічна стадійність у системах MeO x + B 2 O 3 + Al, MeOx + SiO 2 + Al і структура хвиль горіння;
· Деформаційні процеси в хвилях горіння;
· Горіння під впливом високих перевантажень (більше 1000g);
· Продовжити дослідження впливу зовнішніх полів на СВС-процес і формування градієнтних структур і розробку відцентрових методів загартування продуктів горіння.
Технологічні процеси та обладнання
· Розробити радіальні відцентрові установки з перевантаженням більше 1000g;· Розробити осьові високоточні відцентрові установки для отримання трубчастих виробів;
· Розробити досвідчені високопродуктивні установки для процесів СВС-металургії та СВС-переробки промислових відходів;
· Використовувати СВС-складів Термітне типу для моделювання аварійних процесів в атомному реакторі;
· Створити основи космічної СВС-металургії.
Продукти синтезу
· Створити композиційні жаростійкі матеріали і тверді сплави на на основі карбідів і боридів металів з интерметаллидное матрицями;· Створити високотемпературні електропроводні оксидні композиційні матеріали;
· Створити литі градієнтні матеріали;
· Створити захисні покриття на поверхні легкоплавких і активних металів;
· Створити литі труби з електропровідних оксидних і композиційних матеріалів.
Переробка індустріальних відходів та ремонтні роботи
· СВС-переплавлення відходів металообробки і бракованих деталей;· СВС-переплавлення радіоактивних неметалевих відходів;
· Заліковування технологічних отворів і ливарного шлюбу у виробах за допомогою СВС-процесів та СВС-матеріалів;
· Відновлення зношених поверхонь.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Http: / / www.explosive.ru - Гордополовий Ю.А «Cамораспространяющійся високотемпературний синтез», А.Г. Мержанов, І.П. Боровинська «СВС - ПРОЦЕСИ В МЕТАЛУРГІЇ».
2. Http://www.lgz.ru - «Твердий вогонь СВС», Літературна газета, випуск 19 (59), 2003.
3. Http://ism.ac.ru - А.Г. Межанов, А.Є. Сичов «Про високотемпературного синтезу».
4. Http://gazeta.chernogolovka.net - «Сьомий міжнародний», тижневик, 26 (622), 3.07.2003
5. А.Г. Мержанов. «Високотемпературний синтез. Сучасні проблеми ». Фізична хімія. М. «Хімія» 1983 р.
6. Журнал Всесоюзного хімічного товариства ім. Менделєєва XXXV том 6, 1990
7. Журнал Всесоюзного хімічного товариства ім. Менделєєва XXIV том 3, 1979