Технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

3) Динамика фазовых и структурных пост – процессов за волной горения. Цель исследования: определить, какие физико-химические процессы определяют фазовый состав и структуру конечных продуктов, а также как они протекают. Получили два приема:

a) Динамическая рентгенография, т.е. снятие дифрактограмм из одной точки шихты в разные моменты времени с помощью синхронного излучения или лабораторного дифрактометра со специальным детектором;

b) Закалка, т.е. закалка СВС – процесса с последующим анализом частично и полностью сгоревшей части шихты.

Работа на третьем уровне диагностики требует использования сложной аппаратуры.

Приемы управления

Цель: оптимизация СВС для удовлетворения требования, предъявляемого в тех или иных случаях.

Приемы управления – влияние на характеристики СВС основных параметров исходной шихты (состав, размер частиц, плотность, размеры и начальная температура шихты, природа и концентрация реагирующих добавок и инертных наполнителей), а также условий горения (состав и давление окружающей среды, действие электрических, магнитных и гравитационных полей, механические воздействия) с использованием предварительных исследований и известных общих закономерностей.

СВС – это наукоемкий процесс, для понимания и описания которого необходимы знания в области термодинамики, кинетики химических реакций, общей структуры макрокинетики, материаловедения и других областей знаний.

1. Термодинамика. Использует методы химической термодинамики для расчета адиабатической температуры горения и равновесного состава продуктов реакций при этой температуре. Разные методики:

a) приближенная. Для определения адиабатической температуры горения. Она используется тогда, когда состав продуктов горения задан. Например, при существовании единственного соединения на диаграмме состояния;

b) точная. Она основана на совместном рассмотрении уравнения сохранения энергии, вещества, правила фаз при условии минимизированной термодинамики, потенциала.

2. Химическая кинетика. Для понимания СВС – процессов необходимо знать с какой скоростью и по каким законам выделяется тепло в волне горения. Для этого необходимо иметь информацию о кинетике химических реакций при высоких температурах. Скорость тепловыделения принято оценивать на основе зависимости скорости волны от температуры горения, а также путем обработки термограмм горения и электротеплового взрыва. Независимые измерения проводятся для взаимодействия металла с газами с помощью электротермографического метода.

3. Теория горения. Для описания закономерностей распространения фронта и структуры волны используется аппарат «теории горения», основанный на совместном рассмотрении уравнения теплопроводности с нелинейными источниками тепла (химическое тепловыделение) и кинетики химического взаимодействия реагентов (идеальное твердопламенное горение). В более сложных случаях учитываются также процессы плавления и капиллярного растекания (твердопламенное горение с промежуточным расплавленным слоем), течение газообразного реагента в пористом теле (например, фильтрационное горение), сложные механические теплопередачи (гетерогенное горение) и другие. При теоретическом рассмотрении СВС – процессов рассматривают не только одномерные, но и двух- и трехмерное горение (спиновые волны, фильтрационное горение). Известны попытки моделирования СВС – процессов в системах с учетом диаграмм состояния.

4. Химия и структурная макрокинетика. Исследование механических, химических, фазовых и структурных превращений исходных реагентов в конечные продукты. Используются приемы третьего уровня диагностики.

СВС – технология построена по традиционной схеме, принятой в порошковой металлургии: подготовка сырья, синтез и обработка продуктов. Известно 6 технологических типов СВС – процессов:

· химический синтез. Получение бесформенных спёков;

· СВС – спекание. Получение изделий путем предания шихте определенной формы и ее сохранение в процессе сжигания;

· силовое СВС – компактирование. Уплотнение горячих и еще неостывших продуктов горения путем механических воздействий;

· технология высокотемпературных СВС – расплавов или СВС – металлов. Сжигание высококалорийных смесей с образованием продуктов в виде расплава с дальнейшей металлопереработкой;

· СВС – сварка. Проведение СВС – процесса в зазоре между свариваемыми деталями;

· газотранспортная СВС – технология. Использование газотранспортных процессов в волне горения для нанесения покрытий на введенную в шихту деталь.

Вторичная технологическая переработка СВС – продуктов

Применяется в технологии неорганических материалов:

· спекание горячих материалов СВС – порошков;

· плазменное и детонационное нанесение порошковых покрытий;

· инфильтрация металла в пористые СВС – заготовки;

· механическая обработка СВС – заготовок и получение изделий заданной формы и размеров;

· магнетронное напыление с использованием СВС – мишени;