Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование взаимодействия ванадия, ниобия и тантала с пучками молекулярного и атомарного кислорода Распопов, Сергей Алексеевич

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Распопов, Сергей Алексеевич. Исследование взаимодействия ванадия, ниобия и тантала с пучками молекулярного и атомарного кислорода : автореферат дис. ... кандидата химических наук : 02.00.04.- Минск, 1993.- 20 с.: ил.

Введение к работе

Актуальность темы. - Исследования окисления материалов в атомарном кислороде представляют интерес прежде всего для космической техники, поскольку атомарный кислород является основным компонентом разреженной атмосферы на низких околоземных орбитах (200- 300 км) и, как показали испытания на лабораторных установках и в условиях космических полетов, химическое взаимодействие различных материалов с атомарным кислородом происходит значительно активнее, чем с молекулярным и является главной причиной их разрушения в ходе полета.

Наряду с другими материалами, металлы VB. группы (особенно Mb и Та) и сплавы на их основе используются не только в различных конструкциях космических аппаратов, но также в плазмохимических установках и новейших реактивных двигателях, где атомарный кислород также присутствует в значительных концентрациях.

Кроме того, такие исследования интересны и в чисто научном плане» поскольку позволяют подробнее изучить механизмы реакций окисления, а для некоторых материалов (Mo, W, Pt) было обнаружено, что механизм окисления в атомарном кислороде отличен от того, который наблюдается в молекулярном кислороде.

Цель работы состояла в том, чтобы исследовать окисление (главным образом кинетику) металлов VB группы в молекулярном и диссоциированном (степень диссоциации 4.5 - 45 %) кислороде при температурах 773 - 1573 К и давлении кислорода Ю-2 - Ю-1 Па, определить, насколько ускоряется окисление в присутствии атомарного кислорода, а така-- по возможности установить механизмы реакций окисления.

На-чная новизна. Впервые исследовано окисление ванадия, ниобия и сплава НЦУ (No - I ат.% Zr - 0.7 ат.% С) в атомарном кислороде. Окисление тантала в атомарном кислороде ранее исследовалось при гораздо более высоких температурах (2400 -2800 К), т.е. в условиях, кот образующиеся оксиды (ТаО, Та02)

сразу же испаряются и поверхность ооразца не покрывается оксидной пленкой, мы же исследовали область температур 773 -1573 К, когда оксидная пленка образуется и изучили кинетику ее роста.

Показано, что окисление металлов VB группы в атомарном кислороде как на отадии растворения кислорода в металлах, так и на стадии роста оксидной пленки происходит существенно быстрее, чем в молекулярном кислороде, особенно при оолее низких температурах.

Наши исследования также расширили температурный интервал, в котором исследовано окисление металлов VB группы в молекулярном кислороде при давлении ниже O.I Па, в сторону Оолее низких температур.

Благодаря использованию измерений параметра решетки металла и электросопротивления для контроля за окислением металлического ооразца. удалось наолюдать превышение предела растворимости кислорода в ниобии и НЦУ по всему образцу к моменту ^оразования поверхностной оксидной пленки и последующее снижение концентрации растворенного в металле кислорода до достижения равновесного состояния.

С помощью измерений параметра решетки и микротвердости металлических образцов обнаружено, что при 773-873 К растворенный кислород весьма неравномерно распределяется по толщине ооразца (начальная толщина 100 - 150 мкм) и поверхность сильно пересыщается растворенным кислородом, если окисление происходит в диссоциированном кислороде, в молекулярном кислороде этого не наблюдается.

Показано, что механизмы реакций окисления металлов VB гругпы в атомарном кислороде аналогичны тем, которые наблюдаются в молекулярном кислороде, но атомы кислорода гораздо быстрее хемосорбируются на поверхности металла или оксида, что приводит

к увеличению скорости окисления и к описанному выие пересыщению поверхности образцов кислородом при 773 - 873 К.

Показано, что скорость роста оксидной пленки на тантале контролируется реакцией тантала с хемосороированним кислородом (механизм Ленгмюра - Хиншельвуда) и в случае молекулярного кислорода пропорциональна квадратному корню из плотности падающего на поверхность образца потока, тот же механизм наблюдается и в диссоциированном кислороде.

На температурной зависимости скорости роста оксидной пленки на тантале как в случае молекулярного, так и в случае диссоциированного кислорода оонаружен минимум при 1473 К, связанный, вероятно, с началом образования высокотемпературной фазы а-ТаоОц.

Показано, что скорость роста оксидов ниобия очень слабо зависит от плотности падающего потока молекул, но существенно возрастает с увеличением степени диссоциации кислорода.

Практическая значимость. Полученные данные по кинетике

окисления металлов VB группы в диссоциированном кислороде могут

быть использованы для оценки надежности и срока службы

изготовленных из данных материалов конструкций космических

аппаратов, вынесенных в открытый космос, а также других

конструкций, контактирующих с атомарным кислородом (деталей

плазмохимических установок, реактивных двигателей и т.д.).

Показано, что воздействие атомарного кислорода может

значительно ускорить окислительное разрушение данных

материалов, особенно при относительно невысоких температурах. Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 3 научных

статьи и I тез"~ы докладов. Материалы дис ертации докладывались

на XI Всесоюзном совещании по кинетике и механизму химических

реакций в твердом теле (Минск, 1992 г.) и научной конференции

НИМ физико - химических проблем и химического факультет--

Белорусского государственного университета (октябрь 1993 г.).

Структура и обьем диссертации. Диссертационная работа содержит 115 страниц машинописного текста, в том числе 54 рисунка. 23 таблицы и список цитированной литературы из 41 наименования. Текст диссертации состоит из введения, трех глав, в которых представлены обзор литературы, методика эксперимента, экспериментальные результаты и обсуждение, а также выводов. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ FABOTU