Введение к работе
Актуальность проблемы. Специфика СВ-синтеза, связанная с малыми временами протекания реакционных процессов, требует развития адекватной методической базы исследований, прежде всего, для регистрации температуры реакционной зоны как интегральной характеристики взаимодействия. Применяемые методы измерения температур зоны горения, базирующиеся в основном на использовании термопарных датчиков либо фоторегистрации фронта, как правило, не способны обеспечить требуемого временного разрешения. Данные, получаемые при исследовании процессов СВ-синтеза с использованием синхротронного излучения и методами физического материаловедения, также не достаточны для однозначной реконструкции механизма взаимодействия .
Таким образом, до настоящего времени не создано методики и аппаратурного обеспечения, позволяющего оперативно и с минимальными, затратами времени и средств получать комплексную информацию о протекании синтеза, являющуюся основой для построения адекватных моделей структурообразования в реакционной системе. Закономерно, поэтому, связать дальнейший прогресс в развитии моделей взаимодействия с методиками прямой регистрации температурной динамики фронта горения, основанными на новой базе, в частности, на твердотельных оптоэлектронных преобразователях изображения.
Представляет также значительный научный и практический интерес создание с использованием новой исследовательской базы моделей формирования продуктов различных классов п реакционных систсчі.іх, отличающихся типом диаграммы состояния и энергетикой іп.-їимодічіс тви'я. Модели пппимодействия должны однозначно объяснять влияние на фазовый состав и структуру продуктов начальных параметров проведения синтеза, что позволит направленно варьировать характеристики целевых, материалов, получаемых в режиме горения.
Ряд исследований показал, что одним из наиболее эффективных средств оптимизации эффективных свойств СВС-материалов является легирование. Тем не менее, до настоящего времени не разработаны общие принципы легирования СВС-систем, не выявлены механизмы участия легирующих элементов в протекании реакционного взаимодействия и формировании структуры гетерофазных продуктов. Задача создания научных принципов легирования СВС-материалов, как представляется, имеет значительную практическую важность для эффективного создания семейств целевых материалов со "специализацией" эксплуатационных свойств на базе некоторого общего образца в рамках подхода обобщенных (интегральных) технологий.
Цель работы состояла в адаптации методики высокоскоростной яр-костной пирометрии к исследованию закономерностей и установлению механизма взаимодействия а гетерогенных конденсированных средах,
образующих химические соединения в ходе реакций СВ-синтеза, а также в создании адекватных моделей фазообразования в некоторых интерметаллических системах на основе сопоставления температурных профилей волны горения, данных о структуре продуктов и типе диаграммы состояния компонентов реакционной системы. Научная новизна
-
Осуществлена полная адаптация аппаратурного обеспечения высокоскоростной яркостной пирометрии и разработана комплексная методика исследования быстропротекающих волновых процессов в гетерогенных конденсированных средах, включающая сопоставление температурных профилей волн горения с диаграммой состояния компонентов реакционной системы и данными структурных исследований продуктов взаимодействия.
-
На основе предложенной методики построены детальные качественные модели взаимодействия в реакционных системах Ni-Al и ТІА1, адекватно описывающие структуру и фазовый состав продуктов в каждой из систем в широком диапазоне концентраций компонентов и при различных начальных условиях синтеза, а также обладающие прогностическим потенциалом.
-
Впервые установлен факт реализации двух типов фронта реакции СВ-синтеза: континуального и дискретного. Для исследованных систем установлены концентрационные пределы существования обоих режимов, а также начальные параметры процесса, обусловливающие протекание реакции в каждом из режимов.
-
Впервые установлена зависимость механизма структурообразо-вания продуктов при протекании реакций СВ-синтеза от типа диаграммы состояния компонентов бинарной реакционной системы, направления потоков массопереноса в волне горения, определяющего характер взаимодействия расплава легкоплавкого компонента с твердым каркасом тугоплавкого. По типу взаимодействия реакционные системы разделены на две группы: активированные и дезактивированные. Установлено однозначное соответствие между механизмом структурооб-разования и типом диаграммы состояния для каждой из групп.
-
Модель взаимодействия в системе Ni-Al расширена для случаев легирования набором компонентов, образующими с компонентами базовой системы диаграммы состояния различного типа и взаимодействующим с ними по различным механизмам.
Практическая ценность работы состоит в создании новой комплексной методики исследования процессов структурообразования при протекании процессов СВ-синтеза в бинарных и.более сложных системах. Практическую ценность представляют также модели структурообразования в бинарных и легированных реакционных системах, позволяющие оптимизировать структуру, фазовый состав, а следовательно, и комплекс эффективных свойств целевых материалов.
Основные защищаемые положения
-
Применение высокоскоростной яркостной пирометрии в комплексе с методами физического материаловедения для исследования механизма структурообразования в быстропротекагощих реакционных процессах
-
Существование двух типов фронта реакций СВ-синтеза и условия их реализации.
-
Зависимость механизма структурообразования от типа диаграммы состояния компонентов бинарной реакционной системы, направления потоков массопєреноса в волне горения, определяющего характер взаимодействия расплава легкоплавкого компонента с твердым каркасом тугоплавкого.
-
Качественные модели взаимодействия в активированных и дезактивированных СВС-системах в широком диапазоне концентраций компонентов при различных начальных условиях процесса.
-
Особенности влияния легирующих элементов на механизм взаимодействия в реакционной системе Ni-Al.
Аппробация работы. Основные результаты исследований докладывались на Российской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии машиностроения" (Москва: МАТИ, 1993), Российской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" (Москва: МАТИ, 1994), Международной научно-технической конференции "Проблемы промышленных СВС-технологий" (Барнаул, 1994).
Публикации по теме диссертации. По материалам исследований имеется 11 публикаций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из ппедсния, четырех глин и ч.жлючопия. Объем диссертации: 134 страницы осношю-го текста, 49 рисунков, Г> таблиц. Список литературы содержит 110 наименовании.
