Формирование макроструктуры продукта горения СВС системы МЕТАЛЛ1–МЕТАЛЛ2–АЗОТ как отражение возникновения множества волн и догорания газообразных продуктов

Л.Г. Расколенко; О.А. Шкода

doi:10.18321/

Авторы

Л.Г. Расколенко Отдел структурной макрокинетики Томского Научного Центра СО РАН Россия, г. Томск, пр. Академический, 10\3
О.А. Шкода Отдел структурной макрокинетики Томского Научного Центра СО РАН Россия, г. Томск, пр. Академический, 10\3

DOI:

https://doi.org/10.18321/

Ключевые слова:

горение, синтез, металлы, термопара, диаграммы

Аннотация

В работе проведено исследование формирования макроструктуры при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе систем METAЛЛ1-METAЛЛ2-АЗОТ (где METAЛЛ1–Ti, Al, а METAЛЛ2–Mo, Cr, Co, Al) в области «L–S» температур диаграмм состояния. Наблюдения ярких, высокотемпературных траекторий в процессе горения, и особенности макроструктуры свидетельствуют о наличии множества волн горения, которые отличаются временным запаздыванием возникновения или расположением в пространстве. Изучение состояния поверхности полностью сгоревшего образца обнаруживало множество отверстий – кратеров, образованные от выхода горящих струй газа (факелы). Газообразную горящую среду создают промежуточные продукты, которые реагируют с азотом сразу после прохождения стационарной волны. В работе схематично представлены типы каналов при различных сечениях синтезированного продукта. По характеру каналов приблизительно восстановлена объемная макроструктура внутри сгоревшего образца. Изучение термограмм при горении обнаружило неклассический профиль, который отличается от стандартного наличием нескольких «горбов», которые соответствуют прохождению нескольких волн горения с разной очередностью достижения этих волн термопары. Сначала фиксируется первая волна горения, которая проходит с расширяющим и сужающим фронтом, а затем зафиксирован профиль от горения внутренней части образца. При каталитическом горении не может возникнуть одна устойчивая волна с плоским фронтом из-за возникновения и распада промежуточных нитридов «инертного» металла, которые возникают при сильной термодинамической неустойчивости, которая обусловлена тем, что температурный интервал, возникновения и распада промежуточного соединения очень узкий. Показано, что при горении в азоте под давлением, всегда сначала «пробегает» спиральная «спиновая» волна в очень тонком поверхностном слое, где идет взаимодействие с внешним легкодоступном азотом.

Библиографические ссылки

(1). Расколенко Л. Г. Отображение состояние n-мерной химически активной среды «металл-металл-азот» в двумерных пространствах // Труды IV Международной конференции «Биниология, симмерология и синергетика в естественных науках». Тюмень, 2004. С. 52.

(2). Расколенко Л. Г., Максимов Ю. М., Пеленёва С. П. Исследование физико-химических процессов, происходящих в волне горения СВС-систем «M₁–M₂–N» через анализ фазовых портретов // Труды VI Всероссийской конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики». Томск: НИИ ПММ, 2008. С. 41–43.

(3). Шкода О. А., Расколенко Л. Г. Построение и анализ экспериментальных «фазовых портретов», отражающих поведение открытых нелинейных систем // Проблемы эволюции открытых систем (ПЭОС). Алматы, 2008. Вып. 10, т. 2. С. 63–70.

(4). Расколенко Л. Г., Шкода О. А. Макроструктура продуктов горения СВС-системы Al–Ti–N и термограммы как отражение прохождения нескольких волн и факельного догорания // Горение и плазмохимия. 2010. Т. 8, № 1. С. 22–31.

(5). Чейтс Б., Кетцир Дж., Шуйт Г. Химия каталитических процессов / Пер. с англ. К. Х. н. В. В. Лунина; под ред. Д. Х. н., проф. А. Ф. Платэ. М.: Мир, 1981. 550 с.

(6). Братанич Т. И., Скороход В. В. Исследование процесса деструктивного гидрирования порошковых интерметаллических систем. 2. Скорость первого деструктивного гидрирования интерметаллида TiNi // Порошковая металлургия. 2005. № 1/2. С. 73–76.

(7). German E. D., Efremenko I., Kuznetsov A., Sheintuch M. Theory of Dissociative Adsorption Kinetics of Homonuclear Diatomic Molecules on Solid Surface // J. Phys. Chem. B. 2002. Vol. 106, No. 45. P. 11784–11794.

(8). Курнаков Н. С. Введение в физико-химический анализ / Под ред. В. Я. Аносова, М. А. Клочко. 4-е доп. изд. М.: Изд-во АН СССР, 1940. 562 с.

(9). Zik O., Olami Z., Moses E. Fingering instability in combustion // Phys. Rev. Lett. 1998. Vol. 81. P. 3868 (149–154).

(10). Aldushin A. P., Matkowsky B. J. Instabilities, fingering and the Saffman–Taylor problem in filtration combustion // Combustion Science and Technology. 1998. Vol. 133. P. 293–341.

(11). Алдушин А. П., Браверман Б. Ш. Гидродинамическая неустойчивость волны фильтрационного горения // Доклады Академии наук. 2009. Т. 427, № 3. С. 340–343.

(12). Концепция развития самораспространяющегося высокотемпературного синтеза как области научно-технического прогресса / Под ред. А. Г. Мержанова. Черноголовка: Территория, 2003. 368 с.