Закономерности и механизмы горения порошковой и гранулированной системы Ti–C–B

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведены экспериментальные исследования закономерностей горения тройной системы (100 – х)(Ti + C) – х(Ti + 2B) насыпной плотности в порошковом и гранулированном виде, применяемой для синтеза композитной керамики TiC–TiB2. В работе показано, что зависимость скорости горения порошковой смеси от содержания Ti + 2B имеет немонотонный характер, что связано с влиянием примесного газовыделения на процесс горения. В гранулированной системе, где влияние примесного газа минимизировано, получена монотонная зависимость, имеющая два характерных участка. Для гранулированной смеси увеличение содержания (Ti + 2B) > 60 мас. % приводит к смене кондуктивного режима горения на конвективный, сопровождающийся резким увеличением скорости горения. Для кондуктивного режима горения определена скорость горения вещества внутри гранулы и время передачи горения от гранулы к грануле, что позволило оценить тормозящее влияние примесного газовыделения на скорость горения порошковых смесей различного состава. Для конвективного режима горения показано, что уменьшение содержания газифицирующейся добавки в смеси (грануляция этиловым спиртом) приводит к неожиданному результату – увеличению скорости горения. Для составов с содержанием (Ti + 2B) > 60 мас. % впервые определена скорость горения при встречной фильтрации примесных газов, что позволило оценить рост скорости фронта по теории фильтрационного горения. Согласно результатам рентгенофазового анализа продукты горения всех составов содержат только две основные фазы: TiC и TiB2.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. С. Васильев

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: d.s.vasilyev@mail.ru
Россия, Черноголовка

Р. А. Кочетков

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: d.s.vasilyev@mail.ru
Россия, Черноголовка

Б. С. Сеплярский

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: seplb1@mail.ru
Россия, Черноголовка

Список литературы

  1. Liu L., Aydinyan S., Minasyan T., Hussainova I. // Appl. Sci. 2020. V. 10. № 9. https://doi.org/10.3390/app10093283
  2. Attar H., Bonisch M., Calin M., Zhang, L., Scudino S., Eckert J. // Acta Mater. 2014. V. 76. № 1. P. 13. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.05.022
  3. Xia M., Liu A., Hou Z. et al. // J. Alloys Compd. 2017. V. 728. № 4. P. 436. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.09.033
  4. Rogachev A.S., Mukasyan A.S. Combustion for material synthesis. N.Y.: CRC Press, Taylor and Francis Group, 2015.
  5. Кришеник П.М., Костин С.В., Рогачев С.А. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 3. С. 73. https://doi.org/10.31857/S0207401X22030086
  6. Рогачев С.А., Шкадинский К.Г., Кришеник П.М. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 8. С. 59. https://doi.org/10.31857/S0207401X22030098
  7. Сеплярский Б.С. // Докл. АН. 2004. Т. 396. № 5. С. 640. https://doi.org/10.1023/B:DOPC.0000033505.34075.0a
  8. Rubtsov N.M., Seplyarskii B.S., Alymov M.I. Ignition and Wave Processes in Combustion of Solids. AG, Cham. Switzerland: Springer International Publishing, 2017.
  9. Кочетов Н.А., Сеплярский Б.С. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 1. С. 42. https://doi.org/10.31857/S0207401X22010071
  10. Мержанов А.Г., Мукасьян А.С. Твердопламенное горение. М.: Торус Пресс, 2007.
  11. Мукасьян А.С., Шугаев В.А., Кирьяков Н.И. // Физика горения и взрыва. 1993. Т. 29. № 1. С. 9.
  12. Vadchenko S.G. // Intern. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2010. V. 19. P. 206. https://doi.org/10.3103/S1061386210030064
  13. Vadchenko S.G. // Combust. Explos. Shock Waves. 2019. V. 55. P. 282. https://doi.org/10.1134/S0010508219030055
  14. Seplyarskii B.S., Kochetkov R.A. // Intern. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2017. V. 26. №. 2. P. 134. https://doi.org/10.3103/S106138621702011X
  15. Сеплярский Б.С., Тарасов А.Г., Кочетков Р.А., Ковалев И.Д. // Физика горения и взрыва. 2014. Т. 50. № 3. С. 61. https://doi.org/10.1134/S0010508214030071
  16. Vallauri D., Atias Adrian I.C., Chrysanthou A. // J. Eur. Ceram. Soc. 2008. V. 28. №. 8. P. 1697. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2007.11.011
  17. Боровинская И.П., Прокудина В.К., Ратников В.И. // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2010. № 4. С. 26.
  18. Borovinskaya I.P., Pityulin A.N. Self-Propagating High-Temperature Synthesis of Materials. London, United Kingdom: Taylor and Francis Ltd. 2002. P. 270–292.
  19. Brodkin D., Kalidindi S., Barsoum M. Zavaliangos A. // J. Amer. Ceram. Soc. 1996. V. 79. №. 7. P. 1945.
  20. Tijo D., Masanta M., // Surf. Coat. Technol. 2018. V. 344. №. 25. P. 579. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.03.083
  21. Qian J.C., Zhou Z.F., Zhang W.J., Li K.Y. et al. // Surf. Coat. Technol. 2015. V. 270. №. 25. P. 290. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.02.043
  22. Корчагин А.И., Гаврилов В.Е., Зарко А.Б. и др. // ФГВ. 2017. Т. 53. № 6. https://doi.org/10.15372/FGV20170607
  23. Акопян А.Г., Долуханян С.К., Боровинская И.П. // Там же. 1978. № 3. С. 70.
  24. Щербаков В.А., Питюлин А.Н. // Там же. 1983. № 5. С. 108.
  25. Grigoryan Н.Е., Rogachev A.S, Sytschev А.Е. // Intern. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 1997. V. 6. № 1. P. 29.
  26. Seplyarskii B.S., Kochetkov R.A., Lisina T.G., Rubtsov N.M., Abzalov N.I. // Combust. Flame. 2022. V. 236. P. 111811. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2021.111811
  27. Vadchenko S.G. // Intern. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2015. V. 24. P. 89. https://doi.org/10.3103/S1061386215020107
  28. Nikogosov V.N., Nersesyan G.A., Shcherbakov V., Kharatyan S., Shteinberg A.S. // Ibid. 1999. V. 8. P. 321.
  29. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г., Абзалов Н.И. // Физика горения и взрыва. 2021. Т. 57. № 1. С. 65. https://doi.org/10.15372/FGV20210107
  30. Сеплярский Б.С., Абзалов Н.И., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 3. C. 23. https://doi.org/10.31857/S0207401X21030109
  31. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А. // Хим. физика. 2017. Т. 36. № 9. С. 21. https://doi.org/10.7868/S0207401X17090126
  32. Зенин А.А. Мержанов А., Несесян Г.А. // Физика горения и взрыва. 1981. № 1. С 79.
  33. Lapshin O.V., Prokofev V.G., Smolyakov V.K. // Intern. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2018. V. 27. № 1. P. 14. https://doi.org/10.3103/S1061386218010041
  34. Алдушин А.П., Мержанов А.Г. Распространение тепловых волн в гетерогенных средах. Новосибирск: Наука, 1988.
  35. Бабичев А.П., Бабушкина Н.А., Братсковский А.М. и др. Физические величины. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 – баллон с аргоном, 2 – датчики расхода аргона, 3 – датчики давления газа, 4 – переключатель газа (I – азот, II – аргона, III – подача перекрыта), 5 – вольфрамовая спираль, 6 – шихта, 7 – подложка, 8 – цифровая видеокамера, 9 – персональный компьютер для записи данных с датчиков и видеокамеры.

Скачать (255KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Внешний вид верхней части кварцевой трубки с отверстием для реализации встречного потока примесного газа при горении гранулированных смесей.

Скачать (194KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Внешний вид исходной смеси и кадры горения: порошковой (а) и гранулированных смесей двух фракций: 0.4–0.8 (б) и 1.4–2 мм (в).

Скачать (250KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости скорости горения порошковой (1) и гранулированных смесей мелких 0.4–0.8 (2) и крупных 1.4–2 мм (3) от массового содержания Ti + 2B.

Скачать (66KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимости скорости горения гранулированных смесей при изменении состава от 60(Ti + 2B) до (Ti + 2B) в отсутствие ПВБ (1) и с добавкой ПВБ (2); а – крупные гранулы (1.4–2 мм), б – мелкие гранулы (0.4–0.8 мм).

Скачать (92KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Значения скоростей горения крупных гранул размером 1.4–2 мм при содержании (Ti + 2B) ≥ 60 мас. %: с ПВБ (а) и без ПВБ (б); при спутной (черные столбики) и встречной (серые) фильтрации примесного газа.

Скачать (74KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024