Магистрант Омарова А.З.

Инновационный Евразийский Университет, Казахстан

Высокоэффективные методы производства тугоплавких материалов

Твердое пламя представляет собой процесс, в котором исходные реагенты, промежуточные и конечные продукты остаются в твердом состоянии в течение всего процесса превращения. Твердое пламя позволило получать ценные тугоплавкие материалы. Это обстоятельство привело к созданию нового высокоэффективного метода их производства - самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Исследования СВС – процессов открыли новые горизонты познания и практических применений. Ранее неизученные системы, явления и процессы, при исследовании которых возникали различные научные проблемы, задачи и возможные практические применения стали желаемым объектом экспериментальной диагностики и теоретического моделирования.

СВС – наукоемкий процесс, для понимания и описания которого необходимы знания в области термодинамики, кинетики химических реакций, общей и структурной макрокинетики, материаловедения и др. областей знания. Обычно в задачу исследований входит определение параметров, наиболее сильно влияющих на СВС – процесс и на качество синтезируемых оксидов. Такими основными параметрами оказались: состав исходной смеси (особенно содержание в ней горючего), дисперсность компонентов, размеры и плотность исходных образцов, давление кислорода. Последние два фактора имеют важное значение, особенно для систем с применением внешнего кислорода. Повышение содержания металла в исходной смеси (например, при частичной замене соответствующего оксида на металл) приводит к увеличению тепловыделения и, как следствие, росту температуры и скорости процесса.

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).

Общепринятый способ синтеза оксидных материалов основан на спекании смеси простых оксидов с образованием сложного по схеме:

где а — стехиометрический коэффициент; т, п — индексы, I и и — число компонентов.

Синтез проводят в печах при высоких температурах в кислородсодержащей среде в течение длительного времени.

Специфика СВС требует наличия в исходной смеси горючего и окислителя для осуществления процесса в режиме горения. Как правило, горючим при синтезе оксидных материалов может быть металл, иногда применяют его гидрид или другое соединение. Роль окислителя выполняет кислород. Реакция окисления металла является основной, она обеспечивает необходимое для СВС выделение теплоты. При этом кислород может быть использован из двух источников: внутреннего (конденсированный легко разлагающийся нитрат, пероксид и т. д.) и внешнего (например, кислород воздуха или баллонный кислород). Во многих случаях для управления процессом возможны также комбинированные варианты. При синтезе сложных оксидов, как правило, в исходную смесь добавляют активный оксидный наполнитель, наличие которого дает возможность регулировать условия горения, а также способствует формированию конечного продукта, выступая в роли кристаллической матрицы для него. Кроме того, с помощью оксидных добавок можно варьировать электромагнитные или другие свойства продуктов.

Таким образом, для получения оксидов методом СВС применяется следующая общая химическая схема:

Продукты СВС могут применяться, а некоторые из них применяются в различных отраслях промышленности: машиностроении, металлургии, химической промышленности, электротехнике и электронике, авиационно-космической технике, строительной промышленности и др.

Эффективность СВС-процессов связано с использованием химического тепловыделения, высокими значениями температур и скоростей горения, простотой аппаратурного оформления, высоким качеством продукции (получаемой в оптимальных по параметрам условиях синтеза).

Использование СВС во многих случаях приводит к экономии всех видов продукции, а также позволяет решать уникальные задачи (например, прямой синтез крупногабаритных изделий). Ограничения связаны с необходимостью подбора недорогих и недефицитных реагентов, обеспечивающих экзотермичность процесса.

Литература:

1.http://www.explosive.ru- Гордополовый Ю.А «Cамораспространяющийся высокотемпературный синтез», А.Г. Мержанов, И.П. Боровинская «СВС – ПРОЦЕССЫ В МЕТАЛЛУРГИИ».

2. http://www.lgz.ru - «Твердый огонь СВС», Литературная газета, выпуск 19 (59), 2003.

3. http://ism.ac.ru - А.Г. Межанов, А.Е. Сычев «О самораспространяющимся высокотемпературном синтезе».

4. http://gazeta.chernogolovka.net - «Седьмой международный», еженедельник, 26 (622), 3.07.2003

5. А.Г. Мержанов. «Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Современные проблемы». Физическая химия. М. «Химия» 1983 г.