Порошковые системы как объект исследования

09.07.2015

В качестве объекта исследования выбраны порошковые системы типа Zr-B, Ni-Al, Cu-AL Моделировалось поведение порошковых смесевых компактов, в которых реагирующие компоненты прошли предварительную механическую активацию и способны к самораспространяющемуся высокотемпературном синтезу (СВС). Изучались физико-химические механизмы взаимодействия в порошковых смесях реагирующих компонентов и инертного наполнителя с макроскопическим соотношением реагирующих компонентов, отвечающих стехиометрии анализируемых химических реакций, а в качестве инертного наполнителя рассмотрены порошковые частицы соответствующих продуктов химических превращений.
Развитие методов моделирования механохимических процессов в реагирующих порошковых смесях определяется потребностью создания технологий получения конструкционных материалов, обладающих высокими удельными прочностными, упругими характеристиками, износостойкостью и окалиностойкостью при повышенных температурах. К таким материалам относятся интерметаллиды, карбиды и бориды переходных металлов. Интерметаллиды занимают промежуточное место между металлами и керамиками как по типу химической связи, так и по свойствам. Интерметаллиды имеют лучшую обрабатываемость, чем керамики. Наряду с определенной пластичностью они сохраняют свою структуру и прочность при высоких температурах, обладают хорошими антикоррозионными и антифрикционными свойствами, в чем значительно превосходят обычные металлы. Среди наиболее привлекательных свойств интерметаллидов можно выделить их прочность, которая не деградирует с возрастанием температуры; аномальную зависимость предела текучести; низкую плотность интерметаллидов на основе Al, Ti, Si, что приводит к высокому отношению прочности к плотности; упругие модули; хорошую стойкость к окислению, которая свойственна интерметаллидам с большим содержанием Al. Область применения указанных соединений обширна: компоненты двигателей, реактивные сопла, элементы обшивки космических аппаратов, сотовые конструкции сверхзвуковых летательных аппаратов и элементы их теплозащитных систем, высокотемпературные штампы и формы, зажимные приспособления в высокотемпературных печах, роллеры для прокатки стальных слябов, детали роторов гидротурбин, режущий инструмент. Кроме того, диборид циркония стоек в расплавах алюминия, меди, чугуна, стали и других металлов используют для изготовления термопар, работающих при температуре свыше 2000 °C в агрессивных средах, труб, емкостей, тиглей, как нейтронопоглощающий материал для ядерных реакторов и как компонент жаропрочных сплавов. Покрытия из боридов повышают твердость, химическую стойкость и износостойкость изделий.
Рассмотренные реагирующие порошковые системы хорошо изучены экспериментально, в условиях интенсивного механического воздействия в них наблюдается образование однофазных продуктов реакции. Механохимические процессы в порошковых смесевых средах типа Cu-Al, Ni-Al отражают все особенности поведения экзотермически реагирующих порошковых систем «металл — металл». Присутствие среди компонентов анализируемой порошковой среды высокопластичного и легкоплавкого алюминия позволяет исследовать влияние конвективных механизмов тепло- и массопереноса на реализацию различных режимов протекания процессов синтеза, формирование структуры прореагировавшего порошкового компакта. Поведение порошковой смеси циркония и бора — это пример специфического поведения высокоэнергетических реагирующих порошковых сред в условиях интенсивного механического воздействия в системах «металл — неметалл» с учетом возможности образования газовой фазы бора.