Закономерности горения "безгазовых" систем в спутном потоке инертного газа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

На правах рукописи

0У4

603176

БРАУЭР Григорий Борисович

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ГОРЕНИЯ «БЕЗГАЗОВЫХ» СИСТЕМ В СПУТНОМ ПОТОКЕ ИНЕРТНОГО ГАЗА

Специальность 01.04.17 - химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.

Черноголовка 2010

- з ИЮН 2010

004603176

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН)

Научный руководитель

кандидат физ.-мат. наук Сеплярский Борис Семенович

Официальные оппоненты

доктор физ.-мат. наук, Рыбанин Сергей Сергеевич

доктор физ.-мат. наук, Трошин Кирилл Яковлевич

Ведущая организация

Национальный исследовательский технологический университет «Московский государственный институт стали и сплавов» (НИТУ МИСиС)

Защита состоится «26» мая 2010 г. в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 002.092.01 при Институте структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН по адресу:

142432, г. Черноголовка, Московской области, ул. Институтская 8, Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН

Автореферат разослан «26» апреля 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета

к.ф-м.н.

Гордополова И.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), открытый в 1967 г. академиком А.Г.Мержановым, И.П.Боровинской и В.М.Шкиро, является перспективным методом получения тугоплавких неорганических материалов (карбиды, бориды, силициды, алюминиды и др.).

Для эффективного управления режимами СВС и, соответственно, характеристиками получаемых продуктов необходимо правильное представление об основных физико-химических процессах, определяющих распространение волны горения.

Для описания процесса распространения СВС А.Г.Мержановым, Б.И.Хайкиным и А.П.Алдушшшм были адаптированы классические подходы, сформулированные в 30-40-х гг. прошлого столетия Н.Н.Семеновым, Я.Б.Зельдовичем, Д.А.Франк-Каменецким. Созданная ими теория считает основными физико-химическими процессами, определяющими скорость распространения фронта горения теплопроводность исходной смеси и диффузию реагентов через слой продукта.

В 2000 - 2004 гг. Сеплярским Б.С. с соавторами была сформулирована конвективно-кондуктивная теория горения (ККТГ), заключающаяся в предположении, что в некоторых СВС-системах теплоперенос, определяющий скорость распространения фронта горения, осуществляется не столько теплопроводностью, излучением, а движущимся вместе с фронтом расплавом. Движение расплава, происходит под действием сил поверхностного натяжения, причем расплав втягивается в еще не горящий слой, в направлен™ распространения горения. В соответствии с ККТГ скорость волны горения равна скорости движения расплава. На движение жидкой фазы также влияет выделение примесных газов вблизи фронта горения. Диссертационная работа заключается в проведении экспериментальных исследований закономерностей горения нескольких типичных СВС-систем в специальных условиях, выбор которых был сделан на основании представлений конвективно-кондуктивной теории горения.

Цель работы и задачи исследования заключались в том, чтобы:

- экспериментально установить механизм распространения фронта горения (кондукгивный или «конвективно-кондуктивный») для несколько типичных «безгазовых» систем разных классов: двух систем «металл-неметалл» Ti+C, Ti+Si двух систем «металл-металл» Ni+Al, Zr+Al, и двух оксидных систем Q2O3+AI, Fe203+Al;

- разработать экспериментальную установку для исследования закономерностей горения в условиях продува газами, создать методические основы для классификации механизмов горения; изучить влияние предварительной термовакуумной обработки и сушки исходной шихты, а также газифицирующих добавок на процесс горения.

Научная новизна работы заключается в развитии теории распространения волн горения в гетерогенных системах, в нахождении новых способов управления СВС-процессами, в разработке новых методов экспериментального изучения закономерностей горения «безгазовых» составов.

Основным способом воздействия на процесс горения являлось создание искусственного перепада давлений вдоль засыпки и соответствующего потока инертного газа (аргона). Новизна методики заключалась в том, что перепад давлений инертного газа создавался с помощью подключения вакуумного насоса.

Практическая ценность работы.

Найдены новые управляющие параметры, влияющие на процесс СВС и характеристики получаемых целевых продуктов.

Создан измерительный комплекс для изучения горения с одновременной видеосъемкой и фиксацией показаний термопар и динамических характеристик газового потока, позволяющий различать механизм горения гетерогенных смесей: кондуктивный или конвективно-кондуктивный.

Проведенные исследования показали, что для оптимизации процессов получения тугоплавких неорганических материалов в режиме технологического горения необходимо установить, горит ли данный состав по кондуктивному или кондуктивно-конвективному механизму и в соответствии с этим выбирать способы управления СВС процессом.

Значительную практическую ценность имеет тот факт, что проведенные исследования выполнены на образцах насыпной плотности, так как именно такие условия обычно используются при опытно-промышленном производстве порошков тугоплавких соединений.

Основные результаты, представляемые к защите:

Созданы методические основы для классификации механизмов горения гетерогенных систем;

Получены доказательства кондуктивно-конвективного механизма горения для типичных СВС систем: «металл-неметалл» Ti+C, Ti+Si, «металл-металл» Al+Ni, Zr+Al, оксидных систем Cr203+Al, Fe203+AI.

С позиций ККТГ даны качественные объяснения влияния основных определяющих параметров: величины потока инертного газа, газопроницаемости исходной шихты, газифицирующих добавок, предварительной термовакуумной обработки (ТВО), предварительной сушки исходной шихты на закономерности горения гетерогенных конденсированных систем.

С позиций ККТГ предложено универсальное объяснение сильного влияния влажности исходной шихты на процесс горения, состоящее в том, что адсорбированную воду можно рассматривать как газифицирующую добавку.

Апробация работы.

Диссертационная работа и отдельные ее части обсуждались на Первой конференции по фильтрационному горению. Черноголовка, 2007; European Combustion Meeting, Chania, Crete, Greece, 2007; IX International Symposium on Self-Propagating High-Temperature Synthesis (SHS-2007). Dijon, France; IV International Symposium on Combustion and Plasma Chemistry, Almaty, Kazakhstan, 2007; XIV Симпозиуме по Горению и Взрыву, Черноголовка, 2008; VI Минском международном форуме по тепло- и массообмену, 2008; Международной конференции «Химическая и радиационная физика (Мемориал О.И. Лейпунского), 2009 г. и др.

Публикации.

Основные научные результаты диссертации опубликованы в 9 статьях, среди которых 4 в журналах из перечня ВАК, и тезисах 26 докладов, из которых 14 устные и 12 стендовые.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 143 страницах текста, включает 52 рисунка и 10 таблиц. Список литературы содержит 127 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, указана новизна и практическая ценность полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В главе I представлен обзор научных работ, имеющих отношение к проблематике СВС. В п.1.1 дана историческая справка о научных исследованиях в период конца XIX века - начала XX века. В п.1.2 рассказывается о классических работах, выполненных в 30-40-х и 50-х годах прошлого века. Следующая часть главы, п.1.3, посвящается открытию «твердого пламени» - СВС и современным представлениям об СВС-процессах. В п.1.4 излагаются основы классической «кондуктивной» теории «безгазового» горения. В п.1.5 - дается краткий обзор современных подходов используемых в теории СВС процессов. П. 1.6 - обзор научных работ в области СВС, отмечавших наличие жидкой и газовой фазы в волне твердопламенного «безгазового» горения. В п.1.7 дается изложение конвективно-кондуктивной теории горения гетерогенных конденсированных систем. В заключительной части главы (п.1.8) формулируются цели и задачи диссертационного исследования, которые вытекают из анализа литературы по теме диссертации.

В главе II излагается идея методики проведения экспериментов; дается описание экспериментальной установки для исследования горения низкоплотных «безгазовых» систем при фильтрации газа; измерений, осуществляемых в процессе горения; схемы ККТГ для смесей насыпной плотности; используемых методик для изучения свойств исходных веществ и продуктов горения.

Воздействующий на горение перепад давлений создается за счет понижения давления перед фронтом горения, вызванного подключением форвакуумного насоса (рис.1).

Рис. X Фотография основного узла экспериментальной установки

Схема экспериментальной установки представлена на рис. 2.

Рис. 2 Схема экспериментальной установки'. 1 — цифровая видеокамера; 2 — реакционная камера; 3 - окна в реакционной камере; 4 - вакуумметр; 5 - расходомер; 6 -воспламенитель; 7 - кварцевая пробирка;8 - исследуемый состав; 9 - фильтр; 10 -термопара;11 - компьютер; 12 - эл. питание воспламенителя; 13,14 - датчики давления и расхода газа; 15 - соединительные трубки; 16 - регулировочные краны.

Эксперименты проводились следующим образом. Реакционная камера заполнялась газом (аргоном). За счет отверстия в стенке и подобранного фиксированного потока газа из баллона, обеспечивающего истечение газа из отверстия в атмосферу, давление газа внутри оболочки практически равно атмосферному как до, так и в процессе горения. Исследуемый состав помещается в пробирку на проницаемый фильтр, состоящий из огнеупорной ваты и металлической сетки для предотвращения попадания порошка в

вакуумную систему. Поджиг осуществляется сверху вольфрамовой спиралью, раскаленной электрическим током. В эксперименте осуществляется запись процесса горения, также непрерывно фиксируются показания датчиков расхода газа, давления и термопар.

Схема ККТГ для смесей насыпной плотности (при отсутствии сплошного слоя расплава в зоне горения) представлена на рис.3.

Скорость проникновения расплава в исходную шихту У^ подчиняется закону фильтрации Дарси, т.е.

где к(т - коэффициент фильтрации расплава, Д - толщина слоя расплава, а ДР = (Р/- /V - разность давлений перед - Р/и за - Рь слоем расплава.

Перепад давления ДР = (Р^- - Р^ в области проникновения расплава в исходную шихту состоит из двух составляющих: капиллярного давления АР,, вызванного силами поверхностного натяжения, и разности давления примесных газов перг™ "---- "------—------

Как следует из (1) и (2), на скорость проникновения расплава в исходную шихту можно влиять как изменением давления газа перед - Р/ и за - Рь слоем расплава.

Согласно ККТГ, не учитываемыми ранее (с точки зрения «классической» и других теорий) важными особенностями волны горения являются капиллярные силы, которые действуют таким образом, что расплав сильнее втягивается в еще не горящий слой, чем в сторону конденсированных продуктов. Причем газ, выделяющийся вблизи зоны реакции, изменяет скорость движения расплава и, тем самьм, скорость распространения фронта горения. Если примесные газы выделяются перед зоной расплава - скорость горения уменьшается, если основное газовыделение происходит в зоне продуктов - скорость горения увеличивается.

В экспериментах использовались порошки С, N1, А1, Ъх, 81, Ре203 и Сг203. Характеристики используемых в работе реагентов приведены в таблице 1.

Рис.3 Схема ККТГ для образцов с высокой пористостью.

АР.

Таблица 1. Характеристики исходных веществ

Реагент Марка Размер частиц, мкм

Титан (Ti) птс 63-71

Титан (Ti) птк 71-80

Сажа (С) П804Т <0,15

Графит(С) Aldrich CC.Inc 1-2

Никель (Ni) ПНЭ-1 <50

Алюминий (AI) АСД-4 <15

Цирконий (Zr) В-54 <20

Цирконий (Zr) ПЦРК-1 <50

Кремний (Si) Полупроводн. <10

Оксид хрома (III) (Сг2Оз) ЧДА <10

Оксид железа (III) (Fe203) ч <50

Оксид алюминия (III) (АЦ03) ЧДА <100

Для некоторых составов применялась предварительная термовакуумная обработка (ТВО). Параметры ТВО подбирались таким образом, чтобы избежать плавления легкоплавкого компонента, но при этом обеспечить необходимую очистку от примесных газов. Отсутствие физико-химических изменений в результате ТВО контролировалось при помощи РФА, измерения размеров частиц и удельных поверхностей. Примеры, режимов ТВО: смесь (ТИ0,5С(сажа)) обрабатывалась при 650°С в течение 1 часа, а смесь №+А1 выдерживалась при 300°С в течение 3 часов. В некоторых случаях вместо ТВО использовалась предварительная сушка шихты. Часть экспериментов проводилась при введении в смесь газифицирующих добавок. В качестве таких веществ были выбраны бура (натрий тетраборнокислый), химическая формула - Ыа2В407-10Н20 и пищевая сода (гидрокарбонат натрия) - №НС03, имеющие температуры разложения значительно более низкие, чем температуры горения исследуемых смесей.

Рис. 4 Фотография кварцевой пробирки с реакционной смесью при пропитке ее изопропиловым спиртом. Темная область - часть смеси, заполненная спиртом.

Прежде чем исследовать закономерности процесса горения, определялась пористость, плотность и газопроницаемость засыпки. Эти измерения проводились после поджатая порошка вакуумным насосом. Высота засыпки под действием вакуума уменьшалась на 10-20% и после отключения вакуумного насоса не изменялась.

Также изучалась динамика пропитки порошков жидкостями под действием перепада давлений, созданного форвакуумным насосом (рис. 4). Эти опыты, кроме непосредственного измерения проницаемости (табл.2), позволили сделать вывод о возможности заметного увеличения скорости пропитки под действием вакуумирования.

Таблица 2. Характеристики исходных веществ. В качестве жидкости для пропитки _использован изопропиловый спирт (ц [Па*с|= 2,58 * 10"3)._

Смесь Пористость Проницаемость (дарси) Скорость пропитки (мм/с)

№ и AI +/- ТВО 0,5 0,6 1,5

2Ti и С(сажа) +/- ТВО 0,7 2 5

2Ti и С(графит) +/- ТВО 0,7 2 5

Ti и С(сажа) +/-ТВО 0,7 0,6 1,5

Ti и Si +/- ТВО 0,6 0,3 *

Zr и AI +/- ТВО 0,4 0,3 0,7

Сг203ИА1 0,45-0,75 0,3-12 *

Fe203 и AI+30% A12Oj 0,6 7,5 *

Ti (ПТС) 0,7 5 18

Гранулированные составы Ti+C, Ni+Al, Ti+Si, Zr+Al 0,8-0,9 50-100 *

*- не удавалось получить плоский фронт пропитки состава изопропиловым спиртом

В главе III излагаются результаты экспериментальных исследований закономерностей горения систем Ti+C и Ni+Al.

Горение порошкообразных смесей титана и углерода (сажа или графит исследовалось при следующих массовых соотношениях компонентов: 88,9% Ti и 11,1% С, что соответствует уравнению реакции Ti+0,5C, и 80,0% Ti и 20,0% С, что соответствует «стехиометрии TiC». (Здесь и в дальнейшем под % подразумеваются масс. %)

Результаты обработки зависимостей X(t) (высота засыпки порошковой смеси перед сжиганием равнялась 25 мм, внутренний диаметр кварцевых трубок 13,5 мм) сведены в таблицу 3. Как видно из данных таблицы 3 скорость горения возрастает при увеличении расхода газа. ТВО также увеличивает скорость горения. Увеличение скорости горения при продуве горящего образца инертным газом объясняется в рамках ККТГ за счет роста скорости движения расплава.

СОСТАВ РАСХОД л/час СКОРОСТЬ мм/сек

2Ti+ С(графит) 0 Нет зажигания

60 2,3

80 2,5

2Ti+ С(сажа) 0 Нет зажигания

35 5,7

45 7,4

90 9,2

2Ti+ С(сажа) после ТВО 0 6,8

80 12

Ti+ С(сажа) после ТВО 0 20

25 32

Ti+ С(сажа) 0 6,6

25 11

Однако, можно предположить, что скорость горения может также увеличиваться за счет нагревания исходной смеси газовым потоком, проходящим через горячие продукты. Ниже приведен расчет, основанный на формулах теории фильтрационного горения, показывающий, что такое увеличение невозможно из-за малости массового потока газа.

Согласно теории фильтрационного горения, скорость фронта конвективного охлаждения конденсированных продуктов реакции Ucaoi потоком втекающего газа Go равна:

U coal =CeGoiC,Ps > (3)

где cg - теплоемкость втекающего газа, cs - теплоемкость конденсированных продуктов реакции. Для смеси Ti+C: с,пс=900Дж/(кг*К); csgAr=521 Дж/(кг* К);

; G(f=2,5 * 10~2кг/(м3 * с), получаем, что Ucnlll ~1*10"5м/с, т.е скорость фронта охлаждения конденсированных продуктов реакции потоком втекающего газа на три порядка меньше скорости фронта горения. Из-за такой большой разницы конвективный перенос тепла фильтрующимся газом практически не изменяет температуру горения исследуемой системы. Этот же результат получается непосредственно расчетом с помощью формул, известных из теории.

7«= т- +—П-ТПГт-Г т» +—ТГ~~тт—ТГГ\а (4)

■сД1-^ /иАР.) cs{l-Ucaol/Ue) с,

где q - тепловой эффект реакции, Т1п - начальная температура смеси

Дополнительный прирост температуры за счет продува в смеси Ti+C

пропорционален Ucooi/l7 и составляет около 1,5 градусов.

Аналогичные расчеты проводились и для других исследованных порошковых смесей - результат примерно один и тот же: увеличение скорости горения составляет сотые мм/сек.

На рнс.5 приведены результаты экспериментов по изучению закономерностей горения смесей порошков интерметаллов № и А1.

Рис.5. Зависимости скорости фронта горения от величины потока газа при горении смеси А1(38,5%) +№(61,5%) (стех.) прошедшей ТВО (кривая 1) и без ТВО (кривая 2) и смеси А1(22%) +N¡(78%): прошедшей ТВО (кривая 3) и без ТВО (кривая 4).

Использовались два варианта весовых пропорций: смесь из 61,5% N1 и 38,5% А1, «стехиометрия №А1», и смесь с 78% N1 и 22% А1, рассчитанная на получение соединения №5А13.

Наибольший расход для смеси порошков №+А1 при навеске 6 г (высота засыпки после поджатия вакуумом -18 мм) равнялся 60 л/час. Для всех используемых смесей скорость горения увеличивалась при росте перепада давлений. Максимальная скорость фронта горения устанавливалась при потоке аргона порядка 30 л/час, дальнейшее увеличение потока газа не приводило к росту скорости горения. Предварительная ТВО уменьшает количество примесных газов, и, следовательно, величину давления газов перед фронтом, в частности, поэтому становится меньше диапазон влияния вакуумирования нижнего торца образца на скорость горения (рис. 5).

Результаты экспериментов по изучению горения порошковых смесей Т1+С и №+А1 свидетельствуют о том, что распространение горения в этих системах осуществляется в соответствии с конвективно-кондуктивным механизмом и определяется движением жидкости во фронте процесса. При этом сильное влияние ТВО на скорость горения, позволяет предположить, что основное влияние спутного потока аргона на скорость распространения горения заключается не в проталкивании жидкости вперед перепадом давлений как в инертных опытах с пропиткой, а за счет удаления примесных газов, выделяющихся перед фронтом и тормозящих движение расплава.

Следующие две исследованные системы (глава IV) - смеси порошков 2г+А1, Т1+81 также являются типичными представителями «безгазовых» систем. Для того чтобы выяснить, горят ли эти системы по кондуктивному или конвективно-кондуктивному механизму, проводились те же опыты, что и для предыдущих смесей по изучению влияния продува, предварительной ТВО на скорость горения. Однако оказалось, что скорость горения практически не зависит от того, был ли включен или выключен форвакуумный насос. Дело в том, что изучаемые смеси содержат существенно меньше примесных газов, чем составы Т1+С и №+А1. Установить наличие конвективно-кондуктивного механизма горения в подобных системах удалось за счет использования газифицирующей добавки.

Графики зависимости скорости горения от отношения мольных долей исходных реагентов [А1]/[2г] показаны на рис.6. Как видно из рисунка, смеси на основе мелкодисперсного 7л (В-54), имели более высокую скорость горения (кривая 2). Качественный характер зависимости скорости горения от состава смеси соответствует литературным данным для прессованных образцов (кривая 3). ТВО исходных порошков в отличие от результатов со смесями №+А1 уменьшала скорость горения на 0,5-1 мм/сек. (табл. 4).

I 12

о о.

\

0,3 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

1А1]/[&]

Рис.6. Зависимости скорости фронта горения смесей порошков Ъх и А1 от отношения мольных долей [А1]/ВД. Кривая 1 - смеси с 2г(Пцрк-1), кривая 2 - смеси с 2г(В-54), кривая 3 - литературные данные о горении прессованных образцов из порошков 7х и А1.

Таблица 4. Сравнение влияния наличия перепада давлений и предварительной ТВО

Состав 6Р>0 ТВО

А1 (АСД-4)+№ (ПНЭ-1) Увеличивает Увеличивает

А1 (АСД-4)+гг (В-54, Пцрк-1) Не изменяет Уменьшает

Для подтверждения гипотезы о том, что смеси порошков Ъх и А1 горят в соответствии с ККТГ, были осуществлены специальные эксперименты с введением газифицирующейся добавки - порошка буры. Как известно, бура (декагидрат тетрабората натрия, №2В407*10Н20) теряет кристаллизационную воду при 320-380°С. Следовательно, добавка буры равносильна увеличению количества примесных газов в исходной шихте.

Результаты измерения скоростей горения составов с добавкой буры приведены в таблице 5. Как следует из данных, приведенных в таблице, добавка буры приводит к появлению зависимости скорости горения от вакуумирования нижнего торца засыпки. Неожиданным результатом оказалось разное влияние добавки буры на «быстрогорящие» и «медленногорящие» смеси. Для состава 2г(Пцрк-1)+ЗА1 скорость горения которого равна 6 мм/сек, добавка 1% буры привела к уменьшению скорости горения до 4 мм/сек. Для состава 2&(В-54)+ЗА1, скорость горения которого равнялась 11 мм/сек, добавка 1% буры привела к увеличению скорости горения до 13 мм/сек.

Таблица 5. Влияние на скорость распространения фронта горения в смесях порошков

Ъх и А1 введения 1% добавки буры и искусственно созданного перепада давления.

СОСТАВ Скорость горения, мм/сек

6Р = 0 5 Р > 0

2г (Пцрк-1)+ А1 (1:3) без добавки буры 6 6

Ъх (Пцрк-1)+ А1 (1:3) + 1% буры 4 6

Ъх (В-54)+ А1 (2:3) без добавки буры 11 11

Ъх (В-54)+ А1 (2:3) с + 1 % буры 13 15

Эти факты находят следующее объяснение в рамках ККТГ (рис.3). В результате разложения буры изменяется давление газа как перед - Р/ и за - Рь слоем расплава. Соотношение между количеством газа, выделившемся перед и за фронтом горения, зависит от времени нахождения буры в зоне прогрева, которое обратно пропорционально квадрату скорости горения. Поэтому для быстрогорящих составов, где степень газификации буры перед слоем расплава меньше, основное газовыделение происходит за слоем расплава, что приводит к увеличению скорости горения.

Уменьшение значения Pf путем вакуумирования нижнего торца образца, для составов с добавкой буры, должно приводить к увеличению скорости горения, что и наблюдалось в проведенных экспериментах.

Результаты экспериментов по измерению скоростей горения смесей бП+ЗБ! и 'П+31 сведены в таблицу 6.

Таблица 6. Влияние на скорость распространения фронта горения в смесях 5Т1 + иТ1 + 5! введения 1% добавки буры, ТВО и искусственно созданного перепада давления.

СОСТАВ Скорость горения, мм/сек

5 Р = 0 5 Р> 0

5Т1 + Зв! 18 19

5ТС + ЗБ1 с ТВО 16 17

5Т1 + 381 с добавкой 1% буры 26 28

Т1 + 5,5 6,5

И + с добавкой 1 % буры 11 17

Смесь Т1+25» в условиях проведения экспериментов не горела.

Газифицирующая добавка (бура) ускоряет движение фронта горения, т.к. разлагается в основном за фронтом, из-за высокой скорости горения данной системы при всех соотношениях исходных компонентов. Также добавка 1% буры усиливает влияние искусственно созданного перепада давления в 1 атм. Таким образом, закономерности горения в последних двух системах также объясняются с точки зрения ККТГ, но обладают определенной спецификой в связи с заметно меньшим количеством примесных газов в исходной шихте.

Следующие две исследованные смеси (глава V) - оксидные системы Сг203+А1 и Ре203+А1. В этих экспериментах кроме - буры, использовалась еще одна газифицирующая добавка - пищевая сода ЫаНСОз, которая теряет воду при нагревании до 140—160°С, а для уменьшения содержания влаги в исходной шихте применялась сушка.

Особенностью системы Сг20з+А1 являлось то, что полученный в процессе смешения компонентов состав состоял из легкоразрушаемых гранул, что позволяло изменять плотность засыпки с помощью ручной подпрессовки и, таким образом, изучать влияние изменения плотности на закономерности горения.

1.0

1,5

2.0 2,5

р.д/ят?

Рис.7. Результаты измерений скорости горения (Щ от начальной плотности смеси Сг203+А1 (р) в зависимости от наличия и вида газифицирующей добавки, а также наличия (дР > 0) или отсутствия (дР = 0) спутного потока аргона. Две верхние кривые (1,2) - для составов без газифицирующих добавок, две средние кривые (3,4) - с добавкой соды, две нижние кривые (5,6) - с добавкой буры). Верхние кривые в каждой паре (четные) - при наличии перепада давлений (8Р > 0).

Результаты измерений скорости горения {IIс) от начальной плотности смеси (р) для системы Сг203+А1 представлены на рис.7. Как видно из рисунка при отсутствии газифицирующих добавок (кривые 1,2) с ростом плотности скорость горения монотонно возрастает с 2,8 до 5,6 мм/с при д Р = 0 (кривая 1) и с 3,5 до 5,7 мм/с при ЗР > 0 (кривая 2). Добавка в исходную смесь 1% газифицирующей добавки буры в целом уменьшает скорость горения (кривые 5,6), но на зависимости скорость горения - плотность появляется характерный максимум, как при наличии, так и при отсутствии искусственно созданного перепада давлений. Добавка в шихту 1% от массы соды уменьшает скорость горения смеси (кривые 3,4), но скорость горения монотонно растет с увеличением плотности (экстремума нет). Различие скоростей распространения фронта горения, с продувом и без, связано с влиянием потока инертного газа на примесные газы, выделяющиеся в зоне расплава (рис.3), тормозящие его движение и, в соответствии с представлениями ККТГ, фронт волны горения. С увеличением плотности и соответствующим уменьшением газопроницаемости образца, эта разность уменьшается. Возникновение максимума на зависимости «скорость горения -

плотность» при добавке буры (кривые 5,6, рис.7) в рамках ККТГ можно объяснить повышением давления примесных газов перед фронтом, уменьшающим скорость горения. Отсутствие максимума на зависимости скорость горения-плотности при добавке соды (кривые 3,4 на рис.7) можно объяснить тем, что в условиях ручной подпрессовки, для этой добавки не удалось достигнуть соответствующих значений плотностей из-за меньшей величины газовыделения у этой добавки.

Результаты экспериментов по измерению скоростей горения смесей 70%(Ре2Оз+2А1)+30%А12Оз приведены в таблице 7.

Таблица 7. Влияние на скорость распространения фронта горения в смесях Ре2СЬ+2А1+30%АЬСЬ продувки, введения 1% добавки буры, соды и сушки.

СОСТАВ СКОРОСТЬ мм/сек

ЗР= 0 6Р> 0

Ре203+2А1+30%А1203 18 19

Ре203+2А1+30%А1203+1% буры 16 17

Ре203+2А1+3 0%А1203 +1 % соды 26 28

Ре203+2А1+30%А1203 с просушкой 5,5 6,5

Как видно из данных таблицы скорость горения при продуве образца заметно возрастает. Независимо от наличия или отсутствия искусственно созданного перепада давлений увеличение массовой доли газифицирующих добавок (бура, сода) в составе смеси приводит к уменьшению скорости горения. Добавка буры приводит к большему "торможению" скорости горения, чем добавка соды, а предварительное просушивание смеси приводит к увеличению скорости горения, и уменьшению влиянию продува.

Смесь Ре203+А1 является довольно гигроскопичной. Согласно ТУ содержание влаги в Ре20з может достигать до 1 масс. %. Адсорбированную в исходной шихте воду можно рассматривать как газифицирующую добавку, так как количество пара, образующееся при испарении воды, сопоставимо с массой газифицирующих добавок в опытах с содой и бурой, о чем свидетельствуют экспериментальные данные о влиянии предварительной сушки исходной смеси на скорость горения. Из-за малого количества адсорбированной влаги, объяснить влияние сушки на скорость горения в рамках кондуктивной модели невозможно. Однако, в соответствии с представлениями ККТГ, сушка уменьшает количество влаги и, соответственно, давление пара перед слоем расплава и, тем самым, увеличивает скорость горения. Можно предположить, что и для других гигроскопичных систем, при горении которых образуется слой расплава, влияние просушивания исходной смеси на закономерности горения объясняется с единых позиций в рамках ККТГ: адсорбированную воду можно рассматривать как источник примесных газов, влияющих на скорость движения расплава (скорость горения).

выводы

- Создан измерительный комплекс для изучения горения с одновременной видеосъемкой и фиксацией показаний термопар и динамических характеристик газового потока, и разработаны методики, позволяющие идентифицировать механизм горения гетерогенных смесей: кондуктивный или конвективно-кондуктивный.

- При помощи разработанных методик изучены закономерности горения нескольких типичных «безгазовых» систем разных классов, а именно, систем «металл-неметалл» "П+С, И+Б^ «металл-металл» А1+№, 2г+А\, оксидных систем Сг20з+А1, Ре20з+А1. Полученные результаты свидетельствуют о реализации кондуктивно-конвективного механизма горения во всех этих системах.

- Показано, что продув инертным газом существенно ускоряет горение в системах с повышенным количеством примесных газов в исходной шихте (А1+№, Т)+С, Сг203т-А1 и Рс20з+А1). Предварительная термовакуумная обработка, сушка уменьшают влияние продува. Для систем с малым газовыделением (2г+А1, "Л и 81) влияние продува проявляется при введении газифицирующих добавок.

- С позиций ККТГ даны качественные объяснения влияния основных определяющих параметров: величины потока инертного газа, газопроницаемости исходной шихты, газифицирующих добавок, предварительной термовакуумной обработки (ТВО), предварительной сушки исходной шихты на закономерности горения гетерогенных конденсированных систем.

- Проведенные исследования показали, что для оптимизации процессов получения тугоплавких неорганических материалов в режиме технологического горения необходимо установить, горит ли данный состав по кондуктивному или кондуктивно-конвективному механизму и в соответствии с этим выбирать способы управления СВС процессом.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Сеплярский Б. С., Вадченко С. Г., Костин С. В., Брауэр Г. Б. Закономерности горения смесей Ti+0.5C и Ti+C насыпной плотности в спутном потоке инертного газа // Физика горения и взрыва, 2009, № 1, С. 30-37.

2. Сеплярский Б. С., Вадченко С. Г., Брауэр Г. Б., Костин С. В. Закономерности горения смесей Ni+Al насыпной плотности в потоке инертного газа // Химическая Физика и Мезоскопия, 2008, № 2, С. 135— 145.

3. Сеплярский Б. С., Брауэр Г. Б., Костин С. В. Закономерности горения смесей Zr+Al насыпной плотности в потоке инертного газа // Химическая Физика и Мезоскопия, 2008, № 4, С. 410-418.

4. Seplyarskii В. S., Brauer G. В., Kostin S. V. Combustion of Bulk Density Powder Mixtures in a Co flow of Inert Gas: 4. Ti-Si and Zi-Al Systems // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2008, № 3, P. 199-205.

5. Сеплярский Б. С., Костин С. В., Брауэр Г. Б. Динамические режимы горения слоевой системы Ti-(Ti+0,5C) в спутном потоке азота // Физика горения и взрыва, 2008, № 5, С. 613-626.

6. Seplyarskii В. S., Brauer G. В., Tarasov A. G. Combustion of Сг20з+А1 Powder Mixtures in a Co flow of Inert Gas. 5. Effect of Green density // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2009, № 1, P. 42-45.

7. Brauer G. В., Tarasov A. G., Seplyarskii B. S. Combustion of Powder Mixtures in a Coflow of Inert Gas. 6. Fe203+2A1+30%A12C>3 Mixtures // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2009, №3,P. 157-161.

8. Seplyarskii B. S,, Vadchenko S. G., Brauer G. В., Kostin S. V. Combustion of Bulk Density Powder Mixtures in a Coflow of Inert Gas. 1. The Ni-Al System Mixtures // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2008, № 2, P. 112-116.

9. Seplyarskii B. S., Vadchenko S. G., Kostin S. V., Brauer G. B. Combustion of Bulk Density Powder Mixtures in a Coflow of Inert Gas. 2. The Ti-C System// International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2008, №2, P. 117-120.

fC

■

Сдано в печать 08.04.10. Подписано в печать 12.04.10. Формат 60x90 1/16 Объем 1 п.л. Заказ 135. Тираж 100

Отпечатано в типографии ИПХФ РАН 142432, Московская обл., г. Черноголовка, пр-т ак. Семенова, 5 Тел.: 8(49652)2-19-38

Введение

Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Введение к главе I

1.2. Историческая справка по экспериментальным и теоретическим исследованиям волн горения до открытия СВС

1.3. Основные представления о СВС

1.4. Основы классической теории СВС

1.5. Некоторые современные подходы к теории СВС

1.6. Обзор научных работ в области СВС, изучавших влияние наличия газовой и жидкой фаз на закономерности горения

1.7. Конвективно-кондуктивная теория горения (ККТГ) гетерогенных конденсированных сред

1.8. Цели и задачи исследования

Глава И. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Введение к главе II

2.2. Конструкция экспериментальной установки

2.3. Схема экспериментальной установки и методики измерений

2.4. Методики, использованные для определения характеристик исходных веществ и продуктов горения

Глава III. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ГОРЕНИЯ БЕЗГАЗОВЫХ СИСТЕМ Ti+C и Ni+Al В СПУТНОМ ПОТОКЕ ИНЕРТНОГО ГАЗА

3.1. Введение к главе III

3.2. Изучение горения системы «металл - неметалл» Ti+C

3.3. Оценка дополнительного разогрева горящей смеси за счет потока

3.4. Изучение горения системы «металл - металл» Ni+Al

Интенсивные исследования процессов горения металлов переходной группы (титан, цирконий, гафний, молибден) с неметаллами (углерод, бор, кремний), а также смесей металлических порошков начались после того, как в 1967 г. А. Г. Мержанов, И. П. Боровинская и В. М. Шкиро открыли новый способ получения боридов, силицидов и карбидов переходных металлов в режиме горения, самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС). Первые исследования, проведенные этими авторами, на образцах малых размеров в сосуде (бомбе) постоянного давления показали, что скорость горения, структура и состав конечных продуктов не зависят от внешнего давления газа. На основе этих данных такое горение получило название "безгазового", а сами системы - "безгазовых". Для описания распространения безгазового горения А. Г. Мержановым, Б. И. Хайкиным и А. П. Алдушиным были адаптированы классические подходы, сформулированные в 30-40-х гг. прошлого столетия Н. Н. Семеновым, Я.Б.Зельдовичем, Д.А.Франк-Каменецким для процессов в газовой фазе. Соответствующая теория, назовем ее «классической», считает основными физико-химическими процессами, определяющими скорость распространения фронта горения теплопроводность и диффузию реагентов через слой продукта.

Более поздние исследования показали, что при горении этих систем выделяется небольшое количество примесных газов (30-60 кубических сантиметров на грамм смеси или 1-2 процента от массы исходной шихты). Также в связи с тем, что температура, достигаемая при синтезе тугоплавких соединений, обычно превышает температуру плавления одного из реагентов, нужно учитывать наличие жидкой фазы. Тем не менее, по-прежнему, считалось, что на механизм распространения фронта горения, определяемый процессами в твердой фазе, незначительные количества газа и жидкости влияют слабо.

В 2000 - 2004 гг. в статьях Б. С. Сеплярского с соавторами анализируются накопленные за время изучения СВС экспериментальные результаты, не находящие своего объяснения в рамках «классической» теории СВС, и формулируется подход, названый конвективно-кондуктивной теорией горения (ККТГ). Основная идея этих работ состоит в том, что теплоперенос, определяющий скорость распространения фронта горения, осуществляется не только теплопроводностью, излучением, но и движущимся вместе с фронтом, расплавом. В соответствии с ККТГ, движение расплава, с одной стороны, происходит под действием сил поверхностного натяжения, причем расплав втягивается в еще не горящий слой, в направлении распространения горения. Другим фактором, определяющим движение жидкой фазы является перепад давлений примесных газов, выделяющихся за и перед фронтом горения, из-за чего даже небольшое газовыделение вблизи зоны реакции способно сильно повлиять на скорость горения. В зависимости от интенсивности и, локализации газовыделения возможно как ускорение, так и замедление процесса.

Задача данной работы заключалась в исследовании горения путем проведения оригинальных экспериментов, использующих такие способы воздействия на процесс, которые с точки зрения «классических» подходов не должны сильно влиять на процесс горения, но эффективны согласно конвективно-кондуктивной теории. В результате были созданы экспериментальные методики, позволяющие отвечать на вопрос: горит ли данная система по классическому кондуктивному механизму или в соответствии с ККТГ. С этой точки зрения было исследовано несколько типичных «безгазовых» систем разных классов. Для систем, горящих в соответствии с ККТГ, найдены новые способы управления СВС.

ВЫВОДЫ

- Создан измерительный комплекс для изучения горения с одновременной видеосъемкой и фиксацией показаний термопар и динамических характеристик газового потока, и разработаны методики, позволяющие идентифицировать механизм горения гетерогенных смесей: кондуктивный или конвективно-кондуктивный.

- При помощи разработанных методик изучены закономерности горения нескольких типичных «безгазовых» систем разных классов, а именно, систем «металл-неметалл» Ti+C, Ti+Si, «металл-металл» Al+Ni, Zr+Al, оксидных систем Сг203+А1, Fe203+Al. Полученные результаты свидетельствуют о реализации кондуктивно-конвективного механизма горения во всех этих системах.

- Показано, что продув инертным газом существенно ускоряет горение в системах с повышенным количеством примесных газов в исходной шихте (Al+Ni, Ti+C, Сг203+А1 и Fe203+Al). Предварительная термовакуумная обработка, сушка уменьшают влияние продува. Для систем с малым газовыделением (Zr+Al, Ti и Si) влияние продува проявляется при введении газифицирующих добавок.

- С позиций ККТГ даны качественные объяснения влияния основных определяющих параметров: величины потока инертного газа, газопроницаемости исходной шихты, газифицирующих добавок, предварительной термовакуумной обработки (ТВО), предварительной сушки исходной шихты на закономерности горения гетерогенных конденсированных систем.

- Проведенные исследования показали, что для оптимизации процессов получения тугоплавких неорганических материалов в режиме технологического горения необходимо установить, горит ли данный состав по кондуктивному или кондуктивно-конвективному механизму и в соответствии с этим выбирать способы управления СВС процессом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе было изучено горение шести популярных у исследователей, можно сказать, «классических» СВС систем с помощью специальных, основанных на представлениях ККТГ методик: две системы класса «металл -металл», две системы «металл - неметалл» и две оксидные системы. Некоторые особенности горения этих составов объединены в таблицу (рис.52).

Несмотря на определенные отличия, для всех этих систем получены экспериментальные доказательства кондуктивно-конвективного механизма горения.

Так оказалось, что система «металл - металл» Ni-Al реагирует на наши воздействия (продув и ТВО) иначе, чем система «металл - металл» Zr-Al: Подобное различие наблюдалось и в системах «металл - неметалл» Ti-C и Ti-Si. Как оказалось, эти особенности определяются тем, какое количество примесных газов содержит мелкодисперсный компонент. Для систем, где влияние продува на скорость горения оказалось незначительным (Zr-Al, Ti-Si), выявить механизм горения удалось за счет введения газифицирующих добавок. Интересные факты были обнаружены и при изучении горения оксидных систем на нашей установке.

Оказалось, что при помощи ККТГ эти особенности можно объяснить с единых позиций.

В итоге, можно сделать следующие практические рекомендации из результатов проведенных исследований: перед тем как начать использовать или исследовать ту или иную систему, нужно выяснить горит ли она по кондуктивному или кондуктивно-конвективному механизму. Для этого предлагается использовать несложные воздействия на процесс: продув газа, предварительная ТВО, сушка, введение добавок. Это позволит простыми способами определить механизм горения и выбрать соответствующие способы управления процессом: влиять ли на температуру горения или на давление примесных газов с помощью методов, аналогичных применяемым в данной работе.

Особо хочется, выделить следующий результат: для гигроскопичных систем, с позиций ККТГ предложено единое объяснение сильного влияния влажности на закономерности горения. шв

Итоговая таблица

1. Михельсон В. А. Название: О нормальной скорости воспламенениягремучих газовых смесей, диссертация / Михельсон, Владимир Александрович. Москва. — 1890.

2. Nusselt W. Das Grundgesetz des Warmeiibergangs / W. Nusselt // Zeischr.ver Deutsh Ing. 1915.- vol.59, -s. 872-878.

3. Jonget E. Mecanicue des explosions. / E. Jonget Paris T. 18, 1917.

4. Семенов H. H. К теории процессов горения. I. / Н. Н. Семенов // Журналрусского физико-химического общества. 1928. - № 3. - С. 241-250.

5. Семенов Н. Н. К теории процессов горения. И. / Н. Н. Семенов // Журналфизической химии. 1933. -вып.1 - С.4-17.

6. Семенов Н. Н. Тепловая теория горения и взрывов // Н. Н. Семенов —

7. Успехи физических наук. 1940. -№3.- С. 25-31.

8. Зельдович Я. Б. Теория теплового распространения пламени / Я. Б.

9. Зельдович // Журнал физической химии. 1939. -№ 12. - С. 15301535.

10. Зельдович Я. Б. Теория зажигания накаленной поверхностью / Я. Б.

11. Зельдович // Журнал технической физики, 1941. - № 6. - С. 493500.

12. Зельдович Я.Б. Теория горения и детонации газов / Я.Б. Зельдович. М.

13. Издательство АН СССР. 1944. - 71 с.

14. Франк-Каменецкий Д. А. Распределение температур в реакционномсосуде и стационарная теория теплового взрыва / Д. А. Франк-Каменецкий //Доклады АН СССР. 1938. - № 7. - С. 411-412.

15. Франк-Каменецкий Д. А. К нестационарной теории теплового взрыва /

16. Д. А. Франк-Каменецкий // Журнал физической химии. 1946. - № 2. -С. 139-146.

17. Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химическойкинетике / Д. А. Франк-Каменецкий. М. : Наука. - 1967. - 356 с.

18. Беляев А. Ф. Горение, детонация и работа взрыва конденсированныхсистем / А. Ф. Беляев. М. : Наука. - 1968. - 248 с.

19. Андреев К. К. Теория взрывчатых веществ / К. К. Андреев, А. Ф. Беляев.- М. : Наука. 1960. - 321 с.

20. Бахман Н. Н., Горение гетерогенных конденсированных систем / Н. Н.

21. Бахман, А. Ф. Беляев. М. : Наука. - 1967. - 287 с.

22. Похил П. Ф. Горение порошкообразных металлов в активных средах /

23. П. Ф. Похил, А. Ф. Беляев, Ю. В. Фролов, В. С. Логачев., А. И. Коротков. М. : Наука. - 1972. - 294 с.

24. Беляев А. Ф. Название: Горение, детонация и работа взрываконденсированных систем, диссертация доктора физ.-мат. наук / ИХФ АН СССР. Москва, 1946. - 400 с.

25. Похил П. Ф. Методы исследования процессов горения и детонации / П.

26. Ф. Похил // Журнал физики горения и взрыва. 1953. - № 2. - С. 181— 190.

27. Максимов Э. И. Некоторые закономерности горения смесей титана скремнием / Э. И. Максимов, А. Г. Мержанов, В. М. Шкиро // Физика горения и взрыва. 1979. - № 1. - С. 43-49.

28. Мержанов А. Г. Способ получения неорганических соединений / А. Г.

29. Мержанов, В. М. Шкиро, И. П. Боровинская Авторское свидетельство СССР № 255221. - 1967 // Бюллетень изобретений. — 1975.-№26.-С. 29.

30. Мержанов А. Г. Способ получения неорганических соединений / А. Г.

31. Мержанов, В. М. Шкиро, И. П. Боровинская // Патент Франции № 2088668.-1972.

32. Мержанов А. Г. Способ получения неорганических соединений / А. Г.

33. Мержанов, В. М. Шкиро, И. П. Боровинская // Патент США № 3726642. 1973.

34. Мержанов А. Г. Способ получения неорганических соединений / А. Г.

35. Мержанов, В. М. Шкиро, И. П. Боровинская // Патент Великобритании № 1321084. 1974.

36. Мержанов А. Г. Способ получения неорганических соединений / А. Г.

37. Мержанов, В. М. Шкиро, И. П. Боровинская // Патент Японии № 5627441.- 1981.

38. Мержанов А. Г. Самораспространяющийся высокотемпературныйсинтез тугоплавких неорганических соединений / А. Г. Мержанов, Боровинская И. П. // Доклады АН СССР. 1972. - № 2. - С. 366-369.

39. Боровинская И. П. Самораспространяющийся высокотемпературныйсинтез нитридов титана при высоких давлениях азота / И. П. Боровинская, В. Э. Лорян / Порошковая металлургия. 1978. — № 11. -С. 42^15.

40. Мержанов А. Г. Твердопламенное горение / А. Г. Мержанов, А. С.

41. Мукасьян М. : ТОРУС ПРЕСС, 2007. - 336 с. - С. 7.

42. Зенин А. А. К механизму образования гидридов титана и циркония вволне СВС / А. А. Зенин, Г. А. Нерсесян, М. Д. Нерсесян // Проблемы технологического горения. Том I. - Черноголовка, 1981. - С. 55—60.

43. Мержанов А. Г. Термодинамический анализ возможности получениядиборидов нескольких металлов из элементов, окислов и галогенидов в режиме горения / С. С. Мамян, А. Г. Мержанов. Препринт ОИХФ АН СССР. - Черноголовка, 1978, - 23 с.

44. Мержанов А. Г. Твердопламенное горение / А. Г. Мержанов, А. С.

45. Мукасьян М. : ТОРУС ПРЕСС, 2007. - 336 с. - С. 19.

46. Алдушин А. П. О некоторых закономерностях горения конденсированных систем с тугоплавкими продуктами реакции / А. П.

47. Алдушин, А. Г. Мержанов, Б. И. Хайкин // Доклады АН СССР. — 1972. №5.-С. 1139-1142.

48. Мержанов А. Г. Твердопламенное горение / А. Г. Мержанов, А. С.

49. Мукасьян. М. : ТОРУС ПРЕСС, 2007. - 336 с. - С. 21.

50. Мержанов А. Г. Теория «безгазового» горения / А. Г. Мержанов //

51. Archiwum Procesow Spalania. 1974. - №1. - С. 17-39.

52. Хайкин Б. И. К теории процессов горения в гетерогенныхконденсированных средах / Б. И. Хайкин // Процессы горения в химической технологии и металлургии. — Черноголовка, 1975. — С. 227-245.

53. Мержанов А. Г. Теория волн горения в гомогенных средах / А. Г.

54. Мержанов, Б. И. Хайкин. Черноголовка: Институт структурной макрокинетики РАН, 1992 г. - 161 с.

55. Зельдович Я. Б. Теория предела распространения тихого пламени / Я. Б.

56. Зельдович // Журнал экспериментальной и теоретической физики. -1941.- С. 159-68.

57. Зельдович Я. Б. Теория теплового распространения пламени / Я. Б.

58. Зельдович, Д. А. Франк-Каменецкий, // Журнал физической химии. -1938.- № 1.- С. 100-105.

59. Новиков Н. П. Термодинамический анализ реакциисамораспространяющегося высокотемпературного синтеза. / Н. П. Новиков, И. П. Боровинская, А. Г. Мержанов // Процессы горения в химической технологии и металлургии. Черноголовка, 1975. — С. 174-188.

60. Мамян С. С. Термодинамическое исследование условий образования некоторых тугоплавких соединений при горении. / С. С. Мамян, Ю. М. Петров, JT. Н. Стесик // Процессы горения в химической технологии и металлургии. Черноголовка, 1975. - С. 188-193.

61. Мержанов А. Г. Теория стационарного гомогенного горенияконденсированных веществ / А. Г. Мержанов. Черноголовка: препринт ОИХФ АН СССР, 1974. - 25 с.

62. Мержанов А. Г. СВС-процесс: теория и практика / А.Г. Мержанов —

63. Черноголовка: препринт ОИХФ АН СССР, 1980. 31 с.

64. Merzhanov A. G. Nonequlibrium theory of flame propagation / A. G.

65. Merzhanov // Advances in combustion science. in honor of Ya. B. Zerdovich. - AIAA progress in astronautics and aeronautics ser., 1997. — Vol.173.-p. 37-59.

66. Алдушин А. П. Влияние теплофизических характеристик наустойчивость стационарного горения безгазовых систем / А. П. Алдушин, Б. И. Хайкин // Физика горения и взрыва. 1975. - № 1. — С. 128-130.

67. Струнина А. Г. Влияние тепловых факторов на закономерностинеустойчивого горения безгазовых систем / А. Г. Струнина, А. В. Дворянкин // Доклады АН СССР. 1981. -№ 5. - С. 1185-1188.

68. Хайкин Б. И. О неединственности стационарной волны горения / Б. И.

69. Хайкин, С. И. Худяев Черноголовка: препринт ОИХФ АН СССР, 1981.-37 с.

70. Максимов Ю. М. Спиновое горение безгазовых систем / Ю. М.

71. Максимов, А. Т. Пак, Г. В. Лавренчук, Ю. С. Найбороденко, А. Г. Мержанов // Физика горения и взрыва. 1979. - № 3. - С. 156-159.

72. Мержанов А. Г. Концепция развития самораспространяющегосявысокотемпературного синтеза как области научно-технического прогресса / А. Г. Мержанов. Черноголовка: Издательство «Территория», 2003. - 398 с. - С. 41.

73. Зенин А. А. Структура зон волны самораспространяющегосявысокотемпературного синтеза боридов / А. А. Зенин, Г. А. Нерсесян //Химическая физика. 1982. - № 3. - С.66-73.

74. Мержанов А. Г. Микроструктура фронта горения гетерогенныхбезгазовых средах (на примере горения системы 5Ti+3Si) / А. Г. Мержанов, А. С. Мукасьян, А. С. Рогачев и др. // Физика горения и взрыва. 1996.-№6. -С. 68-81.

75. Рогачев А. С. О микрогетерогенном механизме безгазового горения / А.

76. С. Рогачев, А. С. Мукасьян, А. Варма // Доклады АН СССР. 1999. -№ 6. - С. 777-780.

77. Рогачев А. С. О микрогетерогенном механизме безгазового горения / А.

78. С. Рогачев // Физика горения и взрыва. 2003. - № 2. - С. 38-47.

79. Рогачев А. С. К теории эстафетного распространения волны горения вгетерогенных системах / А. С. Рогачев, А. Г. Мержанов // Доклады АН СССР. 1999.-№6.-С. 788-791.

80. Околович Е. В. Распространение зоны горения в плавящихсяконденсированных смесях / Е. В. Околович, А. Г. Мержанов, Б. И. Хайкин, К. Г. Шкадинский // Физика горения и взрыва. 1977. - № З.-С. 326-335.

81. Некрасов Е. А. Математическая модель горения системы титан-углерод /

82. Е. А. Некрасов, В. К. Смоляков, Ю. М. Максимов // Физика горения и взрыва. 1981. -№ 5.- С. 39-46.

83. Филимонов И. А. Влияние передачи тепла излучением нараспространение волны горения по модельной гетерогенной системе / И. А. Филимонов // Физика горения и взрыва. 1998. — № 3 — С. 69-78.

84. Кришеник П. М. Режимы фронтального превращениявысокоэнергетических структурированных гетерогенных систем / П. М. Кришеник, А. Г. Мержанов, К. Г. Шкадинский // Физика горения и взрыва.-2005.-№2-С. 51-61.

85. Максимов Э. И. Безгазовые составы как простейшая модель горениянелетучих конденсированных систем / Э.И. Максимов, А. Г. Мержанов, В. М. Шкиро // Физика горения и взрыва. 1965. - № 4.-С. 24-29.

86. Шкиро В. М. Исследование закономерностей горения смесей титана суглеродом / В. М. Шкиро, Г. А. Нерсесян, И.П. Боровинская // Физика горения и взрыва. 1978. - № 4 - С. 58-64.

87. Ратников В. И. Оборудование для процессов СВС при сверхвысокомдавлении газа / В. И. Ратников, В. К. Энман // Проблемы технологического горения. -Том И. -Черноголовка, 1981. С. 8-12.

88. Вершинников В. И. О зависимости скорости безгазового режимагорения от давления / В. И. Вершинников, А. К. Филоненко // Физика горения и взрыва. 1978. - № 5 - С. 42-47.

89. Филоненко А. К. Газовыделение от примесей при безгазовом горениисмесей переходных металлов с бором / А. К. Филоненко, В. И. Вершинников // Химическая физика. 1984. - № 6 - С. 430-435.

90. Шкиро В. М. О структуре колебаний при горении смесей тантала суглеродом / В. М. Шкиро, Г. А. Нерсесян // Физика горения и взрыва. 1978. -№ 1-С. 149-151.

91. Мартиросян Н. А. Исследование процессов очистки при синтезетугоплавких соединений методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза / Н. А. Мартиросян, С. К. Долуханян

92. Г. М. Мкртчян, И. П. Боровинская, А. Г. Мержанов // Порошковая металлургия. 1977. - № 27.- С. 36-40.

93. Сеплярский Б.С. Роль конвективного теплопереноса в процессахбезгазового" горения (на примере горения системы Ti+C) / Б. С. Сеплярский, С. Г. Вадченко // Доклады АН СССР. 2004.- № 1. - С. 72-76.

94. Камынина О. К. Динамика деформации реагирующей среды прибезгазовом горении / О. К. Камынина, А. С. Рогачев, Л. М. Умаров. // Физика горения и взрыва. 2003. - № 5 — С. 69-73.

95. Мержанов А. Г. Пористые СВС-материалы на основе карбида титана / А.

96. Г. Мержанов, В. Н. Блошенко, В. А. Бокий, И. П. Боровинская и др. // Доклады АН СССР. 1992.- № 5. - С. 1046-1050.

97. Шкиро В. М., О структуре колебаний при горении смесей тантала суглеродом / В. М. Шкиро, Г. А. Нерсесян // Физика горения и взрыва. 1978.- № 1.-С. 149-151.

98. Мержанов А. Г. Концепция развития самораспространяющегосявысокотемпературного синтеза как области научно-технического прогресса / А. Г. Мержанов. Черноголовка: Издательство «Территория», 2003. - 398 с. - С. 57.

99. Мержанов А. Г. Самораспространяющийся высокотемпературныйсинтез / А. Г. Мержанов // Физическая химия. Современные проблемы. М. : Химия, 1983. - С. 5-45.

100. Мержанов А. Г. Твердопламенное горение / А. Г. Мержанов.

101. Черноголовка: Издательство ИСМАН, 1981- 240 с. С. 68-77.

102. Мержанов А. Г. Твердопламенное горение / А. Г. Мержанов, А. С.

103. Мукасьян -М. : ТОРУС ПРЕСС, 2007. 336 с. - С. 93-103.

104. Александров В. В., Шкадинский К.Г, Грачев В.В. и др., Черноголовка,1998

105. Александров В. В. Самораспространяющийся высокотемпературныйсинтез / Александров В. В., Шкадинский К.Г, Грачев В.В. и др., // Физическая химия. Современные проблемы. М. : Химия, 1983. - С. 5-45.

106. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез Физическаяхимия. Современные проблемы. М. : Химия, 1983. - С. 5-45.

107. Мержанов А.Г., Проблемы горения в химической технологии иметаллургии, Успехи химии. 1976, Том 45, № 5, с.827-848

108. Мержанов А.Г., Проблемы горения в химической технологии иметаллургии, Успехи химии. 1976, Том 45, № 5, с.827-848

109. Научные основы, достижения и перспективы развития процессовтвердопламенного горения, Изв. РАН. Сер. Химия, 1997, Том 46, № 1, с.7-31

110. Хайкин Б.И., К теории процессов горения в гетерогенныхконденсированных средах. // В сб. Процессы горения в химической технологии и металлургии. Черноголовка. 1975. С. 227-244.

111. Итин В.И., Найбороденко Ю.С., Высокотемпературный синтезинтерметаллических соединений, Томск, 1989, с. 1-215

112. Шкиро В.М., Боровинская И.П., Капиллярное растекание жидкогометалла при горении смесей титана с углеродом. Физика горения и взрыва, 1976, № в, с.945-948.

113. Шкиро В.М., Боровинская И.П. Исследование закономерностей горениясмесей титана с углеродом. В: Процессы горения в химической технологии и металлургии. Черноголовка, 1975, с.253-258.

114. Некрасов Е.А., Максимов Ю.М., Зиатдинов М.Х., Штейнберг А.С.

115. Влияние капиллярного растекания на распространение волны горения в безгазовых системах. Физика горения и взрыва, 1978, № 5, с.26-33.

116. Найбороденко Ю.С., Лавренчук Г.В., Филатов В.М., Кашпоров Л.Я.,

117. Малинин Л.А., Нигматулина Д.К. Механизм образования алюминидов циркония при безгазовом горении. В: Проблемы технологического горения. Том I. Кинетика, термодинамика, механизм и теория горения. Черноголовка, 1981, с.67-70.

118. Кирдяшкин А.И., Клепакова O.K., Максимов Ю.М., Пак А.Т.,

119. Структурные превращения компонентов порошковой смеси в волне безгазового горения», Физика горения и взрыва, 1989, № 5, с.67-72.

120. Кирдяшкин А.И., Китлер В.Г., Саламатов В.Г. и др., Капиллярныегидродинамические явления в процессе безгазового горения., Физика горения и взрыва. 2007, Т.43, № 6, С. 1-10.

121. Хайкин Б.И. Распространение зоны горения в системах, образующихконденсированные продукты реакции. В кн.: Горение и взрыв. Материалы IV Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. М., "Наука", 1977, стр.121-137

122. Штейнберг А.С., Щербаков В.А. Зондирование пористой структурыобразца при безгазовом горении. В: Проблемы структурной макрокинетики. Черноголовка, 1991, с.75-107.

123. Щербаков В.А. Диспергирование тугоплавкого реагента в волнебезгазового горения. Доклады Академии Наук, 1996, Том 347, №.5, с.645—648.

124. Munir Z.A., Wang L.L. Contribution of Thermal Migration to Pore Formationduring SHS Reactions. Proceedings of the First US-Japanese workshop on combustion synthesis. Ed. Y.Kaieda, B.Holt, Tokyo, 1990, pp.123-137.

125. Мержанов А.Г., Мукасьян А.С., Постников С.В. Гидравлическийэффект в процессах безгазового горения. //Докл. РАН. 1995. Т. 343, № 3. С. 340-342.

126. Руманов Э.Н Волна плавления пористого вещества. Препринт, ОИХФ

127. АН СССР, Черноголовка, 1982, 20 с.

128. Юхвид В.И., Жидкофазные СВС-процессы и литые материалы, в сб.

129. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез, теория и практика, Черноголовка, «Территория», 2001, с.255.

130. Мержанов А.Г. Твердопламенное горение. Черноголовка: ИСМАН,2000, с.81.

131. Сеплярский Б.С., Ваганова Н.И. Конвективный режим распространениязоны реакции — новый механизм горения ' безгазовых' систем. //Докл. РАН. 2000. Т. 375. № 4. С. 496 499.

132. Сеплярский Б.С., Ваганова Н.И. Конвективное горение 'безгазовых'систем. // Физика горения и взрыва. 2001. Т. 37. № 4. С. 73 81.

133. Сеплярский Б.С., Природа аномальной зависимости скорости горениябезгазовых систем от диаметра. // Докл. РАН. 2004. Т. 396, № 5. С. 640-643.

134. Щербаков В.А., Сычев А.Е., Штейнберг А.С. Макрокинетика дегазации в процессе СВС. //Физика горения и взрыва, 1986,т.22,№4,стр.55-61.

135. Шкиро В.М., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Исследования реакционных свойств различных видов углерода при синтезе карбида титана методом СВС. Порошковая металлургия, 1979, № 10, с.6-9.

136. Филоненко А.К., Бунин В.А., Вершинников В.И. Особенности зависимости скорости горения от диаметра для некоторых безгазовых составов. Химическая физика, № 2, 1982, с.260-264.

137. Филоненко А.К., Вершинников В.И. Газовыделение от примесей при безгазовом горении смесей переходных металлов с бором. Химическая физика, 1984, Том 3, № 6, с.430-435.

138. Беляев А.Ф. и др. Переход горения конденсированных систем во взрыв. М.: Наука, 1973.

139. Varma A., Lebrat J.-P. Combustion synthesis of advanced materials, Chem. Eng. Sci., 1992, Vol.47. № 9-1 l,p.2179-2194.

140. Kottke Т., Niiler A. Thermal conductivity effects on SHS reactions, USA Ballistic Research Laboratory, Aberdeen Proving Ground, Maryland, 1988

141. Munir Z.A., Anselmi-Tamburini U., Self-propagating exotermic reactions: The synthesis of high-temperature materials by combustion, Mater. Sci. Reports, 1989. Vol.3, № 2. p. 277 365.

142. Касатьский Н.Г., Филатов B.M, Найбороденко Ю.С., СВС в низкоэнергетических и высокоплотных алюминиевых системах Самораспространяющийся высокотемпературный синтез, Томск, 1991, с.63

143. Вадченко С.Г., Мержанов А.Г. , Мукасьян А. С., Сычев А. Е., Влияние одноосного нагружения на макрокинетику горения безгазовых систем, Доклады РАН. 1994. Т. 337, № 5. с. 618-621

144. Mukasyan A.S., Rogachev A.S., Varma A., Microscopic mechanisms of pulsating in gassless systems, AIChE J., 1999, № 45, p. 2580-2585.

145. Алдушин А.П., Мартемьянова T.M., Мержанов А.Г., Хайкин Б.И. Автоколебательное распространение фронта горения в гетерогенных конденсированных средах. // Физика горения и взрыва. 1973. № 5. С. 613 626.

146. Шкиро В.М., Боровинская И.П. Исследование закономерностей горения смесей титана с углеродом. В: Процессы горения вхимической технологии и металлургии. Черноголовка, 1975, с.253— 258.

147. Прокудина В.К., Ратников В.И., Маслов В.М., Боровинская И.П., Мержанов А.Г., Дубовицкий Ф.И. Технология карбида титана. // В сб. Процессы горения в химической технологии и металлургии. Черноголовка. 1975. С. 136-141.

148. Сеплярский Б.С., Костин С.В., Брауэр Г.Б., Физика горения и взрыва, т.44, № 6, Динамические режимы горения слоевой системы Ti-(Ti+0,5C) в спутном потоке азота

149. Беляев А.Ф. и др. Переход горения конденсированных систем во взрыв. М.: Наука, 1973., с. 26

150. Сеплярский Б.С., Вадченко С.Г., Костин С.В., Брауэр Г.Б., Закономерности горения смесей Ti+0.5C и Ti+C насыпной плотности в спутном потоке инертного газа. // Физика горения и взрыва 2009г. №1. С 30-37

151. Seplyarskii, B.S., Vadchenko, S.G., Kostin, S.V., and Brauer, G.B., Combustion of Bulk Density Powder Mixtures in a Coflow of Inert Gas. 2. The Ti-C System, Int. J. SHS, 2008, vol. 17, no. 2, pp. 117-120.

152. Сеплярский Б.С., Вадченко С.Г., Брауэр Г.Б., Костин С.В., Закономерности горения смесей Ni+Al насыпной плотности в потоке инертного газа.// Химическая физика и мезоскопия, 2008 г. т. 10 №2 С. 135-145.

153. Seplyarskii, B.S., Vadchenko, S.G., Kostin, S.V., and Brauer, G.B., Combustion of Bulk Density Powder Mixtures in a Coflow of Inert Gas. 1. The Ni-Al System, Int. J. SHS, 2008, vol. 17, no. 2, pp. 112-116.

154. Сеплярский Б.С., Брауэр Г.Б., Костин С.В., Закономерности горения смесей Zr+Al насыпной плотности в потоке инертного газа.// Химическая физика и мезоскопия, 2008 г. т. 10 №4 С. 410-418.

155. Алдушин А.П., Сеплярский Б.С. Теория фильтрационного горения пористых металлических порошков. // Препринт ОИХФ АН СССР. Черноголовка. 1977.

156. Сеплярский Б.С., Брауэр Г.Б., Костин С.В, Химическая Физика и Мезоскопия. Том 10, №4, стр.410-418 Закономерности горения смесей Zr+Al насыпной плотности в потоке инертного газа.

157. Seplyarskii, B.S., Brauer, G.B., and Kostin, S.V., Combustion of Bulk Density Powder Mixtures in a Coflow of Inert Gas: 4. Ti-Si and Zi-Al Systems, Int. J. SHS, 2008, vol. 17, no., 3, pp. 199-205.

158. Найбороденко Ю.С., Лавренчук Г.В., В Филатов В.М и др. Механизм образования алюминидов циркония при безгазовом горении. В кн: Горение конденсированных и гетерогенных систем. Матер. VI Всес. Симп. по горению и взрыву. Черноголовка, 1980. С.67-71.

159. P.R., Kacprzak L., editors. Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd edition. ASM International, Metals Park, OH, 1990.

160. B.S.Seplyarskii, G.B.Brauer, A.G.Tarasov International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2009, Vol. 18, No. 1, pp.42-45 Combustion of Cr203+Al Powder Mixtures in a Coflow of of Inert Gas. 5. Effect of Green Density.

161. B.S.Seplyarskii, G.B.Brauer, A.G.Tarasov International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2009, Vol. 18, No. 3, pp.157161 Combustion of Powder Mixtures in a Coflow of of Inert Gas. 6. Fe203+2A1+30%A1203 Mixtures