Реферат: Самораспространяющийся высокотемпературный синтез - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 560 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Росто вский Государственный Университет РЕФЕРАТ «САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩИЙСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ» Студента 6 курса химического факультета РГУ вечернего отделения Ворона М.Л. Преподаватель: Лупейко Т.Г. Ростов-на-Дону 2003 СВС - это разновидность горения, в котором образуются ценные твердые вещества, путем перемещения волны химической реакции по смеси реагенто в с образованием твердых конечных продуктов, проводимый с целью синтеза веществ материалов. СВС представляет собой режим протекания сильной эк зотермической реакции (реакции горения), в котором тепловыделение локал изовано в слое и передается от слоя к слою путем теплопередачи. Развитие работ основано на научном открытии советских ученых А.Г. Мержанова и соа вторы "Явление твердого пламени". Приоритет открытия - 1967 год. Процесс возможен в системах с различным агрегатным состоянием, имеет те пловую природу. Характерный признак - образование твердого продукта. Гла вное предназначение СВС - синтез веществ и материалов, создание новых те хнологических процессов и организация производств. В конце 60-х и начале 70-х годов в Отделении Института химической физики в Чер ноголовке были развиты первичные представления о механизме горения си стем металл-углерод, металл-бор и металл-азот, предложены новые направле ния исследования горения конденсированных систем, обнаружены и описан ы установившиеся режимы неустойчивого горения, создана методология по лучения тугоплавких соединений на основе СВС. В 70-х годах в Отделении ИХФ АН СССР была создана первая технологическая ус тановка для производства СВС-порошков, и началось развитие, теория горен ия СВС-систем, созданы методы математического моделирования безгазово го и фильтрационного горения, осуществлено первое промышленное внедре ние СВС-технологии для производства порошков дисилицида молибдена и вы сокотемпературных нагревателей на их основе (г. Кировакан, Армянская ССР ). В 80-ые годы работы в Советском Союзе создан Научный Совет по теории и прак тике СВС-процессов, разработана общесоюзная программа работ, созданы Ме жотраслевой научно-технический комплекс "Термосинтез" и его головная ор ганизация ИСМАН - Институт структурной макрокинетики АН СССР (на базе от дела макроскопической кинетики Отделения ИХФ АН СССР), МНТК "Термосинтез " организовал производства. В начале 80-х годов начались работы по СВС за рубежом, хотя и с десятиле тним опозданием - сначала в США, они начались под влиянием публикации обз ора Дж. Крайдера "Самораспространяющийся высокотемпературный синтез — советский метод получения керамических материалов". Работы было пору чено вести в рамках специально созданной программы DARPA. Примерно в это же в ремя (в начале 80-х годов) начались работы и в Японии, создали Ассоциацию СВС , организовали работы в университетах и на фирмах. явным лидером професс ором М. Койзуми. В настоящее время исследования в области СВС ведутся в 49 с транах мира 90-ые годы характеризуются развитием международных связей в области СВС, есть коммерческие связи с Китаем, Кореей, Тайванем, Японией. Выполнено зн ачительное число совместных и заказных работ. Восток в части коммерческ ого сотрудничества с нами более активен, чем Запад. В сфере их интересов — технология керамических порошков и изделий, СВС-фильтры, специализир ованное СВС-оборудование. По инициативе и при организационном руководс тве ИСМАН регулярно стали проводится Международные симпозиумы "Самора спространяющийся высокотемпературный синтез", выходит Международный ж урнал с таким же названием (Allerton press, NY). Также развиваются двухсторонние связи с ФГУП ММПП "Салют". Разработана программа двухстороннего сотрудничеств а "СВС в технологии газотурбинных двигателей", в которую вошли и научно-те хнические разработки, и изготовление специализированного оборудовани я, и поисковые исследования Есть идеи разработки совместно с "Русским алюминием" крупной програ ммы по использованию СВС-материалов в алюминиевой промышленности. Совм естно с ООО "Стройпромсервис" создается производство СВС-порошков карби да вольфрама повышенной дисперсности. Его использование в составе твер дых сплавов приводит к увеличению прочности сплава. В настоящее время, СВС - это мировая проблема, которая, несмотря на 30-летнюю историю, продолжает прогрессивно развиваться. Общее представление о СВС, на конкретно изученной реакции В настоящее время в ИСМАН методом СВС синтези р ованы практически все известные высокотемператур н ые сверхпроводники на основе иттрия, других редкозе мельных металлов, в исмута и таллия. В табл. 2 приведены результаты по изме рению сверхпроводящих свойств ВТСП на основе РЗМ. Наи более подробно изучены механизм и закономерности СВ С на примере получения иттрий-бариевой керамики состава Y 123 по реакции: ЗСu + 2ВаО 2 +1/2 Y 2 O 3 + (1,5- x )/2 О 2 = Y Ва 2 Сu 3 O 7- x + Q Эта реакция стала удоб ной моделью для исследования закономерностей и меха низма СВС ВТСП. Простейшую информацию можно получить, анализируя термограмму СВС-процесса, отражающую температур ный профиль волны синтеза. На рис. 4 для исследуемой системы приведена типич ная термограмма. Обращает на себя внимание наличие широкой зоны вторичных химических и струк турных превращений. Механизм фазообразования для этой системы исследовался с помощью химического, рентгенофазового, микроструктурного, термического и других видов анализа закаленных образцов и про дуктов" сгорания. Таблаца 2 Критические сво йства ВТСП, полученных методом СВС и по печной те хнологии (по данным) * Изм ерения по магнитной восприимчивости. Изучение с помощью рентген офазового анализа ин тенсивности характерных линий наблюдающихся фаз в закаленных образцах показало, чт о по мере удаления от фронта-горения интенсивность характерных линий I 100 С u и ВаО резко падает. Область вблизи фронта горения характеризуется присутствием купрат ов: ВаСuО 2 и ВаСu 2 О 2 . Максимальное количество таких купратов н аблюдается на расстоянии 2— 3 мм от фронта горения, а за тем постепенно уменьшается (скорость горения состав ляет ~ 1 мм/с). Присутствие купрата ВаСu 2 О 2 , не наблюдаемого в продуктах фазообразования при син тезе уш другими методами, следует отнести к отличительной особенности получения Y 123 в режиме горения. Фаза Y 123 начинает зарождаться уже на расстоянии 1— 2 мм от фронта гор ения, причем в области 1— 3 мм ее резкий рост симбатен у величению количества фазы ВаСu 2 О 2 . В этой же об ласти наблюдается значительное уменьшение интенсивност и I 100 Y 2 O 3. На расстоянии 7— 10 мм ф ормируется спектр, соответствующий тетра гональной фазе Y 123 , а на уда лении 20 мм эта фаза переходит в орторомбическую. Данные выводов были подтверждены экспериментами с использованием син хротронного излучения образцов во время горения. Время набора рентгенограмм составило ~ 1 с, время превращений в волне синтеза оказалось ~3 с. Отме тим, что синхротронное излучение применялось также ранее для изучения динамики фазообразования в СВС- процессах. Экспериментальные факты позволи ли сделать следующие выводы: 1. Промежуточными про дуктами СВС-реакции ЗСu + 2ВаО 2 +1/2 Y 2 O 3 озон являются купраты бария (ВаСuО 2 , ВаСu 2 О 2 ). 1 — окисление (горение) меди и раз ложение пероксида бария; 2 — образование расплава из купратов, начало растворения Y 2 O 3 ; 3 — дальнейшее растворение Y 2 O 3 , кристаллизация Y 123 ТЕТРА ; 4 — образова ни е Y 123 ОРТО 2. Тетрагональная фаза Y 123 о бразуется после про хождения фронта горения через 2 — 3 с. 3. Орторомбическая фаза (сверхпр оводящая) Y 123 образуется после прохождения фронта, через 40— 50 с. Согласно имеющимся в н астоящее время пред ставлениям, в волне горения прои сходит плавление ВаО 2 с его частичным разложением на ВаО и О 2 , а образовавшаяся дисперсия оксид ных частиц в распла ве растекается по поверхности ча стиц меди. После окисления и растворения меди в расплаве (с образо ванием промежуточных купратов бария), происходит растворение Y 2 O 3 . Тетрагональная ф аза Y 123 образуется на завершающих стадиях синтеза пут ем кристаллиза ции из раствора в расплаве в виде мелк их ограненных монокристаллов. Из изложенных результатов следует химический механизм СВС-процесса, который можно представить в виде совокупности реакций: Полученная информация о механизме взаимодействия компонентов свидетельствует о том, что образование ВТСП в СВС является сложным процессом. Основное тепло выделение, обеспечивающее распространение вол ны синтез а и образование фазы (структуры) конечного целевого п родукта, происходит неодновременно в про странствен но разделенных зонах. Эта важная черта СВС Y 123 расширяет возможности метода для регулирования свойств конечного продукта при ра зличных воздействиях на более длительную стадию вто ричных процессов. В то же время наличие этой стадии пр иводит к эффектам саморегулирования состава и струк туры конечного продукта и слабой зависимости их от параме тров горения. В качестве примера можно привести факт независимости соде ржа ния кислорода в конечном продукте от плотности ших ты (рис. 3). Основным параметром, влияющим на с остав и структуру ВТСП, оказалась масса загрузки, от к оторой зависит скорость остывания. Увеличение массы загрузки приводит к повышению содержания кислорода, чистоты и сверхпроводящих параметров, т. е. к улучшению качества продукт а [26]. Исследования самораспространяющегося высокотем пературного синтеза керамических ВТСП привели к разработке (1988 г.) в Инстит уте структурной макро кинетики СВС-технологии порошков о рторомбического Y 123 . Созданы две технологические установки: лабо раторная (с производительностью 1 т/г) и опытная (до 10 т/г.). Обе они работают по следующей схеме : Основой технологического процесса является полу чение сверхпроводящего спека Y 123 ОРТО в качестве про межу точной продукции. Переработка спека в порошок произв одится обычными, известными способами, пре имуществе нно механическими. Созданная лабораторная установк а успешно применяется также для синтеза ВТСП на осно ве других РЗМ. СВС-технология обладает неоспоримыми достоинствами: высо кой производительностью, отсутствием затрат электроэнергии и сложного высокотемпературного оборудования, удовлетворитель ным качеством порошков, относительно низкой себе стоимостью продукции. В зависимости от услов ий технологического про цесса могут производиться п орошки с содержанием кислорода 6,9 ат. ед. и орторомбической фазы Y 123 > 95% с размерами частиц и удельной по верхностью в диапазоне соответственно 1— 50 мкм и 0,04— 7,50 м 2 /г. В насто ящее время на опытном произ водстве института выпус каются две марки порошков: Y 123 СВС— /1 и Y 123 СВС— /2. Некоторые их характери стики приве дены в табл. 3. Применение метода СВС в новой проблеме ВТСП дало отличные результаты. Уже сейчас СВС-технология. порошков Y 123 по лучила практическое использование. Порошки Y 123 хорошо зарекомен довали себя для полу чения: изделий (мишени для плазме нного напыления) методом спекания; сложных композито в типа поли мер— ВТСП; изделий (мишени и экраны) методо м взрывного компактирования и т. д. СВС-порошки и издел ия из них соответствуют уровню лучших отечест венны х и зарубежных образцов. Очевидно, что методом СВС могут быть получены не только ВТСП на основе иттрия и других РЗМ. но и другие — при соответ ствующем подборе состава шихты и усло вий синтеза. Феноменология горения и синтеза Методика получения сложных оксидных материалов (керамики) методом СВС существенно отличается от традиционной. Общепринятый способ синтеза оксидных материалов основан на спекании смеси простых оксидов с образованием сложного по схеме: где а — стехиометрический коэффициент; т , п — ин дексы, I и и — число к омпонентов. Синтез проводят в печах при высоких темпера турах в кислородсодержащей среде в течение длитель ного времени. Иногда в качестве реагентов используют 'карбонаты, нитраты, пероксиды . Специфи ка СВС требует наличия в исходной смеси горючего и окислителя для осуществления процесса в режиме горения. Как правило, горючим при синтезе окси дных материалов может быть металл, иногда применяют его гидрид или другое соединение. Роль окисли теля выполняет кислород. Реакция окисления металла является основной, она обеспечивает необходимое для СВС выделение теплоты. При этом кислород может быть использован из двух источников: внутрен него (конд енсированный легко разлагающийся нитрат, пероксид и т. д.) и внешнего (например, кислород воздуха или баллон ный кислород). Во многих случаях для управления проце ссом возможны также комбини рованные варианты. При с интезе сложных оксидов, как правило, в исходную смесь добавляют активный оксидный наполнитель, наличие ко торого дает воз можность регулировать условия горения, а также способствует формированию конечного продукта, высту пая 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: Методика СВС проста: из порошков реагентов го товится смесь, которая помещае тся (в виде свобод ной засыпки или спрессованных табл еток) в установку, куда подается кислород (при необходимости) и прово дится инициирование. Установка снабжена устройства ми для гравиметрических измерений, а также для измерения скорости и температуры горения. После прохождения волны горения (синтеза) и остывания продукта экспериментатор имеет дело с готовым продуктом. Основными величинами , характеризующими распро странение фронта горения, являются линейная скорость горения (Ц г ) и развивающаяся п ри горении максималь ная температура (Т т ), которую определяют термоэлект рическим м етодом с применением ППР-термопар, распо ложенных в серед ине образцов. Скорость распростра нения волны синте за в простейших случаях измеряют двумя термопарами, размещенными на опр еделенном расстоянии друг от друга, а также с помощью оптико- фотографических методов. Обычно в задачу иссле дований входит определение параметров, наиболее сил ьно влияющих на СВС-про- цесс и на качество синтезируе мых оксидов. Такими основными параметрами оказались: состав исходной смеси (особенно содержание в ней горючего), дис персность компонентов, размеры и плотность исходных образцов, давление кислорода. Последние два фактора имеют важное значение,особенно для систем с примене нием внешнего кислорода. Из практики СВС-процессов и звестно, что в гибрид ных системах типа металл— газ повышение давления обычно приводит к увеличению температуры и ско рости горения (при отсутствии плавления). В оксидных системах влияние давления оказывалось не всегда одинаковым. При синтезе ниобата и танталата лития, ферритов увеличение давления приводит к по вышению температуры и росту скорости горения с последующим достижением постоянного значения . Такое влияние давления связано с улучше нием условий фильтрации кислорода в зону реакции. В опытах по синтезу ВТСП состава Y Ва 2 Сu 3 O 7- x давле ние к ислорода варьировалось в пределах 0,1 — 1,0 МПа. При больших давлениях проце сс затухал (не иницииро вался). Такая ; ситуация типична для низкокалорийных (слаб оэкзотермических) СВС-составов и обусловлена ростом конвективных теплопотерь из горящего образца в окру жающий газ при увеличении-давления. В данном случае эффект может быть ус илен повышением терми ческой стойкости пероксида ба рия с ростом давле ния П5]. Приведем некоторые значения характери- стик: Р 0 , = 0,1 МПа, / г =1,0 мм/с, Г т = 950°С; Р 02 =1,0 МПа, / г = 0,2 мм/с, Г т = 780°С. Уменьше ние и т и Т т с ростом Р О2 отражает тенденцию к пога санию. Повышение содержания металла в исходной смеси (например, при частичной замене соответствующего оксида на металл) приводит к увеличению тепло в ыделения и, как следствие, росту температуры и ско рос ти процесса. Для СВС-систем, реагирующих с участием газа, плотность исходного образца (шихты) всегда является важным параметром процесса. На рис. 3 приведены зависимости 1/ г и Т т от относительной п лотности (р отн ) исходной смеси при синтезе УВа 2 С u 3 О7-х- Опыты проводили на прессованных цилин дрических образцах диаметром 20 мм. Результаты соответствуют представ лениям, согласно которым при больших р отн возникают фильтрационные затруднения в п оставке реагирующего газа в зону горения, что приводи т к уменьшению U г и Т т . Аналогичная зависимость от относительной плотности исходных образцов наблюдалась при синтезе различных ферритов, ниобата и танталата лития. Типичной для СВС является зависимость И г и Т т от дисперсности горюч его, в данном случае от дисперсности (размера частиц) п орошка меди (г Са ) при горении систе мы Y 2 Oз— ВаO 2 — Сu— O 2 , приведен ная в табл. 1. При возрастании г Си и (Л, и Т т уменьшаются вследствие того, что необходимое для гетерогенного реагирования время с ростом характерного размера частицы увели чивается. При изменении параметров в экспериментах наблю дала сь смена режимов горения — от стационарного (устойчивого) до нестациона рных (неустойчивых типа автоколебательного и спинового). Обнаружено, что высококачественные продукты синтезируются только в стационарных режимах, и поэтому обеспечение устойч ивости горения в этом классе систем является важной п рактической задачей. Исследование большого числа оксидных систем пока зало, что значения температур и скоростей горения невысокие: и г = 0,05— 5,00 мм/с и Т т = 750— 1500°С. Обычно в СВС-процессах значения (Л и Т т существенно выше (кроме систем металл— во дород) [16]. Обращает на себя внимание, что температуры го рения, разви ваемые при СВС оксидов часто такие же, как и при печном синтезе, но процесс в последнем случае длится в десятки и сотни раз дольше. Такая противоречивая на первый взгляд картина связана с тем, что при печном синтезе взаимодействуют уже окисленные вещества, а в СВС образование сложного оксида идет одновремен но с окислением одного из компонентов, т. е. в СВС имеет место более активная в химическом отношении ситуация. С этой точки зрения СВС является не сомненно прогрессивным методом получения оксидных материалов. ОБЩИЙ МЕХАНИЗМ И ТЕОРИЯ СВС Малоисследованным вопросом является механизм и динамика структурообр азования конечных продуктов. Наиболее важное значение имеет получение информации об изменении в волнах СВС микроструктуры образующегося мат ериала (распределение по размерам зерен кристаллитов фазовых составля ющих и пор). Решение этой проблемы поможет создать научно-обоснованные п риемы повышения прочности синтезируемых материалов и управления фильт рационными характеристиками пористых СВС-продуктов. Для ее решения нео бходима разработка новых, динамических методов диагностики строения в ещества в разных зонах СВС-процесса. Привлекательной задачей является т акже определение прочностных характеристик зоны горения. До сих пор не было попыток построить структурно-макрокинетическую теор ию СВС-процесса, т.е. рассмотреть совместно процессы горения и структуро образования, что позволило бы глубже понять роль автоволнового процесс а в формировании структуры продукта горения и роль структурных превращ ений в механизме твердопламенного горения. По-прежнему, важными задачами являются экспериментальная диагностика и математическое моделирование (особенно, трехмерное) неустойчивых про цессов горения, построение физико-химических моделей СВС в конкретных, н аиболее важных в практическом отношении системах с предвычислением оп тимальных условий синтеза, исследование кинетики тепловыделения в пор ошковых средах при высоких температурах. РЕАГЕНТЫ И ПРОЦЕССЫ Реагенты в СВС процессах используются в виде тонкодисперсных поро шков, тонких пленок, жидкостей и газов. Наиболее распространены два типа систем: смеси порошков (спрессованные или насыпной плотности) и гибридны е системы газ-порошок (или спрессованный агломерат). Известны СВС-процес сы и в системах: порошок-жидкость, газ-взвесь, пленка-пленка, газ-газ. Главн ые требования к структуре исходной системы - обеспечение условий для эфф ективного взаимодействия реагентов. Шихта в СВС-процессах может находи ться в вакууме, на открытом воздухе, в инертном или реагирующем газе под д авлением. В создании СВС системы могут участвовать все химически активные при выс оких температурах вещества в качестве реагентов (химические элементы, и ндивидуальные соединения, многофазные структуры) и инертные вещества в качестве наполнителей или разбавителей. Наиболее популярные реагенты: H 2 , B, Al, C, N 2 , O 2 , Mg, Ti, Nb, Mo, Si, Ni, Fe, B 2 O 3 , TiO 2 , Cr 2 O 3 , MoO 3 , Fe 2 O 3 , NiO и др. В качестве реагентов использу ется также минеральное сырье и промышленные отходы. Условия подбора компонентов СВС-системы: · экзотермичность взаимодействия реагентов · образование полезных твердых продукт ов · техническая и экономическая целесооб разность. Горение в СВС-процессах оно пол учило название "твердое пламя". Рассмотрим процессы при СВС более подробно и начнем с основного способа инициирования – это локальное инициирование реакции на поверхности с истемы путем подвода кратковременного теплового импульса (электрическ ая спираль, электроискровой разряд, лазерный луч и др.) с формированием во лны горения и ее распространением по не нагретому исходному веществу. Дл ительность инициирования обычно намного меньше времени сгорания шихты . · При этом режимы распространения фронта горения в простейшем и наиболее важном стационарном режиме все точки фронта движутся с постоя нной во времени и одинаковой скоростью. Когда стационарный режим теряет устойчивость, могут возникнуть неустойчивые режимы распространения фр онта: плоские автоколебания скорости фронта горения (пульсирующие горе ние) · локализация реакции горения в очаг ах, движущихся по винтовой траектории (спинновые волны), · беспорядочное движение множе ства очагов горения (хаотические твердые пламена). Волна горения не распространяется по шихте в случае сильных теплопотер ь в окружающую среду (малые диаметры шихтовых образцов, низкие адиабатич еские температуры взаимодействия реагентов). В волне горения протекают различные химические, физические и физик о-химические процессы, обеспечивающие в своей совокупности необходимо е тепловыделение. Волна имеет определенную протяженность и состоит из р яда зон: · зоны прогрева или предпламенн ой зоны (в ней реакции горения еще не протекают, а только осуществляется т еплоперенос и нагрев шихты) · зоны реакции (в ней протекают основные реакции горения, обеспечивающие необходимое тепловыделение) · зоны догорания (в ней продолжаются хим ические реакции, но они уже не влияют на скорость распространения фронта ) · зоны (стадии) вторичных физико-химичес ких превращений, определяющих состав и структуру конечных продуктов. Распространение зоны химических реакций называют волной горения. Фронт - это условная поверхность, разделяющая зоны прогрева и реакции (пе редний край высокотемпературной зоны волны). Прохождение волны горения является основной стадией СВС. Популярная формула: СВС = горение + структурообразование , вторичные физико-химические п ревращения составляют вторую стадию СВС. Процесс распространения волн ы характеризуют: · пределом погасания (связь между параметрами системы, разделяю щие две ситуации: распространение волны и отсутствия горения при любых у словиях инициирования) · пределом потери устойчивости (связь ме жду параметрами системы, разделяющими режимы стационарного и неустойч ивого горения) · скоростью распространения фронта, · максимальной температурой и · темпом нагрева вещества в волне стацио нарного горения, · в неустойчивых процессах - частотой пу льсаций, скоростью движения очага по винтовой траектории, величиной све рхадиабатического эффекта и др. · глубиной химического превращения исх одных реагентов в конечные продукты (полнота горения) - Зависимость недогорания от размеров частиц металла - Зависимость недогорания от относительной плотност и образца · неравновесностью продукта горения, характеризующую незаверш енность фазовых и структурных превращений в процессе; темпом остывания продуктов горения (редко). Благодаря высоким значениям с корости и температуры горения и скорости нагрева вещества в волне СВС от носят к категории экстремальных химических процессов. Для процессов СВС химическая п рирода реагентов непосредственного значения не имеет - важны лишь велич ина теплового эффекта реакции и законы тепловыделения и теплопередачи, агрегатное состояние реагентов и продуктов, кинетика фазовых и структу рных превращений и другие макроскопические характеристики процесса. Поэтому химия СВС-процессов разнообразна. Наибольшее распространение получили - реакции синтеза из элементов Ti + C = TiC Ni + Al = NiAl 3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 Zr + H 2 = ZrH 2 - окислительно-восстановительные реакции B 2 O 3 +3Mg + N 2 = 2BN + 3MgO B 2 O 3 + TiO 2 +5Mg = TiB 2 + 5MgO MoO 3 + B 2 O 3 +4Al = MoB 2 + 2Al 2 O 3 3TiO 2 + C + 4Al = TiC + 2Al 2 O 3 2TiCl 4 + 8Na + N 2 = 2TiN + 8NaCl - реакции окисления металлов в сложных оксидных средах 3Cu + 2BaO 2 + 1/2Y 2 O 3 + 0.5(1.5 - x)O 2 = YBa 2 Cu 3 O 7-x Nb + Li 2 O 2 + 1/2Ni 2 O 5 = 2LiNbO 3 8Fe + SrO + 2Fe 2 O 3 + 6O 2 = SrFe 12 O 19 Известны также СВС-реакции - синтеза из соединений PbO + WO 3 = PbWO 4 - взаимодействия разлагающихся соединений с элементами 2TiH 2 + N 2 = 2TiN + 2H 2 4Al + NaN 3 + NH 4 Cl = 4AlN + NaCl + 2H 2 - термического разложения сложных соединений 2BH 3 N 2 H 4 = 2BN + N 2 + 7H 2 Обобщая вышесказанное надо от метить, что весьма перспективным является проведение СВС-процессов в эк зотермических системах органического синтеза (как порошковых, так и жид кофазных). В них СВС протекает при не очень высоких температурах (100-300С) и с б олее низкими скоростями, что позволяет более детально исследовать меха низм СВС с применением таких типичных для органической химии методов ка к ЭПР, ЯМР и др. Для жидких систем появляется реальная возможность исслед овать влияние возникающих свободно-конвективных течений на автоволнов ой процесс. Представляются перспективными (но пока совсем не проанализи рованными) и технологические приложения. Незаслуженно не развиваются исследования СВС в криогенных системах (ти па металлический порошок - жидкий азот), в смесях наноразмерных реагенто в, в высокоплотных исходных составах. В последние годы появилась возможность создания тонких многослойных п ленок с наноразмерными слоями (например, путем магнетронного напыления ). Исследование горения в таких пленках вызывает большой интерес, т.к. позв оляют изучать гетерогенные особенности СВС-процессов в простейших (мод ельных) условиях, а также использовать этот процесс для нанесения тонких покрытий. Требует большего внимания так называемый газофазный СВС - горение газов ых смесей с конденсацией продукта как в виде мелких, наноразмерных части ц (гомогенная конденсация), так и в виде пленок (гетерогенная конденсация на введенных в смесь поверхностях). Несмотря на ограниченный круг объект ов (газовых смесей, реагирующих с тепловыделением и образующих твердый п родукт, не так уж много), такой процесс представляет теоретический интер ес и может занять достойное место в технологической практике. Большой интерес вызывает создание детонационных СВС-процессов, в котор ых передача энергии от продуктов реакции в исходную смесь происходит пу тем ударного сжатия вещества, а не благодаря теплопередаче, как в обычны х СВС-процессах. ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ Технологические достоинства СВС заложены в самом принципе - использова ние быстровыделяющегося тепла химических реакций вместо нагрева вещес тва от внешнего источника, поэтому, многие СВС-процессы даже в простейше м варианте успешно конкурируют с традиционными энергоемкими технологи ями. Однако по мере развития проблемы и технологии предъявляются все бол ее сложные требования с целью получения максимального эффекта. Выделим из всего многообразия две наиболее важные задачи. Первая относится к использованию (утилизации) тепла, выделяемого реакци ей СВС. С этой целью могут быть созданы специальные химические печи (с тем пературами 3000-3500С) с ограниченным временем действия для проведения высоко температурных физико-химических процессов. Другой аспект проблемы - соз дание непрерывной технологии СВС-продуктов (по схеме проточного реакто ра, в который входят реагенты, а выходят продукты) с преобразованием выде ленного тепла в электроэнергию. Такие энерготехнологические процессы необходимо создавать для многотоннажных производств (ферросплавы, огн еупоры, ферриты, твердосплавные порошки и пр.). Вторая задача связана с прямым получением методом СВС (в одну технологич ескую стадию) изделий заданной формы, размеров, состава и структуры. Перв ый положительный опыт такого синтеза изделий есть, но конкретные задачи сильно отличаются друг от друга и делать обобщения и прогнозы здесь очен ь трудно. Необходимы специальные теоретические исследования, выходящи е за рамки проблемы СВС и хорошая, автоматизированная экспериментальна я техника. Однако, несмотря на трудности будущее СВС изделий многообещаю щее. Много интересных задач по созданию специализированного оборудования. Это СВС-реактора с внешними воздействиями на горящую шихту (энергетичес кими, механическими). Большой интерес вызывает создание механохимическ ого СВС-реактора, в котором процессы смешения реагентов, горения (синтез а) и измельчения продукта совмещены. Для слабоэкзотермических СВС-проце ссов необходимы реактора с дополнительным нагревом. Большие перспекти вы имеет создание двухкоординатных центрифуг для получения неосесимме тричных литых изделий из СВС-расплавов и т.д. МАТЕРИАЛЫ СВС хорошо зарекомендовал себя в проблеме создания традиционных матер иалов - однородных и гетерогенных (в том числе, композиционных). Есть успехи в создание функционально-градиентных материалов. Получени е материалов с заданной неоднородностью в одну стадию - это сложная, но ин тересная макрокинетическая задача. Можно ожидать ее успешного решения, если удастся научиться управлять движением (течением) флюидных фаз в мно гокомпонентной реагирующей среде. В настоящее время в области СВС ведутся перспективные работы по синтезу нанопорошков и наноматериалов, прямому синтезу монокристаллов, получе нию керамических и металлокерамических пеноматериалов, созданию компо зиционных материалов типа полимер-керамика, синтез сверхтвердых матер иалов. Большой интерес вызывает создание так называемых неравновесных матери алов - материалов, которые приходят в равновесное состояние в процессе и х эксплуатации. Простейшая задача-пример: создание наплавочного электр ода на основе не полностью прореагировавшего СВС-продукта. Дореагирова ние электрода в процессе наплавки с выделением тепла повышают температ уру наплавки, что позволяет уменьшить электрозатраты на наплавку. Специалисты по СВС смело берутся за сложные задачи современного матери аловедения. НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Наибольшее применение СВС-процессы получили в технологии материалов. П редставляет интерес развитие и других направлений использования в · пиротехнике (создание безгазовых тепловыделяющих элементов и систем огнепередачи); · металлургии (пиролигатуры, специальные шихты для плавки металлов); · космическом эксперименте (новые типы горения и структуры материалов); · научном эксперименте (динамический рентген, СВС-калориметрия, генерат оры высокого давления, обратные задачи теории горения. Наука о СВС-процессах ищет новые пути реализации своего потенциала. " СВС - ПРОЦЕССЫ В МЕТАЛЛУРГИИ". По-видимому, первой попыткой использовать экзотермически е процессы в металлургии можно считать работы Н.Н.Бекетова по получению металлов и их сплавов с помощью термитных реакций. Позже на базе результ атов было создано новое научное направление и отрасль промышленности, п олучившее название металлотермия. Наиболее широко в практике для получ ения ферросплавов и лигатур используют алюминий в качестве восстанови теля (алюминотермия). Очень полезным оказалось использование термитных процессов для сварки рельсов. Другим, широко используемым активным мета ллом, является магний (магниетермия). Магниетермию в практике используют для получения титановой губки. Известны примеры использования и других активных элементов в качестве восстановителей (Ca, B, Si, Cu и др.). В литературе описаны многочисленные попытки получения карбидов, борид ов, силицидов, нитридов металлов и т.д. с помощью термитных реакций. Однако была отмечена невозможность использования этого метода для получения тугоплавких литых соединений в виду взрывоподобного протекания процес са горения при высокой температуре. Новые возможности для использования термитных реакций в научных и прик ладных задачах появились в связи с развитием в 70-е годы работ по самораспр остраняющемуся высокотемпературному синтезу тугоплавких неорганиче ских соединений (СВС). Эти возможности связаны с применением нового обор удования и новых методов. Исследования, проведенные школой академика А.Г .Мержанова (В.И.Юхвид, А.Р.Качин, В.А.Горшков, С.Л.Силяков, В.Н.Санин и др.) показа ли, что воздействие повышенным давлением и центробежной силой подавляю т разброс смесей термитного типа при горении и переводят горение в управ ляемый стационарный режим. Исследования показали, что для широкого круг а таких смесей продуктом горения является высокотемпературный многофа зный расплав, содержащий нерастворимые друг в друге "металлическую" и ок сидную фазы. В ряде случаев, при не полном восстановлении исходных окисл ов, формируется однофазный оксидный расплав. Детальные фундаментальны е и прикладные исследования показали, что горением и формированием хими ческого состава расплава продуктов горения, а также последующими за гор ением процессами фазоразделения и кристаллизации, формирования фазово го состава, макро и микро структуры можно управлять с помощью внутренних (состав и плотность смеси, дисперсность реагентов и т.д.) и внешних (воздей ствие перегрузкой, давлением газа, электромагнитным полем, высокочасто тными колебаниями и т.д.) параметров. Это новое направление исследований получило название СВС-металлургия. Жидкофазное состояние продуктов синтеза после прохождения волны горен ия позволило решить три класса практических задач: 1. получение слитков карбидов, боридов, силицидов и оксидов металлов, твер дых и жаростойких сплавов, композиционных и градиентных материалов и т.д .; 2. получение литых изделий в том числе труб из перечисленных выше материа лов ; 3. получение износостойких защитных покрытий на деталях машин и механизм ов, а также осуществлять переработку промышленных отходов (металлической стружки, окалины и металлургической пыли и т. д.).В рамках этих исследовани й в 80-х годах были созданы опытные производства на НПО "Черметмеханизация " (Днепропетровск), "Запсибмет" (Новокузнецк) и НИИ "Тракторсельхозмаш". Следует отметить так же попытки использования металлургических СВС - пр оцессов в черной и цветной металлургии для легирования литых заготовок А.А.Жуковым (Винница) и В.А.Новохацким (Полтава), для модифицирования алюми ниевых сплавов В.И.Никитиным с сотрудниками (Самара), ремонта металлурги ческих поддонов (ВНИИмехчермет, Днепропетровск), получения огнеупоров и ремонта металлургических печей (Институт горения, Алма-Ата). В 1980-1982 г.г. О.Одавара с коллегами (Япони я) провел исследование горения железо-алюминиевого термита и разработа л технологию получения труб большого размера В 1990 году С. Вуйтицкий (США) ск онструировал радиальную центробежную установку и провел первые экспер именты по получению литых твердых сплавов на основе карбида вольфрама. Ш ирокое развитие центробежная СВС-технология получила в работах S.G. Zhang, X.X. Zhon, S. Yin и др. (Китай) и G. Cao (Италия) с сотрудниками . В настоящее время СВС-металлургия - это одно из наиболее интересных и пол езных для практики направлений в СВС, имеющее большие перспективы разви тия и следующие наиболее значимые достижения: · создано оригинальное оборудование, методики экспериментальных и при кладных исследований (центробежные установки, реакторы, закалочные уст ройства, компьютеризованные комплексы экспериментальной диагностики, методики получения трубчатых изделий и защитных покрытий и т.д.); · развиты представления об особенностях процессов в "жидком пламени", пр едложены структурные схемы химического превращения в волнах горения, п оказана возможность управления стадиями с помощью вариации соотношени я дисперсностей реагентов; · показано сильное влияние высокотемпературных гидродинамических про цессов (принудительной фильтрации расплавов, конвективного движения р асплава над фронтом горения, движения двухфазного потока вдоль открыто й поверхности смеси и т.д.) на горение и формирование литых продуктов; · реализовано горение в перемешанных и слоевых системах, с полным и частичным восстановление исходных окислов,а также изучены их закономе рности; · созданы модели "жидкого пламени", фазоразделения и динамического взаим одействия высокотемпературного расплава с плавящейся основой, включая стадию растекания по поверхности основы, адекватно отражающие экспери ментальные закономерности; · синтезировано более 100 литых химических соединений; · получены трубчатые изделия с керметной, слоевой и градиентной структу рой; · получены защитные покрытия из твердых сплавов на основе карбидов и бор идов титана и хрома толщиной от 1 до 30мм на поверхности стальных изделий; · апробирован в промышленности широкий круг материалов (сплавы для напы ления и наплавки защитных покрытий, абразивные оксидные материалы), литы х защитных покрытий (металлургия, тракторное и сельскохозяйственное ма шиностроение, дорожно-строительная техника); керметных труб (разливка ра сплавов из цветных металлов); Перспективы развития металлургического направления СВС связаны с созд анием новых методик и оборудования; развитием экспериментальных и теор етических исследований по горению смесей термитного типа в условиях пр инудительной фильтрации расплава и конвективного движения в расплаве продуктов горения; исследования взаимодействия восстановительной и "С ВС" стадий в волне горения; возможностью управления составом и структуро й продуктов горения с помощью внутренних и внешних параметров, воздейст вия внешних полей и т.д. Развитие прикладных исследований связано с созданием технологий новых материалов и изделий для промышленности: литой полупроводниковой кера мики, трубчатых нагревателей, преобразователей тепловой энергии в элек трическую, жаростойких материалов и покрытий для авиационной техники, и зносостойких покрытий на деталях машин и механизмов, подвергающихся ин тенсивному износу, переработка промышленных отходов, в том числе и радио активных. Ниже приводится перечень новых задач, перспективных для науки и практики. Закономерности и механизм процессов · влияние высокотемпературных гидродинамических процессов на распрос транение и структуру волн горения · горение гибридных систем и влияние принудительной фильтрации высоко температурного расплава на горение безгазовых систем · химическая стадийность в системах MeO x + B 2 O 3 +Al, MeOx+ SiO 2 +Al и структура волн горения; · деформационные процессы в волнах горения ; · горение под воздействием высоких перегрузок (более 1000g); · продолжить исследования влияния внешних полей на СВС-процесс и формир ование градиентных структур и разработку центробежных методов закалки продуктов горения. Технологические процессы и оборудование · разработать радиальные центробежные установки с перегрузкой более 1000g; · разработать осевые высокоточные центробежные установки для получени я трубчатых изделий; · разработать опытные высокопроизводительные установки для процессов СВС-металлургии и СВС-переработки промышленных отходов; · использовать СВС- составов термитного типа для моделирования аварийн ых процессов в атомном реакторе; · создать основы космической СВС-металлургии. Продукты синтеза · создать композиционные жаростойкие материалы и твердые сплавы на на о снове карбидов и боридов металлов с интерметаллидными матрицами; · создать высокотемпературные электропроводящие оксидные композицио нные материалы ; · создать литые градиентные материалы; · создать защитные покрытия на поверхности легкоплавких и активных мет аллов; · создать литые трубы из электропроводящих оксидных и композиционных м атериалов. Переработка индустриальных отходов и ремонтные работы · СВС-переплавка отходов металлообработки и бракованных деталей; · СВС-переплавка радиоактивных неметаллических отходов; · залечивание технологических отверстий и литейного брака в изделиях с помощью СВС-процессов и СВС- материалов; · восстановление изношенных поверхностей. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. http ://www.explosive.ru - Гордоп оловый Ю.А «Cамораспространяющийся высокотемпературный синтез», А.Г. Мер жанов, И.П. Боровинская «СВС - ПРОЦЕССЫ В МЕТАЛЛУРГИИ». 2. http://www.lgz.ru - «Тве рдый огонь СВС», Литературная газета, выпуск 19 (59), 2003. 3. http://ism.ac.ru - А.Г. Межанов, А.Е. Сыч ев «О самораспространяющимся высокотемпературном синтезе». 4. http://gazeta.chernogolovka.net - «Седьмой международный», еже недельник, 26 (622), 3.07.2003 5. А.Г. Мержанов. «Самораспространяющийся в ысокотемпературный синтез. Современные проблемы». Физическая химия. М. « Химия» 1983 г. 6. Журнал Всесоюзного химического общест ва им. Менделеева XXXV том 6, 1990 7. Журнал Всесоюзного химического общест ва им. Менделеева XXIV том 3, 1979
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Шубы дарят не той, которая мерзнет, а той - с которой жарко.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по химии "Самораспространяющийся высокотемпературный синтез", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru