Особенности тепло- и массообмена при горении гранулированной смеси Zr + 0.5C в спутном потоке аргона

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В работе впервые исследованы закономерности синтеза керамики ZrC0.5 из гранулированной смеси в спутном потоке аргона. В предварительных экспериментах без продува аргоном показано, что примесный газ не влияет на скорость горения смесей Zr + 0.5C, а передачу горения от гранулы к грануле обеспечивает движение расплава циркония. В спутном потоке аргона обнаружен новый режим горения гранулированных смесей, характеризующийся высокой скоростью распространения фронта горения и сопровождающийся уменьшением как продольного, так и поперечного размеров сгоревшего образца с образованием так называемого фингера. Совокупность наблюдаемых явлений можно объяснить в предположении, что из-за значительной усадки образца в продольном направлении проницаемость продуктов уменьшается, что препятствует фильтрации аргона через продукты, направляя поток газа к боковой поверхности цилиндрического реактора в образующийся фингер. Увеличение потока газа в узком канале вдоль боковой поверхности реактора в свою очередь вызывает увеличение видимой скорости и повышение температуры горения смеси на периферии образца. Проведенные эксперименты и расчеты показывают, что уменьшение размеров образца в продольном направлении обеспечивается перепадом давления фильтрующегося газа, а в поперечном сечении – действием сил поверхностного натяжения из-за градиента температуры.

Об авторах

Б. С. Сеплярский

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: seplb1@mail.ru
Россия, Черноголовка

Р. А. Кочетков

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН

Email: numenor@list.ru
Россия, Черноголовка

Т. Г. Лисина

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН

Email: seplb1@mail.ru
Россия, Черноголовка

Д. С. Васильев

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН

Email: seplb1@mail.ru
Россия, Черноголовка

Список литературы

  1. Harrison R.W., Lee W.E. Processing and Properties of ZrC, ZrN, and ZrCN Ceramics: A Review // Advances in Applied Ceramics. 2016. V. 115. № 5. P. 294.
  2. Ul-Hamid A. Microstructure, Properties, and Applications of Zr–Carbide, Zr–Nitride, and Zr–Carbonitride Coatings – A Review // Materials Advances. 2020. V. 1. P. 1012.
  3. Mathur S., Altmayer J., Shen H. Nanostructured ZrO2 and Zr–C–N Coatings from Chemical Vapor Deposition of Metal–Organic Precursors // Zeitschrift fur Anorganische und Allgemeine Chemie. 2004. Bd. 630. Hf. 12. S. 2042.
  4. Braic M., Braic V., Balaceanu M. et al. Structure and Properties of Zr/ZrCN Coatings Deposited by Cathodic Arc Method // Materials Chemistry and Physics. 2011. V. 126. № 3. P. 818.
  5. Harrison R., Ridd O., Jayaseelan D.D., Lee W.E. Thermophysical Characterization of ZrCxNy Ceramics Fabricated via Carbothermic Reduction–Nitridation // J. Nuclear Materials. 2014. V. 454. № 1–3. P. 46.
  6. Clavería I., Lostalé A., Fernández A. et al. Enhancement of Tribological Behavior of Rolling Bearings by Applying a Multilayer ZrN/ZrCN Coating // Coatings. 2019. V. 9. № 7. P. 434.
  7. Frank F., Tkadletz M., Czettl C., Schalk N. Microstructure and Mechanical Properties of ZrN, ZrCN, and ZrC Coatings Grown by Chemical Vapor Deposition // Coatings. 2021. V. 11. № 5. P. 491.
  8. Касимцев А.В., Юдин С.Н., Шуйцев А.В. и др. О возможности синтеза карбонитрида циркония при температуре 1200оС // Тенденции развития науки и образования. 2017. Т. 31. № 1. С. 46.
  9. Fernandes J.C., Amaral P.M., Rosa L.G. et al. X-ray Diffraction Characterization of Carbide and Carbonitride of Ti and Zr Prepared Through Reaction between Metal Powders and Carbon Powders (Graphitic or Amorphous) in a Solar Furnace // Int. J. Refractory Metals Hard Materials. 1999. V. 17. № 6. P. 437.
  10. Сеплярский Б.С., Тарасов А.Г., Кочетков Р.А. Исследование закономерностей горения гранулированной смеси Ti + 0.5C в потоке инертного газа // Хим. физика. 2013. Т. 32. № 6. С. 61.
  11. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г. и др. Фазовый состав и структурa продуктов синтеза карбида титана с никелевой связкой // Неорганические материалы. 2019. Т. 55. № 11. С. 1169.
  12. Vorotilo S., Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Seplyarskii B.S., Kochetkov R.A., Abzalov N.I., Kovalev I.D., Lisina T.G., Zaitsev A.A. (Ti, Cr)C-based Cermets with Varied NiCr Binder Content via Elemental SHS for Perspective Cutting Tools // Crystals. 2020. V. 10. P. 412.
  13. Сеплярский Б.С., Абзалов Н.И., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г. Влияние содержания поливинилбутираля на режим горения гранулированной смеси Ti + C + xNi // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 3. С. 23.
  14. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г., Абзалов Н.И. Режимы горения гранулированной смеси Ti + C при различном содержании газифицирующейся добавки // ФГВ. 2021. Т. 57. № 3. С. 88.
  15. Seplyarskii B.S., Kochetkov R.A. Granulation as a Tool for Stabilization of SHS Reactions // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2017. V. 26. № 2. P. 134.
  16. Кочетов Н.А., Вадченко С.Г. Влияние времени механической активации смеси Ti + 2B на горение цилиндрических и ленточных образцов // ФГВ. 2015. Т. 51. № 4. С. 77.
  17. Сеплярский Б.С. Природа аномальной зависимости скорости горения безгазовых систем от диаметра // ДАН. 2004. Т. 396. № 5. С. 640.
  18. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г., Абзалов Н.И. Экспериментально-теоретическое определение коэффициента межфазового теплообмена при горении гранулированной СВС-смеси в потоке газа // ТВТ. 2022. Т. 60. № 1. С. 81.
  19. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А. Исследование закономерностей горения порошковых и гранулированных составов Ti + xC (x > 0.5) в спутном потоке газа // Хим. физика. 2017. T. 36. № 9. С. 23.
  20. Рогачев А.М., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов. Введение в структурную макрокинетику. М.: Физматлит, 2012. 400 с.
  21. Шелудяк Ю.В., Кашпоров Л.Я., Малинин Л.А., Цалков В.Н. Теплофизические свойства компонентов горючих систем: Спр. М.: НПО Информ ТЭИ, 1992.
  22. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Структура и свойства металлов и сплавов. Киев: Наукова думка, 1985.
  23. Зенин А.А., Мержанов А.Г., Нерсисян Г.А. Исследование структуры тепловой волны в СВС-процессах (на примере синтеза боридов) // ФГВ. 1981. Т. 17. № 1. С. 79.
  24. Мержанов А.Г., Рогачев А.С., Мукасьян А.С., Хусид Б.М. Макрокинетика структурных превращений при безгазовом горении смесей порошков титана и углерода // ФГВ. 1990. Т. 26. № 1. С. 104.
  25. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003.
  26. Костин С.В., Кришеник П.М., Шкадинский К.Г. Экспериментальное исследование режима неоднородного фильтрационного горения // ФГВ. 2014. Т. 50. № 1. С. 49.
  27. Мержанов А.Г., Мукасьян А.С., Постников С.В. Гидравлический эффект в процессах безгазового горения // ДАН. 1995. Т. 343. № 3. Р. 340.
  28. Прокофьев В.Г., Смоляков В.К. Термокапиллярная конвекция в волне безгазового горения // ФГВ. 2019. Т. 55. № 1. С. 100.
  29. Aldushin A.P., Matkowsky B.J. Instabilities, Fingering and the Saffman–Taylor Problem in Filtration Combustion // Combust. Sci. Technol. 1998. V. 133. № 4. P. 293.
  30. Алдушин А.П., Ивлева Т.П. Моделирование гидродинамической неустойчивости фильтрационного режима распространения фронта горения в пористой среде // ФГВ. 2015. Т. 51. № 1. С. 125.
  31. Алдушин А.П., Браверман Б.Ш. Проблема Саффмана–Тэйлора в фильтрационном горении // Хим. физика. 2010. T. 29. № 10. С. 47.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024