Исследование макрокинетических параметров горения порошковых и гранулированных смесей на основе Ti + C. Объяснение парадокса “отрицательной энергии активации”

Номер выпуска 9 от 14.09.2025

Впервые выполнено сравнительное исследование макрокинетических параметров горения порошковых и гранулированных смесей Ti + C при разбавлении их металлическими порошками. Скорости горения порошковых смесей (Ti + C) + 20% Me (Me = Ni, Cu) оказались выше, чем смеси Ti + C, несмотря на более низкую температуру горения, что противоречит теоретическим представлениям о зависимости скорости горения от максимальной температуры в конденсированной гетерогенной среде. При разбавлении смеси Ti + C порошками Ti или TiC такого противоречия нет. Полученные данные объяснены с помощью конвективно-кондуктивной модели горения сильным влиянием примесного газовыделения из титана перед фронтом горения. По значениям скорости горения смесей с гранулами разных размеров получены значения времени передачи горения между гранулами и скорости горения вещества внутри гранул, а также количественная оценка тормозящего влияния примесных газов в порошковых смесях. Для смеси (Ti + C) + 20% Ni время воспламенения гранул оказалось меньше 1 мс. Путем сравнения параметров горения гранулированных смесей титана с сажей, разбавленных другими металлическими порошками и карбидом титана, объяснена эффективность передачи горения между гранулами при наличии горячего расплава Ni.

1 0

Закономерности и механизмы горения порошковой и гранулированной системы Ti–C–B

Номер выпуска 4 от 14.09.2025

Проведены экспериментальные исследования закономерностей горения тройной системы (100 – х)(Ti + C) – х(Ti + 2B) насыпной плотности в порошковом и гранулированном виде, применяемой для синтеза композитной керамики TiC–TiB₂. В работе показано, что зависимость скорости горения порошковой смеси от содержания Ti + 2B имеет немонотонный характер, что связано с влиянием примесного газовыделения на процесс горения. В гранулированной системе, где влияние примесного газа минимизировано, получена монотонная зависимость, имеющая два характерных участка. Для гранулированной смеси увеличение содержания (Ti + 2B) > 60 мас. % приводит к смене кондуктивного режима горения на конвективный, сопровождающийся резким увеличением скорости горения. Для кондуктивного режима горения определена скорость горения вещества внутри гранулы и время передачи горения от гранулы к грануле, что позволило оценить тормозящее влияние примесного газовыделения на скорость горения порошковых смесей различного состава. Для конвективного режима горения показано, что уменьшение содержания газифицирующейся добавки в смеси (грануляция этиловым спиртом) приводит к неожиданному результату – увеличению скорости горения. Для составов с содержанием (Ti + 2B) > 60 мас. % впервые определена скорость горения при встречной фильтрации примесных газов, что позволило оценить рост скорости фронта по теории фильтрационного горения. Согласно результатам рентгенофазового анализа продукты горения всех составов содержат только две основные фазы: TiC и TiB₂.

2 0

Кондуктивный и конвективный режимы горения гранулированных смесей Ti–C–NiCr

Номер выпуска 7 от 14.09.2025

Исследованы режимы горения порошковых и гранулированных смесей (100 − X)(Ti + C) + X NiCr (X = 0–30%), содержащих порошки титана разной дисперсности с разным количеством примесных газов в них. Экспериментальная установка обеспечивала фильтрацию примесных газов, выделяющихся при горении, в спутном направлении или через боковую поверхность образца. Разница экспериментальных скоростей горения порошковых смесей с титаном разной дисперсности объяснена с использованием конвективно-кондуктивной модели горения. Для гранулированных смесей на основе порошка титана с характерным размером частиц 120 мкм показано, что горение происходит в кондуктивном режиме. Сравнение скоростей горения гранулированных смесей, содержащих порошок титана с частицами характерного размера в 60 мкм, в отсутствие и при наличии фильтрации газа через образец свидетельствуют о переходе горения в конвективный режим. Сформулированы необходимые и достаточные условия перехода от кондуктивного горения к конвективному, что дало возможность определить состав смеси, горение которой происходит в пограничной области. В смесях на основе Ti с размером частиц 60 мкм кондуктивный режим горения наблюдается при горении гранул размером 0.6 мм и смеси с X = 30% из гранул размером 1.7 мм. Для смесей c X = 0–20% с гранулами размером 1.7 мм, горящих в конвективном режиме, с использованием экспериментальных данных сделана оценка коэффициентов межфазового теплообмена. Их значения больше чем на порядок превышают теоретические. Результаты рентгенофазового анализа продуктов горения показали, что для получения продуктов синтеза без побочных фаз интерметаллидов необходимо использовать мелкодисперсный порошок титана.

2 0

Влияние механической активации и примесного газовыделения на макрокинетику горения и структуру продуктов в системе Ti–C–B для прессованных компактов и гранулированных смесей

Номер выпуска 8 от 14.09.2025

Проведено исследование влияния механической активации системы 100 −x(Ti+C)+x(Ti+2B) на закономерности горения образцов с различной макроструктурой: прессованных компактов с относительной плотностью 0.53–0.6 и гранул насыпной плотности размером 0.6–1.6 мм. Установлено, что механическая активация порошков приводит к постепенному снижению скорости горения прессованных образцов по мере увеличения содержания Ti+2B в смесях – нисходящая зависимость, в то время как увеличение содержание Ti+2B в компактах из неактивированных порошков приводит к увеличению скорости горения – восходящая зависимость. Полученные результаты противоречат теоретическим представлениям о влиянии механической активации на процесс горения, в соответствии с которыми скорость горения должна возрастать. Одним из важных факторов, влияющих на изменение скоростей горения, является примесное газовыделение. Впервые экспериментально определено влияние механической активации на закономерности горения гранулированных смесей. Установлено, что скорости горения гранулированных смесей выше, чем порошковых, для всех исследованных составов. Показано, что скорость горения гранулированных смесей из активированного порошка в среднем в 3 раза выше по сравнению с гранулами из неактивированного порошка. При этом зависимость скорости горения от массового содержания Ti+2B имеет локальный минимум, который, вероятно, связан с особенностями процесса механической активации.

0