Влияние начального состава и предварительного подогрева реакционной системы на синтез горением в трехкомпонентной порошковой смеси

Предложена и теоретически исследована трехмерная модель самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) композиционного материала в трехкомпонентной порошковой смеси титан (Ti) – бор (B) – алюминий (Al) с учетом детальной реакционной кинетики, плавления компонентов, эволюции пористости и влияния теплофизических свойств на структуру и состав материала. Исследована динамика изменения состава в процессе прохождения волной горения всего образца, а также эволюция состава на стадии остывания. Показано, что для условий, реализующихся в эксперименте, после инициирования реакции, фронт волны горения распространяется со стационарной скоростью, без закручивания.
Максимальная температура горения и наиболее интенсивный процесс фазообразования происходит в области оси цилиндрического образца. В работе было продемонстрировано, что реакционная волна, инициализированная на границе «воспламенитель – реакционная смесь», движется одновременно и вдоль оси, следуя за волной горения, и от оси к торцам образца. Установлено, что, при варьировании исходного состава порошковой смеси в широком диапазоне, в итоговом композите помимо боридных и интерметаллидных фаз всегда присутствуют непрореагировавшие реагенты. Предварительный нагрев реакционной смеси от 20 С до 300 С приводит к незначительному повышению доли интерметаллидной фазы (TiAl) и уменьшению доли боридной фазы (TiB2) в материале.
Качественное согласие между расчетными и экспериментальными данными говорит о том, что модель может дать полезные рекомендации для твердофазного синтеза композитов заданного состава из трехкомпонентной порошковой смеси.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW-2022-0003.

Результаты исследования опубликованы:

Chumakov, Y.A. Evolution of the synthesis product composition of Ti-B-Al system in combustion mode //High Temperature Material Processes: An International Quarterly of High-Technology Plasma Processes. – 2025. –V. 29. – No.1. – P. 65–75. DOI: 10.1615/HighTempMatProc.2024054526 (Q3 в категории SJR: Materials Science, Engineering)

Программа, разработанная для исследования СВС в системе Ti-B-Al, была зарегистрирована:

Чумаков Ю.А., Расчет температуры и состава композиционного материала в процессе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в трехкомпонентной порошковой смеси // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2024683551 от 21.10.2024