МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор-директор ИФВТ ТПУ

_______________В.В. Лопатин

«_____» ноября 2013 г.

Получение тугоплавких керамических материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Методические указания к выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Введение в курс. Порошковые технологии получения наноматериалов» для студентов,

обучающихся по программе ФПК «производство изделий из наноструктурных материалов» по направлению 150100 «Материаловедение и технология новых материалов»

Составители

Лямина Г.В., Шульпеков А.М.

Издательство

Томского политехнического университета

2013

УДК 621.763

ББК 35.41:22.251я73

Лямина Г.В., Шульпеков А.М.

Л00 Получение тугоплавких керамических материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Введение в курс. Порошковые технологии получения наноматериалов» для студентов, обучающихся по программе ФПК «производство изделий из наноструктурных материалов» по направлению 150100 «Материаловедение и технология материалов» / сост.: Лямина Г.В., Шульпеков А.М..; Томский политехнический университет – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. – 20 с.

УДК 621.763

ББК 35.41:22.251я73

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры наноматериалов и нанотехнологий « 16 » ноября 2013 г.

Зав. кафедрой НМНТ

доктор технических наук _________________ О.Л. Хасанов

Председатель методической

комиссии ИФВТ _________________ Ю.А. Лесина

Рецензент

Кандидат педагогических наук

декан факультета иностранных языков ТГПУ

И.А. Божко

Содержание

Введение
Получение материалов методом СВС ………………………………
Кинетика СВС – процессов………………………………………
Термодинамика СВС – процессов, расчет адиабатической температуры……………………………………………………….
Исследование структуры волны горения, максимальной температуры и скорости распространения фронта термопарным методом. …………………………………………..
Реактор СВС и синтез карбида титана в самораспространяющемся режиме.
Синтез никелида алюминия в режиме теплового взрыва………
Порядок выполнения работы…………………………………………
Получение карбида титана……………………………………….
Получение никелида алюминия………………………………….
Контрольные вопросы……………………………………………….
Список литературы…………………………………………………..

Цель работы – освоить методики синтеза порошков никелида алюминия и материала на основе карбида титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в режиме теплового взрыва и послойного горения, измерить параметры процесса.

Задачи работы:

1. получить материал на основе никелидов алюминия различного состава методом СВС в режиме теплового взрыва и материал на основе карбида титана в режиме послойного горения;

2. измерить параметры процесса теплового взрыва – температуру зажигания, максимальную температуру процесса и для послойного горения – скорость и температуру фронта, ширину зон прогрева и реакции;

3. установить фазовый состав полученного продукта и предложить оптимальные режимы синтеза.

Реактивы: сажа (ПМ 15), порошки: титана (ПТМ или ПТС), хрома, никеля (ПНК 1-Л5), алюминия (АСД-4), бор черный.

Введение

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) − это разновидность горения, в котором образуются ценные в практическом отношении твердые вещества (материалы). Развитие работ основано на научном открытии советских ученых А.Г. Мержанова, В.М. Шкиро и И.П. Боровинской “Явление волновой локализации автотормозящихся твердофазных реакций” (популярное название “Явление твердого пламени”), сделанном в 1967 году [1,2].

Процесс возможен в системах с различным агрегатным состоянием (смеси порошков, гибридные системы твердое-газ, твердое-жидкость и др.), имеет тепловую природу. Характерный признак − образование твердого продукта (полностью или преимущественно). Главное предназначение СВС − синтез веществ и материалов, создание новых технологических процессов и организация новых производств[3].

Понятие “самораспространяющийся высокотемпературный син­тез” шире, чем понятие “твердопламенное горение”, т. к. с горением связана только первая стадия СВС − распространение волны хи­мической реакции. За волной протекают вторичные, объемные постпроцессы (догорание, фазо- и структурообразование), определяющие характеристики ("качество") конечного продукта и не относящиеся к компетенции науки о горении[4].

Подводя итог сделанному, можно сказать, что к настоящему моменту времени:

1. Созданы оригинальные методы диагностики СВС-процессов (видеорегистрация параметров и структуры фронта горения с ком­пьютерной обработкой данных, оптическое и термоэлектрическое измерение профиля температур в волне горения, рентгеновская регистрация динамики фазовых превращений в продуктах горения и др.).

2. Синтезировано большое количество химических соединений разных классов (тугоплавкие бескислородные соединения, простые и сложные оксиды, интерметаллиды, гидриды, фосфиды и др.).