Розділ 7. Нові матеріали в металургії саморозповсюджувального високотемпературного синтезу(свс)

1. Властивості свс-матеріалів

Комплекс СВС-технологій - більше ЗО різновидів, об'єднаних в 6 технологічних типів (від ТТ-1 до ТТ-6) - дозволив до теперішнього часу синтезувати понад 1000 різних неорганічних з'єднань, матеріалів і виробів.

Спочатку СВС розглядався як новий метод одержання тугоплавких з'єднань, характерною рисою якого є використання тепловиділення швидкої екзотермічної реакції замість довготривалого й складного нагрівання реагентів у високотемпературних печах. Однак у процесі досліджень стало зрозуміло, що синтез хімічних сполук є найпростішим із завдань, розв'язуваних методом СВС, і виявилося, що метод дозволяє вирішувати і більш складні завдання по одержанню продуктів горіння у вигляді кінцевих матеріалів з певного структурою й навіть кінцевими виробами із заданою формою й розмірами. Дуже важливо, що структурні характеристики продуктів горіння (фазовий склад, розмір кристалічних зерен, розподіл домішок, пористість і т.п.) можуть змінюватися в широких межах залежно від умов СВС-процесу й, отже, піддаються керуванню. Види матеріалів, що утворяться в ході СВС, досить різноманітні. Це порошки (сукупність часток однакових або різних розмірів), спечені матеріали (пористі або суцільні), полікристалічні литі матеріали, плівки, волокна, композити та ін. Так, наприклад, проводячи процес при температурі горіння, рівній або небагато меншій температури плавлення продукту, одержують міцний спечений (часто пористий) продукт. Якщо температура горіння в тій же системі вища температури плавлення продукту, утвориться високотемпературний розплав, що при охолодженні й кристалізації утворить плавлений полікристалічний безпористий виріб. Якщо ж потрібно одержати матеріал у вигляді порошків, то СВС намагаються проводити при температурах, помітно менших температури плавлення продукту. У цьому випадку продукт горіння являє собою слабко спечений спік, що легко розсипається на частки. Важливо, що все це можна одержувати в одній системі, регулюючи температуру горіння або розведенням вихідної шихти кінцевим продуктом, або попереднім нагріванням шихти до потрібної температури. Зв'язок стану продуктів горіння з умовами проведення процесу проілюстрований на рисунку 7.1.

У цей час у лабораторних і виробничих умовах методом СВС одержують багато класів передових матеріалів - абразиви й тверді сплави, технічну кераміку, азотовані феросплави й лігатури, матеріали з пам'яттю форми, вогнетриви, каталізатори, високотемпературні нагрівачі, тверді змазки й багато чого іншого. Було б невірно думати, що СВС являє собою лише новий мегод одержання відомих матеріалів. Завдяки

Температура горіння, Т_г

Піролітичне покриття та матеріали, газоподібні продукти.

т«Я \J^p)

Р

екстремальним

Рис. 7.1. Діаграма фізичного стану продуктів горіння

умовам протікання процесу СВС - високим температурам і швидкостям синтезу, ефектам самоочищення від домішок і явищам автовідпалу (повільне охолодження продуктів горіння) і автозагартування (швидке охолодження) - СВС сильно відрізняється від інших методів синтезу й дозволяє реалізувати принципово нові можливості. СВС-матеріали, що навіть мають однаковий хімічний склад з відомими, можуть відрізнятися від останніх за структурою й властивостями, і до них варто ставитися як до нових матеріалів.

Це підтверджують багато конкретних прикладів СВС-матеріалів, представлених нижче.