Архив

Статья посвящена истории признанного лидера в области фундаментальных и прикладных исследований процессов горения и взрыва – Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН). Уникальность данного института состоит в его предназначении – развитии научно-технического направления самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Основой СВС явилось научное открытие российских ученых нового явления «твердопламенного горения». Разра- ботки на его основе принципиально новых технологических способов производства материалов и изделий стали важным достиже- нием российской науки. Представленные материалы позволят получить разностороннее представление об основных фундамен- тальных и прикладных исследованиях института, результатам взаимодействия с вузами страны в области образования и науки.

Микрочастицы (PrDy)(CoFe)B являются строительными блоками спеченных магнитов. Проанализировано влияние отжига и фиксации легкой оси намагниченности микрочастиц на параметры петли магнитного гистерезиса порошка (DyPr)(CoFe)B. Фикса- ция отожженных микрочастиц в полимере увеличивает коэрцитивную силу до 11 раз, а энергетическое произведение до 6 раз. Соз- даны условия для получения параметров магнитного гистерезиса, близких к реальным, которые наблюдаются в монокристаллах.

Методом СВС-прессования из элементарных порошков получены композиты B4C–TiB2, содержащие 10…50 масс. % B4C. Термодинамические расчеты и рентгенофазовый анализ показали, что равновесными продуктами синтеза являются тугоплавкие соединения TiB2 и B4C, образующие в керамическом композите дисперсную фазу и керамическую связку. Исследовано влияние состава реакционной смеси на формирование фазового состава и микроструктуры керамических композитов. Установлено, чтосущественное влияние на формирование микроструктуры СВС-композитов оказывает содержание связки B4C. Показано, что ми- нимальная остаточная пористость достигается при содержании в композите B4C 20…40 масс. % и соотношении массы шихтовой заготовки и химической печки 1 : 4 При содержании B4C менее 20 масс. % формируется однородный керамический композит с размером зерен TiB2 10…12 мкм. Увеличение содержания керамической связки B4C до 50 масс. % приводит к уменьшению раз- мера частиц TiB2 до 0,5 мкм и формированию композита с неоднородной микроструктурой. Установлено, что увеличение содержа- ния керамической связки B4C приводит к уменьшению остаточной пористости композитов до 3,0…3,8 %, при этом композиты обладают пределом прочности при изгибе 140…210 МПа и микротвердостью 37,1…44,8 ГПа.

В настоящее время для создания тугоплавкой керамики, композиционных материалов и сплавов в промышленности исполь- зуют длительные методы спекания и плавления в высокотемпературных установках. Школа академика А. Г. Мержанова разработа- ла новую технологию получения данной группы материалов, основанную на горении, получившую название самораспространяю- щийся высокотемпературный синтез (СВС), который позволяет сократить время синтеза (до 1…2 мин), исключить сложное высо- котемпературное оборудование и минимизировать энергозатраты. Одним из наиболее перспективных направлений в исследовании СВС-процессов является СВС-металлургия, где используется для синтеза тугоплавких неорганических материалов высокоэкзотер- мические смеси термитного типа. Такие смеси способны гореть, температура их горения может превышать 3 000 °С, что позволяет получать широкий спектр тугоплавких материалов в литом виде. Проведен обзор основных результатов, полученных к настоящему времени в исследованиях по СВС-металлургии. Для реали- зации СВС-металлургии с учетом ее специфики разработано и изготовлено уникальное оборудование (реакторы и центробежные установки), позволяющее проводить и исследовать процессы под воздействием давления газа и перегрузки. В экспериментальных исследованиях установлено влияние характеристик смесей (соотношение компонентов в исходной смеси, ее плотности и калорий- ности, дисперсности реагентов, вида восстановителя и т.д.), параметров процесса (давления и перегрузки), масштабного фактора (массы и геометрических размеров реакционного объема) и др. на технологические параметры (скорость горения, потери массы при горении, полноту фазоразделения), химический и фазовый состав, структуру и свойства продуктов горения. В прикладных исследованиях разработаны технологии синтеза широкого спектра литых тугоплавких неорганических сплавов и композиционных материалов), изделий и защитных покрытий.

Рассмотрены вопросы повышения качества вяжущих, применяемых в дорожном строительстве Польши и России, путем мо- дификации нефтяных битумов. Представлены результаты исследований влияния состава и содержания в вяжущем различных типов модификаторов на показатели качества получаемых полимерно-битумных вяжущих. Даны рекомендации по выбору модификато- ров для решения задач дорожного строительства в России и Польше.

Изучено влияние природы и концентрации (1 – 10 мМ) поверхностно-активных веществ (ПАВ) – фенилбигуанидина и м-нитрофенилбигуанидина на кинетику реакции выделения водорода (РВВ) на железе в кислых хлоридных растворах с постоянной ионной силой, равной 1 Контролирующая стадия РВВ изменяется в зависимости от природы и концентрации ПАВ согласно ряду: разряд → химическая рекомбинация → латеральная диффузия → разряд. При некоторых концентрациях ПАВ две последователь- ные стадии протекают с соизмеримыми скоростями. Рассмотрена возможность протекания стадий разряда или химической реком- бинации на ад-атомах или молекулах адсорбата, образующих первый монослой.

Моделирование механической классификации сыпучих материалов осложняется тем, что в непрерывном режиме сыпучий ма- териал перемещается не только в осевом, но и продольном сечении классификатора. Для описания процесса классификации ис- пользованы детерминировано-стохастические модели. При моделировании процесса смешивания-разделения в барабанном клас- сификаторе непрерывного действия невозможно рассматривать процесс, проходящий в фиксированном циркуляционном контуре. Необходимо учитывать факт перемещения материала вдоль оси барабана, а также факт уменьшения площади, занятой материалом в поперечном сечении грохота. Процесс движения в барабанном классификаторе непрерывного действия представлен дискретным в пространстве и времени. В связи с этим процесс смешивание-разделение можно считать аналогичным периодическому, но переход на каждый следующий участок по длине классификатора должен учитывать изменение конфигурации циркуляционного контура, связанное с уменьшени- ем площади, занятой материалом в поперечном сечении барабана. Для описания процесса смешивания, происходящего одновре- менно с процессом классификации, использован механизм процесса, определяющий последовательность фаз для трехкомпонент- ной смеси. При описании механизма отделения из состава смеси мелкой и товарной фракций применены постоянные коэффициен- ты, определяющие интенсивность отделения данных частиц от смеси. В математическом описании процесса просматривается как механизм сегрегации компонентов, так и механизм разделения смеси на отдельные фракции. Представлены варианты практическо- го использования математического описания при проектировании нового и оптимизации работы действующего оборудования.

Предложена методика расчета геометрических параметров треугольной головки (типа «ласточкин хвост») двухшнекового экструдера для листов из сверхвысокомолекулярного полиэтилена СВМПЭ марки GUR450, позволившая выполнить рабочий про- филь головки инструмента с хорошей однородностью материала листов на выходе. Выполнены расчеты на прочность и жесткость деталей формующего инструмента. Наряду с аналитическими решениями по определению напряжений и прогибов в плите, приме- нены численные методы с использованием метода конечных элементов. При анализе результатов полученных напряжений и пере- мещений аналитическим путем и методом конечных элементов установлено, что максимальные напряжения и перемещения в наи- более опасных точках плиты формующей головки имеют хорошие совпадения: по напряжениям не более 12 %, перемещениям не более 4,5 %, что говорит об адекватности выбора расчетной схемы и методов аналитических расчетов. Данная методика может быть использована для расчета геометрических параметров треугольных головок формующего инструмента для получения на двухшнековых экструдерах промышленных плит размером 2000×380×12 мм.

Рассмотрена проблема очистки сточных вод гальванических производств. Представлены основные методы очистки сточных вод и обосновано преимущество мембранных методов. Рассмотрены основные кинетические характеристики обратноосмотическо- го разделения растворов, к которым относятся диффузионная, гидродинамическая проницаемости и коэффициент задержания. Дана оценка влияния концентрации, температуры и давления на основные кинетические характеристики обратноосмотического разделения растворов. Приведены результаты исследования рентгеновской степени кристалличности мембраны МГА-95. Получены рентгеновские дифрактограммы от образцов полимерной мембраны в сухом и набухшем виде. Рассчитаны и проанализированы степени кристалличности мембраны.

Представлена информация о методе измерения и результатах экспериментального определения температурной зависимости теплоемкости и теплопроводности пасты на основе полиграфена. Для определения данных зависимостей использован метод моно- тонного нагрева, реализованный с помощью приборов ИТ-с-400 и ИТ-λ-400, которые модернизированы при использовании обору- дования и программного обеспечения фирмы National Instruments. Представлены функциональные схемы модернизированных при- боров, а также экспериментальные зависимости теплоемкости и теплопроводности от температуры различных композитов в виде паст, содержащих полиграфен.