Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Фазовые превращения в нитриде бора 8
1.1. Термическое превращение w-BN -> g-BN 8
1.2. Динамико-статическое превращение g-BN -> w-BN 17
1.3. Фазовые превращения BN при электроимпульсном нагружении 27
Глава 2. Аномальные фазовые переходы при ударном сжатии 35
Глава 3. Детонационный синтез ультра -дисперсного алмаза в магнитном поле . 41
3.1. Кинетический механизм формирования ультра -дисперсного алмаза 42
3.2. Образование фуллерита при детонационном синтезе 52
Глава 4. Определение времени химических превращений при ударном сжатии 55
4.1. Оценка времени реакции по топографии продуктов в ампуле 55
4.2. Оценка влияния химической реакции на сечение осевого потока при нерегулярном взаимодействии ударных волн 68
Заключение 77
Литература 79
- Фазовые превращения BN при электроимпульсном нагружении
- Кинетический механизм формирования ультра -дисперсного алмаза
- Образование фуллерита при детонационном синтезе
- Оценка влияния химической реакции на сечение осевого потока при нерегулярном взаимодействии ударных волн
Введение к работе
Со времени первой работы Рябинина [1] по изучению физико-химических процессов в ампулах сохранения появилась огромная литература отечественных и зарубежных авторов (см. обзоры соответственно [2-8] и [9-11]). За прошедшие полвека развития этого направления, получившего название «химия ударного сжатия», разработаны системы, в которых можно варьировать термодинамические параметры в очень широких пределах: температуру от -100 до +2000С и давление от 10 до >100ГПа. В этих условиях были изучены и надёжно установлены:
изменения реальной структуры твёрдых тел;
фазовые превращения при давлениях, близких к статическим значениям;
твердофазные и гетерогенные химические реакции.
В указанных выше обзорах подробно рассмотрены основные результаты и особенности этих превращений, мы не будем здесь их перечислять, а отметим только нерешённые задачи и перспективные темы физического эксперимента.
Процесс ударного сжатия обладает характерными временами порядка 10_6 секунды, развитие давления и температуры в ударной волне и за её фронтом происходит во взаимосвязанном режиме в соответствии с уравнением состояния вещества, и поэтому весьма трудно раздельно влиять на термодинамические параметры. В результате многие фазы высокого давления (ФВД), образовавшиеся при ударном сжатии в ампулах сохранения, после разгрузки в остаточном режиме не сохраняются из-за действия высоких остаточных температур. Для предотвращения отжига ФВД обычно применяют охлаждение взрывной сборки перед опытом или введение в образец материалов-холодильников (запрессовка порошка в медь, добавление воды и др.), но на этом пути достигнуты только ограниченные
результаты. Так, до последнего времени все полученные методом взрыва сверхтвёрдые материалы содержали отожжённую фазу высокого давления или были результатом частичного фазового перехода и содержали не превратившуюся исходную фазу, которые надо было удалять, как правило, химическим путём. Поэтому конечный продукт всегда представлял собой порошок, для дальнейшего применения которого, например в качестве инструмента, требовалось использование статических прессов, что сводило на нет все преимущества технологии ударно-волнового нагружения.
В нашей лаборатории разработан метод динамико-статического сжатия (ДСС), идея которого состоит в том, что в прочной ампуле исследуемое вещество окружено рабочим телом с обратимым фазовым переходом (например, КВг). В процессе нагрузки КВг при 2.0 ГПа испытывает фазовый переход (В1—>В2) с 20% уменьшением объёма, а на разгрузке КВг должен вернуться в исходную фазу с таким же увеличением объёма, но из-за жёсткой ампулы (изготовленной из деформационно-упрочняющейся стали) это невозможно и внутри неё создаётся остаточное давление в 2.0 ГПа. Достигнутой в эксперименте величины остаточного давления оказалось достаточно для предотвращения отжига w-BN и получения в качестве продукта ударного сжатия монолитного образца почти целиком (>97%) состоящего из ФВД. В настоящей работе оптимизированы технологические параметры и исследованы физические явления в ампуле ДСС, изучены особенности фазового превращения и свойства w-BN, полученного этим методом.
Вторая задача, представляющая физический интерес и не нашедшая до сих пор удовлетворительного решения, состоит в получении кубической модификации нитрида бора при импульсном сжатии. Все опубликованные работы по этому поводу не сопровождаются доказательствами в виде изученных физико-механических свойств образцов, или сообщается о методах получении c-BN с небольшим выходом достаточном лишь для рентгеноструктурных исследований. Причина вполне понятна: кубическая
фаза BN требует в соответствии с диаграммой состояния для своего формирования высоких температур, что неизбежно ведёт к отжигу в ампулах сохранения образовавшейся ФВД. Кроме того, превращение гексагонального BN в кубическую форму невозможно по мартенситному механизму, т.к. никакие смещения атомов не могут превратить решётку графита в структуру кубического алмаза, и для синтеза c-BN требуется полное разрушение исходной структуры и формирование зародышей новой фазы. Отсюда ряд авторов высказывают сомнение в саму возможность получения заметных количеств c-BN. Этому вопросу так же посвящено специальное исследование.
Наконец, третья задача, которая решается в настоящей диссертации, -это изучение кинетики и механизма твердофазных превращений, т.е. решение принципиальных вопросов химии ударного сжатия - определение времени, когда происходит реакция, во время действия ударной волны или в пост- режиме и установление необходимых условий для прохождения химического взаимодействия в ударной волне.
Научная новизна:
Впервые экспериментально показан обратимый фазовый переход w-BN *-* g-BN при нагревании вюртцитной модификации нитрида бора, полученной взрывным методом.
Впервые получен c-BN при импульсном нагревании g-BN находящемся под статическим давлением, меньшим давления прямого фазового перехода.
3. Впервые обнаружено, что магнитное поле оказывает воздействие на
процессы в детонационном фронте. При детонации ВВ в магнитном поле
увеличивается размер частиц алмаза и в составе продуктов детонации
появляется аморфный алмазоподобный углерод.
Эти исследования представляют значительную практическую ценность:
Разработаны технологические приёмы создания необходимых параметров ударно-волновой и термической обработки для получения новых материалов с заданными физико-механическими свойствами.
Разработана методика исследования параметров детонационного синтеза.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Установлены особенности и механизм термического фазового превращения в нитриде бора. Нагревание w-BN приводит к ограниченному его превращению в g-BN в интервале температур 650 -1050С, что объяснено возникновением внутренних напряжений из-за различия объемов фаз. Обнаружено, что при нормальном давлении фазовый переход является обратимым.
Реализован синтеза кубического нитрида бора при импульсном нагреве графитоподобной фазы при небольшом статическом давлении. Показана возможность детонационного способа получения c-BN при использовании безводородного ВВ.
Установлено влияние магнитного поля на формирование УДА во фронте детонации ВВ. Появление и рост кластеров детонационных алмазов возможно только при возникновении концентрационной неоднородности продуктов детонации в проводящей зоне детонационного фронта. Применение магнитного поля усиливает расслоение и повышает размер частиц алмаза.
Определено время протекания твердофазных химических реакций при ударно-волновом нагружении цилиндрических ампул сохранения.
Исследования, выполненные в диссертации, проводились как по личной инициативе автора, так и по грантам РФФИ (проект 98-03-32142), Миннауки Московской обл. (проект 04-03-97242) и в порядке совместных исследований с академическими институтами по программам Президиума РАН.
Апробация работы и публикации
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских конференциях Основные научные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 85 страницах машинописного текста, включает 24 рисунка и 16 таблиц. Список литературы содержит 91 наименование.
Фазовые превращения BN при электроимпульсном нагружении
Проблема физического получения плотных фаз нитрида бора методом взрыва, как известно, во многом определяется отжигающим действием остаточного тепла в ампулах сохранения, которое возвращает образовавшуюся алмазоподобную фазу в исходное графитоподобное состояние. Поэтому представляет интерес специально изучить термическое поведение вюртцитной фазы BN, которая обычно получается при ударном сжатии графитной формы нитрида бора.
Изучение кинетики термического превращения в системе алмаз-графит (как углерода, так и нитрида бора) проводилось неоднократно [12-15], однако разброс полученных значений энергий активации был очень велик -от 170 до 1260 кДж/моль для углерода и от 20 до 550 кДж/моль для нитрида бора [16]. Авторы относят эту разницу на различие механизма, процесса термического превращения - на первом этапе происходит само полиморфное превращение, имеющее небольшую энергию активации (от 20 до 170 кДж/моль соответственно для w-BN и алмаза), затем идёт более медленный диффузионный процесс роста зёрен с большой энергией активации (несколько сотен кДж /моль). Однако, по нашему мнению, существенную роль в разбросе результатов разных авторов играют и недостатки в методической постановке опытов, а именно отсутствие контроля за тепловым режимом процесса и неоптимальном выборе методов и средств измерения концентрации фаз в образцах.
В самом деле, в первой работе по исследованию отжига алмаза [12] степень его превращения определялась по почернению граней алмаза образующимся графитом. В результате такого способа «измерения» авторы получили энергию активации (Еа), равную теплоте сублимации алмаза (ЛЩ, а активационный объём процесса превращения втрое превосходил мольный объём алмаза и вдвое - графита. В [13] таблетки w-BN помещались в кварцевые ампулы, которые откачивались, запаивались и прогревались при температурах 600-1285С от нескольких минут до нескольких часов, а степень превращения определялась рентгенографическим методом. При данном подходе трудно точно определить концентрацию фаз из-за перекрывания рефлексов w- и g-фаз на рентгенограмме, к тому же их ширина зависит от дефектности образцов, которая по мере отжига может изменяться. В работе [14] отжиг алмаза проводился в алундовых тиглях и после прогрева образец обрабатывался химическими окислителями с целью удаления графита, а нерастворимый остаток относили на счёт алмаза, и по полученным значениям весового анализа строилась кинетическая кривая. Однако, углерод при высоких температурах реагирует с окисью алюминия и получающийся карбид алюминия вносит неопределенность в результаты весового анализа, что влияет на итог анализа, и полученные авторами значения Еа в пределах 170-320 кДж/моль нельзя считать абсолютно корректными. В [15] порошок алмаза после прогрева обрабатывался тлеющим электрическим разрядом с целью удаления с поверхности алмазных зёрен слоев графита, а внутренние включения графита оставались без изменения и полученные данные по кинетике отжига отражали только часть превращения. Наконец, ни в одной из перечисленных работ не проводился объективный контроль температурного режима прогреваемого образца, а в случае нитрида бора -возможного влияния давления азота на степень и скорость превращения BN в результате его частичной диссоциации в вакууме.
С целью избежания указанных недостатков эксперименты по изучению кинетики отжига образцов w-BN проводились следующим образом. Порошкообразный образец w-BN марки А (приготовленный по ТУ 75-12006.7-89), содержащий 97.9% основного вещества, запаивался в кварцевые ампулы, откачанные до 10" -10" мм ртутного столба, и помещался в центр (не касаясь стенок и дна) предварительно прогретой муфельной печи. Температура в месте расположения ампулы контролировалась термопарой. Предварительно с её помощью было установлено, что слой порошка, контактирующий с внутренней поверхностью кварцевой ампулы прогревается до температуры 800-1100С в течение нескольких секунд, поверхностный слой порошка, нагреваемый радиационным путём от раскалённых свободных внутренних стенок ампулы, прогревается за минуту, а внутренние слои - достигают заданной температуры через 5-Ю минут (без вакуума этот процесс происходит вдвое быстрее. Поэтому порошок внутри ампулы мы старались располагать максимально тонким слоем, а при малых экспозициях горизонтально расположенную ампулу вращали внутри печи со скоростью 30 об/мин, чтобы обеспечить максимально быстрый нагрев порошинок излучением. После прогрева ампула сразу же помещалась в проточную холодную воду и её охлаждение происходило за одну минуту. Таким образом, температурная инерция в наших экспериментах не превышала одной минуты.
Образцы вюртцитной модификации нитрида бора прогревались при температурах 500, 600, 820, 970, 1020 и 1070С от десятков минут до десятков и даже сотен часов, причём для каждой температуры в печь помещались сразу все ампулы данной серии, которые последовательно извлекались после каждой экспозиции и быстро охлаждались холодной водой. После извлечения образцов из ампул проводились измерения плотности и съёмки рентгеновских дифрактограмм.
Выбор плотности (р), как параметра характеризующего фазовый переход, обусловлен большим её различием для вюртцитной и графитной фаз - соответственно 3.43 и 2.28 г/см [16], что при стандартной ошибке пикнометрического измерения плотности порошка (±0.005 г/см) обеспечивает высокую точность изучения кинетики полиморфного превращения w-BN - g-BN.
Кинетический механизм формирования ультра -дисперсного алмаза
В нашей стране изучением синтеза алмазных наночастиц из ВВ занималось большое количество исследователей. Отметим основных из них. Группа ИХФ АН СССР (Г.А. Ададуров, О.Н. Бреусов, А.Н. Дремин) впервые получила алмаз при детонации смеси ВВ и графита. Впоследствии это сделал сотрудник ИПМ АН УССР В.В. Саввакин. Известны неопубликованные данные сотрудников ВНИИТФ К.В. Волкова, В.В. Даниленко, В.И. Елина по синтезу алмаза при детонации ВВ. Подробности метода впервые были опубликованы сотрудниками ИГ СОАН В.М. Титовым, A.M. Ставером, А.И. Лямкиным, Е.А. Петровым, А.П. Ершовым и Г.В. Саковичем. В этом Институте в течение ряда лет выполнялись экспериментальные и теоретические исследования по получению и изучению ультра-дисперсных алмазов (В.М. Титов, И.Ю. Мальков, В.Н. Коломийчук). Большой вклад в изучение свойств УДА внесли A.M. Игнатченко, А.Г. Овчаренко и А.Л. Верещагин. В НПО "Алтай" под руководством Г.В. Саковича был организован промышленный выпуск УДА и изучены области применения таких алмазов. Разработкой методов очистки занимались В.Ю. Долматов, P.P. Сатаев и Т.М. Губаревич.
Анализ опубликованной литературы по УДА показывает, что достаточно подробно были изучены технологические аспекты получения и очистки, физико-химические свойства, исследованы структура и морфология получаемых алмазов. В то же время механизм образования алмаза на этапе зарождения наночастиц практически не изучен. В литературе представлено ограниченное количество работ количественного и качественного характера, в которых сделаны попытки описания этого процесса.
Нано- частицы образуются в термодинамически неравновесных процессах, к которым относятся ударно-волновые и детонационные. Одним из методов получения частиц нано- алмаза является детонационный синтез, при котором происходит распад органических соединений в условиях высоких давлений и температур. Алмазы со средним размером 4 нм образуются из углерода, входящего в состав молекул ВВ. Для промышленного синтеза применяются такие ВВ, как заряды ТГ и др. с плотностью не менее 1.55 г/см , имеющих излом на зависимости D от р [45]; при этом выход алмазов доходит до 8 % -12% от массы ВВ. Значения термодинамических параметров в детонационном фронте, его длительность и состав продуктов детонации в таких ВВ очень близки, поэтому практически невозможно повлиять на размер образующихся частиц. Конечный размер частиц слабо зависит и от массы взрывчатого вещества.
В данной работе была использована новая методика проведения детонации зарядов ВВ во внешнем магнитном поле с последующим анализом структурно- чувствительных характеристик получаемых конденсированных продуктов детонации адсорбционным, дифференциально-термическим, рентгенографическим и электронно-микроскопическим методами. Исходной идеей для постановки опытов явилось предположение, что с помощью ПОЛЯ можно усилить стратификацию детонационного облака за счёт его взаимодействия с ионизированными продуктами.
Сохраненные продукты детонации получались в следующей постановке экспериментов (Рис. 15). Заряд ТГ50/50, имеющий форму цилиндра, помещался внутрь ледяного стакана из дистиллированной воды с отношением масс 1:8. В экспериментах с магнитным полем заряд располагался внутри тороидальной катушки, состоящей из нескольких витков. Были приняты специальные меры по предотвращению замыкания проводников продуктами детонации. Подрыв проводился во взрывной камере, изготовленной из нержавеющей стали. Перед экспериментом взрывная камера тщательно очищалась и вакуумировалась. За один эксперимент взрывалось 200 г ВВ. После взрыва, проводился сбор шихты (сажи) вместе с водой. Затем воду испаряли и собирали сохраненные продукты детонации для исследования. Ток в катушке из нескольких витков создавался разрядом конденсаторной батареи С = 1200 мкФ при напряжении 4.8 кВ. Для измерения полного тока, текущего через соленоид, использовался пояс Роговского (трансформатор тока). Процедура калибровки пояса Роговского заключалась в регистрации импульсного тока (амплитудой до 10 кА), текущего через токовый шунт известных параметров (сопротивление 0.04 Ома, индуктивность 0.12 нГ ) и сравнением сигналов токового шунта и пояса Роговского с помощью цифрового осциллографа Tektronix TDS2102. Отклонение коэффициента трансформации от константы для пояса Роговского не превышало 3 % в области, где скорость изменения тока составляла 5- 107 А/с, в течение 100 микросекунд во время прохождения тока. Измерения поясом Роговского тока в соленоиде составили 42 кА в максимуме.. При этом магнитное поле в заряде было неоднородным, а напряженность зависела от расстояния до центра соленоида и изменялась от 2.2-106 А/м до 0.8-106 А/м внутри заряда. Длительность существования магнитного поля составляла 250 мкс, а время прохождения детонации по заряду 15 мкс, поэтому можно считать, что движение продуктов детонации происходило в постоянном магнитном поле. Было проведено шесть экспериментов два из которых с воздействием магнитного поля.
Образование фуллерита при детонационном синтезе
Если при термическом синтезе, который происходит в расплаве за довольно длительное время в остаточном режиме, реакция должна произойти полностью и ее продукты должны иметь хорошую кристалличность, то ударный синтез приводит только к частичному превращению [74], а продукты реакции должны иметь повышенную дефектность.
В результате действия ударных волн на смесевую систему, как уже было сказано выше, будет происходить дробление более жестких частиц, что должно отразиться на гранулометрическом составе компонентов обжатой смеси. Кроме того, различие массовых скоростей компонентов приведет к смещению к оси и основанию цилиндрической ампулы более легких (высокоскоростных) частиц компонентов [75]. Поэтому можно ожидать избытка кремния в аксиальной и донной частях образца, что можно обнаружить как по измерениям плотности, так и по изменению параметра элементарной ячейки, если данные силициды образуют твердые растворы типа MSi2±x.
Наконец, маховское течение по оси цилиндрической ампулы, как известно [76,21], имеет место не в самой верхней части цилиндра, а на расстоянии 1-3 диаметров от торца. Теоретическую оценку давлений вверху можно провести по модели разгрузки верхней пробки ампулы в обжимаемый образец. Результаты вычислений Ptop и соответствующих им температур приведены в табл. 12. Эти величины будут практически линейно (см. [21]) возрастать до максимальных значений (Р . Тщ) на нестационарном участке. По этим причинам степень химического превращения при ударном сжатии в цилиндрической ампуле будет увеличиваться при перемещении сверху вниз.
При электронно-микроскопическом изучении продуктов ударного сжатия смесей Nb-Si и Mo-Si с использованием зарядов из ПВВ-4 было обнаружено, что в зоне радиусом 0.5 мм (т.е. в маховском шнуре) реакция проходит полностью, в зоне радиусом 1.5-2 мм наблюдается частичное протекание реакции, а дальше к периферии ампулы остается непрореагировавшая смесь (рис. 22). На электронных снимках видны также дробление более жестких частиц, их взаимодействие с зернами кремния (рис. 23), образование сферолитов и пор, свидетельствующих о жидко-фазном характере протекания процессов в аксиальной части ампулы (рис. 24), процесс отделения капли образовавшегося дисилицида от поверхности кремния в соответствии с механизмом, описанным в [77, 78]. На основании экспериментальных данных, полученных в настоящем исследовании и в предыдущих работах [64], можно представить следующий механизм осуществления реакции в системах M-Si под действием ударных волн.
На фронте волны происходит дробление кристаллических зерен до блоков размером в 100-1000 А (см. [63]) и их перемешивание за счет разных массовых скоростей. В процессе вынужденной диффузии за фронтом ударной волны происходит химическое взаимодействие приповерхностных атомарных слоев образовавшихся блоков. Поскольку число поверхностных атомов в измельченных ударной волной кристаллических зернах составляет, как правило, 10% от общего числа атомов в зерне, выход продукта реакции, прошедшей в ударной волне, также составляет 10-30% (см. [72]).
После спада давления в маховском шнуре за счет высокой остаточной температуры происходит полное расплавление вещества и соответственно завершение реакции. По мере удаления от оси ампулы в образце уменьшаются степень дробления и концентрация поверхностных атомов, способных к твердофазному взаимодействию, поскольку уменьшается величина ударного давления. В этом же направлении уменьшаются ударная и остаточная температуры и концентрация жидкой фазы, что препятствует осуществлению обычного термического синтеза.
Таким образом, топография продуктов ударного и термического синтезов оказывается одинаковой, тогда как реальная структура образовавшегося вещества должна быть различной в зависимости от механизма реакции. Глубина протекания химического процесса при ударном сжатии смесей твердых компонентов определяется скоростью диффузии и скоростью очистки поверхности частиц от экранирующего слоя образовавшегося соединения, определяемой в ударном синтезе разностью массовых скоростей компонент и соединения, а при термическом взаимодействии - минимизацией поверхностной энергии реагентов.
Вопрос о причине резкой границы между непрореагировавшей и частично прореагировавшей смесью на периферии цилиндрической ампулы остается открытым, хотя вполне вероятно, что причиной является высокая энергия активации образования дисилицидов, которая приводит к резкому спаду выхода реакции по мере падения температуры. Другой причиной может быть изменение характера течения вещества на определенном расстояния от оси цилиндра.
Оценка влияния химической реакции на сечение осевого потока при нерегулярном взаимодействии ударных волн
При изучении ударной сжимаемости смесей Sn+S и Sn+Te на кривых Гюгонио обнаружены изломы с увеличением давления соответственно при 15 и 50 ГПа [80-82], обусловленные протеканием экзотермических химических реакций за фронтом ударной волны. При осуществлении этих реакций в цилиндрических ампулах сохранения наблюдается заметное увеличение диаметра маховского шнура в сохранённом образце и соответствующее различие в откольных явлениях: в случае реакционной смеси (Sn+X) величина откольного элемента оказалась значительно больше, чем в соответствующем инертном веществе (SnX) при одинаковых условиях опыта [72,83]. Этот факт позволил трактовать механические изменения ампул сохранения как следствие ударно-волновых процессов, происходящих внутри ампулы сохранения. Заметим также, что ещё в самых первых экспериментах по изучению маховского взаимодействия в цилиндрических ампулах было зафиксировано образование на дне ампулы выемки, равной по диаметру сечению маховского шнура, содержимое которой является основным источником загрязнения обжимаемого вещества материалом ампулы [84,85]. Увеличение откольной тарелки, являющейся следствием выхода маховской волны на свободную поверхность, вызвано её подпиткой энергией химического взаимодействия, происходящего за фронтом ударной волны. В проведенных экспериментах описанный метод использован в качестве теста на возможное протекание химической реакции при ударном сжатии смесей порошков и, в случае положительного результата - для исследования зависимости наблюдаемых механических эффектов от теплоты образования соединения, вызывающей увеличение откольной тарелки. В качестве объектов были выбраны порошкообразная смесь Ті+С, в которой на кривой ударной сжимаемости при 15 ГПа обнаружен излом, обусловленный химическим взаимодействием за фронтом ударной волны [86], и Zn+S, как система, представляющая интерес для изучения самоподдерживающихся высокотемпературных реакций.
Эксперименты проводили следующим образом. Смесь порошков титана (р = 4.52 г/см3) и графита (р = 2.26 г/см3) в соотношении 1:1 запрессовывалась до 67% от значения р сплошного материала в стальную цилиндрическую ампулу высотой 55 мм, внешним диаметром 10 и внутренним - 5 мм, верхняя и нижняя пробки имели толщину 10 мм. Ампула нагружалась цилиндрическим зарядом насыпного гексогена диаметром 40 и высотой 100 мм. Взрывная сборка ставилась на стальную плиту с зазором 2 мм, в который помещалась тефлоновая пластинка. Параллельно ставился опыт с инертным материалом, приготовленным из гомогенной смеси порошков карбида титана (полученного из Института твёрдых сплавов) и CsCl, (в отношении 1:3), имеющей такую же ударную адиабату (в PV-координатах), как и смесь Ті+С.
В результате подрыва на внешнем основании ампулы с инертным составом появилось светлое пятно в центре диаметром 2 мм, а в случае реакционной смеси - такое же пятно диаметром 3 мм с ямкой в центре диаметром и глубиной 1 мм. Светлые пятна, по нашему мнению, являются результатом выхода на свободную поверхность пробки упругих предвестников, которые совершают отрыв микроскопического слоя материала ампулы. В случае ударного сжатия смеси при данной постановке опыта проявился откол в месте выхода маховской волны, аналогично исследованным ранее случаям взаимодействия олова с халькогенами. Использование зарядов из более мощного ПВВ-4 увеличивает диаметр и глубину откола.
Были поставлены аналогичные опыты с ударным сжатием порошков ZnS и Zn+S в таких же цилиндрических ампулах при одинаковой (65 %) плотности заполнения инертного и реагирующего материала с использованием в качестве зарядов сплавов ТГ состава 80/20 (скорость детонации 7.2 км/с, диаметр заряда 60 мм, высота 100 мм, инициирование детонации проводилось шашкой (40x40 мм) из насыпного гексогена). После подрыва на внешнем основании ампулы с инертным материалом образовалось каверна диаметром 0.6 и глубиной 1 мм, а в случае смеси 1.5 и 2 мм соответственно.
Таким образом, в случае реагирующих смесей диаметр маховского шнура и величина откольной тарелки больше, чем при таком же ударном сжатии инертных материалов одинакового состава и близких механических свойств, что является указанием на протекание химического взаимодействия твёрдых тел в процессе ударного нагружения. В случае смеси Ti+C этот результат является подтверждением кинематических измерений [86].
Для качественного выяснения поведения рассматриваемых реакционных смесей в области нерегулярного взаимодействия в цилиндрической ампуле были проведены дополнительные эксперименты. Были использованы: стехиометрическая смесь Zn+S, реакция в которой проходит без образования газовой фазы при нагружении ударной волной; соединение СсІСОз разлагающееся с выделением СОг и для сравнения инертное соединение РЬО. Нагружение осуществлялось аммонитом с насыпной плотностью 1.1 г/см2. Заряд располагался до середины ампулы. Высота заряда 60 мм, а длина ампулы 120 мм. После вскрытия ампул отчетливо наблюдался проскок зоны реакции в центре ампулы за границу расположения ВВ. Были измерены диаметр этого проскока и его длина.
