Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор .7
1.1. Физико-химия процессов СВС как разновидности горения 7
1.2. Современные представления о механизме безгазового горения .13
1.3. Экспериментальные данные о микроструктуре реакционной среды и волны безгазового горения. .23
1.4. Гетерогенные модели безгазового горения. 28
1.5. Методы приготовления структурированных систем и особенности их микроструктуры .30
1.5.1. Механоактивация - грануляция . .30
1.5.2. Многослойные пленки 33
1.5.2.1. Общая характеристика . .33
1.5.2.2. Методы получения . .36
1.5.2.3. Микроструктура покрытий . 40
1.6. Постановка задачи, . .43
Глава 2. Методика экспериментов .44
2.1. Приготовление микрогетерогенных порошковых смесей и диагностика их структуры .44
2.1 1. Приготовление смесей, рассев на ситах, прессование 44
2.1.2. Метало графические исследования микроструктуры образцов. Элементы количественной металлографии и стереологии . .45
2.1.3. Диагностика микроструктуры с помощью измерения электро и теплопроводности . .46
2.1.4. Измерения прессуемости . .51
2.2. Приготовление механо-активированных и слоевых систем .52
2.2.1. Механо-активация порошковой смеси Ni+Al . ,52
2.2.2.Приготовление слоевых систем , .54
2.3. Исследование безгазового горения . .55
2.3.1. Определение закономерностей горения .55
2.3.2. Изучение макро и микроструктуры фронта . .61
2.3.3. Анализ и аттестация образцов . .63
Глава 3. Волны безгазового горения в микрогетерогенных средах (порошковых смесях) .71
3.1. Микроструктура и свойства исходных смесей . .71
3.1.1. Микроструктура исходных смесей . .71
3.1.2. Электропроводность исходных смесей . .73
3.1.3. Теплопроводность исходных смесей . .80
3.1.4. Прессуемость смесей . .81
3.2. Микроструктура волн безгазового горения в гетерогенных средах .83
3.3. Характеристики волны безгазового горения в гетерогенной среде . .90
3.4. Состав и микроструктура продуктов безгазового горения .94
Глава 4. Безгазовое горение механически активированных и гранулированных смесей Ni+Al .
4.1. Микроструктура гранул и реакционных смесей
4.2. Электропроводность реакционных гранулированных смесей
4.3. Микроструктура волны горения .
4.4. Локальные характеристики волны горения .
4.5. Глобальные закономерности безгазового горения механоактивированных смесей .
Глава 5. Волны безгазового горения в многослойных системах
5.1. Микроструктура многослойных пленок
5.2. Электропроводность многослойных пленок.
5.3. Структура волны горения .
5.4. Закономерности горения
5.4. Структура продуктов горения
Выводы
Литература.
- Экспериментальные данные о микроструктуре реакционной среды и волны безгазового горения.
- Метало графические исследования микроструктуры образцов. Элементы количественной металлографии и стереологии
- Характеристики волны безгазового горения в гетерогенной среде
- Электропроводность реакционных гранулированных смесей
Введение к работе
Актуальность темы. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) является одним из перспективных методов получения новых материалов. Развитие новых технологий создания материалов на основе СВС -технологии стимулировало ряд теоретических и экспериментальных работ по исследованию процессов горения СВС - систем.
Закономерности горения порошковых смесей изучались в работах, ставших классическими. Тепловая гетерогенность волны СВС, проявляющаяся в хаотических колебаниях локальной скорости распространения и появлении короткоживущих ярко светящихся очагов вдоль поверхности фронта, отмечена в экспериментальных работах.
Для развития теории горения гетерогенных порошковых смесей, для понимания и оптимизации технологического процесса при СВС необходимо знание механизма распространения и наличие данных о микроструктуре волн безгазового горения в порошковых гетерогенных смесях. Микроструктура и механизм распространения волн безгазового горения определяется микроструктурой гетерогенной смеси, в которой они распространяются. Понятие микроструктуры гетерогенной порошковой смеси, в свою очередь, включает в себя многие факторы. Например, форму и размер частиц компонентов, пористость образца, контакты между частицами так далее.
Имеется большое количество работ в области безгазового го^-чия гетерогенных конденсированных смесей, где предложены разлж ^лые структурные модели исходной среды. Несмотря на это, в настоящее время очевиден недостаток конкретных экспериментальных данных о микроструктуре и транспортных свойствах безгазовых составов. Точных количественных данных, которые позволили бы ответить на вопросы о том, существует ли непрерывный каркас крупных металлических частиц, или каждая металлическая частица окружена более мелким реагентом, каковы свойства контакта между частицами, можно ли выделить элементарную реакционную ячейку и какова ее структура, до сих пор не было получено.
Цель работы. Изучение влияния структуры гетерогенных сред на процесс безгазового горения. Включает в себя следующие задачи:
изучение микроструктуры и механизма распространения волн безгазового горения в порошковых смесях Ti-C, Ti-Si, Ni-Al, изучение свойств исходных смесей, влияние формы и размера частиц на формирование непрерывного каркаса из металлических частиц, изучение влияния микроструктуры реакционной среды на закономерности безгазового горения порошковых смесей.
максимальное приблизижение микроструктуры исходной смеси к дискретной ячеистой модели путем использования механоактивированной (гранулированной) смеси Ni-Al. Исследование закономерностей
3 г-
j РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ )
I БИБЛИОТЕКА !
распространения волны горения в этой смеси на макроскопическом и микроскопическом уровнях. Попытка перехода от микрогетерогенного к квазигомогенному режиму безгазового горения этой смеси.
- максимальное приближение микроструктуры исходной среды к слоевой модели путем использования многослойных пленок, полученных магнетронним напылением. Исследование закономерностей распространения волны горения в этих составах на макроскопическом и микроскопическом уровнях в диапазоне толщин от нанометрических до микронных. Получение квазигомегенного режим горения.
Научная новизна. Получены новые данные о трех типах реакционных гетерогенных сред, в которых возможно осуществление безгазового горения-порошковых смесей, механоактивированных (агломерированных) смесей и многослойных пленок.
Экспериментально установлено влияние микроструктуры порошковой смеси на микроструктуру и механизм распространения волны безгазового горения для систем Ti-Si, Ti-C, Ni-Al. Результаты доказывают реализацию гетерогенного (эстафетного) режима горения данных безгазовых составов.
Для механоактивированных частиц впервые установлена зависимость среднего состава композитной частицы, образовавшейся в процессе механоактивации, от ее размера. Впервые исследована микроструктура волны горения в механически активированных (агломерированных) смесях Ni-Al. Впервые получены зависимости скорости и времени горения отдельных агломерированных частиц, а также времени их прогрева, от размера частиц и пористости среды. Установлена связь микроскопических (локальные) и макроскопические (глобальные) характеристики процесса. Показано, что горение механоактивированных смесей Ni-Al является удобной моделью для исследования микрогетерогенных режимов горения.
Впервые осуществлена скоростная микро-видеозапись волн безгазового горения в многослойных нанопленках, на примере системы Ti-Al. Показано, что горение происходит в квази-гомогенном режиме (без остановок фронта горения), но при этом наблюдаются значительные колебания скорости распространения волны.
Практическая ценность работы. Изучение микроструктуры продуктов горения показало, что, в отличие от не активированных порошковых смесей Ni-Al, при горении которых происходит слияние многих частиц компонентов, при горения механоактивированных эквимолярных смесей Ni-Al каждая композитная частица образует отдельную частицу продукта, сохраняя свою индивидуальность, что может быть использовано для получения в режиме СВС материалов с принципиально новой микроструктурой.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на девяти научных конференциях: Всероссийской конференции «Процессы горения и взрыва в физикохимии и технологии неорганических материалов» (Москва,
' . . 4
Россия, 24-27 июня, 2002 г.); VII международном симпозиуме по СВС (Краков, Польша, 6-9 июля 2003 г.); XIX Всероссийское совещание по температуроустойчивым функциональным покрытиям (Санкт-Петербург, Россия, 15-17 апреля 2003 г.); Всероссийской школе-семинаре по структурной макрокинетике для молодых ученых (Черноголовка, Россия, 24-26 ноября 2003 г., грамота III степени); Международном симпозиуме «Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах ОМА» (Сочи, Россия, 2-5 сентября, 2003 г.); V Минском международном форуме по тепло-массообмену (Минск, Республика Беларусь, 24-28 мая 2004 года); VII International Conference on Sintering and II International Conference on Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies "Mechanochemical synthesis an sintering" (Novosibirsk, Russia, June 14-18, 2004 ); Второй всероссийской школе-семинаре по структурной макрокинетике для молодых ученых (Черноголовка, Россия, 24-26 ноября 2004 г., диплом II степени), XII симпозизиуме по горению и взрыву (Черноголовка, Россия, 14-18 февраля 2005 г.).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в виде 5 статей в научных отечественных и зарубежных журналах, 6 статей в трудах и 8 тезисов российских и международных конференций.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 163 страницы машинописного текста, включая 3 таблицы, 52 рисунка и список литературы из 120 наименований.
Экспериментальные данные о микроструктуре реакционной среды и волны безгазового горения.
Микроструктурные характеристики исходных реакционных смесей, такие как дисперсность реагентов, пористость, контакты между частицами и другие, оказывают большое влияние на процесс горения и структуру синтезируемых материалов. Они важны и для развития теоретических моделей процесса, например, в квазигомогенной модели безгазового горения роль исходной микроструктуры проявляется через ее влияние на вид функции тепловыделения [40], а в гетерогенной модели микроструктура исходной среды определяет также основные закономерности теплопередачи в волне горения [2]. В литературе по безгазовому горению наиболее распространена упрощенная модель исходной среды, в которой частицы реагентов предполагаются округлой формы, и каждая частица крупнозернистого реагента окружена частицами мелкого реагента [16,17,28]. Более широкий диапазон структурных моделей исходной среды изучен в работах по гетерогенным конденсированным смесям [41-43], в которых учитывается возможность образования каркасов крупных частиц, фрактальных структур и рассмотрены частицы более сложной формы. Однако и эти работы далеко не исчерпывают всего разнообразия моделей зернистой среды, рассмотренных, например, в [44]. Поэтому выбор адекватной модели для описания среды при безгазовом горении остается актуальной задачей, для решения которой необходимо получить экспериментальные данные о микроструктуре и физико-химических свойствах исследуемой смеси.
Несмотря на большое число работ в области безгазового горения, в настоящее время очевиден недостаток конкретных экспериментальных данных о микроструктуре и транспортных свойствах безгазовых составов. Были измерены зависимости теплопроводности и электропроводности некоторых смесей от плотности и размера частиц [45-48]; микроструктуры исходных смесей и зоны реакции были рассмотрены в ряде работ по закалке волны безгазового горения [18-20]. Однако точных количественных данных, которые позволили бы ответить на вопросы о том, существует ли непрерывный каркас крупных металлических частиц, или каждая металлическая частица окружена более мелким реагентом, каковы свойства контакта между частицами, можно ли выделить элементарную реакционную ячейку и какова ее структура, до сих пор не было получено. Зачастую данные разных авторов о скорости горения одного и того же состава различаются в несколько раз (например, [49], [50]). Теория предполагает однозначную зависимость скорости горения от среднего размера частиц в случае одномодального распределения размеров [51]. В экспериментах же было обнаружено, что скорость горения составов Ti-C-Ni [19] и Ti-BN [52] зависит от дисперсии размеров: составы на основе узких фракций горели быстрее, чем на основе полидисперсных порошков. В работе [4] рассмотрена макрокинетика СВС-систем на основе карбида титана. Использован метод высокочастотной киносъемки, позволивший наблюдать процессы формирования реакционной поверхности и химического реагирования. Механизм горения существенно зависел от удельной поверхности используемого углеродного материала. Распространение волны горения лимитировалось при этом капиллярным растеканием. В работе [53] экспериментально исследован механизм горения в многослойной системе дисков, прессованных из смеси 5Ti + 3Si, при воздействии на образец сжимающих напряжений. В исследованном интервале параметров процесса обнаружено существование только эстафетного режима горения. Расчет времени передачи горения между дисками показывает существование его минимального значения, приближающегося к времени передачи горения от частицы к частице. В работе [15] экспериментально исследован механизм горения в многослойной системе 5Ti + 3 Si при укладки дисков с зазором. Обнаружено существование сверхадиабатического режима горения. Показано, что при всех исследованных параметрах процесса реализуется только эстафетный режим горения. Проведены оценки вклада теплопередачи излучением при горении, который составляет 50-56% для гелия, 89-92% для аргона, 95-97% для остаточного вакуума. В работе [54] при исследовании горения в азоте тонких дисков, спрессованных из порошков ниобия, были обнаружены два различных режима распространения процесса: квазигомогенный, когда в различных стадиях нагрева и реагирования находятся одновременно несколько дисков, и гетерогенный или эстафетный режим, когда к моменту окончания горения предыдущего диска последующий еще не успевает прогреться и воспламеняется после некоторого индукционного периода. В работе [55] сформулирована математическая модель, описывающая распространение горения в многослойной системе, и показана возможность осуществления двух предельных режимов горения - квазигомогенного и эстафетного. В работе [56] проведено численное исследование модели [55] и закономерностей перехода от одного предельного режима к другому. Теоретический анализ эстафетного механизма горения выполнен также в [3], где рассмотрена упрощенная модель, в которой вместо кинетического уравнения вводится время реакции tp, причем реакция «включается» сразу же по достижении ячейкой температуры воспламенения Т.. В работе [57] проведен математический анализ эстафетного механизма горения для случая преимущественно лучистого теплообмена между дисками. В работе [58] экспериментально исследовано влияние различных параметров (плотность и диаметр образца, размер частиц титана, разбавление исходной смеси конечным продуктом, соотношение металла и неметалла в исходной смеси) на температуру и скорость горения системы титан -кремний. Показано, что для данной системы характерны процессы, относящиеся к категории элементарных моделей горения второго рода, т. е. когда имеется участок изотермического протекания реакции, который экранирует тепловой поток из зоны максимальной температуры.
Метало графические исследования микроструктуры образцов. Элементы количественной металлографии и стереологии
Для изучения микроструктурных характеристик среды прессовались образцы различной плотности, которые затем пропитывались эпоксидной смолой, разбавленной ацетоном для уменьшения вязкости. После затвердевания смолы изготавливались металлографические шлифы. Фотографии микроструктуры получались с помощью растрового электронного микроскопа - микроанализатора JCXA-733 (JEOL) «Superprobe». Полученные негативы подвергались цифровому сканированию и компьютерной обработке. Затем с помощью программы ImagePro 4.0 определялся средний диаметр частиц, число частиц в единице объема, удельная площадь поверхности частиц. Удельная площадь поверхности частиц титана из разных фракций, полученная по результатам количественной металлографии, представлена в таблице 2.1.
Электропроводность. Для измерения электропроводности смесей была изготовлена специальная цилиндрическая пресс-форма с тефлоновым покрытием внутренних стенок, диаметром 16 мм. Измерения проводились четырехточечным методом непосредственно в пресс-форме, с использованием миллиомметра Е6-18 (рис. 2.1), верхний и нижний пуансоны служили токовыми электродами, а потенциальные электроды были введены через стенку пресс-формы. Зависимости электропроводности от пористости смеси измерялась непосредственно в процессе прессования. Измерения электропроводности многослойных пленок производились аналогично, четырехточечным методом, с использованием миллиомметра Е6-18. Схема измерений представлена нарис. 2.2.
Теплопроводность. Измерения теплопроводности исходных образцов проводились с помощью специально сконструированного для этих целей автоматического лямбда-калориметра (рис.2.3.). Он состоял из 2-х медных блоков, каждый блок имел автоматическую адиабатическую защиту. Между блоками зажимался образец в виде диска диаметром 18 мм и высотой 3-5 мм, спрессованный из исследуемого порошка или смеси порошков. Образцы с насыпной пористостью (не прессованные) насыпались в тонкостенную керамическую оправку и также зажимались между медными блоками. Один из блоков нагревался линейно, скорость нагрева контролировалась компьютером через цифро-аналоговый преобразователь. В процессе измерения, с помощью хромель-копелевых термопар, запрессованных у торцевых поверхностей медных блоков, определялась скорость нагрева каждого блока и разность температур на торцевых поверхностях образца.
В отдельном эксперименте определялся поправочный коэффициент, учитывающий контактное термосопротивление на торцевых поверхностях образца. По этим измерениям рассчитывалась теплопроводность образцов. Идея, теория и конструкции лямбда-калориметра подробно описаны в работе [48]. Рабочий температурный диапазон калориметра 100-400С. Точность определения коэффициента теплопроводности 5%. Измерения теплопроводности проводились в вакууме, на воздухе и в атмосфере гелия. Для этих целей Я.-калориметр помещался в рабочую камеру ВУПа-5, которая откачивалась до высокого вакуума (10"4 Па), затем при измерениях в атмосфере гелия рабочая камера заполнялась гелием, давление гелия поддерживалось на уровне 1 атм.
Зависимости плотности (пористости) образцов от давления прессования определялись с помощью испытательного прибора Instron 1195. Испытуемые смеси либо отдельные порошки засыпались в стальную пресс-форму диаметром 10 мм и затем прессовались. Давление прессования доходило до 5 тонн. Измерения зависимости высоты образца от давления прессования проводились в динамическом непрерывном режиме и затем пересчитывались в зависимость плотности, пористости либо объемной доли титана в образце от давления прессования.
Характеристики волны безгазового горения в гетерогенной среде
На рис. 3.11 и 3.12 представлены зависимости координаты фронта горения от времени для образцов спрессованных из смесей 5Ti+3Si и Ni+Al соответственно до относительной плотности 0,55. Данные зависимости получены после обработки высокоскоростной (3846 кадров в секунду для смеси 5Ti+3Si и 2000 кадров в секунду для смеси Ni+Al) видеосъемки безгазового горения. В обоих случаях данные зависимости представляют из себя множество ступенек, состоящих из чередующихся горизонтальных и вертикальных участков, Горизонтальные участки соответствуют периоду неподвижности фронта, прогреву несгоревшей области образца. Вертикальные участки соответствуют скачку фронта горения по прогретой области. Зависимость скорости горения образцов от дисперсности титана для составов Ti+0,7C и 5Ti+3Si представлена на рис. 3.13. Поскольку прессуемость разных фракций различна, образцы прессовались до относительной плотности 0,55 (при этом давление прессования было больше для более крупных порошков). При этом была обнаружена аномальная зависимость скорости от размера частиц в диапазоне до -100 мкм: скорость растет с увеличением размера частиц (кривые 1,2). Объяснение этому по видимому заключается в следующем: с увеличением размера усложняется форма частиц Ті, становясь более разветвленной, соответственно, каждая частица Ті имеет большее число контактов с другими частицами Ті. Прогрев частицы, являющийся лимитирующей стадией распространения волны СВС, осуществляется быстрее. Если же образцы прессовались при одинаковом давлении прессования и имели разную плотность, скорость очень слабо зависит от размера частиц титана в указанном диапазоне (кривая 3). Когда размер частиц превышает 100 мкм, скорость начинает уменьшаться, по-видимому, из-за замедления экзотермической реакции.
Сопоставление кривых 1, 2 на рис. 3.13 с данными рис. 3.5 показывает хорошую корреляцию в диапазоне до 100 мкм. Электропроводность смеси 5Ti+3Si также увеличивается с увеличением размера частиц Ті. Чем выше электропроводность смеси, то есть чем больше контактов между частицами титана, тем выше скорость горения. На рис. 3.14, 3.15 и 3.16 представлены фотографии микроструктуры продуктов СВС соответственно Ni-Al, Ti-Si и Ti-0,7C. Фотографии микроструктуры шлифов получены с помощью растрового электронного микроскопа - микроанализатора JCXA-733 (JEOL) «Superprobe» в режиме "compo". Видно, что продукты обладают гораздо большей связностью, чем исходная шихта. Наличие непрерывного каркаса в продуктах не вызывает сомнения. Рентгенофазовый анализ продуктов СВС системы Ti-Si показал, что преобладающей фазой в продуктах является TiSi, есть небольшое количество ТІ8І2, и фазой, присутствующей в продукте в наименьшем количестве, является Ti5Si3. В зависимости от начальной температуры горения в продукте меняется количественное содержание фаз, качественное соотношение остается приблизительно постоянным, хотя с ростом начальной температуры количество в продукте фазы TifSi3 возрастает, а фазы TiSi2 убывает. Видно, что структура продуктов горения отличается от структуры исходной среды. Соответственно, можно сделать вывод о том, что в процессе горения структура среды изменяется. Однако, как показали наши экспериментальные наблюдения, вплоть до того момента, когда в данном участке среды происходит реакция, она не меняется. Лимитирующей стадией распространения волны безгазового горения является прогрев несгоревшего участка исходной среды, длительность которого значительно превышает характерное время реакции. Ввиду этого, объектом нашего исследования стала микроструктура исходной среды. Основное содержание главы опубликовано в работах [62, 107-113]. Фотографии исходных, не активированных, частиц Ni и Л1 приведены на рис. 4.1. Следует отметить небольшие размеры частиц: частицы Ni и А1 имеют размер менее 40 микрон. После механической активации смеси Ni + А1 мы получали композитные частицы - гранулы, значительно превышающие по размеру исходные частицы Ni и А1, и состоящие из чередующихся слоев Ni и А1. Размер некоторых композитных частиц превышал 500 микрон. Распределение композитных частиц по размеру приводится в табл. 4.1. Фотографии композитных частиц, полученных с помощью механической активации, представлены на рис. 4.2. Можно предположить, что в процессе активации частицы Ni и AI слипаются, наклёпываются, образуя композитные гранулы. Среди мелких фракций активированных частиц попадаются отдельные частицы Ni и А1, среди крупных фракций таких частиц практически нет. По фотофафиям микроструктуры шлифов образцов различной плотности, спрессованных из активированной смеси Ni + AI, определялись средние размеры реакционной ячейки, за которую была принята одна композитная частица.
Электропроводность реакционных гранулированных смесей
График зависимости электропроводности механически активированной смеси Ni + А1 от пористости образца представлен на рис. 4.6. Здесь же приведен график зависимости электропроводности не активированной смеси Ni + А1 от пористости образца. Видно, что после механической активации электропроводность смеси Ni + А1 возрастает на порядки. Объяснение этому эффекту, по-видимому, заключается в следующем: множество мелких исходных частиц Ni и А1 в процессе активации слипаются между собой, образуя крупные композитные гранулы. При этом резко возрастает число и размеры контактов между исходными частицами Ni и А1, кроме того, в процессе активации, возможно, частично удаляются оксиды и различные адсорбированные пленки с поверхности исходных частиц Ni и А1.
Фотографии волны безгазового горения в механически активированной смеси Ni - А1 представлены на рис. 4.7. Ширина линии фронта имеет размер порядка характерного размера гранулированных частиц смеси, линия фронта хаотически изогнута. Перемещение фронта горения происходит в два сменяющих друг друга этапа - этап прогрева несгоревшей области, когда фронт неподвижен и этап сгорания, когда фронт резко перемещается по прогретой области. Затем опять следует этап прогрева и так далее. Это свидетельствует в пользу гетерогенной модели горения в данном случае, так как видно, что характерное время передачи тепла от сгоревшей реакционной ячейки к несгоревшей намного превосходит время самой экзотермической реакции в ячейке.
На рис. 4,8. представлена фотография микроструктуры продуктов горения механически активированной смеси Ni + А1. Видно, что после горения, гранулированные композитные частицы округляются, видимо из-за плавления, но не растекаются, а сохраняют свою индивидуальность. С помощью покадрового просмотра высокоскоростной видеозаписи процесса горения механически активированной смеси Ni + Л1 определялись локальные характеристики волны горения: зависимость координаты фронта горения от времени, время прогрева одной композитной частицы, время и скорость горения одной композитной частицы, длина скачка фронта. Данные измерения проводились для полидисперсной механически активированной смеси Ni + А1 и для фракции этой смеси 160-250 мкм в зависимости от плотности образцов. Следует отметить, что образцы приготовленные из фракции смеси 160 -250 мкм поджигались легче, чем образцы, приготовленные из полидисперсной смеси, поэтому в серии экспериментов с образцами из фракции 160 - 250 мкм удалось провести исследование до большей плотности образцов. На рис. 4.9 и 4.10 представлены графики зависимости координаты фронта горения от времени для полидисперсной активированной смеси Ni+Al и для фракции этой смеси 160-250 микрон. Видно, что графики представляют из себя множество ступенек, составленных чередующимися горизонтальными и вертикальными линиями. Горизонтальные участки, во время которых фронт неподвижен, соответствуют прогреву частицы. Вертикальные участки, во время которых фронт скачком перемещается, соответствуют сгоранию частицы. На рис. 4.11. представлена зависимость времени прогрева одной композитной частицы от плотности образца. Видно, что общая тенденция заключается в том, что с увеличением плотности образца время прогрева одной частицы уменьшается, что можно объяснить увеличением числа и площади контактов между частицами и, следовательно, повышением теплопроводности образца. У образцов из полидисперсной смеси эта тенденция выражена слабее, чем у образцов из смеси узкой фракции 160 - 250 мкм. Объяснение этому заключается, видимо, в большой дисперсии размеров частиц у полидисперсной смеси.
Зависимости времени и скорости горения частицы от относительной плотности образца представлены на рис. 4.12. и 4.13. соответственно. Общая тенденция состоит в увеличении времени горения и уменьшении скорости горения частицы с увеличением плотности образца. Это можно объяснить тем, что с увеличением плотности образца увеличивается число и площадь контактов между частицами, и, соответственно, возрастает теплоотвод от каждой частицы. Следует отметить, что в некоторых случаях частица сгорает за один кадр - в этом случае мы полагаем, что она сгорает в режиме теплового взрыва. В других случаях частица сгорает за несколько кадров, и мы наблюдаем за перемещением фронта горения по частице и можем определить скорость горения частицы. На рис. 4,14. и 4.15. представлены вероятностные распределения времени прогрева одной частицы полидисперсной активированной смеси Ni + AI (рис. 4.14.) и фракции этой смеси 160-250 мкм (рис. 4.15.) для образцов различной плотности. Видно, что с увеличением плотности образцов длительные времена прогрева становятся менее вероятны, т. е. время прогрева уменьшается из-за улучшения контактов между частицами.
