Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 7
1.1 Статические нагрузки в порошковых смесях 7
1.2 Динамические нагрузки в порошковых смесях 12
1.3 Статическое давление газовой среды 13
1.3.1 Сущность и история развития метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза 14
1.3.2 Молекулярный и кондуктивньш перенос тепла в пористых гетерогенных системах 17
Глава 2. Методики экспериментов 22
2.1 Эксперименты по статическому нагружению 22
2.1.1 Методика исследования высокоэнергетических эффектов 26
2.2 Эксперименты по динамическому нагружению 26
2.3 Методики экспериментов по исследованию влияния статического давления газовой среды 29
2.3.1 Характеристики использованных реагентов и материалов 29
2.3.2 Характеристика экспериментальных установо к 30
2.3.3 Дегазация образцов 32
Глава 3. Статическое сжатие порошковых смесей 35
3.1 Разрушение и реакция 35
3.2 Одиокомпонентные системы 43
3.3 Многокомпонентные системы 44
3.4 Сжатие образцов и многократные взрывы ,...47
3.5 Исследование высокоэнергетического излучения 49
Глава 4. Физические модели процессов сопровождающих статическое сжатие порошковых смесей 51
4.1 Фаза, предшествующая взрыву 51
4.2 Макроскопическая модель напряжений в порошках 52
4.2.1 Напряжения между наковален 60
4.2.2 Обсуждение 64
4.3 Мезоскопическая модель частиц в арке 67
4.4 Микроскопическая модель для описания неравновесности в частице 71
4.5 Термализация окружающей среды после взрыва 76
Глава 5. Ударно-волновое нагружение 82
5.1 Химические превращения в смеси ТІ-С, инициированные ударной волной 83
5.2 Откол ьные явления в ампулах сохранения при ударном сжатии порошковых смесей Ti-C nZn-S 84
Глава 6. Результаты экспериментов по исследованию влияния статического давления газовой среды 92
6.1. Система Титан-Крем ний 92
6.2. Система Молибден-Бор 96
6.3 Роль молекулярного, кондуктивкого и других механизмов теплопередачи в распространении гетерогенной волны горения 98
6.3.1 Обсуждение результатов по системе Ti-Si 98
6.3.2 Обсуждение результатов по системе Мо-В 101
Выводы 102
Список литературы 104
- Сущность и история развития метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
- Методики экспериментов по исследованию влияния статического давления газовой среды
- Микроскопическая модель для описания неравновесности в частице
- Откол ьные явления в ампулах сохранения при ударном сжатии порошковых смесей Ti-C nZn-S
Введение к работе
Создание высокоэффективных технологий получения материалов в режиме быстропротекающих гетерогенных реакций является важной задачей. Решение этой проблемы тесно связано с изучением возможностей управления и влияния на режим быстропротекающих гетерогенных реакций, т.е. выявлением параметров синтеза, изучение механизмов, отвечающих за протекание процесса. Классический метод инициации гетерогенных систем - посредством теплового воспламенения. Другой возможный путь инициирования гетерогенной среды -посредством давления, как в статическом, так и в динамическом режимах. Данная работа рассматривает влияние статических и динамических нагрузок на инициирование и протекание химических реакций в порошковых смесях.
Статическое и динамическое нагружении порошковых смесей с инициацией в них химических реакций представляет собой актуальное направление исследований, с возможностью понять и изучить механизмы возможного синтеза термодинамически сильно неравновесных продуктов (аналогов природного алмаза и т.п.). Также представляет интерес влияние статического давления газовой среды на процессы прохождения химической реакции. Так как газовая среда является естественным параметром, который может быть использован для управления реакциями синтеза, ввиду относительной простоты контроля газовой среды.
С научной точки зрения решение вышеозначенных задач, потребует решения дополнительных проблем, имеющих также самостоятельное научное значение. Такие как проблема изучения механического поведения самой порошковой, т.е. гранулированной среды под действием статических и динамических нагрузок. Проблема описания процессов распространения напряжений в сыпучих средах с помощью физических моделей. Проблема взаимодействия частиц в порошковых смесях в масштабе отдельных частиц. Влияние межчастичных контактов на процессы в целом. А также проблемы рассмотрения процесса разрушения кристаллической решетки компонентов смеси, как способа механоактивации систем и механизмы обратной связи указанных процессов.
Весь вышеозначенный комплекс проблем составляет предмет изучения в настоящей работе. Решение данных проблем приведет к глубокому пониманию фундаментальных процессов, которые могут быть положены в основу новых технологический решений в таких областях как экструзии высокого давления, ударно-волновые методы синтеза, равно как и привести к созданию новых методов синтеза и новых материалов.
В настоящей работы исследованы зависимости скоростей разлёта осколков и иные энергетические эффекты в процессе взрыва широкого спектра порошковых смесей вследствие сжатия в наковальнях Бриджмена. Построен и проверен ряд физических моделей описывающих процессы, сопровождающие сжатие и разрушение порошковых смесей в наковальнях Бриджмена. Двумя независимыми способами (по ударной адиабате и откольным явлениям) исследовано протекание химических реакций при ударно-волновом нагружении порошковых смесей Ti-C и Zn-S. А также проведен ряд экспериментов по исследованию влияния статического давления газовой среды на процесс распространения горения в порошковых смесях ТІ-Si и Мо-В.
Сущность и история развития метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
В большинстве случаев только частичное прореагирование имело место, и был сделан вывод, об отсутствии доказательств усиления ударной волны химической реакцией. Также интересные результаты были получены Афанасьевым и др. [17-19] при исследовании механизмов деформации и разрушения как инертных, так и реагирующих веществ, включая ВВ. Davis и др. [20] проводил эксперименты с метанием пластины на смесях АІ+РегОз плюс тефлон и Ті+тефлон. Они нашли, что "явление подобное детонации может иметь место в смесях металл-полимер и металл/оксид металла - полимер в условиях ударного нагружения". Другое различие между пиротехническими смесями и взрывчатыми веществами состоит в гетерогенном характере пиротехнических смесей. Здесь топливо и окислитель состоят из отдельных частиц, и они не так идеально перемешаны как во взрывчатых веществах. Таким образом, можно заметить, что в отличие от взрывчатых веществ, два дополнительных шага необходимы для быстрой реакции гетерогенных порошков: 1) порошки должны измельчаться, чтобы получались очень мелкие реагенты (большинство атомов находится около поверхности) и 2) эти измельчённые реагенты должны перемешиваться. Если эти шаги - требуют затрат по времени, то это объясняет ограниченный успех ударноволновых экспериментов. Кроме того, линейно аппроксимируя можно прийти к выводу, что использование нанопорошков поможет обойти этап №1, но стало очевидно, что процесс разрушения не только генерирует большие площади поверхности; он также производит неравновесные частицы, которые реагирует почти "мгновенно" без активации. Этот вклад разрушения вероятно меньше всего понят, но он сильно вовлекает механические и химические процессы. В конце следующего параграфа будет показана аномалия, которая связана с этой ролью процесса разрушения.
В 1935, Bridgman [21] доложил о результатах экспериментов с комбинированием гидростатического сжатия и сдвига для широкого спектра материалов. В то время как большинство материалов подверглось полиморфному преобразованию, некоторые реагировали разрушительно; РЬО разлагается беззвучно до тонкой пленки свинца, в то время как РЬОг взрывается с образованием остатка РЬ. Реагирующие смеси продемонстрировали ещё более яркие результаты; так стехиометрическая смесь Си и S взрывается при прилагаемом осевом (без сдвига) нагружении в 2 ГПа, с образованием CuS. Экзотермические реакции, такие как АІ/РегОз проходят в режиме "подобном детонации", с разрушением деталей пресса, при гидростатических давлениях между 1-3 ГПа. В случае Al/CuSCU, взрыв происходит только после приложения усилия сдвига. Результаты Бриджмена указывают, что в присутствии механического нагружения, быстро генерируются новые поверхности. Ениколопов и сотрудники изучали многие системы, и эндотермические и экзотермические, с наковальнями Бриджмена и экструдерами высокого давления [22-30]. Они расширили составленный Бриджменом список, к примеру, C11SO4 5НгО разрушительно разлагается при 700МПа (без приложения сдвига) с образованием элементарной меди (Си) в остатке [23,25]. Их эксперименты дают дальнейшие доказательства существования структурного разрушения, Епиколопов получил свидетельства механически активированных реакций. Спрессованные в диски толщиной 4мм смеси АІ/БегОз полностью прореагировали за времена не превышающие 100 наносекунд [24,26], наковальни были разрушены, и нехватка пластической деформации в зонах разрушения указывает на возможность детонации. Частицы были выброшены из цилиндрически спрессованых таблеток (образцы радиально не ограничены) со скоростями до 2000 м/с [26]. Реакции сопровождались эмиссией высокоэнергетических электронов, звуком и электромагнитным излучением [25]. Ениколопов [29] обнаружил следующую аномалию. Интенсивность взрыва термитных смесей под воздействием гидростатического сжатия увеличивается, при использовании более крупных частиц и АІ+РегОз детонирует в диапазоне размеров частиц: 300/да S S 1, ЮО/т;0лл 1,000/и (Смеси частиц этих размеров обычно не реагировали бы при тепловом воспламенении).
Работа Ениколопова [29] дает дальнейшие доказательства в пользу механизма основанного на образовании новых поверхностей. Бацанов [31] отметил, что с увеличением давления, ионные соединения перераспределяют плотности валентных электронов, и заряды Szegeti уменьшаются (происходит ослабление длинных сил) до тех пор, пока не достигается декомпозиция. Реагенты находятся в состоянии более высокой химической реакционноспособности. Под воздействием разрушения химически активные частицы выбрасываются из фронта распространения трещин, и быстрые химические реакции ведут к образованию высокоэнергетических продуктов, которые могут стимулировать разрушение смежных областей - это может объяснить механизм обратной связи между механическими и химическими процессами. Формулировка уравнения состояния становится сомнительной в этой области, так как масштабы времени сокращаются до момента, когда тепловое равновесие не установлено, и концепция температуры не определена. Для изучения сверхбыстрых механизмов передачи массы и энергии, необходимы механизмы, учитывающие Фурье теплопроводность и механизмы диффузии, связанные со структурным разрушением кристаллической решетки, инициированным механическим/тепловым посредством. Мы считаем, что сверхбыстрая генерация новых поверхностей, является ключом к этой проблеме.
Методики экспериментов по исследованию влияния статического давления газовой среды
Для исследования высокоэнергетических эффектов Рентгеновская пленка была экспозирована реакцией и ее продуктами. Рентгеновская пленка (KODAK Х-ОМАТ AR) помещалась в 10 см от центра наковален. Следующие меры предосторожности были предприняты, чтобы защитить пленку от случайной экспозиции и повреждения осколками в процессе взрыва. Пленка была помещена в плотный черный пластиковый пакет и затем помещена внутрь конверта из плотной бумаги. Конверт был прикреплен скочем к задней поверхности листа плексигласа толщиной 6 мм. Таким образом, пленка хорошо заэкранирована от видимого и ультрафиолетового света. Рентгеновские пленки не чувствительны к инфракрасному свету. Это было проверено экспозицией пленки в конверте перед лампой накаливания (богатой инфракрасным излучением) на несколько минут, после проявки, никакой засветки не обнаружено.
В экспериментах по исследованию химических превращений в смеси Ti-C, инициированных ударной волной, использовалась смесь порошков титана с размером частиц около 20 мкм и графита с размером частиц около 5 мкм в стехиометрическом соотношении (50/50), которая запечатывалась в алюминиевую капсулу и размещалась в специальном контейнере. Исходная пористость смеси составляла 30%. Ударная волна в исследуемой смеси генерировалась в результате высокоскоростного удара алюминиевой пластины, метаемой продуктами детонации конденсированного взрывчатого вещества, по алюминиевой капсуле. Конструкция и геометрические размеры ударно-волнового генератора и контейнера выбирались таким образом, чтобы обеспечить плоский фронт ударной волны в исследуемом веществе и исключить действие отраженных ударных волн и волн разгрузки. Электроконтактпым методом измерялась скорость алюминиевого ударника (W) и скорость ударной волны в исследуемом веществе (D). Остальные параметры ударной волны, такие как, массовая скорость (U), давление (Р) и удельный объем (V), определялись с использованием законов сохранения импульса и массы, а также комбинации методов "торможения" и "отражения", изложенных в [69]. Глубина химического превращения вещества за фронтом ударной волны оценивалась с помощью метода рентгенофазового анализа.
В экспериментах по исследованию откольных явлений смесь порошков титана (р= 4,52 г/смЗ) и графита (р = 2,26 г/смЗ) в соотношении 1:1 запрессовывалась до 67 %-й плотности сплошного материала в стальную цилиндрическую ампулу высотой 55 мм с внешним диаметром 10 и внутренним — 5 мм, толщина верхней и нижней пробок 10 мм. Ампула нагружалась цилиндрическим зарядом насыпного гексогена диаметром 40 и высотой 100 мм. Взрывная сборка устанавливалась на стальную плиту с зазором 2 мм, в который помещалась тефлоновая пластинка. Параллельно выполнялся опыт с инертным материалом, приготовленным из гомогенной смеси порошков карбида титана (получен из Института твердых сплавов) и CsCI в отношении 1:3, ударная адиабата которого (в p-V-координатах) такая же, что и для смеси ТІ-С.
Также были поставлены аналогичные опыты по ударному сжатию порошков ZnS и Zn-S в таких же цилиндрических ампулах, с 65 %-й плотностью заполнения инертного и реагирующего материалов и использованием в качестве зарядов состава ТГ 80/20 (скорость детонации 7,2 км/с, диаметр заряда 60 мм, высота 100 мм). Детонация инициировалась цилиндрической шашкой (40 X 40 мм) насыпного гексогена. взаимодействия в цилиндрической ампуле
Для выяснения качественного поведения рассматриваемых реакционных смесей в области нерегулярного взаимодействия в цилиндрической ампуле были проведены дополнительные эксперименты. Использовались стехиометрическая смесь Zn-S, реакция в шторой проходит без образования газовой фазы при нагружении ударной волной; соединение CdCCh, разлагающееся с выделением СОг, и для сравнения инертное соединение РЬО. Нагружение осуществлялось аммонитом насыпной плотностью 1,1 г/см2. Заряд располагался до середины ампулы (рис. 7). Высота заряда 60 мм, длина ампулы 120 мм. 2.3 Методики экспериментов по исследованию влияния статического давления газовой среды
В работе изучалось горение спрессованных пористых образцов. Соответственно для системы Ti-Si образцы прессовались из порошков титана и кремния в стехиометрии 5ТІ+35І. Использовались: титан марки ПТС d=40 мкм, кремний (производства Швеции) 6=40 мкм. Диаметр составлял 10 мм, высота 25-30 мм. Образцы прессовались с использованием гидравлического пресса, развивающего усилие до 250 кг/см . Прессование выполнялось двустороннее, чтобы избежать неравномерного распределения плотности по длине образца. Относительная плотность варьировалась в интервале 0.45-0.72, Добиться столь высокой пористости образцов удалось с помощью малых добавок спиртового раствора поливинил бутила к исходной порошковой смеси.
Для системы Мо-В образцы прессовались из порошков молибдена и бора в стехиометрии Мо+В. Использовались: молибден с размером частиц -2 мкм и аморфный бор чистоты 98%, с частицами 1 мкм. Диаметр образцов составлял 8-Ю мм высота 25-35 мм. С помощью гидравлического пресса также выполнялось двустороннее прессование с целью избежать неравномерного распределения плотности по длине образца. Относительная плотность образцов варьировалась от 0.37 до 0.67. Для получения образцов с высокой пористостью использовались малые добавки спиртового раствора поливинилбутила.
Микроскопическая модель для описания неравновесности в частице
В экспериментах с плексигласом (РММА), оксидом висмута (III), и смесью оксида висмута (III) + 50% алюминия происходили одиночные взрывы в процессе сжатия. В последнем случае (оксид висмута(Ш) + 50% алюминия) коллапс кристаллической решетки сопровождался сильной вспышкой. Мы можем предположить, что неравновесные продукты разрушения весьма реакционноспособны, и волна разрушения сопровождается фронтом реакции. Комбинированный эффект коллапса кристаллической решетки и химической реакции приводят к сильному взрыву. Последовательные по времени кадры расположены сверху вниз на Рис. 12. Можно получить представление относительно фотоэмиссии в процессе взрыва, рассмотрев белые области на Рис. 12. На первом кадре (верхний) показан профиль наковален непосредственно перед взрывом. На следующем кадре ясно различимо более темное облако непрореагировавших материалов выброшенных из середины наковален и также заметна некоторая фотоэмиссия от реакции материалов ближе к вершине и основанию наковален. На третьем кадре показана видимая демаркация между зонами химической реакции наверху и у основания, в то время как облако непрореагировавшей пыли заполняет большую часть центра и область перед зонами реакции. На четвертом кадре яркая зона химической реакции догоняет темную область продвижения осколков. В экспериментах с сульфатом меди и порошком серы наблюдались двойные взрывы в процессе сжатия (первый взрыв слабый, и основной сильный взрыв). В экспериментах со смесью сера+10% цинка, мы обнаружили многократные (до семи) взрывы в процессе одного сжатия. На Рис.13 мы представляем последовательность событий в процессе этого эксперимента. Три наблюдения заслуживают внимания. Скорости частиц увеличиваются с каждым взрывом и промежутки времени между последовательными взрывами также увеличивается. Сила заключительного взрыва существенно выше других. Поэтому разумно заключить, что химическая реакция могла играть роль в последнем случае. Интересно обратить внимание на то, что промежуток времени между последними двумя взрывами -приблизительно 400 мсек.
На Рис. 14 представлена диаграмма скоростей мелких осколков выброшенных взрывом для всех исследованных материалов. Скорости разлёта осколков, которые были измерены с помощью высокоскоростного видео, варьируются в рамках одного эксперимента, по общая тенденция состоит в том, что более мелкие осколки имеют более высокие скорости. Мы сопоставляем наибольшие скорости самых мелких осколков, которые все еще различимы в видеоклипах. Сравнение скоростей мелких осколков основных взрывов показывает, что присутствие фазы металла в смеси приводит к уменьшению скорости разлета осколков после основного взрыва приблизительно на 40%. Однако, скорости мелких осколков в предварительных взрывах для смесей сив отсутствии фазы металла не показывают какого-либо существенного различия. Несколько факторов играют роль в эффекте уменьшения скоростей разлёта осколков в случае присутствия фазы металла. Сначала рассмотрим объяснения, основанные на распределении энергии. Энергия, которая добавлена к системе вследствие одноосного сжатия, запасается в кристаллической решетке материала (то есть оксида или серы) как упругая потенциальная энергия и как пластическая деформация в фазах металла. Упругая потенциальная энергия высвобождается в момент коллапса кристаллической решетки, событие взрыва. Пластическая деформация - необратимый процесс и энергия, которая запасена в деформированных кристаллических решетках, не может быть непосредственно восстановлена как кинетическая энергия (она восстановима как химическая потенциальная энергия). Поэтому меньше упругой потенциальной энергии сохранено в смесях хрупкий оксид/металл, чем в чисто хрупких образцах. Следовательно, меньше энергии высвобождено в процессе взрыва, и кинетическая энергия осколков более низкая. Предварительные взрывы происходят при более низких давлениях. При более низких давлениях пластическая деформация фазы металла меньше, и только малая часть полной энергии системы тратится на нее. Другое явление также происходит в системе оксид (и сера)/металл на стадии нагружения. До взрыва мы наблюдали миграцию фазы подверженной пластической деформации к головкам наковален. Сепарация фаз может оказать влияние на распределение напряжений в компакте. Весьма возможно, что фаза металла, которая концентрируется около головок наковален, могла уменьшать полную нагрузку перед разрушением, вследствие проскальзывания между металлической фазой и поверхностями головок наковален.
Скорости разлёта осколков - мера количества энергии, которая высвобождается при коллапсе устойчивого компакта. Оценка этого количества осложняется процессами, дополнительно потребляющими энергию: образование трещин и возбуждение электронов. На Рис. 15 представлена диаграмма данных двух экспериментов с многократными взрывами смеси предварительные взрывы происходят с относительно небольшими и одинаковыми скоростями разлёта осколков; и в одном случае мы наблюдаем основной взрыв, с высокой скоростью разлета осколков, а в другом случае основной взрыв не произошел. Таким образом, коллапс структуры материала - процесс, зависящий от пути и при повторении экспериментов, результат не обязательно тот же самый. Это не удивительно, так как волна разрушения является неравновесным процессом. Волна разрушения распространяется от границы к центру диска. Если волна разрушения достигает центра компакта раньше, чем нагрузка увеличивается достаточно, для того чтобы стабилизировать остаток компакта в новую арочную (несущую) структуру, следующего взрыва не будет.
Откол ьные явления в ампулах сохранения при ударном сжатии порошковых смесей Ti-C nZn-S
Наши эксперименты ясно показали, что различные термитные смеси могут быть инициированы при комнатной температуре, приложением достаточного давления к системе. Порошки в желаемом стехиометрическом отношении смешивались на малых оборотах в шаровой мельнице. После чего порошок спрессовывался в тонкий диск на лабораторном прессе. Размеры диска 10 мм в диаметре, толщина варьирвовалась от 2 до 6 мм. Диск помещался в наковальни Бриджмена и подвергался осевому сжатию, при этом он не был органичен по периферии. Критическое давление, при котором отмечалось начало реакции, изменялось с толщиной образца и содержанием металла. Реакция происходила в форме сильного взрыва. Пока металлическая стадия подвергалась пластической деформации под воздействием давления, ионные кристаллы запасали большую часть деформации как упругую потенциальную энергию. При критическом давлении происходило разрушение кристаллической решетки. Процесс разрушения не просто механизм высвобождения запасённой потенциальной энергии, он также создает локальные условия, которые способствуют производству высокоэнергетических частиц. Продукты разрушения также химически очень активны.
Термитные смеси обычно состоят из металла и окислителя. Примеры: АІ+РегОз; АІ+ВІ2О3; А1+МоОз; АІ+КСЮ4 и аналогичные системы, когда А1 заменен на Mg, Ті, Zr и другими металлами. Два металла, которые мы исследовали, цинк (система Zn+S) и алюминий. Когда пиротехнический материал зажжен, развивается дефлаграция, и скорость ее распространения определяется способностью к прогреву следующего слоя материала. Удельная теплопроводность, размер частиц и энергия активации - факторы, которые, в конечном счете, определяют скорость выделения энергии. Напротив, инициирование реакции давлением происходит механохимическим путем. Энергетический профиль сжатых порошков меняется, поскольку меняется распределение электронных плотностей, что влияет на уменьшение энергии активации. Волна разрушения, которая распространяется через материал, создает мелкие частицы с большой удельной площадью поверхности и одновременно смешивает реагенты. В конечном результате достигается резкое увеличение в скорости распространения реакции. Основываясь на комментариях Ениколопова, эти скорости могли превышать скорость звука. Короче говоря, скорости выделения энергии в пиротехнических материалах могли стать сопоставимы с подобными скоростями для взрывчатых веществ.
Когда металлический порошок добавлен к окислителю, реология смеси меняется. Металлические частицы размазываются в тонкие ламелы между более жесткими (и хрупкими) частицами ионных кристаллов. Если порошки не хранятся герметично до сжатия, влажность адсорбируется, и взрывы либо происходят с задержкой, либо не происходят вообще. В последнем случае мы можем извлечь сжатую таблетку для исследования. Мы наблюдали, что таблетки Al+Fe203, которые были сжаты без взрыва, происходила видимая миграция металлической фазы к головкам наковален, в то время как оксид оставался в центре, различные фазы разделялись на слои, параллельные плоскости наковален. Общая тенденция - рост критического давления с увеличением содержания металла. Содержание металла увеличивали, пока критическое давление не превысило максимальное допустимое давление пресса 1.92 ГПа. Согласно Сата и др. [74] в ходе деформации при низких температурах, т.е. в процессе холодной работы (обычно ниже, чем 150С, для сплавов AI), работа направлена на деформацию кристаллической решетки посредством введения в кристаллическую решетку дефектов и происходят следующие микроструктурные изменения. Они включают: удлинения зерна, сопровождающиеся увеличением удельной поверхности; увеличение концентрации дислокаций; увеличение сложности дислокаций; переориентация зерен относительно направления прилагаемого усилия. Для неупрочненных сплавов, энергия, запасенная в объеме вследствие пластической деформации є, для деформации при напряжении а будет є с 0.05, потому что только приблизительно 5% работы, совершенной в процессе деформации фактически сохраняется в металле. Остальное рассеивается в виде тепла. Измерения показывают, что количество запасенной энергии увеличивается с ростом холодной работы и составляет около 13 или 16 КДж/кг-атом для умеренно или сильно деформированного алюминия [75]. Эксперименты с оксидами Ре20з и ВІ2О3 и их термитами Al+Fe203 и АІ+ВІ2О3 вес были охарактеризованы различными задержками взрыва после приложения максимального давления. В случае ВІ2О3, наблюдались задержки до 40 секунд, тогда как в термите АІ+ВЇ2О3 происходила 25 секундная задержка. На эти задержки сильно влияют условия перед взрывом, особенно время экспозиции внешним условиям. В обоих примерах, о которых говорилось, материал был подвержен действию окружающей среды (атмосферы) в течение, по крайней мере, пяти минут. Никаких систематических исследований не было предпринято, из-за недостатка контроля над влажностью воздуха и температурой среды. Но основной момент, который должен быть виден из этих результатов - то, что длинная задержка между временем, когда максимальное давление достигнуто и взрывом, уничтожила бы любой нагрев вследствие сжатия. Головки наковален огромные теплопоглотители, а толщина образца - только порядка 2 мм. Характерное время для теплопроводности оценено как половина толщины, поделить на температуропроводность: к 1и Сравнение со временами запаздывания подразумевает, что тепловое равновесие было установлено. Кроме того, если бы нагревание сжатием инициировало реакцию, мы могли бы ожидать, что реакция начнется немедленно после того, как максимальное давление было достигнуто, когда температура максимальна.
Другой интересный экспериментальный результат - многократные взрывы. На определённых образцах наблюдалось до семи отдельных взрывов в течение одного сжатия. Эти результаты абсолютно воспроизводимы, и определяющую роль в количестве взрывов предположительно играет реология порошка. Рассмотрим систему сера-цинк. Сера имеет ромбическую кристаллическую структуру, и упругая потенциальная энергия может быть запасена в её кристаллической решетке. В отличие от экспериментов с чистой серой, в которых происходило по два взрыва, примесь 10% (молярное основание) Цинка увеличивает число взрывов до семи. Никаких продуктов не обнаружено в наковальнях после взрывов. Характерная особенность - длительная задержка между последними двумя взрывами. Эта особенность была рассмотрена более детально в разделе 3.1. Однако когда цинк и сера смешаны в эквимолярном соотношении, взрывы не происходят вообще. Смесь принимает свойства Цинка, до такой степени, что деформируется пластично при сжатии и материал выдавливается из наковален.
Возможное объяснение наблюдаемым многократным взрывам можно дать посредством следующих рассуждений. Когда произошел первый взрыв, компакт теряет стабильность и происходит соревнование между двумя процессами флуктуации (флуктуация горизонтальной силы и силы трения). Обе силы вызваны вертикальным усилием, приложенным к компакту. На краю компакта путь прохождения по вертикали и, следовательно, для силы трения короче, чем для горизонтальной силы (приблизительно они равны толщине и радиусу диска соответственно). Таким образом, когда нагрузка увеличена, сила трения как более "быстрая" имеет шанс, стабилизировать остаток компакта в новую стабильную структуру.
