Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 11
Обзор применения оптико-электронных систем для контроля теплофизических параметров быстропротекающих процессов 11
1.1. Телекамеры на матричных фотоприемниках 12
1.2. Современные бесконтактные методы контроля температуры и скорости 15
1.3. Существующие методы обработки сигнала 20
1.4. Выводы по первой главе 23
ГЛАВА 2 25
Аналитическое описание оптико - электронной измерительной системы 25
2.1. Математическая модель оптоэлектронного канала 25
2.2. Реализация программной части ОЭС
2.2.1. Методы обработки цифровых изображений 32
2.2.2. Методика обработки цифровых изображений в программе ImageJ 40
2.3. Выводы по второй главе 45
ГЛАВА 3 46
Исследовние эксплуатационных характеристик ОЭС 46
3.1. Исследование шумовых характеристик ОЭС 46
3.2. Временные характеристики люминофорного экрана 59
3.2.1. Исследование времени высвечивания люминофора 60
3.2.2. Исследование времени остаточного свечения люминофора
3.3. Исследование свет - сигнальной характеристики ОЭС 70
3.4. Методика калибровки ОЭС 75
3.5. Оценка погрешности ОЭС 3.5.1. Методика подавления шумов в программе ImageJ 79
3.5.2. Оценка методической погрешности выделения контуров 80
3.6. Выводы по третьей главе з
ГЛАВА 4 88
Применение оэс для исследований в физическом эксперименте .. 88
4.1. Исследование твердопламенного горения в системе Ni-Al 88
4.1.1. Приборы и техника эксперимента 90
4.1.2. Определение эффективной температуропроводности системы Ni-Al 91
4.1.3. Исследование структурообразования, происходящего в процессе СВ - синтеза с помощью микровидеосъемки тепловых полей волны горения 97
4.1.4. Наблюдение «вторичной волны» и много стадийных реакций 102
4.1.5. Полезные модели 106
4.2. Высокоскоростная микропирометрия плазменного напыления 108
4.2.1. Приборы и техника эксперимента 108
4.2.2. Методика измерения температуры отдельных частиц, движущихся в потоке при напылении порошковых покрытий 109
4.2.3. Аналитическая оценка нагрева и ускорения частиц 114
4.2.4. Экспериментальная методика определения параметров 117
отдельных частиц 117
4.2.5. Коллективное движение потока частиц в плазме и фундаментальная диаграмма 119
4.2.6. Физическая модель двухфазного потока 120
4.2.7. Методика обработки данных и результаты эксперимента 121
4.3. Выводы по четвертой главе 123
Заключение 125
Список использованной литературы
- Современные бесконтактные методы контроля температуры и скорости
- Реализация программной части ОЭС
- Исследование времени остаточного свечения люминофора
- Исследование структурообразования, происходящего в процессе СВ - синтеза с помощью микровидеосъемки тепловых полей волны горения
Современные бесконтактные методы контроля температуры и скорости
Температура и скорость напыляемых плазменным потоком частиц, находящихся в конденсированной фазе - основные тепло физические параметры, являющиеся важным средством для мониторинга и оптимизации процессов напыления. К одному из самых перспективных бесконтактных методов измерения температуры быстропротекающих процессов, относится метод спектральной пирометрии, используемый авторами Магуновым А. Н., Захаровым А. О. и др. Метод позволяет определять температуру от макро - до нано-объектов при неизвестной излучательной способности [66-67]. Метод спектральной пирометрии использует измерения, проводимые сразу на огромном количестве длин волн, что позволяет получить большую информацию об исследуемом объекте. Однако спектральную пирометрию применяют, для определения усредненной температуры некоторой поверхности, при диагностике, в основном, стационарных процессов. Для измерения локальной температуры этот метод неприменим.
При реализации метода измерения скорости по частицам - трассерам (Particle Tracking Velocimetry (PTV)) [68-69], правильная интерпретация полученных результатов пространственной корреляционной функции возможна лишь в случае несжимаемого потока с однородным распределением «идеальных» частиц. В ином случае положение максимума корреляционной функции определяется не только движением потока, но и распределением частиц внутри него. Так же между двумя регистрациями мгновенного распределения движущихся в световом сечении частиц меняется их положение, и часть частиц выходит из тестируемого сечения, а другие частицы появляются. Это приводит к увеличению погрешности расчетного поля скорости.
Исследовательской группой из Китая (Wang Zhang, Xueming Hua, Wei Liao, Fang Li, Min Wang) [70] изучались характеристики различных процессов, происходящих при лазерно-дуговой гибридной сварке. Схема экспериментальной установки показана на рис. 1.2. а) на котором (2) -система сбора данных параметров сварки. (3) -высокоскоростная камера для плазмы и капли, (4)- высокоскоростная камера для сварочной ванны, (5)- лазер высокой мощности и (6)- система спектрометра. видеокамеры, удалось изучить поведение плазмы и динамику формы капли в сварочной ванне. Для анализа температуры плазмы применялась оптическая эмиссионная спектроскопия. Высокоскоростная камера 1 с частотой 874 кадров использовалась для получения изображений процессов в сварочной ванне. Оптический полосовой фильтр 808нм был установлен в передней части объектива камеры; полупроводниковый лазер 808нм использовали в качестве источника задней подсветки. Высокоскоростная камера 2 регистрировала поляризованное излучение плазмы и капель.
Для подавления излучения дуги и получения теневого изображения капли, в передней части камеры были установлены высокочастотный фильтр оптического диапазона и два поляризатора. Полупроводниковый лазер с расширителем пучка установлен для подсветки с другой стороны дуги. Все приборы были синхронизированы.
Если, недостаточно яркости объектов, применяют методы, использующие мощную подсветку, при этом необходимо обеспечить более высокий уровень сигнала на входе регистратора, чем его порог чувствительности. Это может приводить к деструктивному воздействию на объект и искажать реальную картину процесса. В методах с лазерной подсветкой остаются трудоемкими пространственная калибровка, синхронизация и реконструкция, особенно в томографии.
Метод лазерного монитора позволяет избавиться от паразитного влияния фоновой засветки даже при температурах горения 3000К (максимальная температура исследованных смесей). Исследователи Г.С. Евтушенко, М.В. Тригуб, Ф.А. Губарев, С.Н. Торгаев применили в экспериментах принцип лазерного монитора [71-74], что позволило наблюдать изменения морфологии поверхности частиц непосредственно в ходе быстропротекающих реакционных превращений системы, а так же определить скорость распространения теплового фронта. При исследовании объектов с использованием лазерных мониторов, сверхизлучение фокусируется на наблюдаемом объекте линзой. Отраженное от объекта излучение, возвращается в активную среду и усиливается в ней. Выходное излучение усилителя яркости, несущее информацию о наблюдаемом объекте, с помощью оптической системы, формирует на экране или матрице видеокамеры усиленное по яркости изображение объекта. Структурное состояние системы идентифицировалось по различию отражательной способности поверхности образца до и после прохождения фронта горения. Эта же установка, представленная на рисунке 1.З., применялась в исследованиях поверхности электродов под воздействием дуги, при взаимодействии лазерного излучения с поверхностью углеродных материалов.
В работе автора К. Landes [75] определялась скорость, форма напыляемых частиц, осуществлялся мониторинг всего плазменного факела в режиме реального времени. В работе использовались методы компьютерной томографии (РСТ), визуализации частиц (PSI) и потока (PFI). Для диагностики нестационарных потоков система РСТ с одной камерой, вращающейся вокруг плазменной струи, заменена множеством камер, расположенных вдоль полуокружности вокруг факела (рис. 1.4.а). Математическая процедура оценки данных остается той же, что и в обычной РСТ системе. Изображение частиц получаются с помощью лазерной подсветки по теневому принципу (рис. 1.4 б), а)
Рис. 1.4. а) Мульти камера в РСТ диагностической установке; б) Датчик визуализации формы частиц (PSI); в) Установка PSI с интегрированной системой LDA [75]. Линейно поляризованное излучение Nd- YAG лазера делится на две части равной интенсивности зеркалом в фокальной плоскости длиннофокусного объектива микроскопа. Область пересечения лазерных лучей контролируется ICCD -камерой. Пересекая измерительный объем, из-за подсветки двумя лазерными лучами, частица имеет две проекции в плоскости изображения. Расстояние между проекциями пропорционально расстоянию частицы от фокальной плоскости. Регистрация начинается после известного времени задержки. Зная расстояние частиц от сигнальной линии, рассчитывается ее скорость. Размер частиц измеряется по количеству пикселов в изображении. Пусковая система срабатывала только на частицы, находящиеся в фокусе, целиком поместившиеся в измерительный объем. Метод LDA [76-77] используется для калибровки метода PSI и сравнения результатов измерения скорости. Для мониторинга всего плазменного факела в режиме реального времени использовался метод PFI, установка представлена на рисунке 1.4. (в). При анализе изображения струи, находят линии постоянной интенсивности излучения. Эти линии могут быть аппроксимированы эллипсами. Принимается гипотеза, что определенным параметрам эллипсов, соответствует свой режим процесса нанесения покрытия. Таким образом, режимы напыления могут быть определены без точного знания физических параметров плазменной струи или частиц.
Реализация программной части ОЭС
Оптико - электронная система, базируемая на видеокамере с ЭОП, реализована в программно-аппаратном исполнении. Часть блоков (преобразователь стандарта, буферное запоминающее устройств, формирователь адреса) работает под управлением программы ЭВМ, что позволяет программным путем изменять параметры и структуру алгоритма получения и анализа данных. Программное обеспечение (ПО) высокоскоростных ОЭС, используемых для научных исследований, должно быть быстродействующим, многофункциональным, обладать возможностью создания дополнительных функций; не вносить искажений в получаемую информацию; инструменты, применяющиеся для обработки, должны быть подробно описаны с точки зрения внутреннего содержания. ImageJ [121, 129-131] - это программа для обработки изображений, написанная на Java, поэтому является одной из самых быстрых в мире программ по обработке изображений. В ImageJ представлен широкий инструментарий для анализа изображений, включая выделение «регионов интереса», измерение площади, длины и угла, среднего значения, расчет стандартного отклонения; обведение контура, гистограммы и другие. Все функции анализа и обработки учитывают множество параметров. Разработка ImageJ проектируется с открытой архитектурой, что обеспечивает ее расширяемость Java плагинами и удобство их разработки. Также к программе ImageJ существует дополнение plugin, позволяющее управлять камерой в режиме реального времени непосредственно из программы ImageJ, вводить изображение в окно программы и сразу обрабатывать. Таким образом, становиться возможным получение количественных характеристик исследуемых процессов в режиме реального времени. На этом основании программное обеспечение ОЭС включает в себя пакет анализа экспериментальных данных Origin7 и свободно распространяемую программу обработки графических изображений ImageJ, выполняющей следующие функции: управление захватом видеосигнала, предварительную обработку измерительной информации (например, фильтрация, удаление избыточности), извлечение измерительной информации; посыл управляющих команд и др.
В результате процесса сегментации изображения в программе ImageJ, каждый элемент изображения будет отнесен к одному из двух классов, причем выделенные объекты могут быть дополнительно обработаны или проанализированы для извлечения количественной информации. Полученные в ходе экспериментов и обрабатываемые изображения, как правило, сильно зашумлены, в результате чего их трудно сегментировать должным образом. Часто необходимо проделать множество шагов предварительной обработки изображения, чтобы осуществить сегментацию качественно. Программа ImageJ позволяет сочетать сегментацию с различными морфологическими методами обработки и фильтрации, чтобы увеличить точность и надежность сегментации изображения. Алгоритмы сегментации изображений в программе ImageJ возможны методами, основанными на поиске резких изменений яркости; поиском областей, похожих по набору предопределенных критериев, а так же на сочетании этих двух методов. Программа ImageJ позволяет реализовывать выбранный алгоритм обработки изображений достаточно просто, при этом, ее библиотека включает множество автоматически исполняемых алгоритмов обработки и анализа изображений. Меню Process программы ImageJ содержит большой выбор операторов, таких как гладкость, резкость, найти края и так далее. Многие из них называют «линейными фильтрами», т. к. фильтрация суммы двух одинаковых по размеру изображений эквивалентна суммированию результатов фильтрации этих изображений отдельно друг от друга. При использовании нелинейных фильтров необходимо помнить, что эти две различные операции могут привести к двум разным результатам. Операция «сглаживание» используется для ослабления шума. «Медиана» является одним из лучших средств для удаления дробового шума. «Sharpen» -обеспечивает четкость изображения, использует ядро Лапласа. Побочное действие: также усиливается шум. Один из способов, чтобы найти границы объектов заключается в обнаружении разрывов значений интенсивности на краю области. Эти разрывы могут быть найдены путем вычисления первой и/или второй производных от изображения. Вектор Градиента направлен в сторону наискорейшего увеличения яркости. Операторы Prewitt и Sobel являются одними из наиболее часто используемых на практике. Хотя маски Превитта проще в реализации, чем маски Собела, последние имеют слегка превосходные характеристики шумоподавления. Таким образом, в программе при обработке изображений используются стандартные, уже проверенные исследователями функции.
Существуют особенности обработки изображений, полученных на данной ОЭС, учитываемые разработанной методикой [26, 39, 47, 48]. После регистрации процесса твердопламенного горения калиброванной ОЭС необходимо осуществить фильтрацию, оконтуривание и сегментацию. Измерения температуры необходимо производить на файле, в котором не было произведено никаких изменений. Поэтому, всегда должен быть дубликат файла, который препарируют. Улучшение качества, фильтрацию шумов, выделения областей, межкадровый вычет и др. действия производят только с дубликатом. Открытие дубликата файла представлено на рисунке 2.4. а).
Если из кадра вырезается область интересов, то предварительно необходимо произвести введение масштабной шкалы. Для точной идентификации, координаты выделенных на оригинале областей, запоминают встроенным в программу ImageJ менеджером. Только после этого можно осуществить обрезку (рис.2.4 б). При необходимости выявить области, которые отсутствовали на предыдущем слайде (во всей видеопоследовательности), необходимо воспользоваться «калькулятором» и вычесть из дубликата оригинал. Вычет можно осуществлять при условии, что у дубликата был удален первый слайд, а у оригинала последний, иначе получиться «нулевой» результат.
Особенность старых версий ImageJ в том, что при нахождении межкадровой разности теряется часть информации из-за «отрицательной» яркости некоторых областей результирующего изображения. Программа автоматически приписывает нулевую яркость таким областям. Для преодоления этой проблемы необходимо увеличить яркость видеопоследовательности, из которой осуществляется вычет. Скриншоты инструментов, используемых для увеличения яркости изображения, представлены на рис. 2.5.
Исследование времени остаточного свечения люминофора
Т.к. время послесвечения люминофора 1мс, то наблюдаемое явление можно объяснить не послесвечением люминофора, а инертностью МКП. При подаче максимального напряжения на МКП фотоэлектроны, умножаясь в каналах, в процессе вторичной эмиссии оставляют за собой некомпенсированный положительный заряд. После выключения внешнего поля этот заряд обуславливает тянущее поле внутри канала, воздействующее на электроны. Остаточный заряд релаксирует в течение времени т= R C (R- сопротивление утечки в каналах МКП порядка ЮОМОм и С -межэлектродная емкость МКП порядка ЮпФ). Инерционность МКП обусловлена временем перезарядки емкости с постоянной времени т = RC, типичное значение которой в МКП порядка 10 с. Для снятия заряда (выравнивания поля), на МКП подается инверсное напряжение, которое, видимо, оказалось недостаточным для полной компенсации остаточного заряда. Поэтому, после включения напряжения на МКП, на протяжении характерной постоянной времени этот остаточный заряд также участвует в процессе вторичного умножения электронов и дальнейшем формировании изображения на люминофорном экране. Таким образом ясно, что время «затухания» определяется не свойствами люминофора, а процессами перезаряда в каналах фотоумножителя.
Исходя из вышесказанного, в измерения температуры быстропротекающих процессов с помощью данной ОЭС в режиме мультиэкспозиции, может войти дополнительная погрешность, обусловленная остаточным свечением люминофора, провоцируемого процессами перезаряда в каналах фотоумножителя. В подобных ОЭС интервал между кадрами определяется частотой съемки видеокамеры. Измерения в каждом кадре имеют выбираемое временное разрешение от микро до наносекундного. Другими авторами паразитный эффект свечения люминофора устранялся путем кратковременной подсветки экрана несколькими миниатюрными накальными лампами. В данной диссертационной работе проблема частично решается без изменения аппаратной части ОЭС [50].
Для того чтобы уменьшить вносимую паразитным свечением люминофора погрешность, необходимо из исследуемого кадра вычесть добавочный фон, обусловленный остаточным свечением люминофора предыдущего кадра. Пусть зарегистрированная каждым детектором яркость на первом кадре Ij состоит из шумового 1Ш и полезного Ioi сигналов:
В соответствии с графиком затухания свечения люминофора выбирается коэффициент, на который необходимо домножить значение яркости каждого пиксела вычитаемого файла. Изменение яркости каждого пиксела выполняется с помощью команды «Макрос». Эта команда выполняет арифметические операции над каждым пикселом изображения, используя выражение, заданное пользователем. Также инструмент может быть использован для создания полностью нового изображения или выполнять точные пиксельные манипуляции существующих изображений;
Межкадровый вычет (из дубликата вычитается оригинальный файл) осуществляется в калькуляторе изображений.
Наглядно представить и рассчитать отношение сигнал шум, можно используя графики, представленные на рисунке 3.14. где v4=0,707-(Anoise)max -эффективное (среднеквадратичное) значение амплитуды шума. Рассчитаем шум для максимального, в данном случае, остаточного свечения. До применения алгоритма: У4Й=23,3 полезный сигнале =40,7. После применения алгоритма У4Й=4,6 полезный сигнал А=Ъ 1,7. Тогда SNRj=7,79 и SNR2= 19,86 соответственно.
Таким образом, алгоритм повышения помехоустойчивости гибридной ОЭС, позволил увеличить соотношение сигнал/шум на 12Д6 без изменения ее аппаратной части. 3.3. Исследование свет - сигнальной характеристики ОЭС
Экспериментальное исследование спектральной чувствительности оптоэлектронного тракта осуществлялось с использованием эталонной лампы ТРУ 1100-2350. Излучение температурной лампы пропускалось через монохроматор. Регистрация отклика оптико-электронной системы на монохроматическое излучение эталонной лампы проводилась при изменении длины волны с шагом 1 мкм при постоянной температуре излучателя. Экспериментальная установка представлена на рисунке 3.15.
Спектральная плотность излучения абсолютно черного тела (АЧТ) описывается законом Планка [141], который является основным и наиболее общим законом в теории теплового излучения:
Оценка относительных и абсолютных значений спектральной плотности излучения вольфрамовой нити эталонной лампы, имеющей фиксированную температуру, осуществлялась для температур и длин волн, при которых проводились исследования спектральной чувствительности оптоэлектронного тракта. Для этого вычислялась длина волны, соответствующая температуре нити вольфрама, на которую приходится максимум излучения: max гр Затем, задаваясь значениями длин волн 400-600нм, рассчитывались безразмерные координаты длин волн л max. В таблице [143] соответственно каждому значению %х находилось значение относительной спектральной плотности излучения
Абсолютное значение спектральной плотности излучения вольфрама рассчитывается по табличным значениям излучения АЧТ с учетом рекомендуемых значений [144] спектральной излучательной способности вольфрама Е% при фиксированной температуре:
При оценке потока излучаемого вольфрамовой лентой эталонной лампы использовался закон Стефана-Больцмана. Стандартная ширина вольфрамовой ленты составляет 4мм. Площадь излучающей поверхности находящаяся в области визирования, измерялась на кадре в программе ImageJ после масштабирования по известной ширине ленты эталонной лампы. Площадь излучающей поверхности І=0,018СМ освещает поверхность матрицы размерами 199x23 пиксела, размер каждого из которых 12 мкм. Поэтому, освещаемая площадка составляет примерно 2=050065см . 8 данном случае нить накала лампы является излучателем конечной площади Si, энергетической характеристикой которого служит яркость L. При этом размеры источника излучения значительно меньше, чем расстояние /=10,5 см до него, поэтому можно воспользоваться известной формулой для определения потока, приходящего на фоточувствительную площадь S2 матрицы с видимой площадью, расположенного на оси системы [118, 141]: где т=0,9 - коэффициент, характеризующий потери в оптической системе, Єт-излучательная способность вольфрама при данной температуре. Учитывая, что RT =n-L, интегральный поток излучения [142].
Расчетное значение потока и энергии излучения за время, равное периоду экспозиции, а так же излучательная способность вольфрама для разных температур представлены в таблицах 3.5. и 3.6. Проверка линейности преобразования оптико-электронной измерительной системой непрерывного постоянного светового потока CD=const осуществлялась при снятом объективе. Графическое представление измерений представлено на рисунке 3.18. На поверхность матрицы направлялся непрерывный, неизменный по времени световой поток. Известно, что энергия кванта света с длиной волны 503нм составляет Eeff =//--2- = 3,95-10 19 Дж.
Исследование структурообразования, происходящего в процессе СВ - синтеза с помощью микровидеосъемки тепловых полей волны горения
В условиях высоких градиентов температур конвективным теплообменом можно пренебречь. Это позволяет найти коэффициент темперотуропроводности 3,2x10" м/с. Можно предположить, что никель погружен в расплав алюминия, в результате чего реагенты имеют суммарную стехиометрическую температуропроводность 3,3x10" м/с (при температуропроводности А1 и Ni 8,4x10" м/с и 2,2x10" м/с соответственно. Полученный результат хорошо согласуется с известной теоретической формулой [97]: где а- температуропроводность, о - весовой коэффициент (доля).
Анализ последовательных кадров позволяет определить мгновенное значение координат точек, составляющих линию фронта горения. Покадровый анализ прореагировавшей области позволяет построить график изменения площади области прореагировавшего вещества от времени (рис.4.4.).
Получить представление о разбросе скоростей распространения волны горения можно в любой области поверхности шихты. Одним из способов является выбор последовательности точек принадлежащих выбранному направлению (рис.4.5). Возрастание интенсивности сигнала соответствует приходу волны в данную точку. Построив зависимость координаты, в которой проводилось измерение интенсивности сигнала от времени, и, найдя производную по времени, получаем скорость.
По итогам измерений можно предположить, что средняя скорость 2,25мм/с распространения волны горения по направлению 1 и 2 меньше, чем (7,5мм/с) в направлениях 3, 4, 5, 6 из-за тепловых потерь. Направления 1 и 2 принадлежат области, в которой реакция с течением времени затухает. По мере продвижения фронта волны горения, симметричная форма искажается (рис.4.6.), что предопределяет направление фронта волны в дальнейшем. Исследование динамики тепловой микроструктуры в области реакции на более поздних временах, показало, что реакция протекает в спиновом режиме горения, т.к. частицы в этом случае последовательно зажигаются друг от друга. Исследования динамики поля яркостных температур, показали наличие короткоживущих очагов, с температурой около 1760К. При этом произошла смена механизма горения. По окончании переходного процесса наблюдается:
Таким образом, реализуется иной механизм распространения волны реакции -эстафетный или сцинтилляционный, в котором медленные периоды распространения тепла (стагнация фронта горения) сменяются активными периодами химического реагирования, сопровождающимися локальным повышением температуры (вспышка -сцинтилляция) и быстрым продвижением фронта. При этом ширина зоны реакции сравнима с масштабом гетерогенности среды.
В рамках моделей механики сплошных сред перенос тепла в нестационарном случае описывается уравнением [99-100]: qv дт Как показывает опыт, при движении волны горения в объеме образца происходит трансформация вещества, что приводит к изменению ряда свойств, таких как плотность, теплопроводность, теплоемкость. Исходя из этого, весь образец можно условно разделить на три зоны. В зоне 1 идет процесс остывания, в зоне 2 (зона реакции) идет процесс горения с большим выделением тепловой энергии, которая идет на поддержание реакции горения и нагрев зоны 3 (зона предварительного нагрева). Величину тепловыделения можно определить с помощью выражения [108]:
Компьютерная обработка последовательных кадров СВС - горения в спинтилляционном режиме позволяет определить мгновенное значение координат точек, составляющих линию фронта горения. Мгновенные значения скоростей, в некоторых точках поверхности образца, исходя из термограмм горения, СВС дают разброс значений от К=1,4мм/с, ДО V=2\,l ММ/С. Причем, эти же высокоскоростные области являются и самыми высокотемпературными. Также из сравнения термограмм горения, очевидно, что градиенты температур в сцинтилляционном режиме больше. При движении волны горения возникает область с большим энерговыделением, которое расходуется на поддержание реакции синтеза и нагрев следующего слоя. Максимальная температура горения смеси, в соответствии с представлениями модели горения второго рода, должна лимитироваться температурой плавления наиболее тугоплавкого элемента смеси, т. е. никеля. Однако анализ динамики температурных полей областей реакции СВ -синтеза показал наличие горячих очагов со сверхадиабатической яркостной температурой 1760С. Превышение этой температуры можно объяснить переизлучением в порах (рис.4.7.), которое, как известно, зависит от геометрии их геометрии. Так как форма пор в процессе СВС изменяется, то яркостная температура будет непостоянной. Рис.4.7. Идентификация областей методом наложения градиентного поля высокотемпературной области и соответствующей области: а), г) на насыпке; б), д) конечной структуре образца; в) последовательности оригинальных кадров
После введения калибровочной шкалы ОЭС реализовали для статистического анализа локальной температуры каждого элемента всей выбранной области. Результатом исследования является набор характеристических параметров реакции: времена тепловыделения и теплоотвода, скорость фронта горения и др. Так же существует возможность оценить размеры и времена существования фаз. Сопоставляя экспериментально полученные термограммы горения выбранной области 150х150мкм, статистику локальной температуры, наблюдаемой в каждом пикселе соответствующих областей регистрируемых кадров и фазовую диаграмму состояния, учитывая представление о совместном протекании в реакционной зоне различных физико-химических превращений, можно наглядно представить процессы, происходящие при СВС. Согласно [95-105] в системе Ni-Al реакционное взаимодействие никеля с алюминием начинается при достижении температуры плавления алюминия и за счет диффузионных потоков атомов алюминия и никеля. При насыщении жидкой фазы атомами твердого компонента происходит образование интерметаллида при кристаллизации на поверхности твердой фазы. Причем первой фазой, кристаллизующейся из расплава, становится та, которая находится в равновесии с жидким раствором при данной температуре, т. е. наиболее легкоплавкая из всех фаз, способных существовать в системе при этой температуре. Средняя температура догорания, как следует из термограммы горения, не опускается ниже 1470К, поэтому, конечный продукт должен содержать только высокотемпературные фазы: NiAl, №зА1. Это подтверждается результатами рентгеноструктурного анализа. На термограмме горения (рис.4.8) область 1 соответствует временному интервалу At=0,0025c, характеризующемуся резким возрастанием средней температуры в выбранной «активной ячейке» (рис.4.9 (б)).