Для оценки достоверности модели реагирующей порошковой смеси рассмотрим механохимические процессы в порошковых смесях при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе боридов гафния. В рамках данной модели CBC боридов гафния может быть изучен в результате вычислительного эксперимента моделирующего физико-химические процессы в реагирующей порошковой смеси в отсутствии внешнего механического воздействия. В качестве верхней границы возможных значений достигаемых температур применяется температура Т1, при которой каркас теряет свою несущую способность, в качестве начальной температуры использована температура Т0= 293 К.
Моделировался синтез боридов хорошо изученный экспериментально [4], для значений концентрации разбавителя 10 масс. % и 30 масс. %в качестве разбавителя берётся конечный продукт реакции. Рассмотрен реагирующий слой толщиной 1 см, состоящий из размера частиц 20.0e-6 м. Концентрация компонентов по всему объёму порошковой смеси пологается однородной. Использованы параметры уравнений макрокинетики: энергия активации Е0=95 ккал/моль и предэкспоненциальный множитель k= 1,5e10. Результаты вычислительного эксперимента приведены в таблице 2 в сравнении с экспериментальными данными [4]. Скорость горения определялась так: длина образца задавалась (в модели) такая же, как и в эксперименте делилась на время спекания (получаемое с помощью модели).
Таблица 2.
| Концентрация разбавителя | Скорость горения, м/сек | |
| Расчёт | Эксперимент | |
| 10% | 0,0639 | 0,062 |
| 30% | 0,0194 | 0,021 |
Как видно из таблицы, полученные результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Описание полученных результатов.
Численный эксперимент проводился с заданными параметрами исходной структуры (рис. 1), с заданной пористостью Р0 =30 %, с шагом по времени dt=1,0e-11 сек. Пареметр концентрационной неоднородности - b/a был равен 1,5. Проведённый численный эксперимент, показал что такое же явление - смена режима уплотнения с вязкопластического течения деформируемых твердых порошковых частиц на вязкопластическое течение суспензии взаимодействующих частиц в расплаве наблюдается как и в смеси Ti-C возможно для порошкового материала гафний - бор.
На рис. 2 приведены результаты численного прогноза выхода продукта реакции без учета возможности смены состояния порошковой среды (линия 1) и с учетом - линии 2, 3. Результаты, представленные линиями 1 и 2, получены при одном и том же давлении ударного импульса (25 ГПa), а линией 3 - при давлении 32 ГПа.
Результаты исследования кинетики механохимических превращений порошковой смеси Hf-B позволяют заключить, что рассмотренная смена состояния порошковой среды приводит к уменьшению интенсивности химических превращений, так же как в порошковой системе Ti-C.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проделанной работы получены следующие результаты и выводы:
. Изучена специфика поведения порошковых материалов типа гафний - бор под действием ударного импульса.
. Модернизирована компьютерная модель физико-химических процессов в реагирующей порошковой среде гафний-бор.
. Проведён вычислительный эксперимент на примере системы гафний - бор. Результаты компьютерного моделирования позволяют сделать вывод, что смена режима уплотнения с вязкопластического течения деформируемых твердых порошковых частиц на вязкопластическое течение суспензии взаимодействующих частиц в расплаве наблюдается как и в смеси Ti-C и является одним из определяющих факторов физико-химических превращений в динамически нагруженных порошковых системах рассматриваемого типа наряду с параметрами структуры и интенсивности механического воздействия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Скороход В.В. Порошковые материалы на основе тугоплавких соединений. - К.: Техника, - 1982. - 162 с.
. Лейцин В.Н., Дмитриева М.А., Кобраль И.В. Исследование процессов динамического уплотнения реагирующих порошковых смесей типа Ti-C// Вестник государственного университета. Бюллетень оперативной научной информации. - Томск, 2003. - № 13.
. Федорченко И.В., Францевич И.Н., Радомысельский И.Д., и др. - Справочник: порошковая металлургия. - Киев: Наук. Думка, 1985. - 624 с.
. Боровинская И.П., Мержанова А.Г., Новикова Н.П., Филоненко А.К. Безгазовое горение смесей порошков переходных металлов с бором //Физика горения и взрыва. - 1974. - Т. 15, №1. -С. 4 -15.
. Химия синтеза сжиганием /Под редакцией М. Кодзуми. - М.: Мир, 1998. - 247 с.
. Самсонов Г.В. Бориды / Г.В. Самсонов, Т.И. Серебряков, В.А. Неронов. - М.: Мир, 1975.-373 с.
. Щетин В.Г. Ударное сжатие и разогрев пористых сред //Shock waves in condensed matter, edited by A.L. Birukov et al., Saint - Petersburg. 1998. P.186 -197.
. Нестеренко В.Ф. Импульсное нагружение гетерогенных материалов. Новосибирск: Наука, 1992. - 200 с.
. Лейцин В.Н., Дмитриева М.А., Компьютерное моделирование Физико-химических процессов в динамически уплотненных средах// Вестник государственного университета. Бюллетень оперативной научной информации. - Томск, 2003. - № 13.