Термографическим и рентгенофазовым методами исследован процесс высокоемпературного синтеза интерметаллических композиционных материаловна основе алюминида никеля Ni3Al, проходящий в режиме теплового взрыва порошковой смеси чистыхжелментов синертными наполнителем. Исследовано влияние инертного компонента а фазовый состав конечного процукта реакции синтеза. Предполагается, что конечный продукт образуется путем ракционной диффузии на стадииостывания термореагирующей порошковой ситсемы. Проведены оценки термокинетических постоянных процессов формиования фаз NiAl и Ni3Al. Определены области оптимальных режимов высокотемпературного синтеза интерметталлического соединения Ni3Al.

Экспериментально исследованы термограммы высокотемпературного синтеза алюминида никеля в режиме теплового взрыва порошковых смесей чистых элементов при изменении соотношения компонентов в смесях в пределах однофазного состава интерметаллида. Проведен количественный анализ зависимостей основных термокинетических параметров процесса теплового взрыва от содержания алюминия в исходной порошковой смеси.

Экспериментальными и численными методами исследован процесс высокотемпературного синтеза интерметаллического соединения Ni3Al в режиме теплового взрыва под давлением порошковой смеси никеля с алюминием стехиометрического состава. Проведен анализ расчетных и экспериментальных термограмм СВС интерметаллического соединения и зависимости от температуры предварительного нагрева порошковой смеси и величины внешнего давления.

В рамках модельных представлений о структуре порошковой смеси алюминия с никелем построена математическая модель высокотемпературного синтеза алюминида никеля Ni3Al в режиме теплового взрыва в соответствии с равновесной диаграммой состояния системы алюминий - никель и на основе уравнений диффузной кинетики образования интерметаллических соединений на границе раздела компонентов в условиях непрерывного нагрева системы внешним источником энергии. Проведены численные расчеты основных характеристик процесса теплового взрыва в системе алюминий-никель в зависимости от дисперсности никелевой компоненты исходной порошковой смеси стехиометрического состава.

Для определения возможностей высокотемпературного синтеза композиционных материалов на основе алюминида никеля рассмотрен вопрос о влиянии инертного наполнителя на температурно- временные характеристики стадии воспламенения порошковой системы никель - алюминий, включающий стадию зародышеобразования интерметаллического соединения.

Методами оптической металлографии, растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа и рентгеновской дифрактометрии исследована микроструктура и фазовый состав интерметаллического соединения Ni3Al, полученного высокотемпературным синтезом под давлением. Показано, что структура интерметаллида состоит из дендритных зерен и междендритных прослоек. Пластическая деформация продукта синтеза в процессе формирования интерметаллида приводит к росту анизотропных дендритных зерне и появлению областей с модулированной структурой в междендритных прослойках. Наблюдаемые структурные изменения сопровождаются повышением предела текучести и уменьшением пластичности интерметаллида.

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) порошковой смеси состава (Ni+24ат.%Al+0.5ат.%В) при совмещении с пластической деформацией продукта синтеза получен пластичный и прочный сплав. Методами рентгеновской дифрактомерии, оптической металлографии, растровой электронной микроскопии исследована микроструктура сплава. Показано, что увеличение пластичности сплава обусловлено образованием полифазной и разнообразной по типу микроструктуры - крупнокристаллической эвтектики (y+y) вперемежку с нанокристаллической структурой смеси фаз: y, NiAl, Al3Ni, Ni2Al3.

Методами оптической металлографии, просвечивающей и санирующей электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального локального анализа и рентгеновской дифрактометрии исследована микроструктура, фазовый и элементный состав интерметаллического соединения Ni3Al, полученного компактированием продукта теплового взрыва порошковой смеси чистых элементов. Поликристаллическая структура сплава состоит из зерен-монодоменов, содержащих микрокристаллические частицы-полидомены этой же фазы. Межзеренные прослойки состоят из фазы и содержат микрокристаллические частицы фазы с полидоменной структурой, а также области с нанокристаллической структурой фаз Al3Ni, AlNi и Ni2Al3.

Представлена математическая модель формирования и эволюции зеренной структуры интерметаллического соединения Ni3Al при высокотемпературном синтезе из порошковой смеси чистых элементов в режиме теплового взрыва под давлением и при экструзии продукта высокотемпературного синтеза.

Рассмотрен процесс высокотемпературного синтеза интерметаллического соединения Ni3Al в условиях теплового взрыва порошковой смеси 3Ni + Al под давлением. В рамках математической модели выполнены количественные оценки дисперсности зеренной структуры синтезированного интерметаллида.

Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии исследовали фазовый состав и структуру интерметаллида Ni3Al, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза под давлением. Экспериментально установлено, что структура СВС интерметаллида по своим интегральным характеристикам близка структуре литого интерметаллида. Фазовый состав материала стехнометрического состава представлен фазами Ni3Al, микровключениями NiAl и твердым раствором алюминия в никеле.

Представлены результаты исследования фазового состава, структуры и прочностных свойств пористых материалов на основе Ti3SiC2. Установлено, что механизм деформации и разрушения пористого композита Ti3SiC2 — 15 об. % TiC обусловлен меж- и внутризеренным микрорасслоениями. В процессе циклического нагружения сжатием до деформации менее 1.45 % образцы восстанавливают первоначальную форму.

В книге рассматриваются вопросы влияния предварительной механоактивации (МА) реакционной шихты на процессы фазо- и структурообразования порошковых материалов при самораспространяющемся высокотемпретурном синтезе (СВС). Выполнен систематический анализ имеющихся результатов и изложены существующие представления о механизме этого влияния. На большом количестве примеров рассматриваются особенности фазо- и структурообразования при механоактивируемом самораспространяющемся высокотемпературном синтезе (МАСВС). Книга предназначена для широкого круга специалистов: исследователей, студентов, инженеров и производственников, занимающихся разработкой получением новых материалов с уникальными свойствами методов СВС, а также исследованиями в области порошковой металлургии, композиционных материалов и покрытий.

Разработаны технологические параметры получения методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) карбонитридов титана и металлокерамических композиционных порошков на их основе с матрицей из высокоазотистой стали Х20ФГ20 (N=0,9 масс%). Установлены оптимальные режимы синтеза. Проведено исследование качественных характеристик материалов (гранулометрический состав порошка, содержание газов, структура). На основе синтезируемых композиционных порошков системы "TiCN-X20АГ20" методом электронно-лучевой наплавки получены покрытия, исследованы их структура и свойства.

Методом высокотемпературного синтеза под давлением с последующей экструзией продукта синтеза получены интерметаллид Ni3Al и сплавы на его основе, легированные бором и хромом. Показано, что интенсивная пластическая деформация интерметаллических сплавов в процессе экструзии на стадии охлаждения приводит к формированию неоднородной зеренной структуры, состоящей из зерен размером 10-20 мкм, микрокристаллов размером 0,5-2 мкм и зерен с двойниками.

Сборник содержит оригинальные научные статьи, в том числе концептуального характера, обобщающие результаты теоретических и экспериментальных исследований в области твердопламенного горения и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Обсуждаются проблемы, относящиеся к феноменологии послойного горения и теплового взрыва при воздействии различных физических факторов: механической активации, удара, пластической деформации, а также обнаруженные недавно явления излучения при протекании процесса СВС. Представлены различные научно-технические разработки в области СВС, связанные с созданием новых материалов, в основном керамических, и технологий их получения. Ряд статей посвящен исследованиям в смежных областях: горению и переработке газов в СВС-конвертере, механохимическому синтезу и свойствам нанопорошков и др. представляет интерес для специалистов в области СВС и других областей (металлургии, технологического горения, химического синтеза и материаловедения). Предназначен для научных сотрудников, инженеров, технологов, преподавателей, аспирантов и студентов, специализирующихся в области неорганической химии, химической физики, структурной макрокинетики и металлургии, особенно порошковой.

Описан подход к моделированию экзотермических химических реакций, основанный на концепции клеточных автоматов. Для анализа адекватности подхода приведены результаты моделирования процесса распространения фронта реакции при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе в системе Ni-Al. Показано хорошее согласие между модельными и экспериментальными зависимостями скорости движения фронта и максимальной температуры горения от температуры начального прогрева порошковой смеси. Сделан вывод о необходимости явного учета кинетики реакции, в частности растекания жидкой фазы, для корректного описания влияния пористости на протекание экзотермической реакции.

Получены композиты на основе карбида титана путем компактирования в пресс-форме экзотермической шихты состава (Ti+C) + сталь. Композиты имеют низкую пористость. Металлографическим анализом установлено, что увеличение содержания металла (инерта) в экзотермической шихте приводит к уменьшению размера карбидного зерна до 2 мкм. Появление твердого раствора на межфазной границе в СВС-композитах не обнаружено. Параметр решетки TiC=0,432 нм независимо от содержания инерта. Механическая прочность СВС-продуктов имеет низкое значение в композитах, содержащих медь и сталь Р10Ф1К8М6, и относительно высокое значение в композитах, содержащих железо, нихром и сталь Г13.

Рассмотрены материалы системы AI - W - Zr - О, полученные спеканием порошковой смеси AI - ZrW2О8 в атмосфере аргона вблизи точки плавления алюминия с различным временем изотермической выдержки. Исследована структура, фазовый состав и механические свойства полученных материалов в зависимости от времени изотермической выдержки. Установлено, что формирование структуры материалов AI - ZrW2О8 в процессе спекания происходит в несколько этапов, включающих разложение вольфрамата циркония, формирование интерметаллидов WAI12 и ZrAI3 и синтез вольфрамата циркония в виде вытянутых частиц — микроволокон. Показано формирование внутренних напряжений в материале с увеличением времени спекания, что, наряду с уменьшением пористости, приводит к возрастанию твердости материала.

Приведены результаты теоретического и экспериментального исследования процессов формирования и эволюции зеренной структуры интерметаллического соединения Ni3Al процессе его высокотемпературного синтеза и экструзии продукта синтеза.

Исследовано влияние интерметаллидных частиц FeAl3 при спекании порошковых материалов на основе меди на объемные изменения прессовок и формирование структуры материала в широком диапазоне температур спекания. Показано, что добавление алюминида железа в порошковую медь и ее смесь с алюминием тормозит усадку и вызывает рост прессовок при спекании. Установлено, что в системе Cu-Al-FeAl3 интерметаллид не является инертным по отношению к меди. Взаимодействие с медью приводит к его обеднению алюминием, который диффундирует в медную матрицу.

Фазовый состав, тонкая структура и морфология поверхности интерметаллических покрытий исследованы методами электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа. Показано, что интерметаллид Ni3Al является основной фазой покрытия для всех исследованных образцов. В покрытии присутствует небольшое количество NiAl и АlFe3C. Ионно-лучевая обработка покрытия приводит к изменению параметра решетки, параметра дальнего атомного порядка, изменению внутренних упругих напряжений. Послойная обработка каждого слоя покрытия ионами аргона уменьшает скорость износа в 10 раз, коэффициент трения в 2.5 раза, увеличивает микротвердость на 25 %, степень упругой деформации на 18 %.

Фазовый состав, тонкая структура интерметаллических покрытий исследована методами электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа. Показано, что интерметаллид Ni3Al является основной фазой покрытия для всех исследованных образцов. Ионная имплантация покрытия ионами алюминия и бора приводит к изменению параметра решетки, параметра дальнего атомного порядка, изменению внутренних упругих напряжений, размеров зерен и типа дислокационной структуры.

Рассмотрены общие и специальные вопросы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) как способа получения неорганических соединений и композиционных материалов. Изложены теоретические основы СВС, закономерности и механизмы горения и структурообразования в СВС-системах. Изучены термодинамические и кинетические аспекты взаимодействия компонентов при синтезе новых материалов в режиме горения. Представлены данные об основных технологических типах процессов производства порошков неорганических соединений, керамических материалов и изделий, новых композиционных материалов, литых тугоплавких соединений, о методах нанесения покрытий. Приведены сведения о структуре, свойствах и применении новых композиционных материалов. Уделено внимание лабораторным установкам для экспериментального исследования процессов СВС и оборудованию для промышленной реализации СВС-технологий. Учебное пособие рассчитано на студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 150100 "Металлурги", а также на исследователей, инженеров и технологов в области порошковой металлургии, высокотемпературных материалов, керамических композиционных материалов, огнеупоров, ферросплавов и лигатур, материалов для электроники, химической промышленности и др. Данное издание посвящено 80-летию академика А. Г. Мержанова - выдающегося ученого в области физики горения и взрыва, основоположника метода СВС.

В учебном пособии рассмотрены общие и специальные вопросы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) как технологического метода получения органических и неорганических соединений и композиционных материалов. Изложены теоретические основы СВС, закономерности и механизмы горения и структурообразования в СВС-системах. Рассмотрены термодинамические и кинетические аспекты взаимодействия компонентов при синтезе новых материалов в режиме горения. Представлены данные об основных шести технологических типах процессов производства порошков неорганических соединений, керамических материалов и изделий, новых керамико-металлических материалов, литых тугоплавких соединений, наплавок и покрытий. Приведены сведения о структуре, свойствах и применении новых композиционных материалов. Уделено внимание лабораторным установкам для экспериментального исследования процессов СВС и оборудованию для промышленной реализации СВС-технологий. Учебник рассчитан на студентов высших учебных заведений, специализирующихся в области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза по специальностям «Физико-химические методы исследований процессов и материалов», «Композиционные и порошковые материалы и покрытия», и может быть полезен аспирантам и инженерно-техническим работникам металлургического и машиностроительного производства, а также студентам, изучающим металловедение и термическую обработку металлов, обработку металлов давлением, металлургию и литейное производство черных и цветных металлов.

Предложена и исследована двумерная модель синтеза покрытия на подложке в условиях регулируемого нагрева, учитывающая кинетические и тепловые явления. В качестве модельной системы покрытия выбрана смесь порошков Ti и Ni, в качестве подложки - сталь. Система химических реакций записана в соответствии с диаграммой состояния Ti-Ni. В модели учитывается, что химические реакции тормозятся слоем продукта. Задача решена численно. Определены распределения температуры и концентраций элементов и соединений в различные моменты времени для различных условий синтеза. Показано, что при любой организации процесса синтезированный материал оказывается химически неоднородным.

Представлены результаты экспериментального исследования микроструктуры и фазового состава поверхностных легированных слоев никелевой мишени, сформированных в режиме высокоинтенсивной имплантации ионов алюминия на вакуумно-дуговом источнике ускоренных ионов "Радуга-5". Установлено формирование наноразмерных интерметаллидных фаз Ni3Al и NiAl и твердого раствора переменного состава системы Ni-Al.

Открытие в 60-х годах стимулированной (катализированной) кристаллизации силикатных стекол положило начало созданию новой группы стеклокристаллических конструкционных материалов (СКМ), имеющих ценные технические свойства. Книга содержит описание методов их синтеза, составов, строения и свойств. Изложены теоретические основы кристаллизации и описаны характеристики и роль веществ, служащих ядрообрзователями в этом процессе (металлы, окислы металлов, фосфаты, фториды и сульфиды), Освещена роль микроликвации в процессе синтеза СКМ и даны физико-химические характеристики силикатных систем, испытывающих микроликвацию. Значительное внимание уделено синтезу СКМ; его физико-техническим основам, силикатным стеклообразным системам, используемым для синтеза, а также синтезу на основе горных пород, глин, шлаков и получению стеклокристаллических глазурей и эмалей. Указаны основы технологии получения СКМ. Отдельная глава посвящена описанию их структуры, влиянию стеклообразной и кристаллической фаз на механические, тепловые, оптические, химические и другие свойства. Большое внимание уделено описанию работ советских и зарубежных ученых в области синтеза и изучения свойств стеклокристаллических материалов, Предназначена для научных работников, инженеров и студентов старших курсов силикатных факультетов вузов.

Исследованы структура, фазовый состав и удельная поверхность порошковых систем на основе корунда, получаемых методом термического разложения гидроокиси алюминия и методом термического разложения водного раствора азотнокислой соли алюминия в плазме высокочастотного разряда. Показано, что в плазмохимическом порошке Al2O3 происходит резкий фазовый переход в а-форму в узком интервале температур (1150-1200 С), в то время как в глиноземе этот переход происходит в широком интервале температур (600-1200 С). Таким образом, в плазмохимическом порошке он носит "взрывной" характер. Этот переход сопровождается разрушением пенообразных агломератов и увеличением удельной поверхности частиц, а в процессе спекания приводит к рекристаллизации и активации диффузионных процессов массопереноса.

Исследованы объемные изменения при твердофазном спекании, структура и фазовый состав материалов, спеченных из двух- и трехкомпонентных порошковых лигатур системы Al-Cr (Si,Ti). порошки для спекания были получены методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в смесях элементарных порошков четырех целевых составов с последующим дроблением спеков и отсевом мелких фракций. При спекании всех изучаемых прессовок происходила объемная усадка, монотонно увеличивающаяся с ростом температуры и длительности изотермической выдержки. Результаты структурных исследований спеченных материалов, проведенных с применением методов рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализов, оптической и растровой электронной микроскопии, обсуждены совместно с результатами исследования объемных изменений при спекании.

Исследованы температурные зависимости прочности, пластичности и механизма разрушения интерметаллических соединений Ni-24 ат.% Al и Ni-24 ат.% Al +0,1 вес.% В, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из порошковых смесей чистых элементов в режиме теплового взрыва под давлением. Проведен анализ влияния когезивной прочности границ зерен интерметаллида на температурную зависимость его прочности.

Проведен жидкофазный синтез образцов гидроксилапатита, в том числе модифицированных карбонат-оином. Определены элементный и фазовый состав продуктов синтеза, их растворимость в воде при 20гр. в сравнении с аллогенным (биологическим) гидроксилапатитом. Установлено, что в продукте синтеза с длительным выдерживанием в маточном растворе соотношение Са/Р наиболее близко к требуемому. карбонатмодифицированные образцы по фазовому составу наиболее близки к аллогенному гидроксилапатиту.

Методами рентгеноструктурного анализа, оптической и растровой электронной микроскопии исследованы продукты самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в реакционных порошковых смесях титана и углерода (сажи), содержащих избыток титана с целью получения из продуктов синтеза композиционных порошков "карбид титана - титановая связка". На основе результатов исследования фазового и элементного состава СВС порошков, синтезированных в аргоне, установлено образование карбида титана нестехиометрического состава, что привело к уменьшению содержания титановой связки в композиционных порошках по сравнению с расчетными значениями. Результаты исследования зависимостей морфологии и структуры карбидной фазы в композиционных порошках от содержания титана в реакционных смесях обсуждены в совокупности с результатами определения термокинетических характеристик послойного горения.

Публикуются результаты исследований в области синтеза, модификации и свойств полимерных композиционных материалов. Рассматривается зависимость состава, структуры и технологии изготовления этих материалов от их физико-химических и механических свойств. Для специалистов, занимающихся вопросами синтеза, модификации и применения композиционных материалов.

Методом силового СВС-компактирования получены композиты, имеющие состав TiC+50 об.% инерт. В качестве инерта служили медь, железо, нихром, сталь Г13. Отмечено, что параметр решетки, размер зерна TiCи массовое отношение Ti/C в зерне TiC практически не зависят от состава инерта. Показано, что некоторые композиты имеют высокие механические свойства. Трение композитов, содержащих Ni-Cr, характеризуется коэффициентом трения до 0,5 и большим износом вследствие сильной адгезии к контртелу. Композиты, имеющие состав TiC+(Cu, Fe) и TiC+(Cu, Г13), работоспособны при давлении около 100 МПа и могут служить основой для создания триботехнических материалов.

Исследована структура ультрадисперсного порошка, полученного методом плазмохимического синтеза.

Исследовано влияние отжигов и последующей низкоэнергетической механической обработки в шаровой мельнице на морфологическое строение, фазовый состав, площадь удельной поверхности и удельного объема нанопор плазмохимических порошков ZrO2-Al2O3-Y2O3. Показано, что превращения, происходящие в порошке под воздействием температуры и механической обработки, приводят к изменению площади удельной поверхности и удельного объема нанопор.