Отчет по практике по Материаловедение на тему свс тугоплавких безкислородных соединений

ВВЕДЕНИЕ
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) или синтез горения (КС) представляет собой экзотермическую химическую реакцию, которая протекает в самоподдерживающемся режиме, приводя к образованию ценных твердых продуктов. После инициирования с помощью локального источника тепла высокоэкзотермическая химическая реакция самораспространяется в гетерогенной среде, превращение прекурсоров в продукты за короткое время реакции (порядка секунд или минут) [1-3]. Процессы СВС используются для синтеза современных материалов, включая интерметаллы, сплавы, псевдосплавы и композиты с металлической матрицей, а также чистые металлы и тугоплавкую керамику, используя только высококалорийные реагирующие смеси, которые позволяют генерировать достаточное количество энергии. СВС предлагает широкий ассортимент материалов в виде порошков, пористых материалов, непористых компактов, отливок и покрытий. В сравнении по сравнению с традиционными методами синтеза материалов в высокотемпературных печах, СВС имеет ряд очевидных преимуществ, а именно: низкое энергопотребление, простое и малогабаритное оборудование, высокая производительность и эффективность, экологическая безопасность, способность к масштабированию и высокая чистота продуктов за счет самоочищения явление при высоких температурах. Эти привлекательные характеристики наделяют СНС большой гибкостью, позволяя ей производить широкий спектр продуктов, используя практически одно и то же оборудование, и создать на их основе ряд производств [3]. Наиболее важные является тугоплавкая бескислородная керамика (бориды металлов, карбиды и нитриды) также были успешно получены с помощью СВС, как из элементов, так и из доступных в природе предшественников.
Исследования продемонстрировали способность метода СВС получать порошки, которые характеризуются высокой способностью к спеканию по сравнению с порошками, полученными традиционным методы (печь, методы решения и т.д.) [4,5]. Улучшенная спекаемость порошков СВС объясняется значительной концентрацией развитой поверхности из-за чрезвычайно высоких процессов нагрева и охлаждения, неизбежных в экзотермической реакции [5-8]. Эти особенности играют важную роль в различных физико-химических явлениях, особенно при повышенных температурах. Считается, что высокоразвитая поверхность в порошках, полученных СВС, вероятно, одновременно интенсифицирует процессы массопереноса во время спекания и позволяют успешно консолидировать материалы при относительно низких температурах спекания [5,6].
Следовательно, для более широкого применения метода СВС развивается инновационное направление:
разработка, синтез и оптимизация порошков СВС в качестве потенциального сырья для консолидации с помощью передовых методов, таких как аддитивное производство (AП),
спекание в искровой плазме, уплотнение горячим взрывом и т.д.
Искровое плазменное спекание позволяет сохранить микроструктурные особенности возник в волне горения [9]. Выяснилось, что это передовой и экстраординарный метод уплотнения для спекания широкого спектра материалов, которые трудно спекать обычными методами горячего прессования. В СВС уплотнение выполняется путем приложения импульсного электрического поля, дополненного нагревом сопротивления и давлением.
Недавно проявилось превосходство упрочняющих материалов высокой плотности за довольно короткое время и при более низкой температуре по сравнению с обычными методами спекания методом горячего взрывного уплотнения [10,11]. Процесс уплотнения порошков взрывом представляет собой экономически эффективную процедуру изготовления, основанную на распространении ударной волны, возникающей при детонации взрывчатых веществ. Ударная волна проходит через тонкую стенку цилиндрического стального контейнера к порошку и уплотняет материал из-за вызванного высокого давления. Предполагается, что данная технология применима для изготовления купонов высокой плотности из сверхтонких структурированных композитов, полученных на основе СВС.
3D-печать с помощью селективного лазерного плавления (SLM) металлов и селективного лазерного спекания (SLS) керамических порошков без полимерных связующих заинтриговали исследовательское сообщество, открыв новую эру создания экономически эффективного и малоотходного производства деталей сложной формы, точных размеров и высокой стоимости [12,13].
Проектирование и разработка передовой технологии СВС для порошков (металлов, сплавов, керамики и композитов) позволяют свести к минимуму время изготовления и отходы материалов и энергии, а также для облегчения изготовления сложных деталей. Прогресс в объединении СВС и передовые технологии консолидации открывают перспективные возможности для быстрого, экономичного и крупномасштабного производства необходимых порошкообразных материалов с продуманной архитектурой. В связи с этим ниже проводится сравнительный анализ керамических и композиционных материалов, полученных с помощью СВС-реакций и спрессованных различными передовыми методами спекания.