CC BY
21
Металлургия и материаловедение
УДК 620.762
ОБ ОБЩЕЙ СХЕМЕ СВС ТЕХНОЛОГИЙ Амосов Евгений Александрович, к.т.н., доцент (e-mail: amosov-ea@mail.ru) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
В данной статье рассматривается вопрос об общей схеме технологий само распространяющегося высокотемпературного синтеза как первого шага анализа и изучения СВС процесса.
Ключевые слова: СВС, порошковая металлургия, схема технологии
Процесс само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) - один из видов мало затратной технологии производства порошков различных химических соединений и изделий из них [1-8]. Технологию Википедия определяет, как набор знаний, умений и инструментов для достижения некоторого результата, для решения определённых задач, имеющих практическое значение [9]. Можно сказать, что как правило, технология отвечает на следующий вопрос: «Что нужно взять и что следует с этим сделать, чтобы получить продукт заданного (желаемого) качества, то есть, с некоторыми определёнными характеристиками?»
Исходя из выше сказанного, СВС технология должна определять, какие исходные компоненты следует взять и как провести высокотемпературный синтез и другие необходимые операции для получения продукта с желаемыми параметрами (желаемый состав, размер частиц, форма конечного объекта, пористость, механические характеристики и так далее). Ядром этой технологии, очевидно, является собственно процесс синтеза, то есть, СВС, но немаловажное значение имеют и другие операции, и составляющие в целом общий набор действий для решения поставленной задачи.
Любое событие, в том числе и высокотемпературный синтез, не происходит просто так, оно имеет некоторую предысторию и, соответственно, некоторые последствия [10]. Исходя из этого утверждения, СВС технологию также можно представить в виде некоторой трёхкомпонентной схемы, а именно:
-процессы до проведения синтеза, -процессы во время синтеза, -процессы после проведения синтеза.
Более просто можно назвать эти компоненты СВС технологии предварительной подготовкой образцов, непосредственно СВС и последующей обработкой (переработкой) продуктов синтеза.
Схематически представление СВС технологии в трёхкомпонентном виде изображено ниже на рисунке 1.
Предварительная подготовка включает в себя такие операции, как сушка, смешивание, измельчение, формование, прессование брикетов - словом, типичные операции, характерные для порошковой металлургии [11].
Непосредственно синтез связан с местом проведения реакции (в реакторе, на воздухе), атмосферой, в которой протекает реакция, давлением и движением газа, которое создаётся во время синтеза, и другими факторами, влияющими на ход синтеза и его результат [1, 3, 4].
Последующая обработка полученных СВС продуктов может заключаться в измельчении, прессовании, механической обработке полученных образцов (шлифовке, заточке и т.д.) в зависимости о того, с какой целью проводится СВС, какая поставлена задача изготовления того или иного изделия.
Подготовка
СВС технология
Синтез
Переработка
Рисунок 1 - Трёхкомпонентное представление СВС технологии
Следует отметить, что в символике некоторых организаций, деятельность которых так или иначе связана с СВС процессами, своеобразно отражены все три указанных компонента общей технологии СВС.
ФФФуП ••/А
уА
И С М А Н
Рисунок 2 - Символ ИСМАН, связанный с СВС
Например, рассмотрим символ института структурной макрокинетики академии наук (ИСМАН, г. Черноголовка), представленный на рисунке 2. Как видно из рисунка 2, символ состоит из трёх главных элементов:
- набор точек (исходная порошковая смесь);
- косая линия (бегущая волна горения);
- тёмный треугольник (компактный продукт СВС реакции).
Таким образом, в символе данной организации своеобразно отражены все три компонента СВС технологии: подготовка шихты, проведение синтеза и обработка продукта (например, компактирование).
Аналогичным образом, в символе СВС технологии, предложенным кафедрой «Металловедение, порошковая металлургия, нано материалы» СамГТУ (г. Самара) также своеобразно отражены три основные компонента СВС технологии.
Символ данной организации представлен ниже на рисунке 3.
В данном случае зелёный круг отображает исходные компоненты для проведения реакции (green mix), красный круг символизирует протекание реакции синтеза при повышенной температуре, а синий круг представляет образ готового СВС продукта.
Зелёный
Красный
Синий
Рисунок 3 - Символ МПМН СамГТУ, связанный с СВС
Следует отметить, что в символе ИСМАН удачно подчёркнут тот факт, что продукт СВС реакции как правило используется не в виде порошка, а в виде готовой детали или заготовки, то есть, иначе говоря, в компактном виде. Для получения компактного продукта применяются такие приёмы как прессование горячего продукта реакции или добавление связующего элемента (металла или сплава) в СВС шихту, который расплавляется в ходе синтеза и склеивает тугоплавкие частицы - продукты химической реакции, например, в работах [12-14].
Возникает вопрос: а для чего нужна общая схема СВС технологии? Как известно, схема - это упрощённое представление процесса или объекта в самых общих чертах [15]. Схема позволяет выделить составные элементы изучаемого процесса (объекта) и связи между составными элементами [16]. По идее, из схемы должно быть понятно, как взаимодействуют между собой части процесса. Схемы используются, когда рассматриваются вопросы функционирования какого-либо объекта или управления применяемым процессом или объектом.
Допустим, для создания некоторой детали применяется процесс СВ-синтеза и некоторая связанная с ним технология, то есть, набор приёмов подготовки шихты и последующей обработки готового СВС продукта. Преимуществами СВС, как известно, являются достаточно малые затраты и быстрота процесса. Но при получении некоторого продукта этим мето-
дом могут наблюдаться и такие желательные явления, как наличие пор в детали, неполное протекание синтеза (наличие побочных нежелательных фаз), достаточно крупные частицы СВС продукты и так далее, что может заметно снизить качество полученного изделия. Поэтому возникает вопрос о том, как уменьшить указанные недостатки применения СВС процесса при сохранении преимуществ применения этого процесса. Иначе говоря, возникает вопрос об управлении процессом.
Управлением называется сознательное воздействие на процесс (явление) для получения желаемого результата или уменьшения (избегания) нежелательных эффектов [17]. А чтобы управлять процессом, нужно в нём разобраться, иначе говоря, проанализировать, разложить процесс на составные части, на некоторые звенья, то есть, на более простые элементы (анализ -это разложение на составные части [10]).
И составление схемы - один из приёмов, который применяется при поиске ответа на вопрос: «Как можно управлять данным явлением (или как можно направлять данное явление в нужное русло)?» Сначала составляется общая схема, которая по мере необходимости дополняется (детализируется).
Сушка На воздухе Сортировка
Смешивание В реакторе Измельчение
Формование В пресс-форме Компактирование
Прессование В камере 1-г Механическая
В центрифуге обработка
Рисунок 4 - Более подробное представление СВС технологии
На рисунке 4 в качестве примера приведена более детализированное представление СВС технологии по сравнению со схемой, представленной выше на рисунке 1.
Может возникнуть вопрос, а почему предлагается использовать ы начале наиболее общую схему, которая впоследствии может быть (по необходимости) уточнена и детализирована? Применение достаточно общих подходов, в частности, общих схем (например, трёхкомпонентных) хорошо тем, что подобный способ может быть достаточно продуктивно использован в разных отраслях науки и техники как первый шаг в исследовании процесса.
На рисунках ниже приведены примеры использования трёхкомпонент-ного подхода в таких науках, как история, литература и математика.
Как наглядно видно из приведённых примеров, трёхкомпонентный подход (трёхкомпонентная схема) по принципу «до события - во время события - после события» может быть применена для анализа (исследования) разнообразных процессов в различных областях науки и техники, в частности, для определения и разработки способов возможного управления этими процессами.
Таким образом, анализ СВС технологии с использованием достаточно общего трёхкомпонентного подхода (трёхкомпонентной схемы) вполне может быть первым шагом при изучении этой технологии или рассмотрении вопроса о её совершенствовании.
Рисунок 5 - Пример трёхкомпонентной схемы из истории
Рисунок 6 - Пример трёхкомпонентной схемы из литературы
Рисунок 7 - Пример трёхкомпонентной схемы из математики
Список литературы
1.Мержанов, А.Г. Твердопламенное горение / А.Г. Мержанов, А.С. Мукасьян. - М.: ТОРУС ПРЕСС, 2007. - 336 с.
2.Амосов, Е.А. О получении нано порошков методом СВС / Е.А. Амосов, А.А. Амосова, Д.В. Закамов. // СМТиТ. - 2016. - №3(6). - С.18-22.
3.Рогачев, А.С. Горение для синтеза материалов / А.С. Рогачев, А.С. Мукасьян. - М.: Физматлит, 2013. - 400 с.
4Левашов, Е.А. Перспективные материалы и технологии СВС / Е.А. Левашов и др. -М.: МИСИС, 2011. - 377 с.
5. Левашов, Е.А. Технологии и свойства СВС порошков, материалов и изделий /Е.А. Левашов и др. - М.: МИСИС, 2007. - 74 с.
6.СВС: теория и практика. - Черноголовка: Территория, 2001. - 435 с.
7.Амосов, А. П. Порошковая технология само распространяющегося высокотемпературного синтеза материалов / А.П. Амосов, И.П. Боровинская, А.Г. Мержанов— М.: Машиностроение-1, 2007. - 567 с.
8.Абдулкаримова, Р.Г. Физико-химические основы СВС/ Р.Г. Абдулкаримова. - Ал-маты, 2018. - 137 с.
9.Некрасова, Н.А. Философия науки и техники / Н.А. Некрасова, С.И. Некрасов. -М.: МИИТ, 2009. - 424 с.
10.Новая философская энциклопедия. - М.: Мысль, 2010. - 744 с.
11.Либенсон, Г. А. Процессы порошковой металлургии (в 2 томах) // Г. А. Либенсон и др. - М.: МИСИС, 2001. - 690 с.
12.Левашов, Е.А. Закономерности формирования структуры синтетических твердых инструментальных материалов / Е.А. Левашов и др. // Инж.-физ. журн. - 1992. - Т.63. -№5. - С.558-578.
13.Луц, А.Р. Применение процессов СВС для получения in situ алюмоматричных композиционных материалов, дискретно армированных нано размерными частицами карбида титана / А.Р. Луц и др. // Известия ВУЗов. Цветная металлургия. - 2016. - №1.
- С.39-49.
14.Прибытков, Г. А. Исследование продуктов СВ-синтеза в смесях титана и углерода, содержащих избыток титана / Г.А. Прибытков и др. //Перспективные материалы. -2016. - №5. - С.59-68.
15. Лопатин, В.В. Русский толковый словарь / В.В. Лопатин, Л.Е. Лопатина. - М.: Русский язык, 1997. - 832 с.
16.Иванов, А. А. Теория автоматического управления / А. А. Иванов. - М., 2003. - 250
с.
17.Мескон, М. Основы менеджмента / М. Мескон и др., пер. Л. И. Евенко. — М.: Дело, 1997. — 704 с.
18.Зыкова, Ю.А. Применение СВС технологии в производстве новых материалов / Ю.А. Зыкова, Ю. Писарева // Молодежный вестник ИрГТУ. - 2013. - №4. - С.1-8.
19.Архипов, В.Е. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез и его возможные применения / В.Е. Архипов и др. // Вестник научно-технического развития.
- 2010. - №8 (36). - С.8-11.
20.Евстигнеев, В.В. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: современные проблемы / В.В. Евстигнеев // Ползуновский вестник. - 2005. - №4-1. - С.21-35.
Amosov Evgeniy Aleksandrovich, Cand.Tech.Sci., associate professor
(e-mail: amosov-ea@mail.ru)
Samara state technical university, Samara, Russia
GENERAL SCHEME OF SHS TECHNOLOGIES
Abstract. This article discusses the general scheme of technologies for self-propagating high-temperature synthesis as the first step in the analysis of the SHS process. Keywords: SHS, powder metallurgy, technology scheme
