Статья: Моделирование процессов формирования свойств композиционных материалов

масса исходной смеси Cr₂O₃ и Al - 100%;

масса восстановленного хрома - 29%;

масса сплава Cr₂O₃+Al₂O₃ - 80, 5%.

Таким образом, незапланированный прирост массы продуктов реакции составляет 9, 5%. Ясно, что при полном восстановлении хрома масса продуктов реакции должна равняться массе исходной АТ-смеси. Плотность полученного сплава Cr₂O₃+Al₂O₃ равна 4, 33 г/см³. Содержание Cr₂O₃ в сплаве - около 30%.

Определение температуры горения смеси Al-Cr₂O₃ проводили с помощью термопары ВР20 в комплекте с регистрирующим прибором «Сенсорика». Температура горения составила 2250 °С.

Результаты экспериментов по определению критической удельной поверхности инертного армирующего наполнителя представлены в табл. 2. Признаки критической удельной поверхности наполнителя: расплав не вытекает из пор между частицами наполнителя; образец не приваривается к подложке во время горения.

По изложенной выше методике проводили расчет s_кр для сплава Al₂O₃ - 30% Cr₂O₃. Результат расчета критической удельной поверхности наполнителя также представлен в табл. 2.

Таблица 2 Определение s_кр инертного наполнителя для сплава Al₂O₃ - 30% Cr₂O₃

Из табл. 2 видно, что удельная поверхность 5, 9 см²/см³ является критической для сплава Al₂O₃ - 30% Cr₂O₃. Расчетное значение s_кр - 5, 2 см²/см³ хорошо подтверждается экспериментальным (5, 9 см²/см³).

Результаты компьютерного моделирования более 10 лет успешно используются для разработки технологий производства огнеупорных изделий из АТКМ. Это косвенно доказывает адекватность разработанной модели.

Предложен способ построения моделей КМ на основе теории метастабильных состояний гетерогенных систем. На основе теории разработана методика расчета s_кр для оксидных сплавов и проведено компьютерное моделирование зависимости s_кр от химического состава АТ-расплавов и температуры горения для двойных систем. Получено экспериментальное подтверждение расчетной величины критической удельной поверхности для сплава Al₂O₃ - 30% Cr₂O₃. Результаты моделирования более 10 лет успешно используются для разработки технологий производства изделий из АТКМ.

композиционный компьютерный моделирование алюмотермитный

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Воробьёв В.А., Илюхин А.В., Каледина М.А. Компьютерное моделирование и исследование свойств композиционных материалов // Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов (ТПКММ): Труды 4-й междунар. конф. 26-29 апреля 2005 г. М.: Знание, 2006. С. 502-506.

2. Рязанов С.А. Термодинамическая модель метастабильных равновесий, возникающих в гетерогенных системах при производстве алюмотермитных огнеупоров // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика: Матер. регион. 59-й науч.-техн. конф. Самара: СамГАСА, 2002. С. 152-154.

3. Рязанов С. А. Расчет устойчивости метастабильного равновесия коллоидных систем. Интеллектуальный продукт № 73200000051. Зарегистрирован ВНТЦ 27 июня 2000 г. // Идеи. Гипотезы. Решения. Информационный бюллетень Всероссийского науч.-техн. центра. 2000. №2. С. 16-17.

4. Рязанов С. А. Использование термокапиллярных эффектов для получения композиционных материалов // Опыт и перспективы применения композиционных материалов в машиностроении: Тез. докл. 9 межотраслевой конф. Самара, 1994. С. 37.

5. Рязанов С.А. Метастабильные состояния гетерогенных систем // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. Вып. 40. Самара: СамГТУ, 2006. С. 120-128.

6. Рязанов С.А. Формирование структуры алюмотермитных СВС-огнеупоров // Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения: Матер. Восьмых академических чтений отделения строительных наук РААСН. Самара: Изд-во СамГАСУ. 2004. С. 451-454.

7. Рязанов С.А. Разработка технологии производства огнеупорных изделий из алюмотермитных композиционных материалов с использованием вторичного сырья: Дис. … канд. техн. наук. Самара, 2005. 163 с.

8. Рязанов С.А. Основы технологии производства алюмотермитных огнеупоров. Самара: СамГТУ, 2007. 179 с.

9. Физико-химические свойства окислов: Справочник / Под ред. Г.В. Самсонова. М.: Металлургия, 1978. 471 c.

10. Куликов И.С. Термодинамика оксидов: Справочник. М.: Металлургия, 1986. 344 с.

11. Стрелов К.К. Структура и свойства огнеупоров. М.: Металлургия, 1972. 216 с.

12. Куликов И.С. Термическая диссоциация соединений. М.: Металлургия, 1969. 576 с.

13. Физико-химические свойства окислов: Справочник. М.: Металлургия, 1969. 455 с.

14. Маурах М.А., Митин Б.С. Жидкие тугоплавкие окислы. М.: Металлургия, 1979. 288 с.

15. Диаграммы состояния силикатных систем: Справочник. Вып. третий. Тройные силикатные системы / Под ред. Н.А. Торопова и др. Л.: Наука, 1972. 448 с.

16. Леви Л.И., Мариенбах Л.М. Основы теории металлургических процессов и технология плавки литейных сплавов. М.: Машиностроение, 1970. 496 с.

17. Дубровин А.С. Металлотермические процессы в черной металлургии // Процессы горения в химической технологии и металлургии. Черноголовка: ОИХФ АН СССР, 1975. С. 29-42.