Теоретичні основи подрібнення і механоактивації матеріалів для наплавлення і газотермічного напилення

Анотація

Одним з нових напрямків в отриманні композиційних матеріалів є застосування механічної активації компонентів суміші перед СВС-процесом. Дана операція дозволяє зробити взаємоподрібнення вихідних порошків і сформувати композиційні частинки з рівномірним розподілом вихідних реагентів за обсягом, а також знижує тепловтрати при синтезі, підвищує активність системи і гомогенність продукту горіння, сприяє утворенню нанорозмірних синтезованих включень в обсязі матриці. Процес подрібнення розглядається у фізиці руйнувань, як руйнування твердих тіл послідовною серією механічних впливів. Завданням теорії подрібнення є встановлення взаємозв'язку між дисперстністю порошку, фізико-хімічними і механічними властивостями частинок, витратами енергії і параметрами млинів. Кінцева мета досліджень в області тонкого подрібнення – пророкування результату диспергування матеріалів різних властивостей, тобто створення тонкодисперсних частинок з високою питомою поверхнею при мінімальній кількості експериментальних робіт по їх подрібненню. Проаналізована кінетична концепція міцності твердих тіл, яка довела, що руйнування – це термодинамічний процес, і дозволила прогнозувати руйнування на мікро- та макрорівні, а також двостадійна модель руйнування гетерогенних матеріалів, що базується на кінетичній моделі міцності. Розглянуто питання подрібнення – процесу руйнування шматків твердого матеріалу при критичних внутрішніх напруженнях, створюваних в результаті якого-небудь навантаження і які перевищують відповідну межу міцності. Подрібнення ділять на дроблення і помел, а машини, які застосовуються для цих цілей, називаються дробарками і млинами. Основною характеристикою процесу подрібнення є ступінь подрібнення. Проаналізовано фізику процесу механоактивації неорганічних матеріалів. Механоактивація – процес утворення хімічно активної речовини шляхом механічного подрібнення. Механохімічна активація твердих тіл вивчає комплекс взаємопов'язаних явищ і процесів, що протікають при механічному впливі на тверде тіло, як в момент механічної обробки, так і в ії результаті. Боуден і Тейбор запропонували модель "гарячих точок" для пояснення механічного ініціювання хімічних реакцій. Вони виявили, що в процесі тертя за 10-3-10-4 с. температура підвищується до 1000 К, і що саме це є причиною механічного індукування хімічних реакцій. В процесі механоактивації значну роль відіграють властивості самих матеріалів. Аморфізація поверхні, в першу чергу, спостерігається для матеріалів з високою твердістю і крихкістю, таких як корунд, кварц і т.д. Енергія, яка до них підводиться, не встигає розсіюватися. Система змушена значну її частину акумулювати в собі на створення внутрішніх дефектів.Для механоактивації матеріалів для наплавлення і напилення найбільше застосування отримали кульові млини, що представляють собою циліндричний барабан, закритий з торців, усередині якого містяться кулі і оброблюваний матеріал. В даний час активно розвивається метод механоактивованого високотемпературного синтезу при якому на першому етапі реакційну суміш обробляють протягом порівняно короткого часу в апараті-активаторі і потім використовують як прекурсор для СВС.Встановлено, що механоактивація розширює можливості проведення реакцій в саморозповсюджуваному режимі в концентраційних областях, де традиційний СВС не вдавалося реалізувати ні за яких умов. Процес механоактивації необхідний для ініціювання реакцій горіння низькокалорійних систем, в яких він може використовуватися замість попереднього підігріву. На основі аналізу сучасних уявлень про механізм руйнування твердих матеріалів, закономірностей подрібнення сумішей різноміцних матеріалів, процесу механоактивації матеріалів обгрунтовано актуальність проведення досліджень по створенню композиційних матеріалів із застосуванням СВС-процесу.