Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС», г. Москва Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН), г. Черноголовка Статья поступила в редакцию 04.07.16 г., доработана 30.09.16 г., подписана в печать 03.10.16 г. Работа посвящена исследованию кинетики и механизма горения реакционных смесей в системах Zr-Si-B и Zr-B, получению по технологии силового СВС-компактирования компактных керамических материалов, а также изучению их жаростойкости. Показано, что для составов в системе Zr-Si-B зависимости температуры и скорости горения от начальной температуры (T 0) имеют линейный характер, т.е. с ростом T 0 стадийность химических реакций образования диборида и дисилицида циркония не меняется. Рассчитаны значения эффективной энергии активации СВС-процесса, свидетельствующие о ведущей роли реакционного взаимодействия циркония с бором и кремнием в расплаве. Изучена стадийность химических превращений в волне горения смеси Zr-Si-B: первоначально путем кристаллизации из расплава образуется фаза ZrB 2 , затем с запаздыванием в 0,5 с появляется фаза ZrSi 2 ; спустя 1 с кристаллизуется непрореагировавший Si. Изучен фазовый состав продуктов синтеза, в которых основным компонентом является диборид ZrB 2 , а также, в зависимости от состава исходной реакционной шихты, содержатся дисилицид циркония ZrSi 2 , Si и борид ZrB 12. По технологии силового СВС-компактирования получены компактные образцы, характеризующиеся высокой твердостью и низкой остаточной пористостью. В результате высокотемпературного окисления СВС-образцов в зависимости от состава на их поверхности формируются оксидные пленки SiO 2-ZrO 2-B 2 O 3 , а также сложный оксид ZrSiO 4 , служащие эффективным диффузионным барьером и снижающие скорость окисления. Ключевые слова: керамика, композиционные материалы, диборид циркония, дисилицид циркония, окисление, жаростойкость. Яцюк И.В.-аспирант кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП) НИТУ «МИСиС», инженер научно-учебного центра (НУЦ) СВС МИСиС-ИСМАН (119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4).

Работа посвящена получению по гибридной технологии (самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) + + горячее прессование) компактной керамики ZrB 2-SiC-(MoSi 2), а также изучению ее фазового состава, структуры и кинетики высокотемпературного окисления. Реакционные смеси готовили по следующей схеме: механическое активирование (МА) порошков Si + C; мокрое смешение порошков Zr, B и МА-смеси Si + C; сушка смесей в сушильном шкафу. В реакторе в режиме горения путем элементного синтеза получен композиционный СВС-порошок ZrB 2-SiC. Методом горячего прессования СВС-порошка получены компактные образцы, характеризующиеся однородной структурой и низкой остаточной пористостью, не превышающей 1,3 %. Для испытаний были выбраны два состава: первый, рассчитанный на образование ZrB 2 + 25 % SiC; второй аналогичен первому, но с добавкой 5 % готового порошка MoSi 2. Микроструктура образцов представлена дисперсными темно-серыми округлыми зернами SiC, распределенными среди светлых ограненных зерен ZrB 2. Образец с добавкой MoSi 2 имеет более мелкодисперсную структуру. В результате высокотемпературного окисления образцов при температуре 1200 °C на их поверхности формируются комплексные оксидные пленки SiO 2-ZrO 2-(B 2 O 3) толщиной порядка 20-30 мкм, служащие эффективным диффузионным барьером и снижающие скорость окисления. В их структуре после длительных выдержек (более 10 ч) также присутствует сложный оксид ZrSiO 4. Кроме того, после 10 ч испытаний наблюдается незначительная убыль массы образцов, что обусловлено улетучиванием газообразных продуктов окисления (B 2 O 2 , CO/CO 2 , MoO 3). Образец с добавкой MoSi 2 продемонстрировал лучшую стойкость к окислению. Ключевые слова: диборид циркония, карбид кремния, горячее прессование, кинетика, окисление, структура. Яцюк И.В.-аспирант кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП), инженер НУЦ СВС МИСиС-ИСМАН (119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4).

Soil fertility is rapidly decreasing due to irrational land use, erosion and soil pollution and adverse weather conditions. The use of composite granular organic-mineral fertilizers that contain mineral and organic components allows the soil fertility to be increased in the most effective and safe manner for the environment. In the production of granular composite fertilizers in a fluidized bed granulator, the process of isothermal mass crystallization is the main parameter that affects the quality. The effect of impurities on the morphological structure of ammonium sulfate microcrystals during mass crystallization on the surface was investigated by means of microscopic analysis. The influence of temperature and pH of the solution on the structure and shape of the microcrystal layer was studied. The process of mass crystallization depends on the presence of impurities, pH and temperature. Given the fact that there is no analytical or theoretical dependence describing the influence of impurities on the morphological structure, the influence is determined experimentally. The presence of even a small content of surfactants and other impurities in the ammonium sulfate solution has a significant effect on the morphological structure of ammonium sulfate microcrystals, which is revealed as reduction in the concentration of impurities in ammonium sulfate obtained by coke-chemical method. The pH level of the medium affects the structure and shape of microcrystals: smaller crystals with a layered structure are formed in the case of weakly alkaline medium with pH = 8 and smaller microcrystals with a granular structure are formed in the case of pH = 4. Therefore, it is important to maintain the required pH level of the medium during the mass crystallization of ammonium sulfate. In isothermal mass crystallization of saturated aqueous solutions of ammonium sulfate with humic compounds and bone meal proceeding on a surface with temperature 90 °C, small elongated crystals with microcrystal sizes from 10 to 100 μm are formed. Impurities of bone meal and humic compounds in the form of inclusions are placed between the crystals of ammonium sulfate: namely, the endosegregation of impurities in the microcrystalline framework is observed. As the concentration of organic matter in the solution increases, which crystallizes as droplets on the surface, rubble and dendrites are formed outside the initial droplet placement. This phenomenon is explained by the increase of diffusion resistance at the center of the drop; as a result, ammonium sulfate crystallizes in the zone with lower resistance. The process of isothermal mass crystallization of saturated aqueous solutions of ammonium sulfate with admixtures of humic compounds, bone meal and other target components in the specified ratios will create new highly effective fertilizers. The obtained results allow formulating theoretical bases for the formation of solid structures based on ammonium sulfate with admixtures of organic and mineral components.

No abstract