| Аннотация |
Актуальными направлениями развития современной ракетно-космической техники можно назвать внедрение керамических материалов и технологий аддитивного производства. Порошок оксида алюминия (Al2O3) может быть использован в качестве сырья для изготовления сложных нагруженных термостойких узлов, выполненных с использованием аддитивных технологий (см., например, https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2024.04.017, https://doi.org/10.3390/ma15093279).
Сжигание металлических горючих в активных средах является известным способом получения порошка Al2O3. Конечный продукт формируется в результате гетерогенного и газофазного горения металла, конденсации выделяющихся субоксидов алюминия, коагуляции жидких оксидных капель. В этом случае исключительную важность приобретают процессы конденсации и коагуляции, определяющие дисперсность конечного оксидного порошка. В качестве источника первичной энергии и массы для синтеза оксида могут выступать конденсированные системы – твердые или пастообразные топлива. Продукты горения таких систем представляют собой запыленный многофазный поток, в котором, помимо непосредственно газовой фазы, присутствуют частицы сажи, частицы Al2O3, сформированные в результате гетерогенного и газофазного горения металлического горючего, а также горящие агломераты Al-Al2O3. Наличие большого количества конденсированных частиц в потоке, являющихся потенциальными ядрами конденсации, может существенно влиять на кинетику конденсации. Давление, температура газовой фазы, её окислительный потенциал, концентрация ионов и другие свойства среды также оказывают влияние на процессы конденсации, коагуляции и межфракционного взаимодействия.
Важной особенностью конденсированных систем является то, что варьирование их рецептуры обеспечивает изменение свойств формирующейся многофазной среды и процессов в ней. Так, за счет изменения состава и соотношения компонентов можно управлять следующими параметрами:
- Концентрация сажи, влияющая на режим и кинетику нуклеации;
- Интенсивность агломерации, определяющая массовую долю агломерирующего горючего, влияющая на соотношение вкладов различных механизмов формирования порошка Al2O3.
- Характеристики агломератов, определяющие интенсивность выделения газообразных субоксидов алюминия, из которых в результате конденсации формируется Al2O3.
- Температура и окислительный потенциал, также влияющие на характеристики процессов образования и конденсации субоксидов алюминия;
- Степень ионизации, влияющая на кинетику нуклеации и коагуляции заряженных оксидных частиц.
Можно утверждать, что в зависимости от преобладающих механизмов формирования Al2O3, могут быть получены порошки в широком диапазоне дисперсности – от наноразмерных частиц оксида, с диаметром порядка сотен нанометров, до относительно грубых частиц диаметром порядка десятков-сотен микрометров. Формирование крупной фракции Al2O3 при горении металлизированных систем изучено относительно широко, в то время как процессы образования субмикронной фразы исследованы не в полном объеме. Целью настоящей работы является разработка описания процессов конденсации, коагуляции и межфазного взаимодействия в процессе синтеза оксида алюминия при сжигании конденсированных систем, преимущественно применительно к субмикронной фракции оксида. Подобное описание является инструментом для целенаправленного влияния на рецептуру исходной конденсированной системы для получения оксидного порошка с требуемыми характеристиками (в первую очередь - с требуемой дисперсностью).
|
