Экспериментальные методы СВС-технологии. Микровидеосъемка

1. Новые экспериментальные методы СВС-технологии: микровидеосъемка

Казахский Национальный Университет им. аль-Фараби
Факультет химии и химической технологии
5B07200- Химическая технология неорганических веществ
Новые экспериментальные методы
СВС-технологии: микровидеосъемка
Выполнили: Айтмагамбетова А.
Жанакова А.

2.

Динамические
методы
исследования
микроструктурных
превращений
в
реакционной смеси в процессе СВС
находятся пока в начальной стадии своего
развития. Результаты микровидеосъемки
дают представление, в основном, о тепловой
микроструктуре
волны,
при
этом
микроструктуру образца не удается увидеть
из-за яркого свечения фронта и продуктов
реакции. Эта проблема может быть решена с
помощью очень яркого внешнего освещения
и подбора светофильтров.

3.

Высокоскоростная микровидеосъемка позволяет
наблюдать
процесс
горения
с
временным
разрешением 10^-3 с, и пространственным порядка
100 мкм.
Для видеорегистрации эксперимента используют по
крайней мере две малогабаритные телевизионные
камеры типа KPC-S400B (с фокусным расстоянием
3,6 мм), одна из камер снабжена светофильтром.
Камера без фильтра осуществляет видеосъемку
образца до и после горения, а видеосъемка процесса
горения (СВС) осуществляется камерой через фильтр

4. В настоящее время микровидеосъемку могут проводить соединяя высокоскоростную цветную видеокамеру Motion ProX3 с объективом Pentax C31204

5.

Управление
экспериментом
обычно
осуществляется
компьютером,
который
обеспечивает последовательное проведение
процесса в каждой из реакционных камер,
включение
видеокамер,
синхронное
включение блока питания, инициирующего
устройства и видеокамеры с фильтром,
осуществляющей видеосъемку процесса
горения.

6.

В Томском научном центре сибирского отделения РАН
разработаны оригинальные пирометрические методики
для изучения тепловой структуры волны СВС,
основанные на обработке данных видеозаписи процесса.
Образцы с плоской боковой поверхностью (рис.1)
устанавливались в реакционной камере с окном. Горение
смесей инициировалось с помощью вольфрамовой
спирали, нагретой электрическим током. Изменения
топологии реакционных систем в ходе реакции
контролировали путем съемки процесса в отраженных
лучах лазерного излучения (рис.1) через набор
светофильтров ОС17 + СЗС21, ОС17 + СЗС 21,
настроенных на длину волны лазера.

7.

Рис. 1. Схема
видеосъемки СВС в
отраженных лучах
лазера.
1– реакционная камера;
2–образец;
3–лазер;
4 –линза;
5–набор светофильтров.

8.

Согласно полученным результатам, горение смеси Ti
+ 35 мас. % Mo в азоте реализуется в поверхностном
режиме.
Указанный
режим
характеризуется
распространением реакционной волны сначала в
узком приповерхностном слое образца (рис. 2,
кадры 0–0.48 с) с последующим проникновением
горения от поверхности к его центру, что видно по
повышению интенсивности свечения отверстия (рис.
2, кадры 1 – 13 с) после прохождения
поверхностной волны. Особенностью наблюдаемого
горения является наличие локальных реакционных
очагов
и
сложная
трехмерная
структура
температурного поля реакционной волны .

9.

Рис.2. Кинограмма процесса горения
порошковой смеси Ti + 35 мас. % Mo в азоте.
1–фронт поверхностной волны горения,
2– отверстие в образце,
3– реакционный очаг. d(Ti) < 63мкм, d(Mo)

10.

Также в Алтайском государственном
техническом университете им. И.И.
Ползунова
работает
лаборатория
"Информационные системы тепловидения и
пирометрии" (ЛИСТиП).
В их эксперименте по исследованию
теплового взрыва в системе Ti-Al
использовались термопарные измерения и
скоростная видеосъемка. Блок схема
экспериментального комплекса изображена
на рис. 3.

11.

Рис. 3. Функциональная блок-схема экспериментального
комплекса по исследованию СВ-синтеза

12.

Из рисунка видно,
что процесс развития
теплового
взрыва
имеет
локальный
характер, в отличие
от
общепринятых
представлений
о
механизме поджига
или разогрева во
всем объеме.
Рис. 4. Кинограмма
развития очага горения

13.

Несмотря на то, что микровидеосъемка это совершенно новый
экспериментальный метод он развивается достаточно
ускоренным темпом.
Сейчас микровидеосъемка применяется с подбором
светофильтров, но можно предполагать, что в ближайшем
будущем появится возможность прямой видеосъемки
микроструктурных превращений в процессе СВС.
Также предполагается провести скоростную видеосъемку
смеси в процессе саморазогрева, что дает возможность
анализировать процесс синтеза в локальных областях,
сопоставляемый с масштабом гетерогенности, кроме того,
высокая разрешающая временная способность позволит изучить
кинетику разогрева системы (тонкая тепловая структура).