17.2 Сынақ үшін үлгілерді таңдау

17.2.1 Сынаққа таңдалатын ПӨ мөлшері, ПӨ таңдау ережесі мен оларды сынаққа дайындау ерекше сынақ бағдарламасымен қондырылуы және олар белгілі бір рет бойынша тағайындалуы қажет.

17.2.2 ПӨ мөлшерінде көрсетілген бағдарламада ерекше сынақ болмағандықтан, оларды 12 ПӨ бойынша таңдайды, бірақ екі тұрмыстық қорапшадан артық емес.

17.2.3. Лабораториялық сынақтар. Лабораторияда келесідей сынақтар жүргізіледі:

• Қабықшалардың толықтығы, құрамының өзгеруі

• Тұрақтылықтың сыртқы әсерлерге сыналуы

• Жарықтық, инфрақызыл және ультракүлгін сәулеленуге

• Күн радиациясына

• Жылу мен салқынның әсеріне сынақ

• Температураның циклдік өзгеруінен тұрақтылыққа сынақ

Жылдамдатылған климаттық сынақ Беткейдің температурасы

17.2.5 Механикалық әсер етулерден тұрақтылыққа стендтік сынақ.

17.2.6 Пиротехникалық өнімдерге полигондық сынақ (құрылыс және арнайы полигон құрылғысын қондырылғаннан кейін орындалады).

1) Өртке қауіпті аймақтың өлшемі (оттар).

2) Жарықтық сәулелену.

3) Дыбыс деңгейі.

4) Сипаттамаға тән нүкте траекториясы.

5) Қозғалыс энергиясы.

6) Элемент жұмыс істеуінің толықтығы.

7) Ұшқындардың ұшу радиусы.

8) Баяулану уақыты.

9) Пайдалануға дайындалу кезіндегі қауіпсіздік (құлау, үйкелу, статжарықтану (статэлектричество).

10) НД бойынша спецификалық фактор.

17.2.7. Р51271- 99 сәйкес барлық сынақтар жүргізіледі.

18. Өздігінен таралатын жоғарытемпературалық синтез - пиротехниканың маңызды бөлімі

Физикалық химияның әртүрлі бағыттарының ішінде жану процестерін зерттеу ерекше орын алады. Жану толқынында процестің оңай өлшенетін сипаттамаларының жоғары ақпарат қабілеттілігімен бірге жүретін әртүрлі физика–химиялық, фазалық, құрылымдық айналулармен ілесе отырып заттардың жоғары температуралық күйге тез жету мүмкіндігі жануды физика – химиялық зерттеулердің тек объектісі ғана емес, сонымен қатар ең ғажайып әдістерінің бірі. Бұл жағдайдың айқын мысалы ретінде өздігінен таралатын жоғарытемпературалық синтез (ӨЖС) процесін зерттеу жұмыстарын айтуға болады. Қазіргі уақытта оны қысқартылған түрде ӨЖС деп атайды. Бұл теорияның негізін қалаушылар академик А.Г. Мержанов, И.П. Боровинская және В.М. Шкиро болып табылады.

1967 жылы КСРО ҒА химиялық физика институтында А.Г. Мержанов басқарған қызметкерлер тобы оттексіз өтетін жану процестерінің жаңа ерекше түрін анықтаған. Олар жанғыш ретінде - металдар (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta және т.б.), ал тотықтырғыш ретінде – бейметалдар (В, C, Si) қолданылды.

Локальді иницирлеу көмегімен толқындық (өздігінен таралатын) режимдер алынды, оларда химиялық ауысулар ұнтақтың бойымен жылжитын аймақта болатыны анықталды. Оның сипаттамалық ерекшелігі болып процесс кезінде газ бөлінудің болмауы және реакция нәтижесінде конденсирленген өнімдер түзілуі болды (конденсирленген фазада 4000°С–қа дейінгі өте жоғары температураға жете алады). Мұндай гассыз жану мүмкіндігі реагенттердің химиялық әсерлесу кезінде көп мөлшерде жылу бөлінуімен және өнімдердің термиялық тұрақтылығымен түсіндіріледі.

Жоғарыда аталып өткен процестерде қиын балқитын қосылыстардың (боридтердің, карбидтердің, силицидтердің және т.б.) қалдықсыз химиялық синтезі өтеді. Қазіргі кезде бұл қосылыстар кең класты бейорганикалық материалдардың негізін құрайды және олар экстремалды жағдайларда жұмыс жасай алады (отқа және ыстыққа төзімді, аса қатты, тозуға төзімді, отқа тұрақты және т.б.).

Тәжірибелер нәтижесінде алынған қорытындылар әртүрлі эксплуатациялық қасиеттерге ие жаңа бейорганикалық материалдарды жасаудың өндірістік әдістерін табуға ұмтылыс тудырды. Бұл әдістердің жалпы атауы ретінде ӨЖС-технология қолданылады.

Қазіргі уақытта ӨЖС реакцияларының кең ауқымды кластарын қамтитын ӨЖС-технологиялар бар. Ол реакцияларда қарапайым химиялық элементтермен қатар күрделі қосылыстар (тотықтар, қорытпа, интерметаллиттер, табиғи заттар) қатысады.

ӨЖС әдісі бірінші рет баяу балқитын бейорганикалық қосылыстарды синтездеу үшін пайдаланылды. Келесі жылдары ӨЖС қолданатын өнімдердің аясы айтарлықтай кеңейді, бүгінде олардың санын нақты айту қиын(жүзге жуық). Сондықтан қазіргі, кеңейтілген түсінік бойынша ӨЖС дегеніміз – нәтижесінде тәжірибелік тұрғыдан құнды болып саналатын қатты материалдардың түзілуіне алып келетін кез келген химиялық ортаның жану процесі. ӨЖС режиміндегі өзгермелі орта әртүрлі болуы мүмкін: қатты, сұйық, газ тәріздес, аралас. Ең бастысы суыған жану өнімі пайдалы эксплуатациялық қасиеттері бар қатты зат болуы тиіс.

Жалпы түрде, ӨЖС процесін келесідей түрде өрнектеуге болады:

ΣХ(i)+ΣY(j)=ΣZ(k),

Мұндағы:

Х(i) – қатты күйдегі металл (Аl, Ti, Zr және т.б.)

Y(j)– қатты, сұйық, газ тәріздес күйдегі бейметалл ( С, B, Si, N₂, O₂, H₂),

Z(k) – синтез өнімдері (карбид, борид, силицид, нитрид, оксид, гидрид, интерметаллид т.б).

Басты жану реакциясының химиялық табиғатына және реагенттердің агретатты күйіне байланысты барлық ӨЖС–жүйелерді 4 негізгі класқа жіктеуге болады:

• Газсыз жүйе;

• Фильтрациялық жүйе;

• Газ бөлуші жүйе;

• Қалпына келтіру кезеңі бар жүйе.

ӨЖС теориясының негізгі түсініктерін (жану механизмі мен заңдылықтары) ұғыну үшін бір ғана химиялық элементтен тұратын ең қарапайым ӨЖС-жүйенің (газсыз жүйе) жану процесі мысалын қарастыруға болады.

Газсыз жүйелер үшін берілген компоненттер, аралық және соңғы өнімдер конденсирленген күйде болады (қатты немесе балқыған).

Газсыз жанудың бір ерекшелігі ол – жалынның, яғни жанудың газ тәріздес өнімдерінің болмауы. Жану толқынындағы реагентттердің химиялық әрекеттесу реакциясы конденсирленген фазада өтіп жатқанын дәлелдейтін факт ретінде жану жылдамдығының сыртқы атмосфера қысымына ешқандай тәуелді болмайды. Сондықтан синтез процесін әртүрлі қысымда вакуумде де, кез келген инертті газ атмосферасында жүргізуге болады.

Жану кезіндегі синтез өрт сипатында емес, керісінше, өзіндік ішкі заңдылықтарына қатал түрде сүйеніп, басқаруға бейім сипатта болады. Бұл заңдылықтарды зерттеу және өнімнің синтезін бақылау әдістерін өңдеу ӨЖС туралы ғылымның негізгі сұрақтары болып отыр.

Синтезбен басқарылатын негізгі факторлар ретінде: ұнтақ қоспасының құрамы, реагент бөлшектерінің мөлшері мен қатынасы, қоспа тығыздығы, үлгі размері және т.б. атап өтуге болады.

Негізінен ӨЖС процесі жану процесінің бір түрі болып табылады, сондықтан оның жылулық табиғаты болады. ӨЖС табиғатының негізі болып бағытталған жану режимінде өтетін екі немесе бірнеше химиялық элементтердің өзара экзотермиялық әсерлесу реакциясы болып саналады (газсыз жүйелер үшін де болады). Жанудың классикалық моделіне сүйенсек, реакцияны локальды иницирлегеннен кейін реагенттердің өзара әсерлесуі жұқа қабатта жүзеге асады және реакция аймағында ыстық өнімдердің салқын затқа жылу беруіне байланысты барлық жүйе бойына тарайды.

Реакцияны иницирлеу кезіне тоқталсақ, оны таңдаудың көптеген тәсілдері бар және олардың біреуін таңдау тек қана тәжірибелік тұрғыдан ыңғайлысын пайдалануға болады, себебі соңғы өнімнің қасиеттері оған тәуелді болмайды. Көп жағдайда жануды вольфрамды сымнан жасалған спиральдің немесе сәулелік энергияның дозирленген ағынының көмегімен иницирлейді.

ӨЖС қиын иницирленетін жану процесіне жататындығы тәжірибелік дәлелденген. Бұл жүйелердің тұтану (жағу) температурасы мен энергиясы барлығымызға белгілі конденсирленген жарылғыш заттар мен бытыраның тұтану көрсеткіштерінен әлдеқайда басым түседі.

Иницирлеу және келесі өтпелі периодтан кейін реакцияның анықталған таралу режимі орнатылады. Көп жағдайларда бұл режим стационарлы жағдайға жақын және уақыт пен үлгінің қимасына қатысты реакция фронты өзгеруінің сызықтық жылдамдығының тұрақтылығымен сипатталады. Әртүрлі жүйелер үшін жану жылдамдығының өзгеру интервалы 2-2,5 реттілік: баяу жанатын жүйелер (Ta, Nb, Mo, B және C қоспалары) үшін секундына миллиметрден бастап тез жанғыштар ( Ti және Zr, В және С қоспалары) үшін секундына бірнеше сантиметр болады.

ӨЖС процесінің жылдамдығы мен реакция температурасы көптеген физика-химиялық параметрлерге тәуелді болып келеді. Оларға келесілер жатады:

• Термодинамикалық параметрлер (синтездің соңғы өнімдерінің түзілу жылулығы, реакция өнімдерінің жылусыйымдылығы, процестің бастапқы температурасы, берілген қоспаның құрамы);

• Физикалық параметрлер (берілген қоспаның жылу өткізгіштігі, үлгінің тығыздығы, газдың сыртқы қысымы, ұнтақ бөлшектерінің түрі мен размері, ұнтақтың полидисперстілігі, компонент бөлшектері құрылымының дефектілігі (ақаулардың болуы), сыртқы әсерлердің болуы );

• Технологиялық параметрлері (қоспа компоненттерін араластырудың бірқалыпты болуы, ұнтақтардың активтеу дәрежесі);

• Химиялық параметрлер (ұнтақтардың ылғалдану деңгейі, ұнтақтардағы адсорбирленген қосындылар мен еріген газдардың концентрациясы).

ӨЖС шынайы технологиясы кезінде аталған параметрлерді ескере отырып, өзіміз қалайтын нәтижеге жетуге болады, яғни оптималды уақыт аралығында болжанған қасиеттерге ие болатын соңғы өнімді алуға болады.

ӨЖС барлық процестері гетерогендіге жатады, яғни реакция жылдамдығы және бөлінген жылулар реагенттердің меншікті беттеріне пропорционал. Осыдан, ӨЖС қоспасының компоненттерінің өлшемдері неғұрлым аз болса соғұрлым процесс жылдамдығы жоғары болады. Практикада, кез келген ӨЖС жүйесінде реагент бөлшектерінің өлшемі 200мкм-ден аспауы керек. Бірақ, бөлшектерінің өлшемі 50 мкм–ден кем ұнтақтары жиі қолданылады.

ӨЖС-ті жүргізу үшін компоненттерінің қатынасын кең аралықта алуға болады. Мысалы, газсыз жүйеде ӨЖС концентрацияларын аралығы 0,4- 2,5 осы кезде ӨЖС процестерінің жылдамдығы өзгереді.

Егер ӨЖС процесі бір өнімнің синтезіне алып келсе, реагенттердің оптималды қатынасы түзілу жылуы ең жоғары өнімнің түзілуіне сәкес келеді. Синтез толқыны стехиометриялық қоспа бойымен ең тез таралады. Стехиометриялық қоспаларда жану- стационарлы яғни ӨЖС фронтының (шебінің, шекарасының) үлгі бойымен жылжуы кез келген уақытта біркелкі. Әр жүйе үшін компоненттердің қатынастарының жану шегі орын алады. Мысалы, Ti+C қоспасы үшін (C: Ti) оптималды қатынасының мәні 0,32 тең.

Газсыз жүйеде реагенттердің әрекеттесуі реакция жылуына байланысты, жану жылдамдығы үлгінің өлшеміне тәуелді, үлгінің диаметрі онша әсер етпейді (1см–ден кіші болса да), себебі, реакция аумағындағы жұмсалып жатқан жылу әлдеқайда көп (тез жанатын жүйелер). Бірақ, көптеген ӨЖС жүйелері үшін (баяу жанатын), жылу бөлінулері төмен жүйелер, үлгі диаметрі 1см–ге тең жуықтағанда жұмсалатын жылу әсері біліне бастайды, яғни, жану жылдамдығы төмендейді, толық жанбайды, процестің сөнуіне алып келуі мүмкін.

ӨЖС жүйесінің жану жылдамдығы оның тығыздығына да тәуелді. Газсыз жүйе үшін оның тығыздығының мәні теориялық тығыздықтың 50-70% тең болғанда, процестің жылдамдығы максималды мәніне ие болады. Жану жылдамдығының тығыздықтың жоғарылауымен өсуі- компоненттер арасында байланыстың жақсаруымен және жылудың ыстық өнімнен суық өнімге берілуімен түсіндіріледі. Жану жылдамдығының тығыздықтың жоғарғы мәнінде кемуі – жылудың реакция аумағынан бастапқы реакциялық қоспаға ауысуы есебінен жүруі мүмкін.

Жоғарғы тығыздығы бар үлгіні (теориялық тығыздықтан 90%) жағуға келмейді немесе ондай қоспаларда жану тоқтап қалады. ӨЖС-тің таралуы үшін оның оптималды тығыздығын анықтау маңызды практикалық қорытындыға алып келеді, яғни кеуексіз материалдарды алу кезінде престеу сатысы (мысалы, ыстық престеу) ӨЖС толқынынан кейін өтуі тиіс, себебі қоспаның орынсыз престелуі синтез процесінің тоқтап қалуына алып келуі мүмкін.

Қазіргі кезде атап өткен параметрлердің барлығының фронттың таралуының жылдамдығына әсері тікелей жану температурасының өзгеруі арқылы жүретіні дәлелденген. Компоненттердің қатынастары, дисперстілігін, тығыздығын, үлгінің өлшемдерін өзгерте отырып берілген жүйе үшін жану температурасын 500-700 ^оС өзгертуге болады. Сөйтіп, фронттың таралу жылдамдығы сияқты жану температурасын да өзгертіп тұруға болады. ӨЖС процесінде негізінен жану температурасын төмендету үшін бастапқы өнімдерді реакция өнімдерімен араластырады (мысалы, Ti+ C қоспасын TiC қоспасымен араластырады), ол жану температурасын көтеру үшін шихтаны алдын ала қыздырады.

Қарапайым газсыз ӨЖС жүйесінде жану фронтының таралуының заңдылықтарын одан күрделірек компонентті ӨЖС жүйелеріне де қолдануға болады.

Өзін­өзі тексеруге арналған сұрақтар:

1. Өздігінен таралатын жоғары температуралық синтездің негіздері?

2. Өздігінен таралатын жоғары температуралық синтездің артықшылықтары?

3. ӨЖС–жүйелерінің қандай түрлері бар?

4. ӨЖС–процестің температурасы, жану жылдамдығы?

5. Газсыз жану деген не?

6. Өздігінен таралатын жоғары температуралық синтез құбылысын кім және қашан ашты?