danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2018-62-6-674-684dan-567Research ArticleФИЗИКАPHYSICSВлияние мощного ультразвука на процессы горения и фазовый состав тугоплавких соединений титана при самораспространяющемся высокотемпературном синтезеEffect of powerful ultrasound on the combustion processes and phase composition of refractory compounds of titanium at the self-propagating high-temperature synthesisКлубовичВ. В.KlubovichV. V.

академик, д-р техн. наук, профессор

Academician, D. Sc. (Engineering), Professor

v_klubovich@tut.byКулакМ. М.KulakM. M.

канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник

Ph. D. (Engineering), Senior researcher

mmk_vit@tut.byХинаБ. Б.KhinaB. B.

д-р физ.-мат. наук, доцент, гл. науч. сотрудник

D. Sc. (Physics and Mathematics), Associate рrofessor, Chief researcher

khina@tut.byБелорусский национальный технический университет, МинскBelarusian National Technical University, MinskИнститут технической акустики Национальной академии наук Беларуси, ВитебскInstitute of Technical Acoustics of the National Academy of Sciences of Belarus, VitebskФизикo-технический институт Национальной академии наук Беларуси, МинскPhysical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk201813012019626674684Copyright © Клубович В.В., Кулак М.М., Хина Б.Б., 20192019Клубович В.В., Кулак М.М., Хина Б.Б.Klubovich V.V., Kulak M.M., Khina B.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/567

На разработанной экспериментальной установке исследовано влияние ультразвуковых колебаний (УЗК) на условия теплообмена между образцом и окружающей средой. Определено влияние амплитуды УЗК на скорость и температуру горения, фазовый состав и параметры кристаллических решеток синтезированных соединений при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе (СВС) в системах Ti–С(Si,B). Выполнена оценка коэффициента теплообмена на поверхности образца при его колебаниях с ультразвуковой частотой. Рассмотрены возможные механизмы влияния УЗК на СВС-процесс. Показано, что уменьшение температуры СВС обусловлено охлаждением образца из-за вынужденной конвекции окружающего газа, а изменение фазового состава синтезируемого материала и кристаллографических параметров фаз связано с изменением условий высокотемпературного гетерогенного взаимодействия в волне СВС.

The effect of ultrasound oscillations (USO) on the heat transfer conditions between a specimen and environment is examined using a specially developed experimental facility. The influence of the USO amplitude on the combustion temperature and velocity as well as on the phase composition and crystal lattice parameters of the synthesized compounds is studied for the self-propagating high-temperature synthesis (SHS) in Ti–С(Si,B) systems. The heat transfer coefficient on the surface of a specimen during its oscillations with an ultrasound frequency is assessed. Possible mechanisms of the effect of USO on the SHS process are considered. It is demonstrated that a decrease in the SHS temperature is connected with cooling the specimen due to forced convection of a surrounding gas, while a change in a phase composition of the synthesized material and the crystallographic parameters of the phases occurs due to changes in the conditions of high-temperature heterogeneous interactions in the SHS wave.

самораспространяющийся высокотемпературный синтезультразвуковые колебанияскорость и максимальная температура горениякарбид (силицидборид) титанафазовый составself-propagating high-temperature synthesisultrasound oscillationsvelocity and maximal temperature of combustiontitanium carbide (silicideboride)phase compositionReferencesК вопросу о равновесности продуктов СВС / А. Г. Мержанов [и др.] // Докл. Акад. наук (России). – 2004. – Т. 394, № 4. – С. 498–502.Merzhanov A. G., kovalev D. yu., Shkiro V. M., Ponomarev V. I. Equilibrium of products of self-propagating hightemperature synthesis. Doklady Physical Chemistry, 2004, vol. 394, no. 4–6, pp. 34–38. https://doi.org/10.1023/b:dopc. 0000017998.96972.70Николис, Г. Самоорганизация в неравновесных системах: от диссипативных структур к упорядоченности через флуктуации / Г. Николис, И. Пригожин. – М., 1979. – 512 с.Nicolis G., Prigogine I. Self-organization in nonequilibrium systems: From dissipative structures to order through fluctuations. John Wiley & Sons, 1977. 491 p.Кирдяшкин, А. И. О влиянии капиллярного растекания на процесс горения безгазовых систем / А. И. Кирдяшкин, Ю. М. Максимов, А. Г. Мержанов // Физика горения и взрыва. – 1981. – Т. 17, № 6. – С. 10–15.kirdyashkin A. I., Maksimov yu. M., Merzhanov A. G. Effects of capillary flow on combustion in a gas-free system. Combustion, Explosion and Shock Waves, 1981, vol. 17, no. 6, pp. 591–595. https://doi.org/10.1007/bf00784246Горение многокомпонентных систем в ультразвуковом поле / В. A. Aндреев [и др.] // Физика горения и взрыва. – 1987. – Т. 23, № 6. – С. 65–69.Andreev V. A., levashov E. A., Mal’tsev V. M., khavskii N. N. Combustion of multicomponent systems in an ultrasonic field. Combustion, Explosion and Shock Waves, 1987, vol. 23, no. 6, pp. 725–729. https://doi.org/10.1007/bf00742528Левашов, Е. А. Перспективы применения акустических полей в технологиях СВС / Е. А. Левашов, А. Г. Мержанов, Н. Н. Хавский // Инженерно-физический журнал. – 1993. – Т. 65, № 4. – С. 503–506.levashov E. A., Merzhanov A. G., khavskii N. N. Prospects for the use of acoustic fields in SHS technologies. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 1993, vol. 65, no. 4, pp. 1036–1039. https://doi.org/10.1007/bf00862784Кипарисов, С. С. Карбид титана. Получение, свойства, применение / С. С. Кипарисов, Ю. В. Левинский, А. П. Петров. – М., 1987. – 213 с.kiparisov S. S., levinskiy yu. V., Petrov A. P. Titanium carbide. Production, properties, applications. Moscow, 1987. 213 p. (in Russian).Самсонов, Г. В. Силициды / Г. В. Самсонов, Л. A. Дворина, Б. М. Рудь. – М., 1979. – 272 с.Samsonov G. V., Dvorina l. A., Rud’ B. M. Silicides. Moscow, 1979. 272 p. (in Russian).Murray, J. l. The B–Ti (boron–titanium) system / J. l. Murray, P. k. liao, k. E. Spear // Bulletin of Alloy Phase Diagrams. – 1986. – Vol. 7, N 6. – P. 550–555, 587–588. https://doi.org/10.1007/bf02869864Murray J. l., liao P. k., Spear k. E. The B–Ti (boron–titanium) system. Bulletin of Alloy Phase Diagrams, 1986, vol. 7, no. 6, pp. 550–555, 587–588. https://doi.org/10.1007/bf02869864Клубович, В. В. Ультразвук в процессах СВС / В. В. Клубович, М. М. Кулак, Б. Б. Хина. – Минск, 2006. – 279 с.klubovich V. V., kulak M. M., khina B. B. Ultrasound in SHS processes. Minsk, 2006. 279 p. (in Russian).Кулемин, A. В. Исследование тепловых процессов в ультразвуковых волноводах, работающих при больших интенсивностях звука / A. В. Кулемин // Новые разработки в ультразвуковой технике. – Л., 1972. – С. 3–12.kulemin A. V. Study of thermal processes in ultrasound waveguides working at high sound intensities. Novie razrabotki v ul’trazvukovoi tehnike [New developments in ultrasound engineering]. leningrad, 1972, pp. 3–12 (in Russian).Математическая теория горения и взрыва / Я. Б. Зельдович [и др.]. – М., 1980. – 478 с.Zeldovich ya. B., Barenblatt G. I., librovich V. B., Makhviladze G. M. The mathematical theory of combustion and explosions. New york, Ny, Consultants Bureau, 1985. 597 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4613-2349-5Pierson, H. Handbook of Refractory Carbides and Nitrides / H. Pierson. – Noyes Publ., 1996. – 340 p.Pierson H. Handbook of refractory carbides and nitrides. Noyes Publ., 1996. 340 p.khina, B. B. Effect of ultrasound on combustion synthesis of composite material “TiC–metal binder” / B. B. khina, M. M. kulak // J. Alloys and Compounds. – 2013. – Vol. 578. – P. 595–601. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.07.030khina B. B., kulak M. M. Effect of ultrasound on combustion synthesis of composite material “TiC–metal binder”. Journal of Alloys and Compounds, 2013, vol. 578, pp. 595–601. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.07.030

The authors declare that there are no conflicts of interest present.