Yugra State University BulletinYugra State University BulletinВестник Югорского государственного университета1816-92282078-9114Yugra State University733310.17816/byusu201511214-26ArticlesСтатьиResearch ArticleOptical measurement and analysis of microstructure of wave combustion in Ni-AlОптические измерения и анализ тепловой микроструктуры волны CBC в системе NI-ALDolmatovAlexey V.ДолматовАлексей Викторович
Russian Federation

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department Physics-chemistry of processes and materials, Yugra State University

Кандидат технических наук, доцент кафедры физико-химии процессов и материалов Югорского государственного университета

ADolmatov@bk.ruPinchukMikhail V.ПинчукМихаил Викторович
Russian Federation

4th grade student of specialty «Materials science and technology of materials», Yugra State University

Cтудент 4 курса специальности «Материаловедение и технологии материалов» Югорского государственного университета

pinchuk-mikhail93@ya.ruSergeychevAlexey V.СергейчевАлексей Владимирович
Russian Federation

4th grade student of specialty «Materials science and technology of materials», Yugra State University

Cтудент 4 курса специальности «Материаловедение и технологии материалов» Югорского государственного университета

a.sergeychev@bk.ruYugra State UniversityЮгорский государственный университет15062015112NO2 (2015)№2 (2015)142604122017Copyright ©; 2015, Dolmatov A.V., Pinchuk M.V., Sergeychev A.V.Copyright ©; 2015, Долматов А.В., Пинчук М.В., Сергейчев А.В.2015Dolmatov A.V., Pinchuk M.V., Sergeychev A.V.Долматов А.В., Пинчук М.В., Сергейчев А.В.http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0https://vestnikugrasu.org/byusu/article/view/7333

In this paper study the microstructure of the wave self-propagating high-temperature synthesis (SHS) to find the relationship between the rate of the reaction front, the characteristic size of foci and the combustion temperature. Measure the dynamics of the temperature field SHS process was carried out using of the original optical complex of micropyrometer with a spatial resolution of 5.9 mkm and a speed of recording up to 10,000 frames per second. A method of analysis of thermal data implemented on the basis of ergodic model of the wave regime SHS and MATLAB. In the experiment is varied composition Ni-Al and its initial temperature. The experiment results approximated of the quadratic dependence of the rate of the front reaction on the hearth size, and inverse dependence of the hearth size on combustion temperature and initial temperature of the reaction mixture.

В работе исследовалась микроструктура волны самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) для поиска взаимосвязи между скоростью фронта реакции, характерным размером очагов и температуры горения. Измерения динамики температурного поля процесса СВС производились с помощью оригинального комплекса оптической микропирометрии с пространственным разрешением 5,9 мкм и скоростью регистрации до 10000 кадров в секунду. На основе эргодичной модели вол-нового режима СВС предложена методика анализа тепловизионных данных, реализованная в среде MATLAB. В эксперименте варьировался состав шихты Ni-Al и ее начальная температура. По результатам эксперимента аппроксимирована квадратичная зависимость скорости фронта волны СВС от размера очага и линейное сокращение размера очага при росте температуры реакции и начальной температуры шихты.

wavefrontself-propagatinghigh-temperature synthesisreactionSHSmicrostructurespeedtemperaturesizelayerthermal imaging systemMATLAB environmentволнафронтсамораспространяющийсявысокотемпературныйсинтезреакцияСВСмикроструктураскоростьтемператураразмерслойтепловизионная системасреда MATLABРабота выполнена финансовой поддержке РФФИ (№15-48-00100) «Приборы контроля динамики распределения термодинамической температуры в процессах СВС материалов и газотермического напыления покрытий»1. Мержанов, А. Г. Явления волновой локализации автотормозящихся твердофазных реакций [Текст] / А. Г. Мержанов, И. П. Боровинская, В. М. Шкиро // Вестник АН СССР. – 1984. – № 10.2. Merzhanov, A. G.; Borovinskaya, I. P. A new class of combustion processes // Combustion Sci. Technology, 1975. – Vol. 10. – № 5–6. – P. 195–200.3. Твердопламенное горение [Текст] / А. Г. Мержанов, А. С. Мукасьян. – М. : ТОРУС ПРЕСС, 2007. – 336 с.4. Development Prospects of SHS Technologies in Altai State Technical University / V. V. Evstigneev, P. J. Guljaev, I. V. Miljukova et al. // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. – 2006. – Т. 15. – № 1. – С. 99–104.5. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика [Текст] / Под ред. А. Е. Сычева. – Черноголовка : Территория, 2001. – 432 с.6. Интегральные технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза [Текст] / В. В. Евстигнеев, Б. М. Вольпе, И. В. Милюкова, Г. В. Сайгутин. – М. : Высшая школа, 1996. – 274 с.7. Итин, В. И. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений [Текст] / В. И. Итин, Ю. С. Найбороденко. – Томск : Изд-во Томского университета, 1989. – 214 с.8. Гуляев, П. Ю. Байесовский подход в интегральных методах оптического контроля параметров реакции СВС и топливных струй [Текст] / П. Ю. Гуляев, А. В. Долматов // В сб. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез Материалы и технологии / под ред. В. В. Евстигнеева, В. М. Белова. – Новосибирск, 2001. – 284 с. – С. 136–139.9. Гуляев, И. П. Плазменная обработка дисперсных материалов : монография : в 2-х ч. [Текст] / И. П. Гуляев // Часть I. Физические основы. – Ханты-Мансийск : УИП ЮГУ, 2013. – 115 с.10. Гуляев, П. Ю. Материалы для фильтрационного дожигания попутных нефтяных газов на основе высокопористой СВС-металлокерамики [Текст] / И. В. Милюкова, А. В. Долматов // Тезисы докладов IV международной школы-семинара: «Высокотемпературный синтез новых перспективных наноматериалов» / под ред. В. В. Евстигнеева, А. В. Еськова, Д. А. Харина. – Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2008. – С. 29–31.11. Гуляев, П. Ю. Интеллектуальные наноструктурные СВС-системы и виртуальные механизмы формирования ультрастабильных цеолитных материалов [Текст] / П. Ю. Гуляев, И. В. Милюкова, А. В. Долматов // Ползуновский альманах. – 2008. – № 2. – С. 38–39.12. Разработка СВС-каталитических материалов на основе наноструктурированных интерметаллидов и цеолитов для решения экологических проблем транспорта [Текст] / П. Ю. Гуляев, А. В. Долматов, И. В. Милюкова [и др.] // Вестник Югорского государственного университета. – 2009. – № 2. – С. 23–28.13. Барзыкин, В. В. Исследование закономерностей зажигания гетерогенных систем с тугоплавкими продуктами реакции [Текст] / В. В. Барзыкин, В. П. Стовбун // Процессы горения в химической технологии и металлургии. – Черноголовка : Изд-во ОИХФ АН СССР, 1975. – С. 274–283.14. Шкиро, В. М. Исследование закономерностей горения смесей титана с углеродом [Текст] / В. М. Шкиро, И. П. Боровинская. – Черноголовка : Изд-во ОИХФ АН СССР, 1975. – С. 253–258.15. О механизме распространения волны горения в смесях титана с бором [Текст] / Т. С. Азатян, В. М. Мальцев, А. Г. Мержанов, В. А. Селезнев // Физика горения и взрыва. – 1980. – № 2. – С. 37–42.16. Долматов, A. B. Сверхадиабатические режимы СВ-синтеза пористой металлокерамики для фильтрационного дожигания попутных нефтяных газов [Текст] / А. В. Долматов, П. Ю. Гуляев, И. В. Милюкова // Доклады X международной конференции: «Физико-химические процессы в неорганических материалах (ФХП-10)». – Кемерово : Кузбассвузиздат, 2007. – Т. 2. – С. 46–48.17. In-situ selfpropagating–hightemperature–synthesis controlled by plasma / P. Yu. Gulyaev, I. P. Gulyaev, Cui Hong-zhi, I. V. Milyukova // Вестник Югорского государственного университета. – 2012. – № 2 (25). – С. 28–33.18. Ковалев, Д. Ю. Динамика фазовых переходов при СВС порошковой системы 3Cu–Al в режиме теплового взрыва [Текст] / Д. Ю. Ковалев, В. И. Пономарев, В. Д. Зозуля // Физика горения и взрыва. – 2001. – Т. 37, № 6. – С. 66–70.19. Горение для синтеза материалов: введение в структурную макрокинетику [Текст] / А. С. Рогачев, А. С. Мукасьян. – М. : Физматлит, 2013. – 400 с.20. Андреев, В. А. Исследование горения смесей гафния и бора методом оптической пирометрии [Текст] / В. А. Андреев, В. М. Мальцев, В. А. Селезнев // Физика горения и взрыва. – 1980. – № 4. – С. 18–23.21. Гарколь, Д. А. Новая методика высокоскоростной яркостной пирометрии для исследования процессов СВС [Текст] / Д. А. Гарколь, П. Ю. Гуляев, В. В. Евстигнеев, А. Б. Мухачев // Физика горения и взрыва. – 1994. – Т. 30, № 1. – С. 72–77.22. Вольпе, Б. М. Исследования взаимодействия в СВС-системе Ni-Al-Cr на основе высокотемпературной яркостной пирометрии [Текст] / Б. М. Вольпе [и др.] // Физика горения и взрыва. – 1997. – Т. 10, № 3. – С. 445–446.23. Долматов, А. В. Виртуальная тепловизионная система с микросекундным периодом регистрации [Текст] / А. В. Долматов, А. О. Маковеев, К. А. Ермаков, В. В. Лавриков // Ползуновский альманах. – 2012. – № 2. – С. 31–36.24. Долматов, А. В. Спектральный пирометр для контроля температуры в процессах термосинтеза [Текст] / А. В. Долматов, И. П. Гуляев, Р. Р. Имамов // Вестник Югорского государственного университета. – 2014. – № 2 (33). – С. 32–42.25. Бенин, А. А. Структура тепловой волны в некоторых процессах СВС [Текст] / А. А. Бенин, А. Г. Мержанов, Г. А. Нерсисян // Доклады АН СССР. – 1980. – Т. 250, № 4. – С. 880–884.26. Мержанов, А. Г.Микроструктура фронта горения в гетерогенных безгазовых системах (на примере горения системы 5Ti + 3Si) [Текст] / А. Г. Мержанов // Физика горения и взрыва. – 1996. – Т. 32, № 6. – С. 68–81.27. Виновский критерий выбора параметров редукции температурного распределения частиц по их суммарному тепловому спектру [Текст] / П. Ю. Гуляев, В. И. Иордан, И. П. Гуляев [и др.] // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2008. – Т. 51, № 9–3. – С. 69–76.28. Бересток Г. М. Система оптического контроля тепловых параметров процесса СВ-синтеза [Текст] / Г. М. Бересток, П. Ю. Гуляев, А. В. Долматов, И. В. Милюкова // Современные научные исследования и инновации. – 2015. –№ 2 (46). – С. 71–81.29. Долматов, А. В. Комплекс автоматизированной калибровки тепловизионной системы на базе MATLAB [Текст] / А. В. Долматов, К. А. Ермаков, В. В. Лавриков, А. О. Маковеев // Вестник Югорского государственного университета. – 2012. – № 2 (25). – С. 59–63.30. Varma A., Rogachev A. S, Mukasyan A. S., Hwang S. Complex behavior of self-propagating reaction waves in heterogeneous media // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1998. – No. 95. – P. 11053–11058.31. Рогачев, А. С. К теории эстафетного распространения волны горения в гетерогенной среде [Текст] / А. С. Рогачев, А. Г. Мержанов // Доклады РАН. – 1999. – Т. 365, № 6. – С. 788–791.32. Гуляев, П. Ю.Моделирование фрактальных структур упаковок порошковых СВС-материалов [Текст] / П. Ю. Гуляев [и др.] // Ползуновский альманах. – 2007. – № 3. – С. 39–41.33. Mukasyan A. S., Rogachev A. S., Varma A. Microstructural mechanisms of combustion in heterogeneous reaction media // Proc. of the Combustion Institute. – 2000. – Vol. 28. – P. 1413–1419.34. Mukasyan A. S., Rogachev A. S., Mercedes M., Varma A. Microstructural correlations between reaction medium and combustion wave propagation in heterogeneous systems // Chem. Eng. Sci., 2004. – Vol. 59. – P. 5099–5105.35. Varma A., Mukasyan A. S., Hwang S. Dynamics of self-propagating reactions in heterogeneous media: Experiments and model // Chem. Eng. Sci., 2001. – Vol. 56. – P. 1459–1466.36. Temperature measurements for Ni-Al and Ti-Al phase control in SHS Synthesis and plasma spray processes / P. Gulyaev, H. Cui, I. Gulyaev, I. Milyukova // High Temperatures-High Pressures. – 2015. – V. 44. – № 2. – Р. 83–92.37. Gulyaev I. P., Ermakov K. A., Gulyaev P. Yu. New High-Speed Combination of Spectroscopic And Brightness Pyrometry For Studying Particles Temperature Distribution In Plasma Jets // European researcher. – 2014. – № 3–2 (71). – С. 564–570.