книги из ГПНТБ / Бессонов А.Ф. Установки для высокотемпературных комплексных исследований

ПРЕДИСЛОВИЕ

Развитие многих отраслей техники связано с интенсификацией производственных процессов, с возрастанием их параметров: скоростей, давления, температур, механических напряжений и др. Это особенно характерно для таких отраслей как химия, металлургия, технология огнеупоров, производство радиоэлек­ тронных материалов, атомная физика.

Соответственно возрастают требования к свойствам конструк­ ционных материалов, особенно работающих при повышенных температурах. Для изучения различных свойств материалов при­ меняются специальные высокотемпературные методы и аппара­ тура. Над созданием этого оборудования работают коллективы исследовательских и проектно-конструкторских организаций. Их творческий поиск способствует выполнению одной из важней­ ших задач — всемерному повышению эффективности производ­ ства.

Кинетика процессов в конденсированных фазах и свойства твердых материалов при высоких температурах исследуются учеными с различных точек зрения с применением самых разно­ образных высокотемпературных методов и установок: термо­ массометрических, дилатометрических, термографических, рент­ генографических, электрофизических, теплофизических и др., а также комплексных методов исследования с одновременным наблюдением нескольких физических величин, характеризующих изучаемый объект.

В настоящее время опубликовано значительное число ориги­ нальных работ в этой области, между тем, до сих пор в отече­ ственной и мировой литературе отсутствует сколько-нибудь подробный обзор теоретических и экспериментальных основ указанных методов. Правда, в области физического металло­ ведения сравнительно недавно вышли небольшие книги, затро­ нувшие ограниченное число вопросов высокотемпературного исследования металлов (В. Т. Черепин. Экспериментальная техника в физическом металловедении. Киев, изд. «Техника»; В. А. Финкель. Высокотемпературная рентгенография металлов.

тепловых свойств твердых и жидких металлов при высоких тем­ пературах. Изд. Московского университета, 1967 г.).

По исследованию неметаллических материалов такие книги отсутствуют. В этой книге и сделана попытка восполнить данный пробел.

В работе рассматриваются вопросы необходимости высоко­ температурных исследований неметаллических систем, способы получения измерения и регулирования высоких температур и методы высокотемпературных исследований (термомассометри­ ческий, дилатометрический, термографический, рентгенографи­ ческий, электро- и теплофизические), даются сведения о ком­ плексных методах исследования, в которые входят как составные вышеуказанные «простые» методы.

Главная задача, которую ставит перед собой автор, — помочь читателю в возможно более короткий срок разобраться в основных узловых вопросах, уяснить состояние тех или иных проблем высокотемпературных методов исследования, а также ознако­ миться с перечнем литературы по данным вопросам.

Автор с благодарностью примет все замечания и пожелания, направленные на улучшение книги.

Отзывы следует направлять по адресу:

Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., д. 3, издательство «Ма­ шиностроение».

эрозии, а в ряде случаев — высокой термостойкостью против действия тепловых ударов. Это определило использование туго­ плавких соединений для изготовления защитных чехлов метал­ лических термопар и самих термопар для измерения температур расплавленных сталей, чугунов, цветных металлов. Измерение температур, в свою очередь, позволяет осуществлять непрерыв­ ный контроль теплового режима мартеновских печей, конвертеров, вагранок. Разработанные в настоящее время термопары с термо­ электродами из тугоплавких соединений позволяют измерять температуры до 1700° С в окислительных средах, до 3500° С в ней­ тральных, восстановительных средах и в вакууме.

Не менее важной областью применения тугоплавких соедине­ ний является изготовление нагревателей высокотемпературных печей, в частности из дисилицида молибдена — для эксплуатации на воздухе при температурах до 1700° С и из карбида ниобия — для работы в вакууме при температурах до 3000° С. Огнеупорные свойства тугоплавких соединений используются или могут быть использованы при изготовлении ответственных деталей насосов и каналов для транспортировки расплавленных металлов, футеровок каналов МГД-генераторов, теплообменных устройств, деталей аппаратуры для работы с парами металлов и расплавленными металлами (в т. ч. при производстве полупроводников методом плавки). Особенно высоки огнеупорные качества карбидов титана, бора, кремния, ниобия, дисилицида молибдена, диборида цирко­ ния, нитридов алюминия, бора, кремния, карбонитрида бора.

Многие из материалов второй группы применяются для про­ изводства новых типов керамики, например керамики из чистых окислов, предназначенной для использования в качестве спе­ циальных электротехнических или огнеупорных изделий. Карбид­ ная^ и нитридная керамики также обладают рядом ценных свойств — прежде всего абразивных.

Очень многие ведущие научно-исследовательские учреждения нашей страны и за рубежом проявляют сейчас большой интерес к различным исследованиям тех веществ, которые нашли себе применение в керамике. Все большее число специалистов и орга­ низаций принимают участие в работе в этой области. Помимо Московского и Ленинградского технологических институтов и Института химии силикатов в числе учреждений, занимающихся проблемами совершенствования керамики, можно назвать Харь­ ковский, Ленинградский и Восточный институты огнеупоров, Институт физической химии, Институт химической физики, Институт кристаллографии, Институты электрохимии в Москве и Свердловске, кафедры общей и неорганической химии Ленин­

градского и Московского университетов и очень многие другие научные учреждения.

Современный прогресс техники получения высоких температур (например, достигаемых в плазменных горелках, при плавке металлов в электронных пучках, а также в двигателях, рабо­

тающих на реактивном топливе) выдвигает ряд новых весьма ответственных задач перед специалистами в области огнеупоров, в том числе силикатов. К числу этих задач относятся создание и внедрение новых конструкционных и главным образом защитных материалов типа глазурей, эмалей и других высокотемпературных покрытий металлов, углеродистых материалов, различных кера­ мических, в том числе металлокерамических изделий (керметов)

и их отдельных деталей.

Представляет также значительный интерес изучение процессов химического взаимодействия, рекристаллизации, смачивания, происходящих в различных смесях материалов, а также на гра­ нице «металл—покрытие», «кермет—покрытие», «металл—рас­ плав», «огнеупор—расплав» при высоких температурах.

Для более глубокого изучения свойств различных материалов, а также разработки новых высокотемпературных материалов со специальными физическими и химическими свойствами полупроводниковыми, прочностными, магнитными, огнеупорными, оптическими и др. необходимы различные высокотемпературные методы, оформленные в те или иные аппаратурные варианты. В данной работе и рассматривается опыт, достигнутый в этом направлении в нашей стране и за рубежом.

Необходимо особо отметить, что рассматриваемые ниже методы могут также успешно использоваться для исследования свойств и процессов в различных сырьевых (в том числе рудных) мате­ риалах, смесях различных веществ, нагреваемых при перера­ ботке, например, при получении строительных — прежде всего цементных материалов в обжиговых печах, при проведении раз­ личных процессов в металлургическом производстве (доменном, мартеновском, конвертерном, порошковой металлургии, алюмотермии), полупроводниковой промышленности, высокотемпера­ турном синтезе, коксохимическом, стекловаренном и других производствах, связанных с использованием высоких температур.

Одним словом, реакции в твердых фазах выполняют важную функцию в самых разнообразных отраслях народного хозяйства. Изучение их имеет исключительно важное практическое значение, так как лишь на основе знания точных количественных законо­ мерностей процесса может строиться современное производство новых технических материалов, к качеству которых предъявляются жесткие требования.

2СПОСОБЫ НАГРЕВА ОБРАЗЦОВ ДО ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

Нагрев образцов можно производить тремя способами.

1. Нагрев осуществляется путем выделения тепла непосред­ ственно внутри самих образцов (благодаря тепловому действию электрического тока, пропускаемого по образцам). При этом нагрев может быть осуществлен либо при прямом электрическом