Развитие экономики предполагает ис-пользование наукоемких технологических процессов высокого уровня с применением концентрированных источников энергии для повышения надежности и потребительских качеств изделий. При реализации таких технологических процессов возможно дости-жение значительного эффекта в области экономии природных ресурсов, энергети-ческих и трудовых затрат.

Создание промышленных технологичес-ких процессов, имеющих основой операцию горения (высокотемпературного синтеза), предполагает развитие технологических устройств, реализующих синтез неоргани-ческих материалов с максимальной эффек-тивностью.

В общем случае технологическая машина для проведения СВ-синтеза должна обес-печивать следующие основные операции:

1. Подготовка исходного шихтового материала для проведения синтеза (сушка, смешивание, дозирование).
2. Обеспечение энергетического воздей-ствия на реакционную среду (ста-тического или динамического).
3. Получение и формирование продукта СВ-синтеза.
4. Осуществление экспресс-контроля параметров СВ-синтеза.

Операция СВ-синтеза может быть осуществлена с помощью технологических машин двух типов - устройств с неподвижным предметом технологического воздействия (обработки), в которых на протяжении всего процесса объем с реакционной смесью остается неподвижным относительно воздействующих условий, и устройств с движущимся объектом технологического воздействия [ 6 ].

Из анализа особенностей операции горения следует, что достижение макси-мальной производительности оборудования, предполагает применение машин, сочета-ющих высокие скорости при независимости проведения основных операций. Именно такая технологическая машина способна обеспечить производительность, удовле-творяющую требования производства, в сочетании с гибкостью, понимаемой как возможность воздействия на реакционную систему с различными временными пара-метрами протекания синтеза. Сравнительный анализ существующих типов технологичес-кого оборудования, приводит к выводу, что наиболее адекватной СВС-технологии произ-водственной базой являются интегральные технологические роторные линии [ 1 ].

Как следует из особенностей операции технологического горения, основными фак-торами, определяющими набор внешних воздействий на реакционную среду, а сле-довательно и требования к структуре технологического ротора, являются:

Использование нагревательных устройств электросопротивления, которые отличаются значительной постоянной времени - малоэффективно. Поэтому для разогрева шихты предпочтителен индукционный нагрев. Преимуществами установок индукционного нагрева являются малая инерционность, возможность наложения на среду интен-сивных полей, позволяющая обеспечить быстрый рост температуры среды, более точное динамическое регулирование тем-пературы (дозирование энергии), а также простота нагревательного элемента (индук-тора), значительно упрощающая конструкцию инструментального блока.

Как следует из результатов зависимости структуры и фазового состава продукта СВ-синтеза от режима горения, оптимальным способом реализации операции технологи-ческого горения является тепловой взрыв. Проведение реакции в этом режиме позво-ляет обеспечить максимальную полноту превращения исходных материалов, наи-меньшие теплопотери в окружающую среду и однородность состава продукта во всем объеме заготовки. Использование теплового взрыва дает возможность исключить из кон-струкции устройства инициирования реакции синтеза.

Тем не менее, в ряде случаев необходим синтез в режиме послойного горения, прежде всего тогда, когда реагирование в режиме теплового взрыва приводит к плавлению продуктов, либо необходимо ограничение максимальной температуры горения во избежание образования нежелательных соединений.

Одним из наиболее эффективных средств инициирования протекания реакции во фронтальном режиме является "поджигание" смеси с помощью технологического лазера с достаточно большим значением средней мощности в непрерывном или импульсно-периодическом режимах. В настоящее время созданы и находят промышленное при-менение в обрабоке металлических мате-риалов и покрытий три основных типа лазерных установок:

- твердотельные на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом;

- твердотельные на стекле с неодимом;

- молекулярные (газовые) на диоксиде углерода.

Наибольшее применение в технологи-ческих установках получили электрораз-рядные СО2-лазеры [5], например, исполь-зованный в экспериментах быстропроточный лазер "Лантан", способный генерировать излучение как в непрерывном режиме с мощностью Р=2.0 кВт, так и в импульсно-периодическом режиме со средней мощностью Рср=1.2 кВт.

Исследования показали, что лазерные установки обеспечивают исчерпывающую надежность зажигания различных СВС-систем во всем диапазоне начальных температур, обеспечивающих устойчивое горение. Как техническое решение, иници-ирование фронтального горения лазером представляется оптимальным приемом, особенно перспективным для использования в автоматических линиях, предполагающих малое технологическое время зажигания и требующих высокой стабильности операции инициирования.

В ряде случаев для обеспечения опти-мальных свойств продукта (материала) - полноты превращения компонентов исходной смеси, требуемого фазового состава и однородности структуры необходимо компак-тирование реакционной среды, осущест-вляемое путем внешнего динамического воздействия на нее. Как показали экспе-рименты по СВС-компактированию, наиболее эффективным способом повышения плот-ности продукта является приложение дав-ления к реакционной среде, разогретой вследствие протекания объемного теплового взрыва.

Как установлено, оптимальным режимом компактирования является такой, при кото-ром деформирование продукта реакции начинают в момент достижения макси-мальной температуры взаимодействия и ведут в интервале температур от макси-мальной температуры взаимодействия до температуры вязко-пластического перехода продукта реакции.

Обеспечение качества продуктов в части требуемого фазового состава и отсутствия оксидов в структуре требует проведения СВ-синтеза в защитной среде. Оптимальной защитной средой для подавляющего боль-шинства реакционных систем являются инертные газы, либо вакуум.

Структура рассматриваемой техноло-гической линии может быть расширена введением дополнительных роторов в рабочей зоне, например - ротора закалки изделий путем их обработки охлаждающей средой.

Результаты расчета позволяют сделать вывод о том, что использование концепции роторно-конвейерной машины как аппаратурной основы операции технологического горения позволяет достичь качественного повышения производительности по сравнению со всеми другими возможными устройствами. Роторно-конвейерная машина, обладая кинематической гибкостью и технологической надежностью, является перспективным направлением для получения СВС-материалов.

Дальнейшее развитие интегральных СВС технологий также представляется в совокупности с другими технологическими процессами, связанными с использованием высокоэнергетических потоков энергии для реализации СВ-синтеза, например при помещении компонентов синтеза в струю установки детонационно-газового напыления [2,3]. Следует отметить СВ-синтез в низкотемпературной плазме как перспективный способ получения нового поколения материалов и газотермические установки можно рассматривать в качестве теплового генератора для высокотемпературного синтеза напыляемых материалов. В практике газотермического напыления достаточно широко применяются композиционные порошки системы никель-алюминий, образующие алюминиды. Наряду с алюминидами для напыления покрытий используют и металлидные соединения системы алюминий-титан.

Представляет интерес для изучения и разработки композиционных материалов, полученных СВ- синтезом при формировании тонкой пленки на поверхности с исполь-зованием энергии струи газотермического теплового генератора.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ