Структурная макрокинетика высокотемпературных процессов, имеющих важное значение для создания перспективных технологий и материалов

Целью научно-исследовательской работы, рассчитанной на период 2022 – 2024 год, является теоретическое и экспериментальное исследование методами общей и структурной макрокинетики механизмов высокотемпературных физико-химических процессов, имеющих ключевое значение для создания перспективных технологий и материалов. Отличительной особенностью структурно-макрокинетического подхода является комплексный анализ физико-химических превращений на всех структурных уровнях, от атомного до макроскопического, в их взаимосвязи. Данная цель предполагает создание новых и развитие существующих методов теоретического моделирования и экспериментальной диагностики сложных процессов горения и формирования структуры целевых продуктов горения, представляющих собой перспективные конструкционные и функциональные материалы. В рамках данного подхода ставится цель получить новые фундаментальные знания о процессах безгазового, фильтрационного и газопламенного горения, процессах реакционного механического сплавления и механосинтеза, которые находят применение для создания технологий синтеза новых материалов, управления горением в различных устройствах в области энергетики, транспорта, аэрокосмической техники, для обеспечения пожаро- и взрывобезопасности различных производств. На 2024 год было запланировано решение шести научно-технических задач, входящих в общий план исследований по теме в качестве этапов. Задача 1. Исследование процессов формообразования, сплавления и гетерогенного реагирования в порошковых составах при интенсивном механическом воздействии (в планетарных мельницах и др.). Задача 2. Исследование закономерностей горения, фазо- и структурообразования продуктов в порошковых и гранулированных смесях насыпной плотности тройной системы Ti – C – B, применяемой для синтеза композитной керамики TiC–TiB2. Задача 3. Исследование пределов воспламенения и характеристик процесса горения прессованных таблеток из исходных порошков титана, прошедших предварительную дегазацию при оптимальных режимах, определенных на этапах работы в 2022-2023 гг., в среде водяного пара и его смесей с азотом, воздухом и аргоном. Задача 4. Теоретический анализ устойчивости стационарных режимов горения в проточном реакторе. С помощью численных и экспериментальных методов исследование влияния неустойчивости горения в поджигающем слое на критические условия проникновения горения в большой объем. Исследование синтеза тугоплавких карбидов в режиме СВС с помощью методов молекулярно-динамического моделирования, сопоставление результатов моделирования с экспериментальными данными. Расчет температуры и теплоты плавления, теплопроводности, теплоемкости, модуля Юнга, типа наиболее стабильной кристаллической решетки в системах Ta - C, Zr - С, Hf - С, V - С, W - С, Nb - С, Cr - С, Mn - С, Mo – С. На основе полученных результатов молекулярно-динамического моделирования выявить механизмы реакций синтеза карбидов на наноуровне. Задача 5. Экспериментальное установление и теоретическое обоснование новых фундаментальных закономерностей практически важных процессов горения водорода, синтез-газа и углеводородов (С1-С5). Задача 6. Проведение аb initio квантовохимических расчетов для поиска новых сложных фаз внедрения соединений, прогнозирования их структурной стабильности и оценки свойств. Термодинамическая оценка концентрационных пределов устойчивого состояния сложных карбидов переходных металлов и возможностей упорядочения их структуры. Все поставленные задачи выполнены.