Способ определения температуры горения реакционных многослойных нанопленок с эффектом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Авторы патента:

Корж Иван Александрович (RU)

G01N25/50 - путем определения температуры воспламенения; путем определения взрывчатых свойств

G01K7/16 - с использованием резистивных термоэлементов (резисторы как таковые H01C,H01L)

B82B1/00 - Наноструктуры

Владельцы патента RU 2757067:

Акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (АО "ОНИИП") (RU)

Изобретение относится к области нанотехнологии материалов и может найти применение при изучении свойств реакционных многослойных материалов с эффектом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), в частности для определения температуры горения таких материалов. Предлагается способ определения температуры горения реакционных многослойных нанопленок, основанный на применении электрических методов. Температуру горения определяют по изменению электрического сопротивления полоски реакционной многослойной нанопленки до и после процесса самораспротраняющегося высокотемпературного синтеза, и температура горения tcвc рассчитывается по формуле tcвc=to+(Rt-Rx)/Rx⋅α, где to - температура до начала СВС, Rx - сопротивление полоски реакционной многослойной нанопленки до начала СВС, Rt - сопротивление полоски реакционной многослойной нанопленки после окончания СВС, α - температурный коэффициент сопротивления реакционной многослойной нанофольги. Технический результат – повышение информативности и экспрессности определения температуры горения реакционных многослойных нанопленок. 1 табл., 1 ил.

Реакционные многослойные нанопленки представляют собой класс энергетических материалов, обычно состоящих из двух реагентов. Эти реагенты могут стимулироваться внешним источником и быстро высвобождать запасенную химическую энергию при внезапном выбросе света и тепла. Происходит самораспространяющийся высокотемпературный синтез, в результате которого в течении долей секунд температура многослойной нанопленки, например, Ni/Al, повышается до (1500-1600)°С.

Известен способ определения температуры горения, а также температуры воспламенения многослойной реакционной фольги при помощи термопар, закрепленных на поверхности полоски фольги с двух сторон [1]. Недостатком способа является то, что термопары вносят слишком сильные искажения в процесс СВС. Термопары по сравнению с толщиной реакционных многослойных нанопленок (несколько десятков мкм) имеют значительные размеры и не успевают прогреться за доли секунд до температуры СВС.

Известен способ определения температуры горения при котором измерение температуры производится при помощи оптических методов, в частности при помощи фотодиода, предварительно калиброванного с применением пирометра [2] - прототип. Недостатки оптических методов - эти методы неточны из-за отсутствия данных о коэффициентах излучения реакционных многослойных нанопленок во время реакции СВС. А также эти методы сложны при практическом их применении, так как требуют использования дорогих оптических устройств (для электрического питания и регистрации данных измерений).

Задача изобретения. Разработка простого экономичного способа определения температуры горения реакционной нанофольги с эффектом СВС.

Эта задача достигается следующим образом. Предлагается способ определения температуры горения, основанный на измерении сопротивления полоски реакционной нанофольги до начала воспламенения и после окончания горения. Воспользуемся известной формулой для определения сопротивления полоски реакционной нанофольги при ее нагреве Rt=Rx(1+α(tcвc-to). Здесь to - начальная температура при проведении измерений; tcвc - температура горения полоски реакционной нанофольги, которую необходимо определить; α - температурный коэффициент сопротивления (ТКС) полоски реакционной нанофольги; Rx - сопротивление полоски реакционной нанофольги до начала СВС; Rt - сопротивление полоски реакционной нанофольги по окончании СВС.

Во время СВС процесса электрическое сопротивление полоски реакционной нанофольги увеличится на величину Rx⋅α(tcвc-to). Отсюда температура СВС процесса будет tcвc=to+(Rt-Rx)/Rx⋅α. Для определения температуры процесса необходимо знать значение ТКС полоски реакционной нанофольги.

По сравнению с аналогом этот способ простой, позволяет в короткое время определять температуру горения реакционной нанофольги. На фигуре показано реализация способа определения температуры горения реакционной нанофольги Ni/Al. Здесь l - длина полоски реакционной нанофольги; Rн - сопротивление нагрузки для ограничения тока, проходящего через реакционную нанофольгу, от источника питания. На вход схемы подавалось напряжения Uo=0,3 В. Измерялись значения напряжения на СВС полоске (фольге) и тока, проходящего через нее до инициирования и после инициирования СВС процесса. Инициирование СВС процесса осуществлялось при помощи открытого пламени (от факела зажигалки) - по длине полоски реакционной нанофольги распространялась ярко светящаяся волна безгазового горения, в результате чего происходил сам СВС процесс. Полоска вспыхивала, сопротивление ее изменялось. Это изменение сопротивления фиксировалось вольтметром. В качестве вольтметра использовался запоминающийся осциллограф.

Результаты измерений приведены в таблице 1.

Здесь l - длина полоски нанофольги, d-толщина полоски нанофольги, R_x - сопротивление полоски нанофольги до реакции СВС, R_t - сопротивление полоски нанофольги после реакции СВС, t_свc - высчитанная по формуле tcвc=to+(Rt-Rx)/Rx⋅α температура горения реакционной нанофольги. ТКС фольги определенный известным способом был равен 3,125⋅10^-3 1/°С. Среднее значение температуры (см. табл. 1) составило 1394°С.

Для подтверждения правильности предложенного способа определения температуры горения реакционной нанофольги было произведено сравнение полученных результатов с известными литературными данными. В [3] для фольги Ni/Al приводится значение для температуры горения равное (1422±50)°С. В [4] для фольги Ni/Al приводится значение для температуры горения равное (1350-1500)°С. Отсюда следует, что наши данные по температуре горения фольги Ni/Al близки к значениям, полученным другими исследователями.

Источники информации

1. Д.Н. Кузменко и др. Влияние скорости нагрева на температуру воспламенения многослойной фольги Ti/Al. Автоматическая сварка, 11/2014, с. 24-37.

2. А.С. Рогачев, А.Г. Мержанов и др. Безгазовое горение многослойных биметаллических нанопленок Ti/Al. Физика горения и взрыва 2004, т. 40, №2, с. 45-51.

3. Structure evolution and reaction mechanism in the Ni/Al reactive multilayer nanofoils / A.S. Rogachev [et al.] II Acta Materiala, 2014, 66, 89-96.

4. URL: www. Indium.com.

Способ определения температуры горения реакционных многослойных нанопленок, основанный на применении электрических методов, отличающийся тем, что температуру горения определяют по изменению электрического сопротивления полоски реакционной многослойной нанопленки до и после процесса самораспротраняющегося высокотемпературного синтеза и температуру горения tcвc рассчитывают по формуле tcвc=to+(Rt-Rx)/Rx⋅α, где to - температура до начала СВС, Rx - сопротивление полоски реакционной многослойной нанопленки до начала СВС, Rt - сопротивление полоски реакционной многослойной нанопленки после окончания СВС, α - температурный коэффициент сопротивления реакционной многослойной нанофольги.

Изобретение относится к области определения в лабораторных условиях показателей горючести защитных материалов. Способ определения огнестойкости защитных покрытий включает подготовку к испытаниям, проведение испытаний и оценку результатов.

Устройство регистрации динамики и состояния ударно нагруженной сферической поверхности лайнера // 2752060

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к регистрации параметров динамики ударно-индуцированного «пыления» с внутренней поверхности сферического лайнера при исследовании ее состояния/поведения при нагрузке. Устройство регистрации динамики состояния ударно нагруженной сферической поверхности лайнера включает размещенный на основании полусферический заряд взрывчатого вещества (ВВ) и датчики, регистрирующие движение лайнера, который установлен в полости заряда с возможностью формирования герметичного объема, соединенного с системой газоввода.

Устройство для определения показателей горючести защитных покрытий // 2740179

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для экспериментальных исследований показателей горючести защитных покрытий. Заявленное устройство представляет собой испытательную машину, состоящую из камеры горения, зафиксированной на опорах.

Блок горелок печи для огневых испытаний // 2739877

Изобретение относится к области энергетики. Блок горелок печи для огневых испытаний содержит по меньшей мере две горелки.

Способ определения характеристик зажигания образцов высокоэнергетических материалов лазерным излучением // 2737676

Изобретение относится к области исследования характеристик высокоэнергетических материалов (ВЭМ), в частности к определению времени задержки зажигания ВЭМ лазерным излучением. Способ определения характеристик зажигания образцов высокоэнергетических материалов лазерным излучением включает измерение времени задержки зажигания при подаче на поверхность образца непрерывного лазерного излучения, отличающийся тем, что исследуемый образец в виде прямого кругового цилиндра предварительно запрессовывают в цилиндрическую трубку, выполненную из прозрачного материала, диаметр лазерного луча расширяют с помощью телескопической системы до диаметра образца, перед подачей лазерного излучения на торцевую поверхность образца создают вращательное движение образца вокруг его оси симметрии с постоянной угловой скоростью, а высоту трубки над облучаемой поверхностью образца и угловую скорость вращения образца определяют в соответствии с соотношениями:h≥3d, где h - высота трубки над облучаемой поверхностью образца, м; d - диаметр образца, м; n - угловая скорость вращения образца, об/с; W - мощность лазерного излучения, Вт; S - площадь торцевой поверхности образца, м2; ΔT* - заданное значение неравномерности нагрева поверхности образца, К; m - количество мод излучения в поперечном сечении лазерного луча; λ - коэффициент теплопроводности материала образца, Вт/(м⋅К); ρ - плотность материала образца, кг/м3; с - удельная теплоемкость материала образца, Дж/(кг⋅К).

Способ определения огнестойкости строительных материалов и элементов конструкций // 2707984

Изобретение относится к области исследований физико-механических свойств материалов и может быть использовано для определения огнестойкости строительных материалов. Заявлен способ определения огнестойкости строительных материалов, характеризующийся тем, что испытуемый образец закрепляют в огневой камере, механически его нагружают, нагревают и определяют время трещинообразования.

Устройство для определения концентрационных пределов распространения пламени по газовым смесям в условиях, соответствующих невесомости // 2702422

Изобретение относится к области обеспечения пожаровзрывобезопасности и может быть использовано при разработке средств и способов обеспечения пожаровзрывоопасности объектов транспорта, нефте- и газохимической промышленности, атомных электростанций, объектов ракетно-космической техники и других объектов, на которых обращаются горючие газы.

Способ оценки пожароустойчивости деревянного изгибаемого элемента // 2698572

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий. Предложен способ определения временного показателя пожароустойчивости изгибаемого элемента под испытательной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия.

Способ оценки пожароустойчивости деревянного сжатого элемента // 2698571

Изобретение относится к области пожарной безопасности: к исследованию параметров горения твердых веществ, строительных материалов и деревянных конструкций, в частности к определению скорости обугливания деревянных сжатых элементов в условиях пожара в здании. Заявлен способ испытания деревянного сжатого элемента без огневого воздействия неразрушающими методами по комплексу единичных показателей качества деревянного сжатого элемента.

Способ идентификации невидимой ткани савиновского в.г. // 2698568

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть предназначено для исследования невидимой ткани. Способ предназначен для идентификации невидимой ткани.

Сверхпроводящий термометр сопротивления // 2756800

Изобретение может использоваться в качестве температурного датчика в составе криогенных установок, рабочие температуры которых лежат ниже критической температуры массивного сверхпроводящего материала, применяемого в термометре. Согласно заявленному решению происходит расширение температурного диапазона сверхпроводящего перехода пленки как целого по сравнению с шириной сверхпроводящего перехода массивного сверхпроводника, из которого изготовлена пленка.