Про розвиток напряму високотемпературного самопоширюваного синтезу (доповідь з нагоди вручення Золотої медалі ім. В.І. Вернадського НАН України)
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вісник НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2017 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2017
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122449 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Про розвиток напряму високотемпературного самопоширюваного синтезу (доповідь з нагоди вручення Золотої медалі ім. В.І. Вернадського НАН України) / Г.Ф. Тавадзе // Вісник Національної академії наук України. — 2017. — № 5. — С. 46-51. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859459133038657536 |
|---|---|
| author | Тавадзе, Г.Ф. |
| author_facet | Тавадзе, Г.Ф. |
| citation_txt | Про розвиток напряму високотемпературного самопоширюваного синтезу (доповідь з нагоди вручення Золотої медалі ім. В.І. Вернадського НАН України) / Г.Ф. Тавадзе // Вісник Національної академії наук України. — 2017. — № 5. — С. 46-51. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вісник НАН України |
| first_indexed | 2025-11-24T02:26:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
46 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2017. (5)
ПРО РОЗВИТОК НАПРЯМУ
ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО
САМОПОШИРЮВАНОГО СИНТЕЗУ
Доповідь з нагоди вручення Золотої медалі
ім. В.І. Вернадського НАН України
Глубокоуважаемый Борис Евгеньевич!
Глубокоуважаемые коллеги!
Разрешите выразить мое персональное и особое уважение На-
циональной академии наук Украины и глубокую благодарность
тем украинским научным центрам, где учились, повышали ква-
лификацию, защищали кандидатские и докторские диссертации
более двух десятков моих коллег — металлургов и материалове-
дов из нашего Института, в том числе и я. Разрешите также вы-
разить искреннюю благодарность за столь высокую оценку моей
деятельности, отмеченную Золотой медалью НАН Украины
имени В.И. Вернадского. Думаю, что эта высокая награда при-
надлежит не только мне, но и моим коллегам, моим учителям и
ученикам из Института металлургии и материаловедения име-
ни Фердинанда Тавадзе, вместе с которыми мы отстояли наш
Институт в тяжелейшие для нашей страны годы.
Прежде чем перейти непосредственно к научному докладу,
позвольте вкратце рассказать о нашем Институте и о его сегод-
няшнем состоянии.
Институт металлургии был основан в 1945 г. в системе АН
Грузии. С 1951 г. и до самой смерти (1989 г.) его бессменно воз-
главлял академик Фердинанд Несторович Тавадзе. С 2000 г.
Институт был переименован в Институт металлургии и мате-
риаловедения.
Институт металлургии был единственным в Закавказье ис-
следовательским учреждением данного направления, что и
определило его многопрофильность. В 1990 г. в его структуру
входили 42 лаборатории, опытные производственные участ-
ки на Руставском металлургическом и Зестафонском ферро-
сплавном заводах, общая численность сотрудников составляла
800 человек.
ТАВАДЗЕ
Гіоргій Фердинандович —
академік НАН Грузії,
директор Інституту металургії
та матеріалознавства імені
Фердинанда Тавадзе НАН Грузії,
лауреат Золотої медалі НАН
України імені В.І. Вернадського
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2017, № 5 47
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
Научная тематика Института отличалась
разнообразием, и в течение многих лет коллек-
тив работал по следующим научным направле-
ниям:
• изучение, освоение и подготовка к плавке
металлургического сырья;
• уточнение и интенсификация существую-
щих технологий металлургического производ-
ства и поиск новых процессов;
• разработка новых композиций сталей и
сплавов, изучение физико-химических основ
новых неорганических материалов;
• исследования в области химии и техно-
логии высокочистых веществ; коррозии и за-
щиты металлов; физической химии металлур-
гических процессов; металлургии цветных,
благородных и редких металлов; порошковой
металлургии; самораспространяющегося вы-
сокотемпературного синтеза;
• исследования по истории металлургии
Грузии.
В советский период Институт считался го-
ловной организацией при решении многих
научно-технических проблем. В 1986 г. труды
Института заслужили высочайшую оценку —
переходящее знамя Академии наук СССР. Эта
награда была отмечена личным поздравлени-
ем президента АН СССР академика Анатолия
Петровича Александрова.
После распада СССР произошли большие по-
литические и экономические изменения, Грузия
стала независимой, существующие экономиче-
ские связи были разрушены. Наука оказалась в
состоянии стагнации, многие квалифицирован-
ные специалисты ушли из научных учреждений.
В этих условиях Институту удавалось хоть как-
то функционировать только за счет иностранных
грантов и энтузиазма сотрудников.
В 2006 г. после проведения реформы в обла-
сти образования и науки Институт был выве-
ден из состава НАН Грузии и оказался в под-
чинении Министерства просвещения и науки.
С этого момента изменилось и руководство
Института, директором которого был избран
ваш покорный слуга.
В этот сложный период, объединенные
единой целью, мы направили всю энергию
на спасение Института. К счастью, огромный
ресурс знаний, оставшийся с прошлых лет, в
том числе и в сфере фундаментальных иссле-
дований, позволил нам выйти из критической
ситуации. За счет внутренних ресурсов была
проведена модернизация технических воз-
можностей, активизированы некоторые науч-
но-технологические направления, в частности
работы по получению нанопорошков, специ-
альных нанопорошковых и наноструктурных
материалов. Началось возрождение коррози-
онной лаборатории и коррозионной станции в
Батуми. После проведения реформ разработки
Института были доведены до промышленных
образцов. В итоге в таких областях, как соз-
дание специальных керамических и метал-
локерамических материалов, новых сталей,
металлургия порошков, защита от коррозии,
интеллектуальный продукт Института стал
востребованным и попал в сферу интересов го-
сударства.
В 2011 г. Институт был передан в подчине-
ние Министерства обороны и как независимая
научно-исследовательская организация вошел
в состав государственного научно-тех ни че ско-
го центра «Дельта».
Сегодня приоритетами для нас являются
следующие направления: рациональное ис-
пользование природных ресурсов, создание
новых неорганических материалов, разработка
экологически безопасной технологии ути ли-
за ции-рециклирования отходов производства.
В состав Института сейчас входит 8 лаборато-
рий, которые в соответствии с профилирую-
щими направлениями объединены в два от-
дела — металлургии и материаловедения. Об-
щая численность сотрудников составляет 140
человек. Одновременно Институт выполняет
экспертные работы.
Особо хочу отметить, что в этом году за-
канчивается строительство нового комплекса
Института. За последние 50 лет строительство
научно-исследовательского института в Гру-
зии происходит впервые.
Теперь позвольте вкратце рассказать о моей
научной деятельности. С самого начала от-
мечу, что еще на заре моей научной карьеры,
48 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2017. (5)
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
полвека назад, по рекомендации академика
Фердинанда Несторовича Тавадзе я начал за-
ниматься получением метастабильных фаз
сверхбыстрой закалкой из жидкого состояния
и процессами самораспространяющегося вы-
сокотемпературного синтеза (СВС).
Работы по изучению процессов СВС на-
чались в нашем Институте в 1970-х годах.
Открытие явления твердопламенного горе-
ния сразу же привлекло наше внимание. Мы
установили научные контакты с профессором
Александром Григорьевичем Мержановым, и
это сотрудничество, безусловно, имело огром-
ное влияние на развитие самораспространяю-
щегося высокотемпературного синтеза.
Исходным, а в ряде случаев и целевым, про-
дуктом в процессах СВС являются зернистые
материалы в виде металлических и неметалли-
ческих порошков разного происхождения.
Если следовать академику Вернадскому
и глобально присмотреться в структурном
аспекте к окружающему нас неорганическому
миру, легко обнаружим, что материя в природе
существует в основном или в виде кристалли-
ческой регулярной решетки (разнообразные
минералы, металлы, сплавы и др.), или в виде
неупорядоченной нерегулярной субстанции
(жидкости, аморфные вещества, зернистые ма-
териалы и т.д.). В то же время атомистическая
модель структуры материи, согласно которой
атомы рассматриваются как жесткие сферы,
с одинаковым успехом применяется и для ре-
гулярных и для нерегулярных, неупорядочен-
ных структур. Поэтому не случайно, что иссле-
дованию свойств зернистых сред, в частности
порошков металлургического происхождения,
уделяется особое внимание.
В моей монографии «Получение специаль-
ных материалов методами самораспростра-
няющегося высокотемпературного синтеза»
(2011), написанной вместе с профессором
А.С. Штейнбергом, исследованию свойств по-
рошковых материалов (структура, плотность
укладки, фильтрация и т.д.) посвящена значи-
тельная часть. Отмечу, что в 2013 г. эта книга
была переиздана на английском языке в США,
а в 2016 г. — на китайском языке в Китае и по
просьбе китайских коллег дополнена новыми
результатами, полученными после 2011 г.
В нашем Институте были развиты три раз-
новидности самораспространяющегося высо-
котемпературного синтеза: СВС с восстано-
вительной стадией; СВС-прессование; СВС-
литье/металлургия. Параметры СВС зависят
от множества факторов. Главными среди них
являются термодинамические характеристики:
теплота образования синтезированного соеди-
нения, теплоемкость участвующих в реакции
элементов, дисперсность порошков, плотность
брикета, теплопроводность и др. Особый ин-
терес для меня представляет вопрос влияния
дисперсности реагирующих компонентов на
СВС.
В Институте профессором Д.В. Хантадзе
разработана структурная модель неупоря-
доченной системы, основанная на гипотезе
Дж. Бернала, согласно которой нерегулярное,
случайное расположение частиц в простран-
стве полностью исключает наличие элементов
симметрии, характерных для кристаллических
решеток. Модель использует результаты си-
стематического исследования нерегулярного
заполнения пространства стальными шарика-
ми (приближение жесткой сферы) и матема-
тическую теорию расположения. Она успешно
применяется при обсуждении свойств зерни-
стых сред, в частности для характеристики по-
рошков, используемых в СВС.
С учетом структурных моделей зернистых
сред мы установили, что гетерогенные контак-
ты, образуемые в изначальной смеси метал-
лических и неметаллических частиц, опреде-
ляют ход процесса СВС — чем больше число
разно именных (гетерогенных) контактов, тем
эффективнее протекает реакция. Число кон-
тактов определяет параметры СВС и фазовый
состав, полученный в результате горения. На
примере сплавов титана и бора эксперимен-
тально показано влияние гранулометрическо-
го состава изначальной шихты на свойства фаз
продуктов, полученных методом СВС.
Хочу отметить, что при помощи СВС с
восстановительной стадией возможен син-
тез таких соединений, которые невозможно
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2017, № 5 49
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
получить непосредственно от реагирующих
элементов из-за слабой экзотермичности ре-
акции. Например, реакция получения кар-
бида бора непосредственно из элементов ха-
рактеризуется малой экзотермичностью и не
происходит обычным СВС (4B + C → B4C +
+ 9,3 ккал/моль), однако протекает другая
реакция (2B2O3 + 6Mg + C = B4C + 6MgO +
+ 269 ккал/моль), которая характеризуется
высокой экзотермичностью. Были изучены
системы КВF4–Мg; КВF4–Аl; КВF4–Мg–С;
КВF4–Аl–С; КВF4–Мg–N2; КВF4–Al–N2.
С помощью СВС с восстановительной стадией
при участии КВF4 нами получены: элементар-
ный бор чистоты 99 %, с выходом конечного
продукта ≈95–97 %; карбид бора чистоты 99 %,
с выходом конечного продукта ≈96–97 %. Из
КВF4, обогащенного изотопным бором, полу-
чены 10В, 11В с их последовательным обогаще-
нием. В результате проведенных исследований
из ангидрида бора, борной кислоты и их смеси
были синтезированы элементарный бор, кар-
бид бора и нитрид бора.
Вторая разновидность — метод СВС-прес со-
вания, или СТИМ-технология, подразумевает
последующую, после СВС, обработку продук-
тов горения давлением для доведения заготов-
ки до компактного состояния. При этом пори-
стость конечного продукта <1 %. Впервые была
разработана новая группа твердых сплавов, где
твердой фазой являются порошки боридов ме-
таллов, а связующим — порошок металла со-
ответствующего борида. Были установлены
оптимальные параметры процесса (время за-
держки прессования, время прессования, сила
прессования), которые определяют высокие
эксплуатационные свойства твердого сплава и
возможность получения в одной стадии твер-
дых сплавов с металлическим бандажом.
С применением третьей разновидности, СВС-
плавления, синтезированы металлические сверх-
проводящие соединения класса A15:Nb3Ge,
Nb3Sn, Nb3Al; NbAl-Ge и высокотемператур-
ный сверхпроводящий материал на основе эр-
бия ErBa2Cu3O6,69.
В результате проведенных исследований и
полученных сверхпроводящих материалов с
применением энергии взрыва была разрабо-
тана технология получения токопроводящих
сверхпроводящих изделий, на основе которой
наш Институт совместно с Институтом атом-
ной энергии им. И.В. Курчатова начали изго-
тавливать макеты сверхпроводящих магнит-
ных обмоток, предназначенных для междуна-
родного проекта Токамак.
Перехожу к работе, к которой хочу привлечь
ваше особое внимание. Это метод получения
многокомпонентных композиционных кера-
мических и металлокерамических материалов.
К ним относятся и функционально-гради ент-
ные материалы. В этой сфере мы впервые при-
менили в совокупности методы СВС с восста-
новительной стадией и СВС-прессования.
Известно, что одним из путей повышения
эксплуатационных характеристик компози-
ционных материалов является создание мате-
риалов с дифференцированными составами и
свойствами в объеме. Перспективность такого
материала в том, что в одном изделии собраны
сплавы или соединения разных составов и с
разными свойствами. Они обуславливают спо-
собность изделия проявлять то или иное требу-
емое свойство по разным направлениям. С вы-
бором соответствующих фаз композиционный
материал становится менее чувствительным
по отношению к концентраторам напряжения,
не трескается, устойчив при знакопеременных
динамических и долгосрочных нагрузках. В
композиционных материалах выбор состав-
ляющих фаз позволяет создавать материалы
с заранее заданными свойствами, такими как
прочность, жесткость, термическая стойкость
и химическая устойчивость.
С помощью высокотемпературных хими-
ческих реакций (СВС-технологий) получены
различные композиционные порошки.
1. B2O3 + TiO2 + Al + C → B4C + TiB2 +
+ Al2O3 + 436 ккал/моль, (2:1 :7); (2200 °С);
2. B2O3 + TiO2 + Al + Ti + 2B → TiB2 +
+ Al2O3 + 297 ккал/моль, (5:5);
3. B2O3 + SiO2 + Al + C + B4C → B4C + SiC +
+ Al2O3 + 245 ккал/моль, (2:1 :7); (1850 °С);
50 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2017. (5)
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
4. B2O3 + TiO2 + Al + C → B4C + TiB2 +
+ Al2O3 + 523 ккал/моль, (4,5 :4,5);
5. B2O3 + TiO2 + Al + C + Cu → B4C + Al2O3 +
+ Cu + 375 ккал/моль (1736 °С);
6. B2O3 + TiO2 + Ti + 2B + Al + C → B4C +
+ TiB2 +Al2O3+208 ккал/моль,
(3 :2 :5); (2410 °С).
В полученных материалах возможно в ши-
роком диапазоне варьировать фазовый состав
порошков, например В4С — 10–45 %; TiB2 —
10–60 %; SiC — 10–20 %; Аl2О3 — 40–70 %.
В результате химической реакции продукт
получается в спеченном состоянии. Он легко
поддается измельчению в виде фракций клас-
са абразивных микропорошков.
Основываясь на проведенных исследова-
ниях, мы поставили цель — получить кера-
мический броневой материал, который от-
личался бы малым весом, высокими физико-
механическими свойствами, высокой балли-
стической стойкостью, технологичностью и
низкой ценой, что значительно отличало бы
его как от металлической брони, так и от из-
вестных керамических бронематериалов. В ре-
зультате нами был получен композиционный
керамический бронематериал с фазовым со-
ставом B4C ⋅ TiB2 ⋅ Al2O3 под кодовым назва-
нием «Тори». Эта работа впоследствии была
отмечена Государственной премией Грузии.
В таблице приведены некоторые физико-ме-
ханические характеристики бронеплит, полу-
ченных методом СВС-прессования. Они зна-
чительно превосходят физико-меха ни че ские
характеристики горячепрессованных карбида
бора, окиси алюминия и т.д.
Хочу представить также некоторые работы
по СВС, начатые нами в Институте в 2016 г. Во-
первых, это работы по созданию новой энерго-
эффективной технологии получения неметал-
лических и интерметаллических материалов.
Эта технология совмещает электрорезонансное
облучение и самораспространяющийся высо-
котемпературный синтез. Инновация состоит
в том, что для инициирования процесса при-
менялось микроволновое электрорезонансное
воздействие на шихту. Результат наглядно ви-
ден в период «инкубации» — выделение газов
при подогреве начальной шихты, самоочистка
и на последнем этапе объемное горение. При
этом скорость горения возрастает не менее,
чем на порядок, полученный продукт одноро-
ден, равномерно нагрет и намного лучше под-
дается процессу компактирования.
С помощью этой технологии возможно по-
лучение как порошковых материалов в виде
нано- и микропорошков, так и композиций в
режиме СВС-компактирования. В результате с
практически нулевыми энергозатратами полу-
чаем дорогостоящую продукцию промышлен-
ного назначения: конструкционную керамику,
твердые сплавы, броневые материалы и т.д.
Применение этого метода нагрева в процес-
се СВС выводит возможности синтезирования
материалов на совершенно новый уровень.
В результате теоретического анализа было
установлено, что таким методом можно син-
тезировать и низкоэнергетические материалы,
которые обычно не горят.
В другой работе используется разработанная
в Институте оригинальная технология элек-
тропрокатки, в процессе которой режим нагре-
Некоторые физико-механические
характеристики бронеплит,
полученных методом СВС-прессования
Параметры
B4C⋅TiB2 ⋅ Al2O3
(2:1:7)
B4C⋅TiB2 ⋅ Al2O3
(3:2:5)
Модуль Юнга, Е,
ГПа
410
ГП 400
425
ГП 411
Коэффициент
интенсивности
разрушения, KIC,
МПа-м0,5
13,2
ГП 9,8
13,7
ГП 10,6
Твердость, HV,
кг/мм2
2670
ГП 2650
2850
ГП 2800
Плотность, ρ,
г/см3
3,45
ГП 3,54
3,48
ГП 3,40
Прочность на
дробление, σмс,
ГПа,
4,7
ГП 3,2
5,2
ГП 3,8
Пористость,
%
3–6
ГП 4–5
3–6
ГП 3–5
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2017, № 5 51
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
ва локализован и осуществляется при помощи
подачи электроэнергии непосредственно в очаг
деформации. Деформация происходит в усло-
виях постоянного теплового режима, и с окон-
чанием прокатки нагревание прекращается.
Был разработан комбинированный инно-
вационный технологический процесс само-
распространяющегося высокотемпературного
синтеза и электропрокатки, который обеспе-
чивает получение высококачественных мате-
риалов (в том числе градиентных материалов).
Наполненный шихтой контейнер подается на
вращающиеся валки специального прокат-
ного стана. Происходит легкий захват кон-
тейнера и валки приостанавливаются. В очаг
деформации через валки на контейнер пода-
ется электроэнергия, что в начальном срезе
очага деформации вызывает инициирование
процесса СВС. После создания определенной
зоны горения в шихте, находящейся в контей-
нере, подается электроэнергия. Необходимое
условие непрерывной деформации — равен-
ство скоростей прокатки и фронта горения, а
также компенсация тепловых потерь, что обе-
спечивается подбором нагревающего тока в
очаге деформации.
Научное направление, которое называется
самораспространяющимся высокотемператур-
ным синтезом, сегодня во многих странах мира
признано одним из наиболее интересных и
приоритетных направлений. Сегмент материа-
ловедения, основанный на описанных мною
химических технологиях, продолжает интен-
сивно развиваться в нашем Институте. Местом
проведения XIV международного симпозиума
по СВС, который состоится в сентябре 2017 г.,
был избран г. Тбилиси, а именно, Институт ме-
таллургии и материаловедения имени Ферди-
нанда Тавадзе. Буду рад видеть среди участни-
ков и гостей этого симпозиума наших украин-
ских коллег.
Спасибо за внимание!
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-122449 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0372-6436 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T02:26:25Z |
| publishDate | 2017 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Тавадзе, Г.Ф. 2017-07-05T13:33:24Z 2017-07-05T13:33:24Z 2017 Про розвиток напряму високотемпературного самопоширюваного синтезу (доповідь з нагоди вручення Золотої медалі ім. В.І. Вернадського НАН України) / Г.Ф. Тавадзе // Вісник Національної академії наук України. — 2017. — № 5. — С. 46-51. — рос. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122449 ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України Загальні збори НАН України Про розвиток напряму високотемпературного самопоширюваного синтезу (доповідь з нагоди вручення Золотої медалі ім. В.І. Вернадського НАН України) Article published earlier |
| spellingShingle | Про розвиток напряму високотемпературного самопоширюваного синтезу (доповідь з нагоди вручення Золотої медалі ім. В.І. Вернадського НАН України) Тавадзе, Г.Ф. Загальні збори НАН України |
| title | Про розвиток напряму високотемпературного самопоширюваного синтезу (доповідь з нагоди вручення Золотої медалі ім. В.І. Вернадського НАН України) |
| title_full | Про розвиток напряму високотемпературного самопоширюваного синтезу (доповідь з нагоди вручення Золотої медалі ім. В.І. Вернадського НАН України) |
| title_fullStr | Про розвиток напряму високотемпературного самопоширюваного синтезу (доповідь з нагоди вручення Золотої медалі ім. В.І. Вернадського НАН України) |
| title_full_unstemmed | Про розвиток напряму високотемпературного самопоширюваного синтезу (доповідь з нагоди вручення Золотої медалі ім. В.І. Вернадського НАН України) |
| title_short | Про розвиток напряму високотемпературного самопоширюваного синтезу (доповідь з нагоди вручення Золотої медалі ім. В.І. Вернадського НАН України) |
| title_sort | про розвиток напряму високотемпературного самопоширюваного синтезу (доповідь з нагоди вручення золотої медалі ім. в.і. вернадського нан україни) |
| topic | Загальні збори НАН України |
| topic_facet | Загальні збори НАН України |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122449 |
| work_keys_str_mv | AT tavadzegf prorozvitoknaprâmuvisokotemperaturnogosamopoširûvanogosintezudopovídʹznagodivručennâzolotoímedalíímvívernadsʹkogonanukraíni |