Математическое моделирование твердофазных технологических процессов
В своем выступлении на заседании Президиума Академии Наук СССР в октябре 1988 года академик Н.С. Ениколопов сказал: «Во многих случаях можно благодаря твердофазным технологиям отказаться от растворителей, а это огромная экономия в энергии и капитальных затратах. …Это технологии XXI века. … Этот метод уже реализуется в промышленности. За твердофазными технологиями будущее – я в этом уверен».
Обнаружение и изучение в 80-х годах феномена твердофазного горения привело к возникновению технологии производства нового класса материалов, основанной на использовании процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). В течении двух десятилетий внимание исследователей было сосредоточено на изучении весьма сложных кинетических и структурных механизмов собственно процессов горения. Это привело к тому, что была создана новая область науки - структурная макрокинетика (СМК), основной задачей которой является изучение структуры вещества в ходе химического превращения с учетом процессов тепло-и массообмена. Оказалось, что использование известных представлений реологии не может удовлетворить в достаточной степени разработчиков СВС-технологий без достаточного углубления знаний о структурных механизмах, определяющих протекание процесса высокотемпературного деформирования в технологии обработки СВС- продуктов давлением. Цель исследований- установление реальных механизмов структуро- и фазообразования различных соединений, определение параметров управления их механизмами.
Информация, полученная при исследовании закономерностей твердофазной технологии органических и неорганических материалов, имеет фундаментальный характер. Она способствует развитию физических представлений о механизмах пластической деформации твердых материалов, что является в настоящее время предметом детального изучения у нас и за рубежом в силу их теоретического и прикладного значения. Однако, несмотря на большой объем исследований, выполненных в данном направлении, полной ясности в трактовке этих процессов до сих пор не достигнуто. Практическая ценность полученных знаний о твердофазном деформировании и направленном регулировании свойств материалов путем создания новых специальных композиционных сплавов обусловлена разработкой технологических процессов получения новых изделий, не имеющих аналогов в мире, оборудования, внедренного в промышленное производство.
Работы в этой области развивались по следующим направлениям:
- разработка тепловых моделей СВС-экструзии и прессования, позволяющих рассчитывать температурные поля, возникающие как в материале образца, так и в элементах пресс-оснастки;
- разработка неизотермических реодинамических моделей СВС-компактирования. Основными направлениями исследования является анализ плотности, температуры и напряженно-деформированного состояния материала в процессе его прессования и экструзии в зависимости от давления, а также от начального распределения температуры и плотности по объему образца.
- применение тепловых и реодинамических моделей в конкретных практических приложениях при получении различных изделий методами СВС-компактирования;
- разработка неизотермических методов расчета пресс-оснастки для СВС-процессов, учитывающих существенную нестационарность и неизотермичность процессов, а также термическую градиентность по толщине стенок пресс-формы.
