Քիմիական ֆիզիկայի ինստիտուտում պայթյունային ռեակցիաների կառավարման նոր մոտեցում են առաջարկել

ՀՀ Գիտությունների ազգային ակադեմիայի Արամ Նալբանդյանի անվան քիմիական ֆիզիկայի ինստիտուտի Պինդ ֆազային ռեակցիաների մակրոկինետիկայի լաբորատորիայի մի խումբ գիտաշխատողներ՝ ՀՀ ԳԱԱ թղթակից անդամ, ֆիզիկա-մաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր, պրոֆեսոր Սուրեն Խառատյանի ղեկավարությամբ, բացահայտել են առանձնահատկություններ՝ կապված այրման ռեժիմում մետաղների օքսիդների վերականգնման հետ․ տեղեկացնում են ՀՀ ԳԱԱ-ից։

Հայտնի է, որ մետաղների օքսիդների վերականգնումը մագնեզիումով, որպես կանոն, բուռն, պայթյունային ռեժիմով ընթացող այրման պրոցես է, որի դեպքում ռեակցիայի ընթանալու ջերմաստիճանը հաճախ գերազանցում է 3000oC-ը։ Այդ ռեակցիաները կառավարելի դարձնելու և համեմատաբար «մեղմ» պայմաններում իրականացնելու համար առաջարկվել է մագնեզիումով վերականգնման և մեծ ջերմային էֆեկտ ունեցող ռեակցիան զուգորդել ածխածնով վերականգնման թույլ ջերմային էֆեկտ ունեցող ռեակցիայի հետ: Այս մոտեցումը հայտնի է որպես «այրման ռեակցիաների ջերմա-կինետիկական զուգորդում»:

Այրման ռեժիմում մագնեզիումով մետաղի օքսիդի վերականգնման ռեակցիան բուռն ընթանում է նույնիսկ մագնեզիումի ստեխիոմետրական քանակությունից զգալիորեն փոքր արժեքների դեպքում, մինչդեռ ածխածնով վերականգնման պրոցեսն այրման ռեժիմում չի ընթանում ռեակցիայի ցածր ջերմային էֆեկտի պատճառով։ Պարզվել է նաև, որ ածխածինը մետաղի օքսիդի հետ փոխազդեցության մեջ է մտնում ավելի ցածր ջերմաստիճաններում, քան մագնեզիումը:

Բացահայտվել է, որ ածխածնի նույնիսկ ոչ մեծ քանակների ավելացման դեպքում (1-2% ըստ զանգվածի) դիտվում է այրման արագության անկում մոտ 10 անգամ` այրման առավելագույն ջերմաստիճանի ոչ մեծ անկման դեպքում։ Այրման արագության վարքի վրա ածխածնի ազդեցության առաջին հայացքից տարօրինակ բնույթը բացատրելու համար հետազոտվել է ռեակցիոն խառնուրդի ելային բաղադրության հնարավոր ազդեցությունն այրման ալիքի կառուցվածքի և տարածման արագության վրա:

Հայտնի է, որ այրման միափուլ ռեակցիայի դեպքում (քննարկվող դեպքում՝ մագնեզիումաթերմ պրոցեսը), որին համապատասխանում են այսպես կոչված այրման դասական ալիքները, այրման արագությունը որոշվում է պրոցեսի առավելագույն ջերմաստիճանով, ինչը կապված է ելանյութերի լրիվ փոխարկման հետ: Մինչդեռ, երբ պրոցեսն ընթանում է հաջորդական փուլերով (մագնեզիումա-կարբոթերմ պրոցես), որոնք տարանջատված են տարածության և ժամանակի մեջ, պատկերը բոլորովին այլ է: Այդ դեպքում այրման ալիքի տարածման արագությունը որոշվում է առաջին` ցածր ջերմաստիճանային փուլով, որի դեպքում ելանյութերի փոխարկման աստիճանը փոքր է 1-ից: Լրիվ փոխարկումը գրանցվում է այրման առավելագույն ջերմաստիճանում: Նման երևույթի պատճառն այն է, որ շնորհիվ այրման ալիքում ջերմաստիճանային երկու գոտիները տարանջատող իզոթերմ տիրույթի առկայության, ընթացող բարձր ջերմաստիճանային ռեակցիայի գոտին չի կարող ջերմություն փոխանցել այրման ալիքի ցածր ջերմաստիճանային գոտուն և ոչ մի ազդեցություն չի թողնում այրման ալիքի տարածման արագության վրա: Այս հանգամանքը թույլ է տալիս որոշակի սահմաններում այրման առավելագույն ջերմաստիճանի ու տարածման արագության արժեքները կառավարել մեկը մյուսից անկախ, ինչը խիստ կարևոր է այրման ռեժիմում տարբեր նյութերի նպատակային սինթեզի իրականացման համար:

Կիրառելով ռեակցիաների ջերմա-կինետիկական զուգորդման մոտեցումը, հնարավոր է դարձել հաջողությամբ կառավարել պայթյունային ռեժիմում ընթացող մի շարք ռեակցիաներ, որոնց արդյունքում ստացվում են կարևոր կիրառություններ ունեցող մետաղներ՝ մոլիբդեն, վոլֆրամ, պղինձ, նիկել, ինչպես նաև բարձրարժեք կոմպոզիտային նյութեր:

Հետազոտության արդյունքները զեկուցվել են միջազգային գիտաժողովներում, տպագրվել միջազգային գրախոսվող ամսագրերում (Ceramics International, Journal of Materials Science, J Thermal Analysis & Calorimetry, Metals, Materials, Intern. Journal of Refractory Metals & Hard Materials, J. Materials Research), պաշտպանվել է 2 թեկնածուական ատենախոսություն, մագիստրոսական և ավարտական աշխատանքներ։ Ձեռք է բերվել շարունակական համագործակցության հեռանկար Տալլինի տեխնոլոգիական համալ­սարանում (Էստոնիա) հայ գիտնականների կողմից ստացված նյութերի հետագա կոմպակտավորման և ֆիզիկամեխանիկական հատկությունների բնութագրման ասպարեզում։

Նշված գիտական հետազոտությունները խրախուսվել են տեղական և միջազգային դրամաշնորհների՝ այդ թվում Միջազգային գիտատեխնիկական կենտրոնի, ՀՀ Գիտության կոմիտեի և Ձեռնարկությունների ինկուբատորի հիմնադրամի միջոցներով։