RU2757067C1 - Method for determining combustion temperature of multi-layered reaction nanofilms with self-propagating high-temperature synthesis effect - Google Patents

Method for determining combustion temperature of multi-layered reaction nanofilms with self-propagating high-temperature synthesis effect Download PDF

Info

Publication number
RU2757067C1
RU2757067C1 RU2020116967A RU2020116967A RU2757067C1 RU 2757067 C1 RU2757067 C1 RU 2757067C1 RU 2020116967 A RU2020116967 A RU 2020116967A RU 2020116967 A RU2020116967 A RU 2020116967A RU 2757067 C1 RU2757067 C1 RU 2757067C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
reaction
shs
combustion temperature
strip
Prior art date
Application number
RU2020116967A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Александрович Корж
Original Assignee
Акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (АО "ОНИИП")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (АО "ОНИИП") filed Critical Акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (АО "ОНИИП")
Priority to RU2020116967A priority Critical patent/RU2757067C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2757067C1 publication Critical patent/RU2757067C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B1/008Nanostructures not provided for in groups B82B1/001 - B82B1/007
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/50Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating flash-point; by investigating explosibility

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring.
SUBSTANCE: invention relates to the field of nanotechnology of materials and can be applied in researching the properties of multi-layered reaction materials with a self-propagating high-temperature synthesis (SHS) effect, in particular, for determining the combustion temperature of such materials. Proposed is a method for determining the combustion temperature of multi-layered reaction nanofilms based on an application of electrical methods. The combustion temperature is determined by the change in the electrical resistance of a strip of the multi-layered reaction nanofilm prior to and after the process of self-propagating high-temperature synthesis, and the combustion temperature tshs is calculated by the formula tshs = to+(Rt-Rx)/Rx∙α, wherein to is the temperature prior to the SHS, Rx is the resistance of the strip of the multi-layered reaction nanofilm prior to the SHS, Rt is the resistance of the strip of the multi-layered reaction nanofilm after the end of the SHS, α is the temperature resistance coefficient of the multi-layered reaction nanofilm.
EFFECT: increased informational value and rapidity of determining the combustion temperature of multi-layered reaction nanofilms.
1 cl, 1 tbl, 1 dwg

Description

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. Реакционные многослойные нанопленки с большим числом чередующихся слоев обычно называются реакционной фольгой.The invention relates to the field of nanotechnology of materials and can find application in studying the properties of reactive multilayer materials with the effect of self-propagating high-temperature synthesis (SHS), in particular for determining the combustion temperature of such materials. Reactive multilayer nanofilms with a large number of alternating layers are commonly referred to as reaction foils.

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.Reactive multilayer nanofilms are a class of energetic materials, usually consisting of two reagents. These reagents can be stimulated by an external source and quickly release stored chemical energy with a sudden release of light and heat. Self-propagating high-temperature synthesis occurs, as a result of which, within a fraction of a second, the temperature of a multilayer nanofilm, for example, Ni / Al, rises to (1500-1600) ° C.

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.A known method for determining the combustion temperature, as well as the ignition temperature of a multilayer reaction foil using thermocouples fixed on the surface of the foil strip on both sides [1]. The disadvantage of this method is that the thermocouples introduce too strong distortions in the SHS process. Thermocouples, in comparison with the thickness of the reaction multilayer nanofilms (several tens of microns), have significant dimensions and do not have time to warm up in fractions of a second to the SHS temperature.

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).A known method for determining the combustion temperature at which the temperature is measured using optical methods, in particular using a photodiode, previously calibrated using a pyrometer [2] - a prototype. Disadvantages of optical methods - these methods are inaccurate due to the lack of data on the emissivity of reactive multilayer nanofilms during the SHS reaction. Also, these methods are difficult in their practical application, since they require the use of expensive optical devices (for power supply and recording of measurement data).

Задача изобретения. Разработка простого экономичного способа определения температуры горения реакционной нанофольги с эффектом СВС.The objective of the invention. Development of a simple economical method for determining the combustion temperature of a reaction nanofilm with the SHS effect.

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.This task is achieved in the following way. A method for determining the combustion temperature is proposed, based on measuring the resistance of a reaction nanofil strip before the start of ignition and after the end of combustion. Let us use the well-known formula to determine the resistance of the reaction nanofil strip when it is heated Rt = Rx (1 + α (tcvc-to). Here to is the initial temperature during measurements; tcvc is the combustion temperature of the reaction nanofil strip, which must be determined; α is the temperature coefficient resistance (TCR) of the reaction nanofil strip; Rx is the resistance of the reaction nanofil strip before the start of SHS; Rt is the resistance of the reaction nanofil strip at the end of the SHS.

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.During the SHS process, the electrical resistance of the reaction nanofil strip will increase by Rx⋅α (tcvc-to). Hence, the temperature of the SHS process will be tcvc = to + (Rt-Rx) / Rx⋅α. To determine the process temperature, it is necessary to know the TCR value of the reaction nanofil strip.

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.Compared to the analogue, this method is simple, it allows in a short time to determine the combustion temperature of the reaction nanofilm. The figure shows the implementation of the method for determining the combustion temperature of the reaction nanofilm Ni / Al. Here l is the length of the strip of the reaction nanofilm; Rн - load resistance for limiting the current passing through the reaction nanofilm from the power source. A voltage Uo = 0.3 V was applied to the input of the circuit. The values of the voltage across the SHS strip (foil) and the current passing through it before and after the initiation of the SHS process were measured. The initiation of the SHS process was carried out using an open flame (from the torch of a lighter) - a brightly luminous wave of gasless combustion propagated along the length of the strip of the reaction nanofilm, as a result of which the SHS process itself took place. The streak flashed, its resistance changed. This change in resistance was recorded with a voltmeter. A memorable oscilloscope was used as a voltmeter.

Результаты измерений приведены в таблице 1.The measurement results are shown in Table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Здесь l - длина полоски нанофольги, d-толщина полоски нанофольги, Rx - сопротивление полоски нанофольги до реакции СВС, Rt - сопротивление полоски нанофольги после реакции СВС, tсвc - 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.Here l is the length of the nanofil strip, d is the thickness of the nanofil strip, R x is the resistance of the nanofil strip before the SHS reaction, R t is the resistance of the nanofil strip after the SHS reaction, t SHC is calculated by the formula tcvc = to + (Rt-Rx) / Rx⋅ α is the combustion temperature of the reaction nanofilm. The TCR of the foil determined in a known manner was 3.125⋅10 -3 1 / ° C. The average temperature (see Table 1) was 1394 ° C.

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.To confirm the correctness of the proposed method for determining the combustion temperature of the reaction nanofilm, the results obtained were compared with the known literature data. In [3] for Ni / Al foil the value for combustion temperature is given equal to (1422 ± 50) ° С. In [4] for Ni / Al foil the value for combustion temperature is given equal to (1350-1500) ° С. Hence, it follows that our data on the combustion temperature of the Ni / Al foil are close to the values obtained by other researchers.

Источники информацииSources of information

1. Д.Н. Кузменко и др. Влияние скорости нагрева на температуру воспламенения многослойной фольги Ti/Al. Автоматическая сварка, 11/2014, с. 24-37.1.D.N. Kuzmenko et al. Influence of heating rate on ignition temperature of multilayer Ti / Al foil. Automatic welding, 11/2014, p. 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. 45-51.2. A.S. Rogachev, A.G. Merzhanov et al. Gasless combustion of multilayer bimetallic Ti / Al nanofilms. Combustion and Explosion Physics 2004, vol. 40, no. 2, p. 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, 89-96.3. 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.4. URL: www. Indium.com.

Claims (1)

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.A method for determining the combustion temperature of reaction multilayer nanofilms based on the use of electrical methods, characterized in that the combustion temperature is determined from the change in the electrical resistance of the strip of the reaction multilayer nanofilm before and after the process of self-propagating high-temperature synthesis and the combustion temperature tcvc is calculated by the formula tcvc = to + (Rt-Rx ) / Rx⋅α, where to is the temperature before the onset of SHS, Rx is the resistance of the strip of the reaction multilayer nanofilm before the onset of the SHS, Rt is the resistance of the strip of the reaction multilayer nanofilm after the end of the SHS, α is the temperature coefficient of resistance of the reaction multilayer nanofilm.
RU2020116967A 2020-05-12 2020-05-12 Method for determining combustion temperature of multi-layered reaction nanofilms with self-propagating high-temperature synthesis effect RU2757067C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020116967A RU2757067C1 (en) 2020-05-12 2020-05-12 Method for determining combustion temperature of multi-layered reaction nanofilms with self-propagating high-temperature synthesis effect

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020116967A RU2757067C1 (en) 2020-05-12 2020-05-12 Method for determining combustion temperature of multi-layered reaction nanofilms with self-propagating high-temperature synthesis effect

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757067C1 true RU2757067C1 (en) 2021-10-11

Family

ID=78286321

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020116967A RU2757067C1 (en) 2020-05-12 2020-05-12 Method for determining combustion temperature of multi-layered reaction nanofilms with self-propagating high-temperature synthesis effect

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2757067C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0067432A1 (en) * 1981-06-12 1982-12-22 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement for measuring the electric resistance and the temperature of thin metallic conducting films deposited by vapour deposition or sputtering on substrates during the manufacture of the films
RU2094787C1 (en) * 1996-07-01 1997-10-27 Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова Method designed to measure burning front temperature of self-spreading high-temperature synthesis of dispersed material mixture
CN206362458U (en) * 2016-12-20 2017-07-28 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 A kind of thermometer and flash point test device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0067432A1 (en) * 1981-06-12 1982-12-22 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement for measuring the electric resistance and the temperature of thin metallic conducting films deposited by vapour deposition or sputtering on substrates during the manufacture of the films
RU2094787C1 (en) * 1996-07-01 1997-10-27 Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова Method designed to measure burning front temperature of self-spreading high-temperature synthesis of dispersed material mixture
CN206362458U (en) * 2016-12-20 2017-07-28 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 A kind of thermometer and flash point test device

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КОРЖ И.А., "МНОГОСЛОЙНЫЕ РЕАКЦИОННЫЕ НАНОПЛЕНКИ NI/AL С ЭФФЕКТОМ САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА В ТЕХНОЛОГИИ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ".ж-л "ТЕХНИКА РАДИОСВЯЗИ", номер 2 (45), 2020 (принята в печать - март 2020), С.71-79, релевантная часть - с.74-75. *
Рогачев А.С., Григорян А.Э., Илларионова Е.В. и др., "Безгазовое горение многослойных биметаллических нанопленок Ti/Al", ж-л "Физика горения и взрыва", 2004, Т.40, номер 2, с.45-51, релевантная часть - с.45-46. *
Рогачев А.С., Григорян А.Э., Илларионова Е.В. и др., "Безгазовое горение многослойных биметаллических нанопленок Ti/Al", ж-л "Физика горения и взрыва", 2004, Т.40, номер 2, с.45-51, релевантная часть - с.45-46. КОРЖ И.А., "МНОГОСЛОЙНЫЕ РЕАКЦИОННЫЕ НАНОПЛЕНКИ NI/AL С ЭФФЕКТОМ САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА В ТЕХНОЛОГИИ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ".ж-л "ТЕХНИКА РАДИОСВЯЗИ", номер 2 (45), 2020 (принята в печать - март 2020), С.71-79, релевантная часть - с.74-75. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Iervolino et al. Temperature calibration and electrical characterization of the differential scanning calorimeter chip UFS1 for the Mettler-Toledo Flash DSC 1
Boivineau et al. Thermophysical properties of metals at very high temperatures obtained by dynamic heating techniques: recent advances
RU2757067C1 (en) Method for determining combustion temperature of multi-layered reaction nanofilms with self-propagating high-temperature synthesis effect
RU2577389C1 (en) Method of calibrating thermoelectric heat flux sensors
CN108872740B (en) Method for calibrating and predicting ignition temperature rise of exposed bridge wire of electric explosion device under steady state
Kotov et al. Registration of the ignition of a combustible mixture in a shock tube using a thermoelectric detector
RU2755637C1 (en) Method for determining propagation speed of burning front in reaction nanofilms with effect of self-propagating high-temperature synthesis
Pichler et al. Thermal conductivity of liquid metals
RU2625599C9 (en) Method for determining thermal conductivity of solid bodies
Sapozhnikov et al. Bismuth-based gradient heat-flux sensors in thermal experiment
Zhang et al. Research on Temperaure Variation of Bridgewire with Infrared Thermal Imaging
Lowe et al. Electromagnetic immune phosphor-tipped fibre-optic thermometers
RU201914U1 (en) Device for measuring the amount of heat
Shcherbakov et al. Electrothermal Explosion of a titanium-soot Mixture under Quasistatic Compression. III. The Effect of Quasistatic Compression Pressure
Yang et al. Experimental and numerical study of shock-to-detonation transition in tri-amino-tri-nitro-benzene explosive with temperature effects
RU2245524C2 (en) Method for checking thermocouples
Rodriguez et al. Insight into fiber Bragg sensor response at 100-MHz interrogation rates under various dynamic loading conditions
Zhang et al. Measurement of the Electric Initiating Device Temperature Using Infrared Microscopic Thermographer
Smilowitz et al. Relationship between pressure and reaction violence in thermal explosions
Taylor et al. Steps toward thin film metal thermistors with microsecond time response for shock temperature measurements of polymers
Freeman Distributed Seebeck effect at high temperatures
SU37194A1 (en) Device for determining the moment of changing the structure of heated metal samples
Sulamanidze et al. Multi-physics FE-analysis and measurements for thermo-mechanical fatigue crack growth rate testing applications
RU2611080C1 (en) Apparatus for determining critical value of radiant heat flux for different materials and substances
Sapozhnikov et al. GRADIENT SENSORS FOR HEAT FLUX MEASUREMENT: IDEA AND SOME RESULTS