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:

    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 համալ¬սարանում (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։

25.10.2021 թ.
ՀՀ ԳԱԱ Տեղեկատվական-վերլուծական ծառայություն