Сборник тезисов докладов

Водород. Технологии. Будущее 

23–24 декабря 2020 г.  

 

 

37 

 

ПОРИСТЫЕ ПРОНИЦАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ АППАРАТОВ  

ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ 

А.С. Мазной 

Томский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук, 

Россия, г. Томск, пр. Академический, 10/4, 634055 

E-mail: maznoy_a@mail.ru 

 

От газопроницаемых изделий для современных установок производства и преобразования энергии 

зачастую  требуется  уникальный  комплекс  высокотемпературных  свойств  –  материал  должен  быть  не 

только стоек к окислению, но также иметь некоторую пластичность. Последнее важно для возможности 

сгладить  термомеханические  напряжения,  возникающие  при  пуске  установки  или  изменении  режима 

эксплуатации.  Данной  комбинацией  свойств  обладают  интерметаллиды,  к  которым  относят  сплавы 

(компаунды) двух или более металлических элементов (переходные металлы Ti, Fe, Ni…, постпереходные 

металлы Al… и/или металлоиды Si…), при этом кристаллическая структура интерметаллида отлична от 

таковой  у  составляющих  его  элементов.  Если  в  керамике  между  атомами  преобладают  ковалентные  и 

ионные  связи,  в  сплавах  –  металлические  связи,  то  интерметаллиды  имеют  как  металлические,  так  и 

ковалентные  связи.  Это  придаёт  интерметаллидам  уникальную  комбинацию  свойств.  Например,  Ni-Al 

сплавы  имеют  повышенную  температуру  плавления,  пониженную  плотность,  превосходную 

высокотемпературную прочность, пластичность и стойкость к окислению. В то же время, сильные связи 

между  атомами  наделяют  материалы  низкотемпературной  хрупкостью,  что  ограничивает  методы 

производства изделий из интерметаллидов. 

В  Отделе  структурной  макрокинетики  ТНЦ  СО  РАН  разрабатываются  технологии 

энергоэффективного  получения  газопроницаемых  интерметаллидных  материалов  для  применения  в 

аппаратах  водородной  энергетики.  Основа  технологий  –  методы  теплового  взрыва  [1]  и 

самораспространяющийся  высокотемпературный  синтез  [2].  В  данных  методах  для  спекания  изделия 

используется  внутренняя  энергия  реакционной  порошковой  системы.  Например,  для  получения  Ni-Al 

материалов  обработке  подвергается  деталь  из  мелких  порошков  никеля  и  алюминия,  обычно  менее  20 

микрометров. Необходимое для синтеза сплава и спекания изделия тепло выделяется при образовании фаз 

NiAl и Ni

3

Al – энерговыделение составляет 1,38 кДж/г и 0,75 кДж/г, соответственно. 

Новые  технологии  обладают  рядом  преимуществ:  (а)  энергоэффективность  процесса,  простота 

оборудования и ориентированность на отечественную/региональную сырьевую базу, (б) возможность прямого 

синтеза  изделий  заданной  формы  без  необходимости  последующей  механической  обработки  –  сферы, 

цилиндры,  трубы,  пластины,  (в)  контроль  поровой  структуры  –  размер  газопроницаемых  каналов  можно 

изменять  от  единиц  микрометров  до  единиц  миллиметров,  а  также  получать  градиентные  структуры, 

(г)  возможность  гибко  изменять  состав  сплава  вводя  макро-  и  микролегирующие  добавки.  Последние  два 

аспекта важны при проведении НИР и ОКР, когда в ходе испытаний формулируется задание на модернизацию 

химического состава и поровой структуры изделия. Полученные изделия испытаны в качестве несущих основ 

твердооксидных топливных элементов [3] и горелок для эффективного сжигания водород-содержащих топлив 

c генерацией ИК потоков [4,5]. Перспективные применения – катоды для устройств гидролиза воды (hydrogen 

evolution reaction), и блочные пористые катализаторы получения синтез-газа. 

 

жүктеу/скачать 6,55 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: