Смачивание неметаллических материалов расплавами металлов в условиях, имитирующих космический вакуум и атмосферу Луны

Abstract

Изучено смачивание ионных соединений (оксидов и фторидов) и графита расплавами Al, In—Ti и Cu—Ti в интервале температур 700––1200 °С в вакууме 1×10⁻²––5×10⁻⁴ Па методом лежащей капли с использованием дополнительных методов исследований. Краевые углы смачивания алюминием подложек при разной степени вакуума оказались близкими по величине. Введение 0,5% (ат.) Ti в расплав индия приводит к уменьшению угла смачивания для MgF₂, SrF₂, CaF₂, SiO₂, Al₂O₃ и графита до 8, 10, 10, 20, 25 и 42 град соответственно. На основании результатов по смачиванию можно утверждать, что вакуум ниже 1×10⁻³ Па достаточен для проведения исследований капиллярных характеристик металлических расплавов, а дополнительные методы изучения — капиллярная очистка расплава, а также нанесение на исследуемые твердые поверхности металлических покрытий, которые способствуют протеканию экзотермической реакции, позволяют имитировать космический вакуум. Влияние величины вакуума обнаружено при смачивании оксидов расплавом Cu—Ti при 1200 °С. В вакууме 1×10⁻² Па наблюдался порог смачивания при увеличении концентрации Ti до 8––10% (ат.) — угол изменялся меньше, чем в вакууме 1×10⁻³ Па.

Вивчено змочування іонних сполук (оксидів і фторидів) та графіту розплавами Al, In—Ti і Cu—Ti в вакуумі 1×10⁻²––5×10⁻⁴ Па в інтервалі температур 700––1200 °С методом лежачої краплі з використанням додаткових методів досліджень. Крайові кути змочування алюмінієм підкладок при різному ступені вакууму виявилися близькими по величині. Уведення 0,5% (ат.) Ti у розплав індію приводить до зменшення кута змочування для MgF₂, SrF₂, CaF₂, SiO₂, Al₂O₃ і графіту до 8, 10, 10, 20, 25, 42 град відповідно. На підставі результатів по змочуванню можна стверджувати, що вакуум нижче 1×10⁻³ Па достатній для проведення досліджень капілярних характеристик металевих розплавів, а додаткові методи вивчення — капілярне очищення розплаву, а також нанесення на досліджувані тверді поверхні металевих покриттів, що сприяють протіканню екзотермічної реакції, дозволяють імітувати космічний вакуум. Вплив величини вакууму встановлено при 1200 °С при змочуванні оксидів розплавом Cu—Ti. В вакуумі 1×10⁻² Па спостерігався поріг змочування при зростанні вмісту титану до 8––10% (ат.) –– кут змінювався не так швидко, як у вакуумі 1×10⁻³ Па.

Wetting of ionic compounds (oxides and fluorides) and graphite by Al, In—Ti and Cu—Ti in an interval of temperatures 700––1200 °С in vacuum 1×10⁻²––5×10⁻⁴ Pa by a sessile drop method with use of additional investigation methods was studied. The contact angles at wetting of substrates by aluminum at a different degree of vacuum are approximately equal. Contact angles decrease at introduction in In already 5% (at.) Ti for MgF₂, SrF₂, CaF₂, SiO₂, Al₂O₃ and graphite accordingly up to 8, 10, 10, 20, 25, 42 degree. On the basis of results on wetting, it is possible to assert that the vacuum is lower 10⁻³ Pa is sufficient for researches of capillary characteristics of metal melts. The additional methods of researches (capillary purification of alloy), and also drawing of metal coverings on researched solid surfaces which interact with liquid metal with exothermic effect, allow to simulate conditions of space vacuum. Influence of vacuum was revealed at wetting of oxides by Cu—Ti alloys at 1200 °С. In vacuum 1×10⁻² Pa the threshold of wetting was observed—the angle practically did not change at increase in concentration up to 8—10% (at.) titanium.