Магний

Главной отличительной особенностью магния является незащитный характер пленки оксида магния (φ = 0,81). Оксидная пленка магния при температуре выше 720 К неплотная, рыхлая и нс представляет собой существенного диффузионного барьера. Это приводит к тому, что воспламенение магния практически в любых условиях происходит при невысоких температурах – 720-900 К, т.е. ниже любой точки агрегатных превращений металла и его оксида. Воспламенение магния происходит по достижении теплового взрыва и не связано с какой-либо "переходной" температурой.

В пламени конденсированной системы воспламенение магния, как правило, происходит на поверхности горения или вблизи ее. Даже сравнительно крупные частицы (40 мкм) воспламеняются в непосредственной близости от поверхности. Время задержки воспламенения частиц магния пропорционально квадрату диаметра частицы^[1]. При этом прослеживается видоизмененный "коллективный" эффект: воспламенение крупных частиц магния (а также и алюминия) облегчалось в присутствии более мелких частиц.

Следует отметить, что в отличие от алюминия и бериллия магний может воспламеняться в паровой фазе. Воспламенение металлической частицы, как правило, происходит гетерогенно, на поверхности, а уже затем реакция может перейти в паровую фазу^[2]. Это подтверждается и характером зависимости времени задержки воспламенения от диаметра частицы, согласно которой в предпламенный период важна величина поверхности частицы, а не ее объем. Но при высоких температурах среды для низкокипящих металлов возможно воспламенение в парах [16]^[3].

Цирконий и титан

Цирконий обладает оксидной пленкой с высокими защитными свойствами (<р = 1,56). Однако оксиды циркония хорошо растворимы в металле, даже когда последний находится в твердом состоянии. Это приводит к постоянному удалению образующейся оксидной пленки с поверхности частицы и к отсутствию на частице существенного диффузионного барьера. Вместе с достаточно высокой химической активностью циркония растворимость оксидной пленки в металле способствует воспламенению циркония при низких температурах – от комнатной до 720 К. По-видимому, для воспламенения циркония достаточно выполнения условия срыва теплового равновесия, хотя возможно, что в некоторых режимах процесс ограничивается растворимостью оксида в металле.

Аналогично цирконию протекает воспламенение титана (φ = 1,73). Как правило, титан воспламеняется при сравнительно низких температурах (670-990 К). Но в отличие от циркония для титана известны случаи воспламенения и при более высокой температуре – 1400 К. Это связано, по-видимому, с меньшей химической активностью титана. Тем не менее, и для титана, как и для циркония, воспламенение происходит при температурах ниже любой "переходной" температуры.

Бор

Главной особенностью, определяющей специфику воспламенения бора, является легкоплавкость и сравнительная легколетучесть оксида бора по сравнению с металлическим бором. Подобно цирконию и титану, диффузионный барьер, создаваемый защитной пленкой оксида бора, удаляется с частицы, но не внутрь ее, а наружу. В напряженных термических условиях (малая теплоотдача) оказывается достаточно расплавления оксидной пленки (температура плавления В2O3 равна 720 К), и воспламенение бора происходит при температуре 740-840 К.

При большей теплоотдаче требуется более интенсивное удаление оксида с поверхности частицы, которое достигается при его испарении. Согласно К. Талли^[4], начиная с температуры 1140 К скорость испарения В2О3 становится больше скорости стока жидкого оксида. Поскольку скорость испарения оксида растет с температурой непрерывно, значения температуры воспламенения отличаются большим разбросом, доходя до 1920 К.