Самораспространяющийся высокотемпературный синтез

САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩИЙСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ (СВС), хим. процесс, протекающий с выделением тепла в автоволновом режиме типа горения и приводящий к образованию твердых продуктов. В качестве хим. стадий СВС могут иметь место термич. распад сложных реагентов, окислит.-восстановит. р-ции, синтез из простых в-в и др. Смеси для СВС состоят из горючего (часто металлы или их нестабильные соед.), окислителя, а также наполнителей и функцион. добавок, к-рые вводят для регулирования состава и структуры целевых продуктов. Типичные реагенты - тугоплавкие металлы (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та и др.) и неметаллы (В, С, Si), газы (N₂, O₂, Н₂), оксиды и галогениды металлов и металлы-восстановители (типа А1 и Mg), гидриды металлов, орг. и элементоорг. соединения, минер. сырье и твердые пром. отходы.

Методом СВС получают бескислородные тугоплавкие соед. (бориды, карбиды, нитриды, силициды), интерметал-лиды (алюминиды и др.), халькогениды, сложные оксиды (титанаты, ниобаты, танталаты, ферриты и др.), гидриды, фосфиды, разл. нестехиометрич. фазы, однофазные твердые р-ры бинарных соед. (напр., карбонитриды) и др. В режиме СВС можно получать и орг. соединения (напр., малонат пиперазина).

СВС-специфич. форма гетерог. горения, требующая высокой уд. пов-сти контакта реагентов. Порошки и газы-наиб. распространенные типы реагентов. Организация СВС заключается в создании порошковой смеси (шихты) и газовой среды и локальном инициировании процесса (зажигание). Затем происходит самопроизвольное распространение волны горения и остывание синтезир. продукта. На условия, характер и скорость распространения фронта горения, зонную структуру волны горения, механизм хим. и структурных превращений в волне, макс. т-ру и др. влияют хим. природа реагентов, состав и структура шихты, параметры окружающей среды, внеш. воздействия (мех. и энергетические). Типичные значения параметров, характеризующих СВС: размер частиц реагентов 0,1-100 мкм, плотность шихты-от насыпной до 60% от плотности реагентов, давление окружающего газа 10²-10⁷ Па, т-ра инициирования 900-1500 К, длительность инициирования 0,5-3 с, скорость распространения волны 0,1-10 см/с, т-ра горения 1500-3500 К, скорость нагрева в-ва в волне 10³-10⁶ К/с.

Изучение СВС обнаружило ряд новых явлений-неединственность режимов распространения волны р-ции и гистере-зисный переход между ними, самопроизвольная гомогенизация гетерог. среды, связанная с капиллярным растеканием легкоплавкого компонента в предпламенной зоне, спиновые волны как проявление тепловой неустойчивости автоволновых процессов, анизотропный эффект, позволяющий получать поликристаллич. продукты с анизотропией св-в, и др. Получили развитие такие новые направления в теории и практике горения, как безгазовое горение (горение порошкообразных смесей без выделения газообразных продуктов) и фильтрац. горение. Важные достоинства СВС-использование хим. энергии и отсутствие внеш. источников тепла.

С помощью СВС получают неорг. материалы (напр., порошки тугоплавких соед., абразивные пасты, азотир. ферросплавы, керметы, керамику), детали и изделия заданных размеров и форм, в т.ч. из безвольфрамовых твердых сплавов (режущие пластины, валки, фильеры и др.), огнеупорные изделия и покрытия, а также осуществляют неразъемное соединение деталей.

Способы СВС были разработаны на основе открытого в 1967 (А.Г. Мержанов, И. П. Боровинская, В.М. Шкиро) явления "твердого пламени"-процессов, в к-рых исходные, конечные и промежут. в-ва находятся в волне горения в твердой фазе.

Лит.: Мержанов А. Г., в. кн.: Физическая химия. Современные проблемы, под ред. Я. М. Колотыркина, М.·, 1983, с. 6-45; Merzhanov A. G., в кн.: Combustion and plasma synthesis of high-temperature materials, ed. by Z. Munir, J. Holt, N.Y., 1990, p. 1-53. А.Г. Мержанов.