РЕА́КЦИИ В ТВЁРДЫХ ТЕЛА́Х

РЕА́КЦИИ В ТВЁРДЫХ ТЕЛА́Х (твер­до­фаз­ные ре­ак­ции), хи­мич. ре­ак­ции твёр­дых ве­ществ – их раз­ло­же­ние или взаи­мо­дей­ст­вие, осу­ще­ст­в­ляе­мые без при­мене­ния рас­тво­ри­те­лей. Осо­бен­но­стью Р. в т. т. яв­ля­ет­ся то­по­хи­мич. ха­рак­тер взаи­мо­дей­ст­вия (про­те­ка­ние на по­верх­но­сти раз­де­ла реа­ги­рую­щих твёр­дых ве­ществ; см. То­по­хи­ми­че­ские ре­ак­ции), за­ви­си­мость ско­ро­сти ре­ак­ции не толь­ко от внеш­них фак­то­ров (темп-ры и др.), но и от ве­ли­чи­ны удель­ной по­верх­но­сти реа­ги­рую­щих ве­ществ, фор­мы и раз­ме­ра час­тиц этих ве­ществ, ха­рак­те­ра и кон­цен­тра­ции в них де­фек­тов струк­ту­ры, пло­ща­ди кон­так­та реа­ги­рую­щих ве­ществ, а так­же от фор­мы об­ра­зую­щих­ся за­ро­ды­шей твёр­до­го про­дук­та и осо­бен­но­стей рос­та за­ро­ды­шей. Тео­рия Р. в т. т. раз­ра­бо­та­на в 1930-х гг. нем. учё­ны­ми К. Ваг­не­ром и В. Шотт­ки.

При взаи­мо­дей­ст­вии двух твёр­дых ве­ществ ре­ак­ции со­про­во­ж­да­ют­ся встреч­ной внутр. диф­фу­зи­ей ато­мов или ио­нов че­рез гра­ни­цу раз­де­ла ис­ход­ных ве­ществ, за­тем че­рез слой об­ра­зо­вав­ше­го­ся твёр­до­го про­дук­та. Разл. мо­биль­ность диф­фун­ди­рую­щих час­тиц обу­слов­ли­ва­ет рас­про­стра­не­ние гра­ниц твёр­до­го про­дук­та в сто­ро­ны ка­ж­до­го из ис­ход­ных ве­ществ с раз­ной ско­ро­стью. На­прав­лен­ный про­тив диф­фу­зии час­тиц по­ток ва­кан­сий мо­жет вы­звать об­ра­зо­ва­ние пус­тот в ко­неч­ном про­дук­те.

Ма­те­ма­тич. опи­са­ние ско­ро­сти Р. в т. т. име­ет осо­бый вид, по­сколь­ку в ки­не­тич. урав­не­ния не вхо­дят кон­цен­тра­ции реа­ген­тов, как при опи­са­нии ско­ро­сти обыч­ных хи­мич. ре­ак­ций. Вме­сто кон­цен­тра­ции ис­поль­зу­ют сте­пень пре­вра­ще­ния, вы­ра­жае­мую от­но­ше­ни­ем ко­ли­че­ст­ва од­но­го из реа­ген­тов в ис­ход­ной сис­те­ме к его ко­ли­че­ст­ву в мо­мент вре­ме­ни τ (время от на­ча­ла взаи­мо­дей­ст­вия). Ско­рость взаи­мо­дей­ст­вия твёр­дых ве­ществ, про­те­каю­ще­го по диф­фу­зи­он­но­му ме­ха­низ­му, ча­ще все­го про­пор­цио­наль­на τ^0,5. Кон­крет­ный вид урав­не­ний оп­ре­де­ля­ет­ся фор­мой реа­ги­рую­щих час­тиц.

Осо­бы­ми раз­но­вид­но­стя­ми Р. в т. т. яв­ля­ют­ся ре­ак­ци­он­ное спе­ка­ние (со­вме­ще­ние про­цес­са об­ра­зо­ва­ния про­дук­та пу­тём взаи­мо­дей­ст­вия спрес­со­ван­ной за­го­тов­ки с га­зом и по­лу­че­ни­ем спе­чён­но­го из­де­лия) и са­мо­рас­про­ст­ра­няю­щий­ся вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ный син­тез (вы­со­ко­эк­зо­тер­ми­че­ская ре­ак­ция по­рош­ко­об­раз­ных сме­сей двух ве­ществ). Ре­ак­ци­он­ное спе­ка­ние ис­поль­зу­ет­ся для по­лу­че­ния за­го­то­вок и из­де­лий в сис­те­мах Si – C – O – N, SiC, Si₃N₄, BN, B₄C, Si₂ON₂, Si – Al – O – N (сиа­лон) и др.

Раз­ло­же­ние твёр­дых ве­ществ мо­жет про­те­кать при по­вы­ше­нии темп-ры (тер­мич. раз­ло­же­ние) и об­лу­че­нии вол­на­ми разл. дли­ны или ра­дио­ак­тив­ны­ми час­ти­ца­ми. На ско­рость тер­мич. раз­ло­же­ния твёр­дых ве­ществ с об­ра­зо­ва­ни­ем твёр­дых и га­зо­об­раз­ных про­дук­тов влияют темп-ра, дав­ле­ние в сис­те­ме, пар­ци­аль­ное дав­ле­ние вы­де­ляе­мых га­зо­об­раз­ных про­дук­тов, ско­рость по­вы­ше­ния темп-ры, а так­же спо­соб на­гре­ва­ния.

Р. в т. т. ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся на прак­ти­ке для син­те­за не­ко­то­рых спла­вов (напр., Ni – Ti, Ni – Ti – Al), кер­ме­тов (напр., Al₂O₃ – Al), ок­си­дов, кар­би­дов, нит­ри­дов, слож­ных со­еди­не­ний (напр., фер­ри­тов, шпи­не­лей) и др. ве­ществ. Та­ким пу­тём по­лу­ча­ют плот­ную и по­рис­тую ке­ра­ми­ку, элек­тро­ке­ра­ми­ку, ком­по­зи­ты. См. так­же Твер­до­фаз­ная по­ли­ме­ри­за­ция.