САМОРАСПРОСТРАНЯ́ЮЩИЙСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУ́РНЫЙ СИ́НТЕЗ

САМОРАСПРОСТРАНЯ́ЮЩИЙСЯ ВЫ­СОКОТЕМПЕРАТУ́РНЫЙ СИ́НТЕЗ (СВС), эк­зо­тер­ми­че­ская ге­те­ро­ген­ная хи­мич. ре­ак­ция в слое сме­си двух твёр­дых по­рош­ко­об­раз­ных ве­ществ или твёр­до­го по­рош­ко­об­раз­но­го ве­ще­ст­ва с га­зом или с жид­ко­стью, про­те­каю­щая в ре­жи­ме го­ре­ния и при­во­дя­щая к об­ра­зо­ва­нию це­ле­во­го твёр­до­го про­дук­та (в т. ч. в ви­де за­го­тов­ки оп­ре­де­лён­ной фор­мы). Ос­но­вы СВС раз­ра­бо­та­ны в СССР А. Г. Мер­жа­но­вым, И. П. Бо­ро­вин­ской и В. М. Шки­ро в 1960-х гг.

Ре­ак­ции СВС яв­ля­ют­ся са­мо­под­дер­жи­ваю­щи­ми­ся, т. е. те­п­ло­ты, вы­де­ляю­щей­ся в од­ной зо­не сме­си, дос­та­точ­но для рас­про­стра­не­ния ре­ак­ции на сосед­нюю зо­ну. Для это­го те­п­ло­вой эф­фект ре­ак­ции дол­жен быть не ме­нее 170 кДж/моль, адиа­ба­тич. темп-ра го­ре­ния сме­си – вы­ше 1500 °С, а ско­рость вы­де­ле­ния те­п­ло­ты – боль­ше ско­ро­сти её рас­сея­ния.

Для про­ве­де­ния СВС ис­поль­зу­ют по­рош­ки с раз­ме­ром час­тиц 0,1–100 мкм, ко­то­рые уп­лот­ня­ют прес­со­ва­ни­ем. Для ини­ции­ро­ва­ния темп-ру ре­ак­ци­он­ной сме­си ло­каль­но по­вы­ша­ют до 500–1200 °С. По­сле ини­ции­ро­ва­ния про­цес­са воз­ни­ка­ет све­тя­щий­ся фронт ре­ак­ции (вол­на го­ре­ния, «твёр­дое пла­мя») с темп-рой 1200–3000 °С, ко­то­рый не­пре­рыв­но или им­пульс­но пе­ре­ме­ща­ет­ся в сме­си по ли­ней­ной, вин­то­вой или воз­врат­ной тра­ек­то­рии. Ско­рость по­вы­ше­ния темп-ры вбли­зи фрон­та ре­ак­ции по­рош­ков со­став­ля­ет 10³–10⁶ К/с, вре­мя по­вы­ше­ния – 2–3 с. Ли­ней­ная ско­рость рас­про­стра­не­ния фрон­та ре­ак­ции за­ви­сит от фор­мы, ве­ли­чи­ны и плот­но­сти за­го­тов­ки, от раз­ме­ра час­тиц, на­чаль­ной темп-ры, а так­же от со­ста­ва сме­си (при­ро­ды и со­от­но­ше­ния ком­по­нен­тов) и мо­жет со­став­лять от 1 до 200 мм/с. При ре­ак­ции по­рош­ков твёр­дых ве­ществ с га­за­ми темп-ра на фрон­те под­ни­ма­ет­ся мед­лен­нее (ок. 10 К/c), ско­рость рас­про­стра­не­ния фрон­та за­ви­сит от пар­ци­аль­но­го дав­ле­ния га­за (обыч­но 10²–10⁷ Па), тол­щи­ны и по­рис­то­сти слоя по­рош­ка.

В ре­ак­ци­ях СВС по­лу­ча­ют пре­им. не­ор­га­нич. ве­ще­ст­ва: ме­тал­лы (W), cпла­вы и ин­тер­ме­тал­ли­ды (AlNi, TiNi), ок­си­ды (Al₂O₃, MgO), cложные ок­си­ды и фер­ри­ты (LiNbO₃, PbWO₄, CuFe₂O₄, BaFe₁₂O₉, La_0,8Sr_0,2CrO₃), бо­ри­ды (MoB₂, TiB₂), кар­би­ды (SiC, TiC), нит­ри­ды (BN, Si₃N₄, TiN), кар­бо­нит­ри­ды, фос­фи­ды (GaP), халь­ко­ге­ни­ды (MoS₂), си­ли­ци­ды (WSi₂), гид­ри­ды (TiH₂, ZrH₂), раз­но­об­раз­ные ком­по­зи­ты (напр., по ре­ак­ции 3TiO₂+ 4Al=3TiC+2Al₂O₃). Про­дук­ты ис­поль­зу­ют в ви­де аб­ра­зив­ных паст, ре­жу­щих пла­стин, филь­ер, на­гре­ват. эле­мен­тов, элек­тро­дов, по­кры­тий, ма­те­риа­лов с па­мя­тью фор­мы и др. Про­цес­сы СВС ис­поль­зу­ют для свар­ки, при­ме­няя сме­си, по­доб­ные тер­мит­ным.

При­ме­ня­ют ре­ак­ции разл. ви­дов: син­тез из про­стых ве­ществ (по­лу­че­ние TiC, AlNi, Si₃N₄), син­тез из ок­си­дов (PbO+WO₃), окис­ли­тель­но-вос­ста­но­вит. (B₂O₃+3Mg+N₂=2BN+3MgO), тер­мич. раз­ло­же­ния (2BH₃N₂H₄=2BN+N₂+7H₂), об­мен­но­го взаи­мо­дей­ст­вия (BN+Ti= TiN+B) и др. Для по­лу­че­ния на­но­ча­стиц в ре­ак­ци­он­ную смесь до­бав­ля­ют инерт­ные ве­ще­ст­ва (NaCl), ко­то­рые за­тем от­мы­ва­ют. В не­ко­то­рых слу­ча­ях ис­поль­зу­ют ре­ак­ции, со­про­во­ж­даю­щие­ся ис­па­ре­ни­ем од­но­го из про­дук­тов (GaI₃+Li₃N= GaN+3LiI₃). Один из ва­ри­ан­тов СВС с ис­поль­зо­ва­ни­ем со­еди­не­ний ще­лоч­ных и щё­лоч­но­зе­мель­ных ме­тал­лов – т. н. твер­до­фаз­ный ме­та­те­зис (напр., 2MoCl₅+5Na₂S=2MoS₂+10NaCl+S).