Samo se šířící vysokoteplotní syntéza ( SHS ) je chemický proces exotermického spalování , který probíhá v autovlnném režimu ve směsích prášků a vede ke vzniku užitečných kondenzovaných produktů, materiálů a produktů [1] . SHS je exotermický reakční režim, ve kterém je uvolňování tepla lokalizováno v úzké vrstvě a je přenášeno z vrstvy na vrstvu přenosem tepla .
SHS reakce probíhají výhradně v exotermických systémech. Zpravidla se jedná o adiční reakce . V některých případech mohou být jako vedlejší produkt vytvořena významná množství plynů (02 ; CO2 , H20 atd . ) absorbovaných v počátečních prášcích.
V praxi SHS jsou známy následující typy reakcí:
Podle chemické povahy reaktantů a reakčních produktů se dělí na reakce karbidizace, oxidace, boridace, nitridace, karbonitridace, halogenace atd.
Podle reakčního mechanismu převládají redoxní reakce, v organických systémech jsou známé reakce protonační, acylační atd.
Pomocí SHS se získávají převážně anorganické látky , materiály a produkty pro různé účely: (prášky žáruvzdorných směsí , brusné pasty, nitridované feroslitiny , cermety , keramika ), díly a výrobky specifikovaných velikostí a tvarů, žáruvzdorné výrobky a nátěry.
Relativně nedávno se ukázala možnost získávat i organické látky , materiály a produkty pomocí organického SHS .
V hybridních organicko-anorganických směsích byla ukázána tvorba superstechiometrických karbidů titanu TiCx ( metalkarboedren , metkar , Met-Car ) při reakci organické hmoty fullerenu s titanovým práškem, postupuje se podle schématu [2] :
xC 60 → 60C x x \u003d {60-1}
Ti + Cx → TiCx .
Ve strojírenství se vlastnosti SHS využívají při realizaci trvalého spojování dílů ( termitové svařování); topná zařízení (chemická kamna); likvidace škodlivých látek; příprava katalyzátorů; barvení a texturování polymerů; obnova ropných vrtů atd.
Výhoda technologie SHS spočívá v samotném principu – využití uvolněného tepla chemických reakcí namísto ohřevu látky z externího zdroje, takže procesy SHS úspěšně konkurují tradičním energeticky náročným technologiím. Prášková směs (vsázka) se umístí do reaktoru a v plynném médiu se provede lokální iniciace procesu (zapálení). Poté dojde k samovolnému šíření spalovací vlny, která pokryje celou směs, reakce je ukončena a syntetizovaný produkt se ochladí.
Další výhodou SHS je samočistící efekt, tedy tepelná desorpce těkavých nečistot při teplotě syntézy. Proto mohou být výsledné produkty čistší než původní činidla.
V roce 1967 malá skupina vědců (I. P. Borovinskaya, V. M. Shkiro a A. G. Merzhanov ), zkoumající experimentální modely spalování kondenzovaných systémů, objevila nový jev nazvaný "pevný plamen" - autovlnný proces, během kterého se počáteční a konečné látky jsou v pevné fázi .
"Pevný plamen" umožnil získat cenné žáruvzdorné materiály. Tato okolnost vedla k vytvoření nové vysoce účinné metody jejich výroby - samo se množící vysokoteplotní syntézy (SHS). Výzkum procesů SHS otevřel nové obzory poznání a praktických aplikací. Dříve neprobádané systémy, jevy a procesy, při jejichž studiu vyvstaly různé vědecké problémy, úkoly a možné praktické aplikace, se staly žádaným objektem experimentální diagnostiky a teoretického modelování. Spojení chemie s makrokinetikou vedlo k vytvoření silné výzkumné metodologie a ideologie a v důsledku toho k velkým praktickým úspěchům, které si nakonec vyžádaly vytvoření nového ústavu, který dostal název Ústav strukturálních Makrokinetika Akademie věd SSSR .
K vysvětlení procesů SHS se používají různé teorie, včetně teorie nerovnovážné chemické termodynamiky od Ilji Prigogina .
Počet reakcí - analogů SHS - zahrnuje periodickou reakci Belousovových vln .