Саморазвивающийся высокотемпературный синтез (часть 1)
Явище саморозповсюджувального високотемпературного синтезу тугоплавких з’єднань було відкрито академіком Мержановым А.Г. зі співавторами в 1967 році.
Сутність процесу: у системі, що складається із суміші порошків хімічних елементів, локально ініціюється екзотермічна реакція синтезу. Тепло, що виділилося в результаті реакції, завдяки теплопередачі нагріває сусідні (більше холодні) шари речовини, збуджує в них реакцію й приводить до виникнення процесу, що самопоширюється.
У такому процесі хімічна реакція протікає у вузькій зоні, що мимовільно переміщається по речовині з певною лінійною швидкістю. Висока температура, необхідна для швидкого протікання реакції, створюється в результаті звільнення хімічної енергії, запасеної у вихідній системі. Протікання реакції супроводжується яскравим світінням. Такий процес є різновидом горіння й розглядається на основі теорії горіння.
У хімічному відношенні схема процесу може бути представлена наступним загальним вираженням:
де – xi — Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Мо, W і ін.,
уj — З, B, Si, N2, H2, O2, S, Se і ін.
z — карбіди, бориди, силіциди, нітриди й інші з’єднання,
ai, bj — стехіометричні коефіцієнти.
Характерно, що в більшості сполучень x і y виділяється багато тепла й організація процесу, що самопоширюється, нескрутна. Найбільше число здійснених СВС-реакцій ставиться до класів метал-неметал (наприклад, Zr + C → ZrC). Однак вдаються реакції, що самопоширюються, у системах із двох металів (Ni + Al → NiAl) або двох неметалів (3Si+2N2 → Si3N4). Цікаво, що процес здійснюється не тільки на перемішаних конденсованих системах – сумішах порошків, що горять в інертному середовищі, але й за участю газоподібних агентів (H2, N2, O2).
Фізичні параметри процесу визначаються в першу чергу хімічним складом системи й лежать у широкому інтервалі значень: максимальна температура горіння Тмакс. = 800 – 4000 °С, лінійна швидкість горіння V = 0,1 – 15 див/с. До теперішнього часу синтезовано більше 100 з’єднань: бінарних карбідів, боридів, силіцидів, нітридів, гідридів, сульфідів і інших з’єднань граничного й не стехіометричного складу, а також їхніх твердих розчинів, а також складні по составі СВС-кераміки.