Självförökande högtemperatursyntes ( SHS ) är en exoterm kemisk process av förbränningstyp som fortsätter i ett autovågsläge i blandningar av pulver och leder till bildning av användbara kondenserade produkter, material och produkter [1] . SHS är ett exotermt reaktionssätt där värmeavgivningen är lokaliserad i ett smalt lager och överförs från lager till lager genom värmeöverföring .
SHS-reaktioner sker uteslutande i exoterma system. Som regel är dessa additionsreaktioner . I vissa fall kan betydande mängder gaser (O 2 ; CO 2 , H 2 O, etc.) som absorberas i de initiala pulvren bildas som en biprodukt.
Följande typer av reaktioner är kända i SHS-praxis:
Enligt den kemiska naturen hos reaktanterna och reaktionsprodukterna klassificeras de i reaktioner av karbidisering, oxidation, borering, nitrering, karbonitridering, halogenering , etc.
Enligt reaktionsmekanismen dominerar redoxreaktioner , protonerings-, acyleringsreaktioner etc. är kända i organiska system.
Med hjälp av SHS erhålls övervägande oorganiska ämnen , material och produkter för olika ändamål: (pulver av eldfasta föreningar , slippastor, nitrerade ferrolegeringar , cermets , keramik ), delar och produkter av specificerade storlekar och former, eldfasta produkter och beläggningar.
Relativt nyligen visades möjligheten att även få fram organiska ämnen , material och produkter med hjälp av ekologisk SHS .
I organisk-oorganiska hybridblandningar visades bildningen av superstökiometriska titankarbider TiCx ( metallkarbohedren , metkar , Met-Car ) under reaktionen av organiskt fullerenmaterial med titanpulver, enligt schemat [2] :
xC 60 → 60C x x \u003d {60-1}
Ti + Cx → TiCx .
Inom teknik används egenskaperna hos SHS vid genomförandet av den permanenta anslutningen av delar ( termitsvetsning ); uppvärmningsanordningar (kemisk spis); bortskaffande av skadliga ämnen; framställning av katalysatorer; färgning och texturering av polymerer; restaurering av oljekällor mm.
Fördelen med SHS-tekniken ligger i själva principen - användningen av den frigjorda värmen från kemiska reaktioner istället för att värma ämnet från en extern källa, så SHS-processer konkurrerar framgångsrikt med traditionell energikrävande teknik. Pulverblandningen (laddning) placeras i reaktorn och i det gasformiga mediet utförs den lokala initieringen av processen (antändning). Därefter sker spontan utbredning av förbränningsvågen, som täcker hela blandningen, reaktionen är avslutad och den syntetiserade produkten kyls ner.
En annan fördel med SHS är den självrengörande effekten, dvs termisk desorption av flyktiga föroreningar vid syntestemperaturen. Därför kan de resulterande produkterna vara renare än de ursprungliga reagensen.
1967 upptäckte en liten grupp forskare (I. P. Borovinskaya, V. M. Shkiro och A. G. Merzhanov ), som undersökte experimentella modeller för förbränning av kondenserade system, ett nytt fenomen som kallas "solid flame" - en autovågsprocess, under vilken de initiala och slutliga ämnena är i fast fas .
"Solid flame" gjorde det möjligt att få fram värdefulla eldfasta material. Denna omständighet ledde till skapandet av en ny mycket effektiv metod för deras produktion - självförökande högtemperatursyntes (SHS). Forskning om SHS-processer har öppnat nya horisonter av kunskap och praktiska tillämpningar. Tidigare outforskade system, fenomen och processer, i vilka olika vetenskapliga problem, uppgifter och möjliga praktiska tillämpningar uppstod, blev det önskade objektet för experimentell diagnostik och teoretisk modellering. Kombinationen av kemi med makrokinetik ledde till skapandet av en kraftfull forskningsmetodik och ideologi och, som ett resultat, till stora praktiska landvinningar, vilket i slutändan gjorde det nödvändigt att skapa ett nytt institut, som fick namnet Institute of Structural Makrokinetik för USSR Academy of Sciences .
För att förklara SHS-processer är olika teorier involverade, inklusive teorin om icke-jämviktskemisk termodynamik av Ilya Prigogine .
Antalet reaktioner - analoger till SHS - inkluderar den periodiska Belousov-vågsreaktionen .