Sinteza cu autopropagare la temperatură înaltă ( SHS ) este un proces chimic exotermic de tip combustie care se desfășoară într-un mod autoundă în amestecuri de pulberi și duce la formarea de produse, materiale și produse condensate utile [1] . SHS este un mod de reacție exotermă în care eliberarea de căldură este localizată într-un strat îngust și este transferată de la strat la strat prin transfer de căldură .
Reacțiile SHS au loc exclusiv în sisteme exoterme. De regulă, acestea sunt reacții de adăugare . În unele cazuri, cantităţi semnificative de gaze (O2 ; CO2 , H2O etc. ) absorbite în pulberile iniţiale pot fi formate ca produs secundar.
În practica SHS sunt cunoscute următoarele tipuri de reacții:
În funcție de natura chimică a reactanților și a produselor de reacție, aceștia sunt clasificați în reacții de carburare, oxidare, borurare, nitrurare, carbonitrurare, halogenare etc.
Conform mecanismului de reacție predomină reacțiile redox , în sistemele organice sunt cunoscute reacțiile de protonare, acilare etc.
Folosind SHS, se obțin substanțe , materiale și produse preponderent anorganice în diverse scopuri: (pulberi de compuși refractari , paste abrazive, feroaliaje nitrurate , cermet , ceramică ), piese și produse de dimensiuni și forme specificate, produse și acoperiri refractare .
Relativ recent, s-a demonstrat posibilitatea de a obține și substanțe , materiale și produse organice cu ajutorul SHS organic .
În amestecurile hibride organic-anorganice s-a demonstrat formarea carburilor de titan superstoichiometrice TiCx ( metalcarbohedrene , metkar , Met-Car ) în timpul reacției materiei organice fullerene cu pulberea de titan, procedând conform schemei [2] :
xC 60 → 60C x x \u003d {60-1}
Ti + Cx → TiCx .
În inginerie, proprietățile SHS sunt utilizate în implementarea conexiunii permanente a pieselor ( sudarea cu termită ); dispozitive de încălzire (sobă chimică); eliminarea substanțelor nocive; prepararea catalizatorilor; colorarea și texturarea polimerilor; restaurarea sondelor de petrol etc.
Avantajul tehnologiei SHS constă în principiul în sine - utilizarea căldurii eliberate de reacții chimice în loc de încălzirea substanței dintr-o sursă externă, astfel încât procesele SHS concurează cu succes cu tehnologiile tradiționale consumatoare de energie. Amestecul de pulbere (încărcătura) este plasat în reactor și în mediul gazos se realizează inițierea locală a procesului (aprinderea). Apoi are loc propagarea spontană a undei de ardere, acoperind întregul amestec, reacția este finalizată, iar produsul sintetizat se răcește.
Un alt avantaj al SHS este efectul de auto-curățare, adică desorbția termică a impurităților volatile la temperatura de sinteză. Prin urmare, produsele rezultate pot fi mai pure decât reactivii originali.
În 1967, un grup mic de oameni de știință (I. P. Borovinskaya, V. M. Shkiro și A. G. Merzhanov ), care investighează modele experimentale de ardere a sistemelor condensate, a descoperit un nou fenomen numit „flacără solidă” - un proces autoundă, în timpul căruia substanțele inițiale și finale sunt in faza solida .
„Flacăra solidă” a făcut posibilă obținerea de materiale refractare valoroase. Această împrejurare a condus la crearea unei noi metode extrem de eficiente pentru producerea lor - sinteza cu autopropagare la temperatură înaltă (SHS). Cercetarea proceselor SHS a deschis noi orizonturi de cunoștințe și aplicații practice. Sistemele, fenomenele și procesele neexplorate anterior, în studiul cărora au apărut diverse probleme științifice, sarcini și posibile aplicații practice, au devenit obiectul dorit al diagnosticului experimental și al modelării teoretice. Combinația dintre chimie cu macrocinetica a condus la crearea unei metodologii și ideologii puternice de cercetare și, ca urmare, la realizări practice majore, care, în cele din urmă, au făcut necesară crearea unui nou institut, care a fost numit Institutul de Structural. Macrocinetica Academiei de Științe a URSS .
Pentru a explica procesele SHS, sunt implicate diverse teorii, inclusiv teoria termodinamicii chimice de neechilibru de Ilya Prigogine .
Numărul de reacții - analogi ai SHS - include reacția periodică a valului Belousov .