В 60ых гг 20 ого в. группе, под руководством советского учёного А.Г. Мержанова, удалось открыть новый способ синтеза материалов. Новый метод позволял быстро и без особых затрат получать неорганические соединения. Первоначально, это были соединения металлов с углеродом (карбиды) и металлов с бором (бориды).
В общем-то говоря, метод СВС не на слуху сейчас. Однако в определённых научных кругах он достаточно популярен.
К примеру, существует даже целый институт, деятельность которого направленна на изучение явления т.н. «твёрдого пламени» - Институт структурной макрокинетики РАН в г. Черногловка (МО).
Рассматривая метод, как разновидность горения, можно описать его так:
1 стадия – смешение компонентов при комнатной температуре
2 стадия – инициирование экзотермической реакции
3 стадия – протекания реакции с образованием продуктов сгорания
Инициирование, зачастую, осуществляется нагревом реакционной смеси. В самом распространенном и простом виде – это локальное инициирование с помощью вольфрамовой спирали.
На картинке - синтез в режиме волнового горения. Высота образца, теоретически, не ограничена.
Первым продуктом «безгазового горения», который упоминается в литературе, является дисилицид молибдена MoSi2. Это была статья всего из 78 слов, опубликованная в 1959 г.
Однако, автор ставил целью эксперимента другие задачи и в суть процесса не вдавался. Потому, открытия не произошло, а статья, до некоторого времени, осталась без внимания.
Сейчас же изучен синтез огромного числа соединений и простых, и многокомпонентных.
На рисунке показаны адиабатические температуры горения (температуры, которые теоретически могут быть достигнуты при горении без теплопотерь) и теплоты образования для некоторых двухкомпонентных систем (из числа боридов, карбидов, силицидов и интерметаллидов).
В теории, существует ещё оч много нюансов и важных деталей, но, думаю, это будет темой отдельных постов.
На практике всё немного сложнее. Под каждый конкретный материал формируется что-то вроде уникальной технологической карты, операции в которой не ограничены синтезом. Там могут быть и предварительное измельчение реагентов, и т.н. «активация» реакционной смеси, и размол продуктов реакции, и спекание. Сам синтез может быть многостадийным и происходить в системе, содержащей не только два реагента, но и больше. Помимо этого, существуют несколько режимов синтеза.
В последние годы развиваются методы получения органических соединений и синтеза с их участием, основанные на самораспространяющемся высокотемпературном синтезе, в т.ч. металлических и интерметаллических сфер с диаметром стенки в несколько нанометров. Синтез, в таком случае, происходит при участии неорганических соединений, которых нет в конечном продукте.
Из интересного, ещё можно отметить получение реакционных лент, с помощью которых можно соединять элементы конструкций из углеродных композитов. Но, прежде всего, метод интересен в производстве керамики (соединения титана, тантала, циркония, ниобия и многое другое), а также различных составляющих для композиционных материалов.
Вход в лабораторию «Конструкционные керамические наноматериалы» в Московском институте сталей и сплавов, где также занимаются исследованиями самораспространяющегося синтеза, только по отпечатку пальца – внутри имеется дорогущее оборудование.
А это реактор для синтеза.
Здесь вообще целая куча всего. Немного из того, что есть: горячий пресс Doctor Fritsch, установка для электроискрового плазменного спекания (SPS), трубчатая печь, вибросито, сушильный шкаф и прекраснейшая штука – смеситель «турбула», ещё есть планетарная шаровая вращающаяся мельница «Активатор», но её не видно на фото.
Образец, полученный мною с помощью метода СВС. Состав – NiAl. Для знатоков: относительная плотность – около 90%, примесей порядка 1-3%.
В процессе исследований, в лаборатории получают много разных материалов, но составы выкладывать не буду, т.к. не знаю: у кого что уже опубликовано, а что нет.
Получилось сумбурно и не понятно, наверное. Но, если будут вопросы – постараюсь ответить.
За качество фото извиняюсь, фотографировал на трубчатую печь. Бонус в комментах.
