La síntesis a alta temperatura de autopropagación ( SHS ) es un proceso químico de tipo de combustión exotérmica que procede en un modo de onda automática en mezclas de polvos y conduce a la formación de productos, materiales y productos condensados útiles [1] . SHS es un modo de reacción exotérmica en el que la liberación de calor se localiza en una capa estrecha y se transfiere de una capa a otra mediante la transferencia de calor .
Las reacciones SHS proceden exclusivamente en sistemas exotérmicos. Por regla general, estas son reacciones de adición . En algunos casos, se pueden formar como subproductos cantidades significativas de gases (O 2 ; CO 2 , H 2 O, etc.) absorbidos en los polvos iniciales.
Los siguientes tipos de reacciones son conocidas en la práctica SHS:
Según la naturaleza química de los reactivos y productos de reacción, se clasifican en reacciones de carburización, oxidación, boruración, nitruración, carbonitruración, halogenación , etc.
Según el mecanismo de reacción, predominan las reacciones redox , en los sistemas orgánicos se conocen reacciones de protonación, acilación , etc.
Utilizando SHS, se obtienen predominantemente sustancias , materiales y productos inorgánicos para diversos fines: (polvos de compuestos refractarios , pastas abrasivas, ferroaleaciones nitruradas , cermets , cerámicas ), piezas y productos de tamaños y formas específicos, productos y recubrimientos refractarios .
Hace relativamente poco tiempo, se mostró la posibilidad de obtener también sustancias , materiales y productos orgánicos con la ayuda de SHS orgánico .
En mezclas híbridas orgánico-inorgánicas, se demostró la formación de carburos de titanio superestequiométricos TiCx ( metalcarbohedrene , metkar , Met-Car ) durante la reacción de materia orgánica de fullereno con polvo de titanio, procediendo según el esquema [2] :
xC 60 → 60C x x \u003d {60-1}
Ti + Cx → TiCx .
En ingeniería, las propiedades de SHS se utilizan en la implementación de la conexión permanente de piezas ( soldadura por termita ); dispositivos de calefacción (estufa química); eliminación de sustancias nocivas; preparación de catalizadores; coloración y texturización de polímeros; restauración de pozos petroleros, etc.
La ventaja de la tecnología SHS radica en el principio mismo: el uso del calor liberado de las reacciones químicas en lugar de calentar la sustancia desde una fuente externa, por lo que los procesos SHS compiten con éxito con las tecnologías tradicionales de uso intensivo de energía. La mezcla de polvos (carga) se coloca en el reactor y en el medio gaseoso se realiza la iniciación local del proceso (encendido). Luego ocurre la propagación espontánea de la onda de combustión, cubriendo toda la mezcla, la reacción se completa y el producto sintetizado se enfría.
Otra ventaja de SHS es el efecto de autolimpieza, es decir, la desorción térmica de las impurezas volátiles a la temperatura de síntesis. Por lo tanto, los productos resultantes pueden ser más puros que los reactivos originales.
En 1967, un pequeño grupo de científicos (I. P. Borovinskaya, V. M. Shkiro y A. G. Merzhanov ), investigando modelos experimentales de combustión de sistemas condensados, descubrió un nuevo fenómeno llamado "llama sólida", un proceso de autoonda, durante el cual las sustancias iniciales y finales están en la fase sólida .
La "llama sólida" hizo posible obtener valiosos materiales refractarios. Esta circunstancia condujo a la creación de un nuevo método altamente eficiente para su producción: la síntesis de alta temperatura autopropagante (SHS). La investigación sobre los procesos SHS ha abierto nuevos horizontes de conocimiento y aplicaciones prácticas. Los sistemas, fenómenos y procesos previamente inexplorados, en cuyo estudio surgieron diversos problemas científicos, tareas y posibles aplicaciones prácticas, se convirtieron en el objeto deseado de diagnóstico experimental y modelado teórico. La combinación de la química con la macrocinética condujo a la creación de una poderosa metodología e ideología de investigación y, en consecuencia, a importantes logros prácticos que, finalmente, hicieron necesaria la creación de un nuevo instituto, que se denominó Instituto de Estructuras. Macrocinética de la Academia de Ciencias de la URSS .
Para explicar los procesos SHS, se involucran varias teorías, incluida la teoría de la termodinámica
química sin equilibrio de Ilya Prigogine .
El número de reacciones -análogos de SHS- incluye la reacción de onda periódica de Belousov .