8. Самораспро­страняющийся высокотемпературный синтез.

Перспективным, быстро развива­ющимся научно-техническим направлением является самораспро­страняющийся высокотемпературный синтез тугоплавких неорга­нических соединений /СВС/. Процесс основан на проведении химических реакций в порошковых СВС-смесях, протекающих с выделением большого количества тепла, и позволяет получать тугоплавкие и износостойкие материалы при минимальных за­тратах электроэнергии.

Температура горения таких систем, как правило, не превышает температуру плав­ления конечных продуктов (карбидов, боридов, силицидов, нитридов и т.д.), и поэтому методом С.В.С. обычно получают порошки или спеченные материалы.

Но при горении высококалорийных многокомпонент­ных конденсированных систем, обеспечивающих высокие температуры процесса (превышающие температуры плавления продуктов реакций) возможно образование жидких тугоплавких продуктов. В этом случае под действием гравитационных сил (вследствие неравенства плотностей продуктов) обычно имеет место фазоразделение: тяжелая (металлическая) фаза оседает, а лег­кая (шлаковая) всплывает. Иногда, когда время фазоразделения больше времени остывания продуктов горения, выделения целевого продукта не происходит

СВС-смеси начинают использоваться в промышленности для создания твердых сплавов, абразивного инструмента, жаро­стойких покрытий, легированных сталей. Применяются они в различных технологических процессах поверхностного упроч­нения деталей: методами поверхностного легирования отливок, газопламенного и плазменного напыления, нанесения упрочня­ющего слоя методом' спекания, плазменного наплавления. Обра­зующиеся в результате СВС-реакции высокотвердые частицы карбидов, боридов и других соединений упрочняют поверхност­ный слой детали. Выделяющееся при этом тепло способствует диффузионному соединению поверхностного слоя с упрочняемой деталью.

Обобщенную химическую схему СВС-процесса обычно пред­ставляют выражением :

m n

Σ a_i x_{i +} Σ b_{j Yj = Z (8.1)}

I=1 j=1

где x_i = Ti , Та , Мo, W , Hf , Zr и тд; '

b_{j = В , С , N} , Si , Al и тд;

_Z - бориды, карбиды, нитриды и другие соединения.

Элементы X представляют собой порошки металлов, Y -неметаллы, используются в порошкообразном, жидком или газо­образном состоянии. Продукт _Z является тугоплавким и при температуре горения находится обычно в твердом состоянии. Элементы X играют роль горючего, элементы Y - роль окис­лителя. Металлы могут вводиться в виде соединений - карби­дов, силицидов, окислов, галогенидов.

На базе СВС развиваются сейчас различные комбинирован­ные процессы. Один из них представляет собой сочетание СВС и металлотермии.

Возможны 2 схемы процесса:

А) Me X_m + Y — Ме Y_п + Y X_k ;

Б) Me X_m + Me¹ + X --- Me X ¹ _n + Me¹ X_k ;

Где Me X_m - восстанавливаемое соединение; Y - элемент - восстановитель и окислитель; Me¹ - элемент-восстановитель; Х - элемент-окислитель;

Ме Y_п , Me X ¹ _n - целевой про­дукт; Y X _{k ,} Me¹ X_k - побочный продукт.

Примеры:

А) WO₃ + 3B = WB + В₂О₃

В) МоO₂ + 2Al + 2Si = MoSi₂ + Al₂O₃

Сущность этого комбинированного процесса заключается в том, что металл, являющийся одним из 'реагентов в СВС-процессе, образуется в результате металлотермической реакции, которая предшествует СВС-процессу. Элементы-восстановители могут быть как одинаковыми, так и разными.

Продуктами СВС-процесса могут быть такие соединения металлов II - VIIгрупп периодической системы элементов, как карбиды, бориды, нитриды, силициды - в настоящее время полу­чено уже свыше 300 соединений, а также однофазные твердые растворы, многокомпонентные системы из соединений и химиче­ских элементов /твердые сплавы/. Изменяя условия горения СВС-смесей /температуру, давление, соотношение реагентов/ можно в широких пределах регулировать химический и фазовый состав по­лучаемых тугоплавких неорганических соединений.