О Самораспространяющемся Высокотемпературном Синтезе

Составители	А.Г.Мержанов
	А.Е.Сычев

Краткая информация для начинающих: Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) - это процесс перемещения волны химической реакции по смеси реагентов с образованием твердых конечных продуктов, проводимый с целью синтеза веществ материалов. СВС представляет собой режим протекания сильной экзотермической реакции (реакции горения), в котором тепловыделение локализовано в слое и передается от слоя к слою путем теплопередачи. (См фото

)

Краткое содержание

1. Исходные системы

2. Процессы

3. Продукты

4. Исследования

5. Научные основы

6. Технология материалов

7. Технические приложения СВС-процессов

8. История и современное состояние

9. Обзорные статьи и монографии

10. Термины

11.

Информационный проспект о СВС (5.2Мб)

Содержание

1. Исходные системы
1.1. Морфология реагентов и типы исходных систем
1.2. Химические классы компонентов исходных систем

2. Процессы
2.1. Горение в СВС-процессах оно получило название “твердое пламя” (или “твердопламенное” горение)
2.2. Способы инициирования
2.3. Режимы распространения фронта горения
2.4. Термограммы горения
2.5. Фронт, волна и пост-процессы
2.6. Основные характеристики
2.7. Химические классы реакций СВС

3. Продукты
3.1. Морфология и макроструктура
3.2. Состав
3.3. Микроструктура
3.4. Химические классы

4. Исследования
4.1. Три уровня диагностики
4.1.1.I-ый уровень. Феноменология
4.1.2.II-ой уровень. Зонная структура волны
4.1.3.III-ий уровень. Динамика фазовых и структурных пост-процессов за волной горения
4.2. Приемы управления

5. Научные основы
5.1. Термодинамика
5.2. Химическая кинетика
5.3. Теория горения
5.4. Химия и структурная макрокинетика
5.5. Физическое материаловедение

6. Технология материалов
6.1 Технологические типы СВС-процессов
6.2. Вторичная технологическая переработка СВС-продуктов (применение в технологии неорганических материалов)

7. Технические приложения СВС-процессов
7.1. Применение СВС-продукции (материалов)
7.2. СВС-производства
7.3. Эффективность

8. История и современное состояние
8.1. Открытие
8.2. Развитие работ в бывшем СССР
8.3. СВС в бывшем СССР
8.4. Мировое развитие СВС
8.5. Наиболее важные достижения
8.6. Важные направления развития
8.7. Симпозиумы - конференции - семинары

9. Обзорные статьи и монографии

10. Термины

10.1. Общие вопросы горения

10.2. Технология

11.

Информационный проспект о СВС (5.2Мб)

1. Исходные системы

1.1. Морфология реагентов и типы исходных систем

Реагенты в СВС процессах используются в виде тонкодисперсных порошков, тонких пленок, жидкостей и газов. Наиболее распространены два типа систем: смеси порошков (спрессованные или насыпной плотности) и гибридные системы газ-порошок (или спрессованный агломерат). Известны СВС-процессы и в системах: порошок-жидкость, газовзвесь, пленка-пленка, газ-газ.

Главные требования к структуре исходной системы - обеспечение условий для эффективного взаимодействия реагентов.

Шихта в СВС-процессах может находиться в вакууме, на открытом воздухе, в инертном или реагирующем газе под давлением.

1.2. Химические классы компонентов исходных систем

В создании СВС системы могут участвовать все химически активные при высоких температурах вещества в качестве реагентов (химические элементы, индивидуальные соединения, многофазные структуры) и инертные вещества в качестве наполнителей или разбавителей.

Наиболее популярные реагенты:
H₂, B, Al, C, N₂, O₂, Mg, Ti, Nb, Mo, Si, Ni, Fe, B₂O₃, TiO₂, Cr₂O₃, MoO₃, Fe₂O₃, NiO и др.

В качестве реагентов используется также минеральное сырье и промышленные отходы.

Условия подбора компонентов СВС-системы:

экзотермичность взаимодействия реагентов
образование полезных твердых продуктов
техническая и экономическая целесообразность.

2. Процессы

2.1. Горение в СВС-процессах оно получило название "твердое пламя" (или "твердопламенное" горение)

Наиболее распространены три типа горения:

безгазовое (горение в перемешанных системах без газовыделения или с выделением небольших количеств примесного газа)
фильтрационное (горение в гибридных системах с фильтрационным подводом газообразного реагента к фронту горения)
- Фильтрационное горение в СВС-процессах
- Эффект Алдушина-Сеплярского
многофазное (горение в многофазных средах - исходных или образующихся)

2.2. Способы инициирования

Основной способ - локальное инициирование реакции на поверхности системы путем подвода кратковременного теплового импульса (электрическая спираль, электроискровой разряд, лазерный луч и др.) с формированием волны горения и ее распространением по не нагретому исходному веществу. Длительность инициирования обычно намного меньше времени сгорания шихты.

В некоторых случаях (например, для слабо экзотермических реакций) процесс инициируют путем нагрева всей поверхности шихты в печи и проводят его в режиме теплового взрыва new window .

2.3. Режимы распространения фронта горения

В простейшем и наиболее важном стационарном режиме new window

(фоторегистрограмма процесса устойчивого горения new window

) все точки фронта движутся с постоянной во времени и одинаковой скоростью. Когда стационарный режим теряет устойчивость, могут возникнуть неустойчивые режимы распространения фронта:

плоские автоколебания скорости фронта горения (пульсирующее горение),
локализация реакции горения в очагах, движущихся по винтовой траектории (спиновые волны),
беспорядочное движение множества очагов горения (хаотические твердые пламена).

Волна горения не распространяется по шихте в случае сильных теплопотерь в окружающую среду (малые диаметры шихтовых образцов, низкие адиабатические температуры взаимодействия реагентов).

2.4. Термограммы горения

Термограмма горения - это зависимость температуры в фиксированной точке шихты от времени при набегании волны горения. Простейшая термограмма new window

состоит из восходящего участка, точки с максимумом температуры (температура горения) и нисходящего участка (остывание). На более сложных термограммах имеются изломы, перегибы, плато (изотермические площадки). В неустойчивых режимах горения на термограммах фиксируются колебания температуры на восходящем участке.

2.5. Фронт, волна и пост-процессы

В волне горения протекают различные химические, физические и физико-химические процессы, обеспечивающие в своей совокупности необходимое тепловыделение. Волна имеет определенную протяженность и состоит из ряда зон:

зоны прогрева или предпламенной зоны (в ней реакции горения еще не протекают, а только осуществляется теплоперенос и нагрев шихты)
зоны реакции (в ней протекают основные реакции горения, обеспечивающие необходимое тепловыделение)
зоны догорания (в ней продолжаются химические реакции, но они уже не влияют на скорость распространения фронта)
зоны (стадии) вторичных физико-химических превращений, определяющих состав и структуру конечных продуктов.

Распространение зоны химических реакций называют волной горения. Фронт - это условная поверхность, разделяющая зоны прогрева и реакции (передний край высокотемпературной зоны волны). Прохождение волны горения является основной стадией СВС. Популярная формула: СВС = горение + структурообразование, вторичные физико-химические превращения составляют вторую стадию СВС.

2.6. Основные характеристики

Процесс распространения волны характеризуют:

пределом погасания (связь между параметрами системы, разделяющие две ситуации: распространение волны и отсутствия горения при любых условиях инициирования)
пределом потери устойчивости (связь между параметрами системы, разделяющими режимы стационарного и неустойчивого горения)
скоростью распространения фронта,
максимальной температурой и
темпом нагрева вещества в волне стационарного горения,
в неустойчивых процессах - частотой пульсаций, скоростью движения очага по винтовой траектории, величиной сверхадиабатического эффекта и др.
глубиной химического превращения исходных реагентов в конечные продукты (полнота горения)
- Зависимость недогорания от размеров частиц металла
- Зависимость недогорания от относительной плотности образца
неравновесностью продукта горения, характеризующую незавершенность фазовых и структурных превращений в процессе; темпом остывания продуктов горения (редко).

Наиболее часто реализуемые значения некоторых характеристик СВС-процесса:

Скорость горения	0.1-20 см/с
Температура горения	2300-3800 К
Скорость нагрева вещества в волне	10³-10⁶ град/с
Мощность зажигания	10-200 кал/(см² с)
Задержка зажигания	0.2-1.2 с
Температура зажигания	800-1200 К

Благодаря высоким значениям скорости и температуры горения и скорости нагрева вещества в волне СВС относят к категории экстремальных химических процессов.

2.7. Химические классы реакций СВС

Для процессов СВС химическая природа реагентов непосредственного значения не имеет - важны лишь величина теплового эффекта реакции и законы тепловыделения и теплопередачи, агрегатное состояние реагентов и продуктов, кинетика фазовых и структурных превращений и другие макроскопические характеристики процесса.

Поэтому химия СВС-процессов разнообразна. Наибольшее распространение получили

реакции синтеза из элементов Ti + C = TiC
Ni + Al = NiAl
3Si + 2N₂ = Si₃N₄
Zr + H₂ = ZrH₂
окислительно-восстановительные реакции B₂O₃ +3Mg + N₂ = 2BN + 3MgO
B₂O₃ + TiO₂ +5Mg = TiB₂ + 5MgO
MoO₃ + B₂O₃ +4Al = MoB₂ + 2Al₂O₃
3TiO₂ + C + 4Al = TiC + 2Al₂O₃
2TiCl₄ + 8Na + N₂ = 2TiN + 8NaCl
реакции окисления металлов в сложных оксидных средах 3Cu + 2BaO₂ + 1/2Y₂O₃ + 0.5(1.5 - x)O₂ = YBa₂Cu₃O_7-x
Nb + Li₂O₂ + 1/2Ni₂O₅ = 2LiNbO₃
8Fe + SrO + 2Fe₂O₃ + 6O₂ = SrFe₁₂O₁₉

Известны также СВС-реакции

синтеза из соединений PbO + WO₃ = PbWO₄
взаимодействия разлагающихся соединений с элементами 2TiH₂ + N₂ = 2TiN + 2H₂
4Al + NaN₃ + NH₄Cl = 4AlN + NaCl + 2H₂
термического разложения сложных соединений 2BH₃N₂H₄ = 2BN + N₂ + 7H₂

3. Продукты

Характеризуются разнообразием состава и микро- и макроструктур.

3.1. Морфология и макроструктура

Продукты СВС представляют собой твердые вещества произвольной формы, разных размеров. Это порошки разной дисперсности, слабо связанные конгломераты частиц, пеноматериалы new window

, спеки и слитки с разной прочностью, пленки, волокна new window

, кристаллы. Масса продуктов зависит от ее начальных значений и, в некоторой мере, от механизма процесса.

В перемешанных системах макроструктура обычно однородна, в гибридных (пористое тело-газ) при наличии фильтрационных затруднений может иметь место распределение состава по сечению образца после СВС.

В специальных случаях преднамеренно создают неоднородную макроструктуру продукта горения (получение многослойных и функционально-градиентных материалов new window ).

3.2. Состав

Химический и фазовый состав продуктов определяется составом исходных систем, их диаграммами состояния, полнотой сгорания, условиями остывания (охлаждения).

Примесный состав продуктов определяется не только чистотой реагентов, но и зависит от глубины процессов самоочистки при горении. Продукты, полученные в оптимальных условиях, характеризуются высокой чистотой по непрореагирующим исходным веществам и примесному кислороду.

3.3. Микроструктура

Продукты СВС представляют собой обычно поликристаллическую структуру с размерами кристаллитов 1-5 мкм. Известны примеры получения наноразмерных (и аморфных), а также крупнокристаллических структур (с размерами кристаллов до 3 мм). Размеры кристаллитов зависят от темпа остывания образца после горения и кинетики кристаллизационных и рекристаллизационных процессов.

Пористость сплошных (не дисперсных) продуктов горения может изменяться от практически нулевого значения (компактные материалы) до высоких значений (90-95%, пеноматериалы).

3.4. Химические классы

Методом СВС получают индивидуальные неорганические соединения:

бескислородные тугоплавкие соединения, оксиды, интерметаллиды, халькогениды, фосфиды, гидриды и др.
восстановленные элементы (бор, титан, молибден и др.)
гетерогенные неорганические материалы (керамика, металлокерамика, минералокерамика, композиты)
органические соединения (пиперазин малонат, хингидрон, ферроцерон (о-карбоксибензоилферроцен) и др.)
Фотографии образцов в процессе реакции:
- Протонирование (пиперазин/малоновая кислота)
- Галогенирование (малоновая кислота/галогенирующие агенты)
- Окисление-галогенирование(8-оксихинолин/хлорамин Б)
особый класс составляют полимеры, полученные в режиме фронтальной полимеризации
- Открытие явления фронтальной полимеризации
- Видеокадры фронтальной полимеризации
- Изделия, полученные фронтальной полимеризацией

4. Исследования

Для понимания механизма, нахождения приемов управления, определения оптимальных условий синтеза, возможностей практического использования процесс и продукты СВС подвергают экспериментальным исследованиям, т.е. осуществляют экспериментальную диагностику СВС в каждой конкретной системе или каждом классе близких систем.

4.1. Три уровня диагностики

Различают три уровня диагностики в зависимости от поставленной задачи.

I-ый уровень. Феноменология.

В экспериментах определяют обычно режим распространения фронта (стационарный, автоколебательный, спиновый) и легко измеряемые характеристики:

скорость фронта и максимальную температуру горения (для стационарного режима)
среднюю скорость фронта и частоту пульсаций (для автоколебательного режима)
среднюю скорость фронта и скорость спинового очага (для спинового горения)

Приемы исследований: фоторегистрация и видеосъемка (с компьютерной обработкой), термометрия (с использованием термоэлектрических датчиков или пирометров). Кроме этого, анализируют химический и фазовый состав продукта, его морфологию макро- и микроструктуру обычными приемами химического и рентгенофазового анализа и металлографии (первичный минимум), при решении конкретных задач продукты СВС подвергаются более глубоким исследованиям.

Феноменологический уровень - простейший, наиболее доступный начинающим исследователям.

II-ой уровень. Зонная структура волны.

Типичный прием - анализ термограмм new window

(или профилей температуры), полученных с помощью микротермопар или динамической пирометрии. Расшифровка позволяет охарактеризовать вид профиля (простой, сложный), определять характерные точки (например, плавления реагентов и продуктов) и по температурным признакам предполагать физико-химический механизм превращения вещества.

Обработка профилей дает возможность устанавливать данную структуру волны и определять ширину зон и подзон, а также ведущую зону горения.

Полные термограммы горения характеризуют и эффекты, проявляющиеся после прохождения волны горения.

Работа на 2-м диагностическом уровне требует высокой квалификации экспериментатора.

III-ий уровень. Динамика фазовых и структурных пост-процессов за волной горения

Цель исследований - определить какие физико-химические процессы определяют фазовый состав и структуру конечных продуктов и как они протекают.

Два приема получили развитие:
- динамическая рентгенография new window (снятие дифрактограмм из одной точки горящей шихты в разные моменты времени с помощью синхротронного излучения или лабораторного дифрактометра со специальным детектором). Пример: последовательность дифрактограмм для горения образцов состава Ni+Al new window );
- закалка (остановка) СВС-процесса с последующим анализом частично и полностью сгоревшей части шихты.

Работа на III-м уровне диагностики требует использования сложной аппаратуры.

4.2. Приемы управления

Задачи - управление
- скоростью, температурой и полнотой СВС-процесса
- составом, структурой и, соответственно, свойствами СВС-продуктов.

Цель - оптимизация СВС для удовлетворения предъявляемым требованиям в тех или иных случаях.

Приемы управления - влияние на характеристики СВС (см. пп. 2 и 3) основных параметров исходной шихты (состав шихты, размер частиц реагентов, плотность, размеры и начальная температура шихты, природа и концентрация регулирующих добавок и инертных наполнителей), а также условий горения (состав и давление окружающей среды, действие электрических, электромагнитных и гравитационных полей, механические воздействия) с использованием предварительных исследований и известных общих закономерностей.

5. Научные основы

СВС - наукоемкий процесс, для понимания и описания которого необходимы знания в области термодинамики, кинетики химических реакций, общей и структурной макрокинетики, материаловедения и др. областей знания.

5.1. Термодинамика

Используются методы химической термодинамики для расчета адиабатической температуры горения и равновесного состава продуктов реакции при этой температуре.

Развиты две методики расчета:
- приближенная, для определения адиабатической температуры горения (в предположении, что состав продуктов горения задан - например, при существовании единственного соединения на диаграмме состояния)
- точная, основанная на совместном рассмотрении уравнений сохранения энергии, вещества, правила фаз при условии минимизации термодинамического потенциала.

Термодинамическому анализу подверглись все системы СВС, для которых известны необходимые термодинамические функции.
- Термодинамика жидкопламенного горения и "горячих" системах термитного типа new window
- Термодинамический анализ горения в системе Ta-C
- Диаграмма состояния для системы TiO₂-B₂O₃-Mg

5.2. Химическая кинетика

Для понимания СВС-процессов необходимо знать, с какой скоростью и по каким законам выделяется тепло в волне горения. Для этого необходимо иметь информацию о кинетике химических реакций при высоких температурах.

Скорость тепловыделения принято оценивать на основе зависимости скорости волны от температуры горения, а также путем обработки термограмм горения и электротеплового взрыва.

Независимые измерения проводятся для взаимодействия металлов с газами с помощью электротермографического метода.

5.3. Теория горения

Для описания закономерностей распространения фронта и структуры волны используется аппарат теории горения new window

, основанный на совместном рассмотрении уравнения теплопроводности с нелинейными источниками тепла (химическое тепловыделение) и кинетики химического взаимодействия реагентов (идеальное твердопламенное горение). В более сложных случаях учитываются также процессы плавления и капиллярного растекания (твердопламенное горение с промежуточным расплавленным слоем), течение газообразного реагента в пористом теле (фильтрационное горение), сложные механизмы теплопередачи (гетерогенное горение) и др.

При теоретическом рассмотрении СВС-процессов рассматривают не только одномерные, но и двух new window и трехмерные модели (фильтрационное горение, спиновые волны).
- 3D уравнения безгазового горения
- 3D модель: одноочаговое спиновое безгазовое горение (динамика распределения температуры) animation
- 3D модель: двухочаговое спиновое безгазовое горение (динамика структуры фронта) (подробнее см статью в PDF-формате 347Кб)

Известны попытки математического моделирования СВС-процессов в системах с учетом диаграмм состояния.

5.4. Химия и структурная макрокинетика

Исследуются механизмы химических, фазовых и структурных превращений исходных реагентов в конечные продукты СВС-процесса. Используются приемы III-ro уровня диагностики (п. 5.1). Классифицированы маршруты химических реакций. Развиты представления о предельных механизмах структурообразования. Изучается динамика изменения фазового состава и микроструктуры при протекании пост-процессов за волной горения.

5.5. Физическое материаловедение

Применяются классические методы физического материаловедения для изучения особенностей структуры и физических свойств СВС-продуктов. Выявляется влияние темпа охлаждения СВС-продуктов после сгорания на степень неравновесности СВС-продуктов. Охвачен широкий диапазон получения продуктов от равновесных (автоотжиг) до аморфных (автозакалка). Для нестехиометрических фаз ведутся нейтронно-графические наблюдения за степенью упорядочения неметаллических подрешеток и образование сверхструктур.

6. Технология материалов

6.1. Технологические типы СВС-процессов

СВС-технология new window

построена по традиционной схеме, принятой в порошковой металлургии: подготовка сырья, синтез, обработка продуктов. В отличие от порошковой металлургии в СВС-технологии вместо синтетических печей или плазмотронов используются СВС-реактора.

Известны шесть технологических типов:

TT-1 new window химический синтез,
(получение бесформенных спеков и их переработка в порошки)
- Промышленный реактор СВС-30
- Порошок смешанного карбида Ti и Cr

TT-2 СВС-спекание,
(получение изделий путем придания шихте определенной формы и ее сохранение в процессе сжигания);
- Нитридная керамика, полученная методом СВС new window
- Трубчатые фильтрующие элементы
- Градиентные TiC-фильтры, полученные методом теплового взрыва
- Фильтрующие элементы; Сборные фильтры
- Градиентные TiC-фильтры new window

TT-3 силовое СВС-компактирование,
(уплотнение горячих, еще не успевших остыть продуктов горения путем различных механических воздействий);
- Функционально-градиентные материалы (СВС ФГМ) new window
- Градиентные тугоплавкие пластины

TT-4 технология высокотемпературных СВС-расплавов, или СВС-металлургия,
(сжигание высококалорийных смесей с образованием продуктов в виде расплава с дальнейшем металлургической переработкой);
- Защитные покрытия, полученные СВС-наплавкой new window
- Стальные трубы с керамической футеровкой
- Изделия, полученные по СВС-технологии
- Инверсионное фазоразделение

TT-5 СВС-сварка,
(проведение СВС-процесса в зазоре между свариваемыми деталями);

TT-6 газотранспортная СВС-технология,
(использование газотранспортных процессов в волне горения для нанесения покрытий на введенные в шихту детали).

В отдельных случаях СВС технологии начали использоваться непрерывные технологические процессы.

6.2. Вторичная технологическая переработка СВС-продуктов (применение в технологии неорганических материалов)

спекание и горячее прессование СВС-порошков
плазменное и детонационное нанесение порошковых покрытий
инфильтрация металлов в пористые СВС-заготовки
механическая обработка СВС-заготовок и получение изделий заданной формы и размеров
магнетронное напыление с использованием СВС-мишеней
наполнение паст и клеев СВС-порошками.

7. Технические приложения СВС-процессов

7.1. Применение СВС-продукции (материалов)

Продукты СВС могут применяться, а некоторые из них применяются new window

в различных отраслях промышленности: машиностроении, металлургии, химической промышленности, электротехнике и электронике, авиационно-космической технике, строительной промышленности и др.

Известны применения СВС-продукции в медицине
- СВС-материалы с эффектом запоминания формы для хирургии new window ,
- СВС-имплантанты,
научном приборостроении, космических экспериментах
- Первый СВС-эксперимент в условиях микрогравитации (подробнее см статью , в формате MS Word97, zip-compressed, 40Кб),
- Образование продукта горения в системе NiO-Ni-Al new window (подробнее см статью в PDF-формате 489Кб),
- "Бесконтактный" СВС в космосе (подробнее см статью в PDF-формате 467Кб),
- Gasless SHS in Particle Clouds under Microgravity: Experiments Aboard the MIR Space Station,

7.2. СВС-производства

Производство продукции на основе СВС-технологии осваивается в ряде стран.

В бывшем СССР new window были организованы производства высокотемпературных нагревателей (Кировакан), порошков карбида титана и абразивных паст на их основе (Баку, Полтава), азотированных ферросплавов (Ижевск, Чусовая), порошков (3-нитрида кремния и гидрида титана (Макеевка, Закарпатье), высокотемпературных изоляторов (Куйбышев), ниобата лития (Дзержинск) и др.

В России в настоящее время действуют опытные производства ИСМАН (Черноголовка), Научно-Учебного Центра СВС МИСиС-ИСМАН (Москва), Инженерного Центра СВС (Самара).

В Китае на ряде заводов организовано производство труб с внутренним керамическим слоем new window для перекачки абразивных сред.

Есть сведения о производстве СВС продуктов на японских и американских фирмах.

В Испании создан завод new window для производства порошков a-нитрида кремния и нитрида бора.

7.3. Эффективность

Эффективность СВС-процессов связано с использованием химического тепловыделения, высокими значениями температур и скоростей горения, простотой аппаратурного оформления, высоким качеством продукции (получаемой в оптимальных по параметрам условиях синтеза)
- Кинетика спекания порошков Si₃N₄ new window

,
- Теплопроводящие изделия из нитрида алюминия new window

.
Использование СВС во многих случаях приводит к экономии всех видов продукции, а также позволяет решать уникальные задачи (например, прямой синтез крупногабаритных изделий). Ограничения связаны с необходимостью подбора недорогих и недефицитных реагентов, обеспечивающих экзотермичность процесса.

8. История и современное состояние

8.1. Открытие

СВС-процессы были созданы на основе научного открытия явления твердого пламени (более строгое, официальное название "Явление волновой локализации твердофазных автотормозящихся реакций" new window

), сделанного в 1967 году в Научном Центре Академии наук СССР в Черноголовке, близ Москвы (авторы научного открытия и метода СВС - А.Г. Мержанов, И.П. Боровинская, В.М. Шкиро).

Самую первую статью по самораспространяющемуся высокотемпературному синтезу можно прочесть здесь new window ( Статья в формате MS Word97, zip-compressed, 18,7Кб).

Открытию предшествовали создание и исследование экспериментальной модели безгазового горения (железо-алюминиевый термит, забалластированный оксидом алюминия) и синтетические поиски чистых ацетиленидов меди и серебра, разлагающихся с выделением тепла и перспективных с точки зрения возможности реализации безгазовых режимов горения.

Авторы считают, что прародителями СВС являются "внепечная" металлотермия Бекетова-Гольдшмидта и современная теория горения Семенова-Зельдовича.

8.2. Развитие работ в бывшем СССР

Можно выделить три этапа: на I-м этапе (1967-79гг.) проводились исследовательские инициативные работы сначала в Черноголовке, а затем и в других городах (Томске, Ереване, Киеве и др.).

Главный результат работ - заложены научные основы СВС-процессов, методология и идеология исследований. Работы проводились за счет внутренних ресурсов исследовательских коллективов, без специального финансиования

На II-м этапе (1979-92 гг.) осуществлялась Государственная поддержка работ. По специально принятым Постановлениям Совета Министров СССР был построен комплекс зданий в Черноголовке, организована работа Научного Совета по теории и практике СВС-процессов Государственного Комитета по науке и технике, принята общесоюзная Программа работ. В дальнейшем был создан Межотраслевой научно-технический комплекс "Термосинтез" (консорциум, объединивший исследовательские, конструкторско-технологические и производственные организации) во главе с Институтом структурной макрокинетики Академии наук СССР (ИСМАН), создан ряд науко-технических центров СВС в разных городах.

Главный результат деятельности - организация промышленных СВС-производств по Единому плану МНТК.

На III-м этапе (1992 - по настоящее время) в связи с распадом СССР государственная поддержка работ прекратилась, МНТК "Термосинтез" перестал существовать, централизованного руководства работами не стало. Организации стали работать в условиях рыночных отношений по специальным заказам, контрактам, грантам.

8.3. СВС в бывшем СССР

В настоящее время на территории бывшего СССР наиболее активно действуют:

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения (ИСМАН), РАН, Черноголовка, Россия
Отдел Структурной Макрокинетики, Томский научный центр, Сибирское Отделение РАН, Томск, Россия
Научно-учебный центр СВС МИСИС-ИСМАН, Москва, Россия
Инженерный центр СВС, Самара, Россия
Институт химической физики в Армении
Институт проблем горения, Алма-Ата, Казахстан
Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, РАН, Уфа, Россия
Институт порошковой металлургии, Минск, Беларусь
Институт тепло- и массообмена, Минск, Беларусь
Институт проблем материаловедения, Киев, Украина
Институт технической акустики, Витебск, Беларусь
Институт металлургии в Грузии

8.4. Мировое развитие СВС

Международное признание СВС как научно-технической области началось в начале 80-х годов. В США инициатором работ выступали исследовательский Центр Армии США и Национальная Ливерморская лаборатория им. Лоуренса. Толчком в организации работ в США явился обзор Joe Crider "Самораспространяющийся высокотемпературный синтез - советский метод получения керамических материалов" new window

. На начальном этапе работы проводились в рамках Государственной программа DARPA. Почти одновременно начались работы в Японии, которые были стимулированы советскими патентами. В дальнейшем работы стали развиваться в разных странах по "самораспространяющемуся" механизму - Польше, Корее, Италии, Испании и др. Наибольшие темпы развития демонстрирует Китай. По данным ИСМАН-информ, в мировой литературе зафиксированы работы из 47 стран.

В настоящее время наибольшую активность демонстрируют научные центры

Joining and Welding Research Institute Osaka University, Japan
High-tech Research Center and Dept. of Materials Chemistry, Faculty of Science and Technology, Ryukoku University, Japan
The Center for Commercial Application of Combustion in Space, Colorado Schools of Mines, Golden CO, USA
Department of Chemical Engineering and Materials Science Associate Dean, College of Engineering, University of California Davis, Davis CA, USA
University of Notre Dame, Notre Dame, USA
Department of Engineering Science & Applied Mathematics, Northwestern University, Evanston, IL USA
Department of Chemistry/ Chemical Engineering South Dakota School of Mines and Technology, USA
University of Science and Technology, Beijing, China
Dipartimento di Ingegneria Chimica e Materiali, University of Cagliari, Piazza d'ТArmi, Italy
Technion-Israel Institute of Technology, Haifa, Israel
Department of Metallurgical and Materials Engineering, Sunmoon University, Korea
SHS CERAMICAS, Spain

Мировому развитию СВС способствовали: проведение Международных симпозиумов по СВС (начиная с 1991 года) в разных странах и издание Международного журнала по СВС (Allerton Press, NY USA с редакцией в ИСМАН), начиная с 1992 года.

8.5. Наиболее важные достижения

Разработка методов экспериментальной диагностики СВС-процессов
Диагностические исследования горения систем Тв + Тв, Тв + Г, Тв + Тв + Г
Создание теории твердопламенного горения (безгазового, фильтрационного и др.)
Открытие спиновых волн. Создание основ тепловой теории неустойчивого горения
Разработка идеологии и методологии структурной макрокинетики
Создание банка данных по термодинамике СВС-процессов, пpогpамма "Thermo" pасчетов теpмодинамического равновесия в сложных многоэлементных гетеpофазных системах и программу ATC - Adiabatic Temperature Calculator (Alexandr Shchukin, PhD, software developer)
Многочисленные синтезы химических соединений и материалов высокого качества
Разработка комплекса технологических процессов производства химических продуктов, порошков, материалов и изделий, сварки и нанесение покрытий
Выявление эффективных областей применения СВС-продукции в технике

8.6. Важные направления развития

диагностика фазовых и структурных превращений в СВС-процессах
теория неодномерных режимов СВС
математическое моделирование и оптимизация СВС в конкретных системах (с учетом всех основных процессов)
синтез специальных порошков (компонентных, наноразмерных и др.).
создание и использование неравновесных в химическом и физико-химическом отношениях материалов
механохимия СВС-процессов в квазистатических и ударно-волновых условиях
создание непрерывных технологий с утилизацией выделяющегося тепла
развитие технологии прямого получения изделий с заданными эксплуатационными свойствами
создание газофазных и газодисперсных СВС-технологий
организация СВС-процессов в различных в химическом отношении средах (органических, элементо-органических и др.).

8.7. Симпозиумы - конференции - семинары

Всесоюзные школы-семинары СВС-процессов

5-12 июня 1975 г., Арзакан
11-20 октября 1977 г., Арзакан
19-28 сентября 1979 г., Кировокан
26 октября - 3 ноября 1983 г., Дилижан
10-19 сентября 1985 г., Агавнадзор
21-30 июня 1988 г., Черноголовка
11-18 июня 1991 г., Махачкала

Тематические сессии Научного совета по проблеме
"Теория и практика процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза"

Использование СВС-процессов в абразивной технике/14-16 мая 1980 г., Запорожье
Материаловедение СВС-продуктов/13-15 октября 1980 г., Ташкент
Химия и технология порошкообразных СВС-продуктов/30 мая - 2 июня 1981 г., Баку
Процессы СВС в проблеме создания инструментальных материалов/28 сентября - 2 октября 1981 г., Боржоми
Процессы горения в проблеме СВС/22-25 июня 1982 г., Одесса
Использование процессов и продуктов СВС в машиностроении/28-30 июня 1983 г.,Куйбышев
Проблемы использования процессов СВС в металлургии/29-31 мая 1984 г.,Кутаиси
Сырьевые проблемы СВС/4-6 октября 1988 г., Алма-Ата
Проблемы создания технологического оборудования для СВС-процессов/19-20 апреля 1989 г., Днепропетровск

Международные симпозиумы по самораспространяющемуся высокотемпературному синтезу

23-28 сентября 1991 г., Алма-Ата, СССР
7-10 ноября 1993 г., Гонолулу, Гавайи, США
23-27 октября 1995 г., Ухань, Китай
6-7 октября 1997 г., Толедо, Испания
16-19 августа 1999 г., Москва, Россия
14-18 октября 2001 г., Хайфа, Израиль

9. Обзорные статьи и монографии

	А.Г. Мержанов. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: Двадцать лет поисков и находок. Черноголовка: ИСМАН, 1989, 91 с.
	SHS-Bibliography (1967–1995). Int. Journal of SHS, vol. 5, N 4, 1996, 513 pp.
	Химия синтеза сжиганием. Ред. М.Коидзуми. Пер. с японск., М.: Мир, 1998, 247 с.
	Combustion Synthesis. Ed. Yin Sheng, Beijing, 1998, 444 pp., (in Chinese).
	Е.А. Левашов, А.С. Рогачев, В.И. Юхвид, И.П. Боровинская. Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: Бином, 1999, 176 с.
	А.Г. Мержанов. Процессы горения и синтез материалов. Черноголовка: ИСМАН, 1998, 512 с.
	Carbide, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing. Ed. Alan W.Weimer, London–Weinheim–New York–Tokyo–Melburne–Madras: Chapman & Hall, 1997, 671 pp.
	С.Ю. Шаривкер, А.Г. Мержанов СВС-порошки и их технологическая переработка, под редакцией И.П.Боровинской, Черноголовка: ИСМАН, 2000, 123 с., 21 табл., 30 рис., библиогр. 273 назв. ISBN 5-900829-06-5
	А.Г. Мержанов Твердопламенное горение, Черноголовка: ИСМАН, 2000, с. 224, 27 табл., 116 рис., библиогр. 409 назв. Информация о выходе книги
	Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика. Черноголовка, Территория, 2001, 432 стр., табл. илл., ISBN 5-900829-18-9, Ответственный редактор А.Е. Сычев. Информация о выходе книги
	Self-Propagating High-Temperature Synthesis of Materials, Edited by Anatoli A. Borisov, Luigi De Luca, and Alex Merzhanov Translated by Yury B. Scheck Информация о выходе книги
	Концепция развития cамораспространяющегося высокотемпературного синтеза как области научно-технического прогресса, Черноголовка, Территория, 2003, 368 стр., табл. илл., ISBN 5-900829-21-9, Ответственный редактор А.Г. Мержанов. Книга в формате Adobe Acrobat (7.7Мб)
	Corbin, N.D., and McCauley, J.W., Self-Propagating High Temperature Synthesis (SHS): Current Status and Future Prospects, MTL MS 86-1, Watertown, MA, May 1986
	Frankhouser, W.L., Brendley, K.W., Kieszek, M.C., and Sullivan, S.T., Gasless Combustion Synthesis of Refractory Compounds, Noyes Publications, 1985
	Combustion and Plasma Synthesis of High Temperature Materials, Munir, Z.A., and Holt, J.B., Eds., VCH Publishers, 1990
	А.Г. Мержанов, А.С. Мукасьян, Твердопламенное горение, Москва: Торус Пресс, 2007, 336 с.