Кинетика химической реакции горения тетрафторида кремния и дисперсного гидрида кальция в замкнутой системе при изотермических условиях

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

На основе квазигомогенного подхода построена и подтверждена экспериментами математическая модель, описывающая кинетику процесса взаимодействия газообразного тетрафторида кремния и дисперсного гидрида кальция в условиях поддержания заданной температуры в закрытом реакторе. Отмечены особенности кинетики процесса (индукционный период, эффект торможения скорости реакции ее продуктами) и определены параметры, обеспечивающие близкую к 100% степень превращения тетрафторида кремния, что особенно важно при получении дорогостоящих изотопно чистых моносилана и кремния.

About the authors

A. D. Bulanov

Institute of High Purity Substances Chemistry named after G. G. Devyatyh Russian Academy of Sciences

Email: lashkov@ihps-nnov.ru
Tropinina St., 49, BOX-75, Nizhny Novgorod, 603951 Russia

Y. P. Kirillov

Institute of High Purity Substances Chemistry named after G. G. Devyatyh Russian Academy of Sciences

Email: lashkov@ihps-nnov.ru
Tropinina St., 49, BOX-75, Nizhny Novgorod, 603951 Russia

C. Y. Kirillov

Institute of Applied Physics named after A. V. Gaponov-Grekhov Russian Academy of Sciences

Email: lashkov@ihps-nnov.ru
Ulyanova St., 46, Nizhny Novgorod, 603950 Russia

A. Y. Lashkov

Institute of High Purity Substances Chemistry named after G. G. Devyatyh Russian Academy of Sciences

Email: lashkov@ihps-nnov.ru
Tropinina St., 49, BOX-75, Nizhny Novgorod, 603951 Russia

O. Y. Troshin

Institute of High Purity Substances Chemistry named after G. G. Devyatyh Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: lashkov@ihps-nnov.ru
Tropinina St., 49, BOX-75, Nizhny Novgorod, 603951 Russia

References

  1. Fiedler H., Gupta P., Kennedy J. et al. 28Si+ ion beams from penning ion source based implanter systems for near-surface isotopic purification of silicon // Rev. Sci. Instrum. 2018. V. 89. P. 123305. https://doi.org/10.1063/1.5048949
  2. Crippa A., Ezzouch R., Aprá A. et al. Gate-reflectometry dispersive readout and coherent control of a spin qubit in silicon // Nat. Commun. 2019. V. 10. P. 2776. https://doi.org/10.1038/s41467-019-10848-z
  3. Tang K., Kim H.S., Ramanayaka A.N. et al. Targeted enrichment of 28Si thin films for quantum computing // J. Phys. Commun. 2020. V. 4. № 3. P. 035006. https://doi.org/10.1088/2399-6528/ab7b33
  4. Yang C.H., Leon R.C., Hwang J.C. et al. Operation of a silicon quantum processor unit cell above one kelvin // Nature. 2020. V. 580. P. 350–368. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2171-6
  5. Gusev A.V., Bulanov A.D. High-purity silicon isotopes 28Si, 29Si, and 30Si // Inorg. Mater. 2008. V. 44. № 13. P. 1395–1408. https://doi.org/10.1134/S0020168508130013
  6. Девятых Г.Г., Дианов Е.М., Буланов А.Д., Трошин О.Ю., Балабанов В.В., Пряхин Д.А. Получение высокочистого моноизотопного силана: 28SiH4, 29SiH4 и 30SiH4 // Докл. РАН. 2003. Т. 391. № 5. С. 638–639.
  7. Трошин О.Ю., Гавва В.А., Лашков А.Ю., Созин А.Ю., Адамчик С.А., Потапов А.М., Отопкова П.А., Буланов А.Д. Изотопно-обогащенные кремний, германий и их гидриды для разработки квантовых вычислительных устройств // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 11. С. 1201–1210. https://doi.org/10.31857/S0002337X23110143
  8. Буланов А.Д. Пряхин Д.А., Трошин О.Ю., Балабанов В.В. Способ получения высокочистого изотопно-обогащенного силана: Патент РФ № 2226501. Опубл. 10.04.2004. 5 с.
  9. Буланов А.Д., Михеев В.С., Трошин О.Ю., Лашков А.Ю. Взаимодействие тетрафторида кремния и гидрида кальция в форме распространяющейся волны реакции // Журн. неорган. химии. 2008. Т. 53. № 1. С. 11–15.
  10. Лашков А.Ю., Буланов А.Д., Трошин О.Ю. Процесс фильтрационного горения тетрафторида кремния и гидрида кальция для получения моносилана // Неорган. материалы. 2016. Т. 52. № 9. С. 981–984. https://doi.org/10.7868/S0002337X16090104
  11. Лашков А.Ю., Буланов А.Д., Трошин О.Ю. Зависимость параметров волны горения СаН2 в SiF4 от концентрации реагента в потоке газовой смеси // Журн. прикл. химии. 2021. Т. 94. № 2. С. 146–152. https://doi.org/10.31857/S004446182102002X
  12. Алдушин А.П., Сеплярский Б.С. Распространение волны экзотермической реакции в пористой среде при продуве газа // Докл. АН СССР. 1978. Т. 241. № 1. С. 72–75.
  13. Алдушин А.П., Мержанов А.Г. Распространение тепловых волн в гетерогенных средах / Под ред. Матроса Ю.Ш. Новосибирск: Наука, 1988. 152 c.
  14. Мержанов А.Г. Процессы горения и синтез материалов. Черноголовка: ИСМАН, 1998. 512 c.
  15. Алымов М.И., Рубцов Н.М., Сеплярский Б.С. Волны горения в конденсированных средах: инициирование, критические явления, размерные эффекты. М.: РАН, 2020. 316 c.
  16. Ваганов Д.А., Шатунова Е.Н., Перегудов Н.И., Самойленко Н.Г. Закономерности фильтрационного воспламенения // Физика горения и взрыва. 2002. Т. 38. № 4. С. 44–48.
  17. Фирсов А.Н., Озерковская Н.И., Шкадинский К.Г. Нестационарные режимы фильтрационного горения // Физика горения и взрыва. 2010. Т. 46. № 4. С. 3–12.
  18. Какуткина Н.А. Некоторые аспекты устойчивости горения газа в пористых средах // Физика горения и взрыва. 2005. Т. 41. № 4. С. 39–49.
  19. Кришеник П.М., Шкадинский К.Г. Одномерная модель стационарного фронта фильтрационного горения // Хим. физика. 2010. Т. 29. № 7. С. 22–26.
  20. Кришеник П.М., Рогачев С.А., Шкадинский К.Г. Фильтрационное горение пористого состава в многокомпонентной газовой среде // Хим. физика. 2014. Т. 33. № 3. С. 52–61. https://doi.org/10.7868/S0207401X1403008X
  21. Lutsenko N.A., Sorokova S.N. Numerical comparison of heterogeneous combustion waves in horizontal and vertical porous objects under free convection // Adv. Mater. Res. 2014. V. 880. P. 109–114. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.880.109
  22. Салганский Е.А., Фурсов В.П., Глазов С.В., Салганская М.В., Манелис Г.Б. Модель воздушной газификации твердого горючего в фильтрационном режиме // Физика горения и взрыва. 2003. Т. 39. № 1. С. 44–50.
  23. Салганский Е.А., Фурсов В.П., Глазов С.В., Салганская М.В., Манелис Г.Б. Модель паровоздушной газификации твердого горючего в фильтрационном режиме // Физика горения и взрыва. 2006. Т. 42. № 1. С. 65–72.
  24. Салганский Е.А., Кислов В.М., Глазов С.В., Желудев А.Ф., Манелис Г.Б. Фильтрационное горение системы углерод-инертный материал в режиме со сверхадиабатическим разогревом // Физика горения и взрыва. 2008. Т. 44. № 3. С. 30–38.
  25. Амелин И.И., Салганский Е.А., Волкова Н.Н., Желудев А.Ф., Алексеев А.П., Полианчик Е.В., Манелис Г.Б. Область существования стационарной волны фильтрационного горения в шихте с малым содержанием углерода // Изв. РАН. Сер. хим. 2011. № 6. С. 1125–1132.
  26. Альтман И.С., Вовчук Я.И. О тепловом режиме парофазно горящей частицы магния // Физика горения и взрыва. 2000. Т. 36. № 2. С. 74–76.
  27. Костин С.В., Кришеник П.М., Озерковская Н.И., Фирсов А.Н., Шкадинский К.Г. Ячеистые режимы фильтрационного горения пористого слоя // Физика горения и взрыва. 2012. Т. 48. № 1. С. 3–13.
  28. Кришеник П.М., Костин С.В., Озерковская Н.И., Шкадинский К.Г. Теоретическое и экспериментальное исследование ячеистых режимов фильтрационного горения цилиндрических систем // Хим. физика. 2019. Т. 38. № 2. C. 45–51. https://doi.org/10.1134/S0207401X19020092
  29. Пурмохаммад Я., Сабзпушани М. Влияние скорости деформации, размера частиц и коэффициента избытка горючего на горение в противотоках смеси воздуха и микрочастиц алюминия // Физика горения и взрыва. 2018. Т. 54. № 6. С. 59–67. https://doi.org/10.15372/FGV20180607
  30. Франк-Каменецкий Д.А. Основы макрокинетики. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. Долгопрудный: Интеллект, 2008. 408 с.
  31. Пряхин Д.А., Буланов А.Д., Балабанов В.В., Степанов В.М. Вириальное уравнение состояния тетрафторида кремния // Журн. физ. химии. 2000. Т. 74. № 12. С. 2265–2268.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).