Théorie de la formation et de la croissance des particules dans les flammes de synthèse d'oxydes

Résumé Ce travail discute des facteurs qui déterminent la taille finale des particules dans la synthèse de la silice pyrogénique. Les silices pyrogéniques ou fumées sont produites commercialement par la combustion d'un flux pré-mélangé de tétrachlorure de silicium, d'hydrogène et d'air. En raison de leur taille minuscule, les particules de silice assument des vitesses de translation et des fréquences de collision caractéristiques de grandes molécules de gaz. Lorsque le temps de réaction chimique et le temps de nucléation sont courts par rapport à la période totale de formation, la croissance, en théorie, approche un taux qui est indépendant de l'histoire précoce du système et est déterminé uniquement par la fréquence des collisions browniennes. Dans ces conditions, le logarithme de la taille des particules est directement proportionnel au logarithme du temps de croissance. Dans les flammes commerciales, de l'air secondaire est introduit dans le jet de flamme, ce qui fait que les particules refroidissent en dessous de leur température de fusion. Dans de telles circonstances, le temps de croissance et donc la taille finale des particules est une fonction forte de la température initiale de la flamme. Des taux de disparition théoriques ont été formulés en utilisant un modèle de collision-coalescence brownienne et sont comparés aux résultats obtenus d'un brûleur commercial fonctionnant à une variété de températures de flamme et de concentrations. Une inspection de la littérature suggère que le mécanisme de croissance par collision-coalescence s'applique à de nombreuses autres flammes formant des oxydes et du carbone où les réactions sont rapides par rapport aux temps de refroidissement, où les rapports de sursaturation sont élevés et où les particules sont petites par rapport aux chemins moléculaires moyens libres.