材料制備技術(shù)5.4自蔓延高溫合成

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1、自蔓延高溫合成9/4/202115.4自蔓延高溫合成5.4.1概述自蔓延高溫合成是材料與工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，也稱為燃燒合成。該法是基于放熱化學(xué)反應(yīng)的基本原理，首先利用外部熱量誘導(dǎo)局部化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)反應(yīng)前沿(燃燒波),接著化學(xué)反應(yīng)在自身放出熱量的支持下繼續(xù)進(jìn)行，進(jìn)而燃燒波蔓延至整個(gè)反應(yīng)體系，最后合成所需材料。9/4/202125.4自蔓延高溫合成SHS過(guò)程示意圖1—生產(chǎn)物區(qū)；2—合成區(qū)；3—燃燒波；4—預(yù)熱區(qū)；5—反應(yīng)物區(qū)；6—反應(yīng)傳播方向9/4/202135.4自蔓延高溫合成SHS作為材料制備新技術(shù)具有以下特點(diǎn)：①節(jié)能；②高效；③合成產(chǎn)品純度高④合成

2、產(chǎn)品成本低⑤易于從實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)入規(guī)模生產(chǎn)⑥產(chǎn)品冷卻的速率可控制9/4/202145.4自蔓延高溫合成5.4.2SHS在無(wú)機(jī)合成中的應(yīng)用1.直接合成法直接合成原料成本高，設(shè)備要求高，主要用于粉末冶金領(lǐng)域中制備難熔的金屬間化合物和金屬陶瓷9/4/202155.4自蔓延高溫合成2.Mg熱、Al熱合成法原理：用活潑金屬Al、Mg等，先把金屬或非金屬元素從其氧化物中還原出來(lái)，之后通過(guò)還原出的元素直接的相互反應(yīng)來(lái)合成所需的化合物。aTiC-Al體系的合成原理：9/4/202165.4自蔓延高溫合成SHS制備TiC-Al2O3工藝圖b碳化鎢的合成原理：9/4/20217C陶瓷內(nèi)

3、襯復(fù)合鋼管的制備反應(yīng)原理：工業(yè)WO3粉、炭黑、鎂粉均勻混合壓制成形放入反應(yīng)器用鎢絲點(diǎn)燃抽真空后充入氬氣得到樣品SHS合成碳化鎢流程圖9/4/202185.4自蔓延高溫合成9/4/202195.4自蔓延高溫合成1—鋼管；2—鋁熱劑；3—鐵層；4—陶瓷層SHS離心法示意圖9/4/2021105.4自蔓延高溫合成將物料混勻裝入鋼管點(diǎn)燃物料，發(fā)生燃燒反應(yīng)固定鋼管，啟動(dòng)離心機(jī)燃燒溫度達(dá)2450K，使Al2O3與Fe熔化離心力的作用下Al2O3位于鋼管內(nèi)表面，F(xiàn)e位于陶瓷層與鋼管之間9/4/2021115.4自蔓延高溫合成離心力的作用：（1）有利于Fe和Al2O3分層；

4、（2）有利于提高陶瓷的致密度SHS-離心法制得的陶瓷內(nèi)襯層的缺點(diǎn)：a孔隙率過(guò)高b只適用于直管C小直徑的管子也無(wú)法應(yīng)用9/4/2021125.4自蔓延高溫合成SHS-重心分離法制備陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管示意圖9/4/2021135.4自蔓延高溫合成SHS-重力分離法的不足：a形成的陶瓷-母管雙層結(jié)構(gòu)時(shí)，由于沒(méi)有過(guò)渡層，容易引起結(jié)合強(qiáng)度不足。SHS-重力分離法優(yōu)點(diǎn)：可制備各種異形管材b體系中氣體和低熔點(diǎn)的雜質(zhì)完全靠自然逸出，容易引起陶瓷層致密度下降9/4/202114