材料制备技术5.4自蔓延高温合成.ppt

自蔓延高温合成自蔓延高温合成12/22/202215.4 自蔓延高温合成自蔓延高温合成5.4.1 概述概述 自蔓延高温合成是材料与工程领域的研究热自蔓延高温合成是材料与工程领域的研究热点之一，也称为燃烧合成。该法是点之一，也称为燃烧合成。该法是基于放热化学基于放热化学反应的基本原理反应的基本原理，首先，首先利用外部热量利用外部热量诱导局部化诱导局部化学反应，学反应，形成形成化学反应化学反应前沿前沿(燃烧燃烧 波波),接着化学接着化学反应在反应在自身放出热量自身放出热量的的支持支持下继续进行，进而燃下继续进行，进而燃烧波蔓延至整个反应体系，最后合成所需材料。烧波蔓延至整个反应体系，最后合成所需材料。12/22/202225.4 自蔓延高温合成自蔓延高温合成SHS过程示意图过程示意图1生产物区；生产物区；2合成区；合成区；3燃烧波；燃烧波；4预热区；预热区；5反应物区；反应物区；6反应传播方向反应传播方向12/22/202235.4 自蔓延高温合成自蔓延高温合成SHS作为材料制备新技术具有以下特点：作为材料制备新技术具有以下特点：节能；节能；高效；高效；合成产品纯度高合成产品纯度高合成产品成本低合成产品成本低易于从实验转入规模生产易于从实验转入规模生产产品冷却的速率可控制产品冷却的速率可控制12/22/202245.4 自蔓延高温合成自蔓延高温合成5.4.2 SHS在无机合成中的应用在无机合成中的应用1.直接合成法直接合成法 直接合成原料成本高，设备要求高，主直接合成原料成本高，设备要求高，主要用于粉末冶金领域中制备难熔的金属间要用于粉末冶金领域中制备难熔的金属间化合物和金属陶瓷化合物和金属陶瓷12/22/202255.4 自蔓延高温合成自蔓延高温合成2.Mg热、热、Al热合成法热合成法原理原理：用活泼金属：用活泼金属Al、Mg等，等，先把先把金属或非金属金属或非金属元元素素从其氧化物中从其氧化物中还原出来还原出来，之后之后通过还原出的通过还原出的元素元素直直接的接的相互反应相互反应来来合成合成所需的所需的化合物。化合物。a TiC-Al 体系的合成体系的合成原理：原理：12/22/202265.4 自蔓延高温合成自蔓延高温合成SHS制备制备TiC-Al2O3工艺图工艺图b 碳化钨的合成碳化钨的合成原理：原理：12/22/20227C 陶瓷内衬复合钢管的制备陶瓷内衬复合钢管的制备反应原理：反应原理：工业工业WO3粉、粉、炭黑、镁粉炭黑、镁粉均匀混合均匀混合压制成形压制成形放入反应器放入反应器用钨丝点燃用钨丝点燃抽真空后抽真空后充入氩气充入氩气得到样品得到样品SHS合成碳化钨流程图合成碳化钨流程图12/22/202285.4 自蔓延高温合成自蔓延高温合成SHS陶瓷内衬陶瓷内衬复合钢管复合钢管离心铸造法离心铸造法重心分离法重心分离法12/22/202295.4 自蔓延高温合成自蔓延高温合成1钢管；钢管；2铝热剂；铝热剂；3铁层；铁层；4陶瓷层陶瓷层SHS离心法示意图离心法示意图12/22/2022105.4 自蔓延高温合成自蔓延高温合成将物料混匀装入钢管将物料混匀装入钢管点燃物料，发生燃烧反应点燃物料，发生燃烧反应固定钢管，启动离心机固定钢管，启动离心机燃烧温度达燃烧温度达2450K，使，使Al2O3与与Fe熔化熔化离心力的作用下离心力的作用下Al2O3位于钢管内表面，位于钢管内表面，Fe位于陶瓷层位于陶瓷层与钢管之间与钢管之间12/22/2022115.4 自蔓延高温合成自蔓延高温合成离心力的作用离心力的作用：（1）有利于）有利于Fe和和Al2O3分层；分层；（2）有利于提高陶瓷的致密度）有利于提高陶瓷的致密度SHS-离心法制得的陶瓷内衬层的离心法制得的陶瓷内衬层的缺点：缺点：a 孔隙率过高孔隙率过高b 只适用于直管只适用于直管C 小直径的管子也无法应用小直径的管子也无法应用12/22/2022125.4 自蔓延高温合成自蔓延高温合成SHS-重心分离法制备陶瓷内衬复合钢管示意图重心分离法制备陶瓷内衬复合钢管示意图12/22/2022135.4 自蔓延高温合成自蔓延高温合成SHS-重力分离法的不足：重力分离法的不足：a 形成的陶瓷形成的陶瓷-母管双层结构时，由于没有过渡母管双层结构时，由于没有过渡层，容易引起结合强度不足。层，容易引起结合强度不足。SHS-重力分离法优点：重力分离法优点：可制备各种异形管材可制备各种异形管材b 体系中气体和低熔点的杂质完全靠自然逸出，体系中气体和低熔点的杂质完全靠自然逸出，容易引起陶瓷层致密度下降容易引起陶瓷层致密度下降12/22/202214