第十二章 自蔓延高温合成技术.ppt

第十二章 自蔓延高温合成技术 无机材料合成 目 录 ? 1 、什么是自蔓延高温合成法？ ? 2 、自蔓延传播原理 ? 3 、自蔓延高温合成法的特点 ? 4 、自蔓延合成方法分类及反应原理 ? 5 、自蔓延高温合成技术及应用 自蔓延技术的发展历史 19 世纪， 发现固 - 固相燃烧反应： 并描述了放热反应从试料一端 迅速蔓延到另一端的自蔓延现象。 20 世纪 60 年代， 自蔓延高温合成命名： 研究人员发现钛 - 硼混合 物的自蔓延燃烧合成现象 , 称之为“固体火焰”。将这种靠反应 自身放热来合成材料的技术称为自蔓延高温合成，即 SHS 。 20 世纪后期， 工业化应用： 铝热反应已经得到工业应用 ; 1972 年 ,SHS 开始用于粉末的工业生产； 1975 年 , 开始把 SHS 和烧结、 热压、热挤、轧制、爆炸、堆焊和离心铸造等技术结合； 20 世纪 70 年代末 , 一些致密 SHS 制品已工业生产。 国内情况： 我国在 20 世纪 70 年代已利用 Mo-Si 的放热反应来制备 MoSi 2 粉末。西北有色金属研究院、武汉理工大学、冶金部钢铁研 究总院和中南工业大学等单位开展了 SHS 研究。 一 、 自蔓延高温合成 ● 自蔓延高温合成 (Self-propagating High-temperature Synthesis ， 简称 SHS ) 概念：利用化学反应 放出的热量 使燃烧反应 自发的进行 下去，以获 得具有指定成分和结构的燃烧产物。 ● 燃烧合成（ combustion synthesis) ： 燃烧：任何具有化学特征、结果能生成有实用价值的凝聚物的 放热 反应 都可称谓燃烧。 强烈的放热反应 反应以反应波 的形式传播 实质：就是一种高 放热化学反应 ！ 自蔓延合成的要求： 1 、剧烈的放热反应 2 、绝热燃烧温度（ T a ） 1 ） 要使燃烧能够自持，产物的 T a 大于 1800K ； 2 ） T a 大于产物熔点，存在液相，反应易进行 Ta--- 绝热温度 : 反应过程中能达到的最高温度 . 自蔓延高温合成分燃烧和热爆两种模式 : 1 、燃烧模式 大多数燃烧过程，特别是固 — 固反应， 燃烧以恒定的线速逐 层蔓延 ，蔓延的速度取决于热的发生和耗散过程 : 若反应的生成热与消耗的热处于平衡，则燃烧以匀速蔓延通过整 个反应物，反应处于稳定燃烧状态。 如果反应热和耗散热处于不平衡状态，则燃烧随时间呈不均匀的 位移，反应处于不稳定燃烧状态， 燃烧由稳态向不稳定态的转变主要是反应所生成的热量不足 所致，最终能导致燃烧过程熄灭。 因此，低放热反应要使燃烧波 持续蔓延是比较困难的。 二、自蔓延传播原理 局部点火方 式 燃烧波以稳态传播时 , 燃烧波就在试样 ( 或空间 ) 建立起温度、 转化率和热释放率分布图 , 图中燃烧波从右向左蔓延。 T 0 T ﹥ T 0 T ﹥ T 着火点 T ↑ 到 T max T ↓ η =0 η =0 η↑ η↑ 到 1 η =1 q=0 q =0 q ↑ 到 q max q max 到 q ↓ q ↓ 未受影响区 预热区 初始燃烧区 结构转化区 冷却区