文档介绍：自蔓延高温合成技术(燃烧合成)
自蔓延高温合成技术
自蔓延高温合成技术(self–propagation high–temperature synthesis,简称SHS ):自蔓延高温合成是指利用外部提供必要的能量诱发高放热化学反应体系局部发生化学反应(点燃),形成化学反应燃烧波,此后化学反应在自身放出热量的支持下继续进行,直至反应结束
自蔓延高温合成技术
自蔓延高温合成技术优点
燃烧合成反应是自热过程,原料粉末一经引燃,不需要再提供任何能量
节约大量能源,最大限度利用反应中的化学能
生产工艺简单,不需配备复杂的工艺设备
反应速度快,生产过程时间短
反应温度高,可将大多数易挥发杂质排除而得到较高纯度的产品
合成反应产物除化合物及固液体外,还可以形成复杂相及亚稳相
SHS将材料合成和燃烧融成一体,尤其适合制造金属间化合物和难熔化合物
SHS建立奠定理论和实验基础的事件
自蔓延高温点火方式
燃烧波点火:采用点火剂,如用钨丝或镍铬合金线圈点燃。这是SHS发明者首先建议的, 也是目前应用最广的一种点火方式。
辐射流点火:氙灯等作为辐射源,采用辐射脉冲的方式点火。
激光诱导点火:采用不同类型的激光点火,其特点是有可能获得很高的热流密度。
通过加热气体点火:这种方法是用于在热气相中点燃金属的。
火花点火:电火花是由电容器放电而生成,可采用高压放电点火。
化学(自燃式)点火:将要点燃的系统在瞬间内与一种反应的气相或液相药剂相接触,在接触面上发出大量的热,从而引发燃烧过程。
电热爆炸:不用外加热的方法,而是将电流通过样品从而使样品加热至点燃,加热是用一大功率降压变压器进行的,允许通过电流量可高达104A。
微波能点火:样品放置在周围包有可透过微波的氧化铝硅酸盐耐火材料或石英坩埚中,用微波场加热来启动SHS过程。
线性加热的热爆炸:将样品用恒定速度加热直至热爆炸。
自蔓延高温合成技术
自蔓延高温合成技术根据燃烧波的稳定性可分为:
稳态燃烧:燃烧的前沿存在一个光滑的表面,这个表面以恒定的速率一层一层传播
非稳态燃烧
振荡燃烧
螺旋燃烧(图)
无压SHS及加压SHS
燃烧合成均在真空或常压条件下进行,这种工艺称之为无压自蔓延高温合成
为了提高合成产物致密性或抑制反应中气体的产生,反应在比较高的压力下进行,此工艺称之为加压自蔓延高温合成
平衡态SHS模型
参数:ako反应物的浓度;apb生成物的浓度;T0反应初始温度;Tb生成物温度;V燃烧波传播速率(m/s);η热释放率
1-未受影响区;2-预热区;3-初始燃烧区;4-化学和结构转化区;5-冷却区;6-产物区
自蔓延合成工艺
自蔓延合成生产艺各类
SHS制粉
常规SHS技术:瞬间脉冲高温来局部点燃反应混合物压坯体,随后燃烧波以蔓延的形式传播合成目的产物的技术
适用于较高放热材料体系
设备简单,能耗低,工艺过程快,反应温度高
热爆SHS技术:将反应混合物压坯整体同时快速加热,使合成反应在整个坯体内同时发生的技术
适用于弱放热体系或含有较多不参与反应的添加相的体系
SHS烧结块体材料
块体疏松多孔化,孔隙率高达5-15%
与传统陶瓷生产相比,SHS不需要添加烧结添加剂
自蔓延合成工艺
SHS致密化技术
液相致密化技术:利用反应产生的高热形成高的合成温度,产生大量的液相,排出气体后获得致密性材料
SHS法合成粉末后,成形烧结来得到致密化块体材料
SHS加压致密化技术:利用SHS反应刚刚完成,合成材料还处于红热或软化状态时,对其施加外部压力而实现材料的致密化
气压致密化技术:将SHS反应物坏料置于高压气氛中,点燃混合粉料,诱发反应发生,利用环境压力使产品致密化
静压致密化技术:将反应物粉料等静压成坯,将坯在高压釜内点燃合成
SHS锻压密实化技术:SHS反应产物在红热状态下,利用外界冲击力而使材料致密化
自蔓延合成工艺
SHS的爆炸冲击加载法:利用炸药爆炸驱动飞板,对点燃后发生合成反应的样品施加冲击载荷
机械加压密实化技术
SHS特殊密实化技术
SHS-轧制法:在发生SHS反应时趁热轧制来制备陶瓷带材的方法
SHS-挤压法:利用SHS反应所放出的大量的热量加热反应产物,并在一定外部力的作用下,借挤压或拉拔过程来完成致密化而生产线材或带材的方法
SHS铸造技术
自蔓延熔铸工艺