文档介绍：材料制备技术
快速凝固技术、喷射成形技术、机械合金化技术、半固态金属加工技术、非晶态合金制备技术、准晶材料制备技术、纳米材料制备技术、自蔓延高温合成技术、激光快速成形技术等
自蔓延高温合成技术(SHS)
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:将靠反应自身放热来合成材料的技术称为自蔓延高温合成。
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MoSi2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。
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(Ta)
1) 要使燃烧能够自持,产物的Ta大于1800K;
2) Ta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。
T0
T﹥T0
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
2、热爆模式这种方法是把粉末压块放在炉内加热,直至整个样品同时发生燃烧反应。反应不以波的形式传播,而是在整个反应物内同时发生。这一反应过程温度高,最高燃烧温度可达上万度以上。
这样的温度,可使生成物熔化,在加压方式下获得致密的产物。
整体点火方式
三、自蔓延及合成材料的特点
1)获得高温:
燃烧波温度2100~3500℃,最高可达5000℃;
2)反应快速:
燃烧波的蔓延速度:~25cm/s;
加热速度:103~106℃/s
3)自发进行:
一经点燃无需进一步提供能量;
4)温度梯度大;
5)冷凝速度大;
1)产物纯度高;
2)制备工序少,周期短;
3)节能;
4)产物活性高,易形成复杂相、固溶体(缺陷)、亚稳相、梯度材料;
5)晶粒尺寸小;
自蔓延的主要特点:
合成材料的特点: