文档介绍：2
综述与述评
现代技术陶瓷 2008年第 4期(总第 118期)
还原合成技术在无机材料合成中的应用及进展
何金云
(桂林工学院有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,桂林 541004)
摘要: 碳热还原、镁热还原、铝热还原合成技术广泛应用于无机材料的合成中,应用它们可以制备
碳化物、硼化物、氮化物、金属单质及复合材料等多种新型材料。自蔓延高温还原合成技术( SHS Reduc
tion)是一种工艺简单、节能、高效的制备高技术材料的先进方法,主要有镁热还原 SHS技术和铝热还原
SHS技术。本文阐述了传统还原合成工艺及自蔓延高温还原合成技术在无机材料合成中的应用及进
展。
关键词: 还原合成技术; 应用; 研究进展; 无机材料
碳热还原、镁热还原、铝热还原合成技术广 Mg, C, Ca等,还可以采用复合还原剂如 Mg - Ca,
泛应用于无机材料的合成中,应用它们可以制备 Mg - C, A l - C等。本文阐述了还原合成工艺在
碳化物、硼化物、氮化物、金属单质及复合材料等无机材料合成中的应用及进展。
多种新型材料。还原合成工艺与元素合成工艺
相比具有以下优点:由于还原合成工艺利用大量 1 传统还原合成工艺的特点及应用
的易于获得的廉价的氧化物为原料,因此可以大
大降低原料成本;采用还原合成工艺生产的粉末传统的还原合成工艺是碳热还原合成法,一
产品的粒度细小,烧结活性较好;应用还原合成般用于制备陶瓷粉末,可用来制备碳化物如 SiC,
工艺还可以制备原位复合材料,简化了生产工 TiC, TaC,B4 C等,硼化物如 TiB2 , ZrB2等和氮化物
艺,降低了生产能耗。还原合成的基本化学式可如 Si3 N4 , TiN, A lN, ZrN等。
以由下式表达: 碳热还原合成的工艺过程一般是:机械混合
XO +M + Y = XY +MO +Q (1) 粉末原料后,将其置于高温炉的坩埚反应器中,
式中: XO为金属氧化物、卤化物等; M 为金属或于一定气氛和温度制度下进行反应,反应后的产
非金属还原剂(Mg, A l, C, Ca等) ; Y为非金属或品一般还需在空气中 700 ℃左右加热数小时以
非金属化合物(N2 , C, B2 O3 , SiO2等) ; XY为合成除去未反应的残余碳。反应过程中单个晶粒长
产品; MO 为金属或非金属还原剂化合物; Q 为大并相互粘结,使产品粒径分布变大,反应过程
合成反应所放出的热量。中存在的反应扩散梯度也使产品的质量不均匀,
其反应机理为:金属或非金属还原剂与金属因此需要粉碎还原产物,从而延长了生产周期。
氧化物、卤化物之间发生还原反应,还原出单体其较高的反应温度和较长的反应时间,使合成的
元素 X或生成中间产物 MX,生成的单体元素 X 粉末具有完整的晶体形貌和粗大的粒径。此方
或中间产物 MX再与非金属元素 Y (C, B, N, Si) 法的主要优点是反应副产物为挥发性的气体,因
等反应得到所需合成的产品。仅从热力学方面而产物的后处理只需粉碎和烧结,而不需进行酸
考虑,式(1)中金属还原剂的选取应满足金属还洗、干燥等工序。但所得到的粉末产品颗粒尺寸
原剂化合物的 Gibbs生成自由能低于被还原金属较大