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1、第22卷第4期山东陶瓷Vol122No141999年12月SHANDONGCERAMICSDec11999·综述与评述·文章编号:100520639(1999)0420003210自蔓延燃烧法材料合成技术郑仕远李荣缇罗永明(重庆师专化学系,重庆永川402168)(清华大学材料系,北京100084)摘要:本文综述了自蔓延燃烧法材料合成技术的发展概况和基础研究,介绍了燃烧波的结构和特征,燃烧速度和转化率的方程,各种SHS图式的边界判据。对各种SHS技术作了简要的介绍,以及对目前SHS研究中存在的问题和未来SHS的研究方向作了简要的说明。关键词:自蔓延燃烧合
2、成结构宏观动力学燃烧波SHS图热爆SHS技术中图分类号:TQ031.2文献标识码:A[1]1SHS的发展概况人们很早就发现了化学反应中的放热现象,在上个世纪就已发现了气2固相和固2固相的燃烧合成现象。1892年,Moissen叙述了氧化物和氮化物的燃烧合成。1895年,Goldchmidt用铝粉还原碱金属和碱土金属氧化物,发现固2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。本世纪铝热反应已经得到工业应用。但是,将燃烧合成和冶金、机械等技术结合起来,发展成为具有普遍意义的制备材料新技术并用于工业生产,还应归功于原苏联科学家的努力
3、。1967年,原苏联科学院化学物理研究所Borovinskaya等人发现钛2硼混合物的自蔓延燃烧合成现象,称之为“固体火焰”。60年代末,又发现了许多金属和非金属难熔化合物的燃烧合成现象,并首先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(Self2propa2gatingHigh2temperatureSynthesis),即SHS。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,研究通过SHS法直接制备陶瓷、金属陶瓷和复合管等致密材料。70年代末,一些致密SHS制
4、品,例如MoSi2加热元件已工业生产。1987年,原苏联建立了SHS研究中心——苏联科学院结构宏观动力学研究所,SHS的创始人,原苏联科学院院士A.G.Merzhanov任所长,进行SHS基础研究和SHS技术、材料和应用的广泛研究,也小批量生产陶瓷粉末、硬质合金和BN等陶瓷制品。原苏联SHS的成就在80年代引起外界的注意。美国的SHS研究被列入美国国防部高级研究计划所(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency,简称DARPA)的计划(1984—1986)。1985年举行了DARPAöARMYSHS研讨会。1988年,J
5、.B.Holt和Z.A.Munir主持了“高温材料的燃烧合成和等离子合成”国际会议。A.G.Merzhanov教授应邀作了“自蔓延高温合成:20年的研究和发现”的长篇报告。最近几年,美国从事SHS研究的大学,国家实验室收稿日期:1999-11-104山东陶瓷第22卷和公司迅速增加。我国在70年代已利用Mo2Si的放热反应来制备MoSi2粉末。最近几年,西北有色金属研究院、南京电光源材料研究所、北京科技大学、武汉工业大学、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。1989年,加州大学Davis分校工学院Munir教授应邀在北京科技大学介绍S
6、HS。1991年3月,SHS的创始人之一Borovinskaya教授等4人应中国有色金属学会之邀在北京有色金属研究总院举办了SHS讲习班。根据Borovinskaya教授的建议,北京科技大学、北京有色金属研究总院、西北有色金属研究院和南京电光源材料所的代表在讲习班上介绍了自己的SHS研究工作。最近几年,SHS开始引起了有关部门领导的注意,北京科技大学的SHS研究得到国家自然科学基金、教委博士点基金和冶金部的资助。“八五”期间国家高技术863计划设立了金属2非金属材料复合的SHS技术项目,由武汉工业大学、北京科技大学和冶金部钢铁研究总院承担。据统计,到1
7、994年,全世界研究SHS的单位已发展到31个国家的410个研究所,从事该领域的研究人员达1600名左右。[1]2SHS的基础研究原苏联进行了大量的SHS基础研究,包括:燃烧的规律性,燃烧波结构,燃烧机制,SHS过程的热力学和动力学,SHS燃烧化学,SHS过程的数学模型和计算机模拟,相平衡和SHS相图,SHS过程的结构宏观动力学等。在SHS过程中,化学转变和结构转变不同步,即结构转变落后于燃烧波。仅用燃烧理论不能阐明SHS产物最终相组成和相结构的形成。苏联学者提出“结构宏观动力学”的概念,将燃烧理论和结构转变理论结合起来,形成SHS的基本理论。结构宏观
8、动力学研究化学转变过程中(考虑热交换和物质交换)中间结构的演变过程。结构宏观动力学定义为:结构
