《自蔓延高温合成》PPT课件

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1、第八章自蔓延高温合成自蔓延高温合成（Self-propagationHightemperatureSynthesis缩写SHS），又称燃烧合成（CombustionSynthesis缩写CS）是20世纪80年代迅速兴起的一门材料制备技术。SHS是化学、材料和工程学的有机结合，是现代材料最活跃的分支之一。8.1自蔓延高温合成技术8.1.1自蔓延高温合成技术发展历史8.1.2SHS技术的研究方向8.1.1自蔓延高温合成技术发展历史前苏联科学院宏观动力与结构研究所Merzhanov、Borovinskaya和Skhiro等人在上世纪70年代开始了

2、过渡金属与硼、碳、氮气反应的实验，在研究金属钛和硼的混坯块的燃烧时，发现燃烧反应能以很快的速率传播，后来又发现许多金属和非金属反应形成难熔化合物时都有强烈放热现象。由于此反应受到固态反应产物的阻碍，所以这种快速燃烧模式在当时被视被称之为“固体火焰”。后来在深入基础上正式提出了英文缩写词即SHS(Self-propagatinghigh-temperaturesynthesis)来表示自蔓延高温合成或CS(Combustionsynthesis)燃烧合成来表示。820世纪80年代，SHS技术引起各国科学界的关注，SHS的研究也由前苏联扩展到世

3、界范围。先后有日本的小田原修、宫本钦生等，美国的McCauley、Holt等，韩国和西班牙等国家的科学家开始SHS研究。其中美国的McCauley、Holt等人的SHS研究得到了美国政府DARPT计划的支持，美国还发展了新的燃烧模型、有机物的燃烧合成和非常规的SHS技术；日本于1987年成立了燃烧合成研究协会，并于1990年召开了第一次美、日燃烧合成讨论会。自1991年起，每两年召开一次国际SHS会议。1992年国际SHS学报（Inter.J.SHS）在美国创刊。这些广泛的国际交流和合作促进了SHS的进一步发展。目前，从事研究的国家己有30

4、多个。经过二十多年的研究开发，SHS得到了长足的发展，在基础理论研究方面建立了包括燃烧学动力学在内的宏观动力学理论体系，对于大多数SHS有普遍的指导意义。研究对象铝、硼、碳硅化合物氢化物、磷和硫化物高放热弱反应用SHS可制备许多新型材料功能倾斜材料蜂窝状陶瓷材料单晶体超导材料各项异性材料金属间化合物金属陶瓷独特优势的SHS与复合技术系统SHS制粉技术SHS烧结技术SHS致密化技术SHS冶金技术SHS焊接技术SHS气相传质涂层技术8.1.2SHS技术的研究方向世界各国的科学家为SHS技术的发展做出了卓越的贡献，无论在理论上还是在应用上都取得了

5、可喜的成果。而SHS的产业化更取得了长足的进步。但目前SHS研究中仍存在着一此问题，如合成过程难以控制，这是SHS技术而临的最大问题因此研究如何通过人为地控制外部环境（使用如微波、超声波、电磁场等）和上艺参数，使反应按照我们的意志进行，是未来SHS科学工作者的首要任务。虽然SHS致密化技术得到了一定的发展，产品的致密度有所提高。但是难以获得致密度非常高的产品，且这此技术并不能适用于所有体系；理论研究明显滞后于技术开发，迫切需要在原有理论基础上发展新的理论；由于体系的多样化，迫切需要对各种体系进行试验和总结；超细粉未和纳米粉未的研究还不广泛；

6、国际间交流和合作还不广泛。SHS研究方向结构形成过程与燃烧的关系；多维SHS计算机模拟模型；气相之间和气相与悬浮物的自蔓延燃烧合成；SHS技术应用于有机体系；（1）宏观动力学研究SHS技术制造非传统性粉末；SHS技术制造纳米粉末；SHS技术制造非平衡材料；净成形制品工艺；产品的规模生产；自蔓延机械化学合成法；（2）微重力作用下SHS结构和性能特征；SHS的分形技术研究。8.2自蔓延合成方法原理8.2.1自蔓延合成方法的概念8.2.2自蔓延合成方法的原理8.2.1自蔓延合成方法的概念自蔓延高温合成是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导

7、做用来合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全，是制备无机化合物高温材料的一种新方法。自蔓延高温合成反应过程如图8.1所示。图8.1SHS反应模式示意图SHS技术同其它常规工艺方法相比，具有的优点：(1)节省时间，能源利用充分；(2)设备、工艺简单；(3)产品纯度高（因为SHS能产生高温，某些不纯物质蒸发掉了），反应转化率接近100%；(4)不仅能生产粉末，如果同时施加压力，还可以得到高密度的燃烧产品；(5)产量高（因为反应速度快）；（6）扩大生产规模简单，从实验室走向工业生产所需的时间短，而且大规

8、模生产的产品质量优于实验室生产的产品；（7）能够生产新产品，例如立方氮化钽；（8）在燃烧过程中，材料经历了很大的温度变化，非常高的加热和冷却速率，使生成物中缺陷和非平衡相比较集中