第十二章 自蔓延高温合成技术ppt课件.ppt

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1、第十二章自蔓延高温合成技术无机材料合成目录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：研究人员发现钛-硼混合物的自蔓延燃烧合成现象,称之为“固体火焰”。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，即SHS。20世纪后期，工业化应用：铝热反应已经得到工业应用;

2、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-propagatingHigh-temperatureSynthesis，简称SHS)概念：利用化学反应放出的热量

3、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。●燃烧合成（combustionsynthesis)：燃烧：任何具有化学特征、结果能生成有实用价值的凝聚物的放热反应都可称谓燃烧。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

4、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

5、分布图,图中燃烧波从右向左蔓延。T0T﹥T0T﹥T着火点T↑到TmaxT↓η=0η=0η↑η↑到1η=1q=0q=0q↑到qmaxqmax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℃

6、，最高可达5000℃；2）反应快速：燃烧波的蔓延速度：0.1～25cm/s；加热速度:103～106℃/s3）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：四、自蔓延合成方法分类及反应原理1、直接合成法以简单的二元反应体系为例，其原理为：xA+yB——AxBy+Q其中A、B为金属或非金属单质，AxBy为合成反应的产

7、物，Q为合成反应放出的热量。直接合成法是两种或两种以上反应物发生反应直接合成产物。溶于热水除去原料：金属、非金属单质、金属氧化物应用：制备高熔点的碳化物、硼化物、硅化物以及粉末冶金领域中制取难熔的金属间化合物和金属基陶瓷等。原理：N2+2B=2BNTi+2B=TiB2Cr2O3+4B=2CrB2+B2O3金属单质直接与硼反应生成硼化物气体单质直接与硼反应生成硼化物金属氧化物与硼反应生成硼化物气、固固、固2、热剂法概念：热剂反应泛指一种还原剂(一般为金属)与另一种金属或非金属氧化物反应，形成一种更稳定

8、的氧化物和相应的金属或非金属，同时释放出大量热量的化学反应。本质：是自蔓延高温还原合成反应反应式：Nx+M+（Z）=Mx+Ny1+（Ny2）+Q式中：Nx---氧化物、卤化物等M----金属还原剂（Mg、Al、Ca等）Z----非金属或非金属化合物（N2,C,B2O3,SiO2等）Ny---合成产品Mx---金属还原剂的化合物Q----合成反应所放出的热量应用：制备金属单质M+AO→MO+A+Q表面冶金:制备金属的碳化物、硼化物、硅化物；3Mg+Cr2O3+B2O3→