自蔓延高温合成ppt课件.ppt

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1、自蔓延高温合成第1节自蔓延高温合成的热力学基础第2节自蔓延高温合成方法原理第3节自蔓延高温合成工艺第4节低温燃烧合成1第1节自蔓延高温合成的热力学基础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作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方法。适用于：键能高，热稳定性高的化合物和复合物2SHS反应模式示意图3自蔓延高温合成是利用两种以上物质的生成热，通过连续燃烧放热来合成化合物。焓H及生成热∆H0T0与原料元素A+B，产

2、物AB的温度Ti之间的关系-第1节自蔓延高温合成的热力学基础41.自蔓延高温合成与生成热假设反应过程是绝热过程，即不考虑对流和辐射引起的热损失，并假定所有的原料都能转成产物。Tm——熔点T0——初始温度Tad——反应结束后最终生成物达到的绝热温度H(T)——温度T时的焓∆H——生成热Cp(T)——热容L——溶解热ν——合成物中溶解部分所占比例N种元素的混合粉末发生反应时，生成热为：第1节自蔓延高温合成的热力学基础=∆H式151.自蔓延高温合成与生成热如果能够生成一种成分的化合物，上式变为：第1节自蔓延高温合成的

3、热力学基础=∆H-νL式中：TadTm时，ν=1计算绝热温度时，必须知道标准生成热∆H0298，随温度变化的热容Cp(T)以及溶解热L。Cp(T)=a+b•10-3T+c•10-5T-2式3式26第1节自蔓延高温合成的热力学基础如果反应是放热反应，生成热可由下式表示：∆H0T0=式中∆H0T0是T0（一般为298K）温度下的反应焓，Cp(T)是产物AB的定压热容，Tad表示由该反应导致升高的绝热温度。式47第1节自蔓延高温合成的热力学基础设Tm为熔点，∆Hm为产物的熔解焓，ν为温度下产物

4、中已熔解部分的比值，则绝热温度和其他几个热力学参数之间的关系有如下三种情况∆H0T0<式中∆Cpl是液态产物AB的热容时，Tad+∆Hm时，Tad>Tm，绝热温度超过熔点后所能达到的温度++∆H0T0=式5可由下式表示：8经验规律：（1）要使燃烧反应能自我维持，绝热燃烧温度必须大于1800K。此温度与Fe的熔点接近，故凡能自我维持的燃烧反应所生成的涂层与钢铁基体之间的结合能实现冶金结合。（2）当绝热燃烧温度接近或高于产

5、物的熔点时，反应很容易进行。第1节自蔓延高温合成的热力学基础绝热燃烧温度：在反应过程中所能达到的最高温度。9自蔓延高温合成法制造或试制的化合物10SHS技术的优点：(1)节省时间，能源利用充分；(2)设备、工艺简单；(3)产品纯度高，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；11（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；（8）在燃烧过程中，材料经历了很大的温度变化，

6、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，因此某些产物比用传统方法制造的产物更具有活性，更容易烧结；（9）可以制造某些非化学计量比的产品、中间产物以及亚稳定相等。12SHS反应的几个典型参数比较13第2节自蔓延高温合成方法原理自蔓延高温合成方法反应类型SHS相图SHS燃烧动力学合成转化率141.自蔓延高温合成法反应类型（1）直接合成法Ti+2B→TiB2Ta+C→TaC2B+N2→2BN（2）Mg热法、Al热合成法3Mg+Cr2O3+B2O3→2CrB+3MgOAl+1/3Fe2O3+1/12B

7、2O3→1/6FeB+1/6Fe3Al+1/12Al2O3151.自蔓延高温合成法反应类型固态-固态反应Cr2O3+4B=2CrB+B2O3Cr2O3+6B=2CrB2+B2O3固态-气态反应3Si+2N2(g)=Si3N4金属间化合物型的燃烧合成铝的金属间化合物镍钛化合物复合相型的合成TiO2+2Mg+C=TiC+2MgO固态-液态反应3Si+2N2(l)=Si3N4162．SHS相图根据SHS燃烧波传播的方式自蔓延“热爆”非稳态稳态17SHS相图示意图183．SHS燃烧动力学燃烧波的传播速度：V2=(2K/

8、d2CprS)D0exp(-E/RTad)式中：K—常数d—原料粉末的特征直径S—原料的化学计量比D0—扩散系数Cp—生成物比热19通过对反应动力学的研究，可以预测在燃烧期间反应物的分解和聚合，以及最终产物的性能。由于固-固反应时，颗粒之间的有限接触限制了反应物之间的物质交换，所以燃烧波中出现的液相，在SHS过程中扮演着决定性的因索，液相不仅可通过反应物的熔化产生，而且还可通过共晶接触