SHS技术的应用现状及前景.pdfVIP

第八次全国热处理大会论文集 (2003年5月 北京) SHS技术的应用现状及前景 冯文然，阎殿然，李香芝，何继宁 (河北工业大学材料学院，天津，300130) 摘要:高温自英延合成 (SHS)技术是近年来兴起的材料制备新工艺。本文概述了SHS技术的发展，包括其与离心法、 热等份压技术、等离子喷涂技术的结合，以及其他工业应用。分析了SHS工艺相对于其它制备工艺的价格优势，并指明 了SHS工艺的发展方向。 关健词:高沮自蔓延合成;离心法;热等静压;等离子喷涂 燃烧合成(CombustionSynthesis，缩写CS)，也称自蔓延高温合成(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis, 缩写SHS)，是利用化学反应自身放热制备材料的新技术[0。由于其耗能少、效率高、产物纯和工艺相对简单等 优点，受到各国包括中国在内的科研人员的高度关注121，各国相继投入巨大的人力、物力、财力进行SHS技术 的专项研究，并取得了许多重大突破，使该技术得到了迅猛的发展和提高.早在1967年，前苏联Merzhanov[31 及其合作者在研究Ti与B的燃烧反应时，发现此反应只要一处被点燃，就能以燃烧波的形式自动持续下去，并 能形成可以应用的陶瓷材料，称之为 “固体火焰”.利用SHS技术不仅可以合成碳化物、硼化物、硅化物、氮化 物以及金属间化合物等500多种化合物，而且也是制备金属陶瓷复合材料的重要方法之一4[.51.自蔓延合成最 显著的特点就是充分利用元素间形成化合物时的高能放热反应，在很短时间内完成高熔点、高性能材料的合成6[1 1SHS技术的应用 SHS工艺作为一种应用技术，从一出现就表现出巨大的发展潜力，在许多领域具有广泛的应用前景.近年来， 科研工作者结合SHS开发了很多可以应用于工程实际的技术，将科技真正转化成了生产力。 1.1SHS-离心法 陶瓷内衬钥管具有良好的耐酸性能，其耐酸性优于不锈钢。尽管陶瓷层仍有百分之几的孔隙度，但是孔隙是 孤立、不连通的。这种无渗透性的陶瓷层使复合钢管具有良好的抗蚀性。陶瓷层的硬度比普通碳钢管高约10倍， 适用于耐磨场合7[1陶瓷内衬钢管中陶瓷层受压，金属管受张181所以复合管具有良好的抗热冲击和抗机械冲 击性。陶瓷内衬复合钢管的诸多优点使其应用前景十分广阔。 长期以来，陶瓷衬管的生产主要有等离子喷涂和机械镶嵌法，但这两种方法不仅工艺复杂、成本高，而且对 较大、较小口径直管及弯管和异型管却无能为力，难以实现陶瓷涂覆，限制了其使用价值9。利用SHS技术可 以简化衬管的制备工艺，显著降低成本。由于铝热剂的燃烧温度 (3000C).高于Fez03.Al等的气化点，燃烧 过程中过程中产生大量气体[ta]。因此，如何使气体尽量逸出，降低陶瓷层中的气孔率，提高致密度，是将陶瓷 内衬复合钢管投入应用所必须解决的一个问题，于是出现了SHS一离心法。日本学者小田原修采用铝热一离心法制 备陶瓷内衬钢管时，发现反应首先沿轴向内表面进行，然后沿轴向传播011。由于燃烧在铝热剂内部空腔表面快速 传播，使得燃烧在轴向几乎同时开始和结束，整个管内的反应产物同时处于液态，有利于产物在离心力作用下沿 轴向均匀分布[loi 80年代初，日本学者OdawaraO利用SHS铝热一离心法制备出长5.5m 、陶瓷涂层厚2-10mm的金属陶·瓷复 合钢管，并将其用于输送铝液和地下热水112.131。赵忠民9[1等在铝热一离心技术研究的基础上，开发了铝热一重力分 离技术，在小口径直管、弯管和异形管内表面成功的涂援了厚为0.8-3.5mm的陶瓷衬层.他们以分析纯铝粉末、 Fe203粉末为铝热剂，并加入适量的Si02粉末和Cr0〕粉末。将反应物料混合均匀、烘干后，加压充填于钢管中， 通电点燃，使之发生SHS反应;并研究了复合钢管的耐蚀行为与Si02及CrO;添加量的关系。1998年，王建江p[ad 等利用重力分离SHS技术，并结合旋转工艺成功地制备出曲率半径为160mm，弧度分别为500、750和900 角的陶瓷内衬复合弯管。目前所生产出的陶瓷内衬复合弯管己在国内某大型钢铁公司炼铁高炉输煤系统中得到应 用。 1.2等静压自葵延 由于金属间化合物基复合材料 (Intermetalliccompound-Mattrix Composites简称 IMCS)与金属间化 合物相比具有更高的比强度、比刚度和抗腐蚀、