自蔓延高温烧结教程方案.ppt

先进陶瓷制备之自蔓延高温烧结 姓名：刘丹丹 专业：材料工程 学号：2014730028 导师：虞澜 目录 1、自蔓延高温合成技术 2、自蔓延高温合成技术的原理 3、自蔓延高温合成工艺 4、展望 1、 自蔓延高温合成技术 SHS是成功应用于先进陶瓷、陶瓷复合材料以及金属间化合物类高温难溶材料合成的先进技术，该技术是在一定的气氛中点燃粉末压坯，产生化学反应，其放出的生成热使得邻近的物料温度骤然升高而引发新的化学反应，以燃烧波的形式蔓延通过整个反应物，同时反应物转变为生成物。自蔓延高温烧结就是利用SHS技术对陶瓷生坯实现烧结的工艺方法。 根据SHS反应模式，将自蔓延高温合成技术分为两种：常规SHS技术和热爆SHS技术。 常规SHS技术：用瞬间的高温脉冲来局部点燃反应混合物压坯体，随后燃烧波以蔓延的形式传播而合成目的产物，适用于具有较高放热量的材料体系如Ti-TiB2、TiC-SiC、TiB2-Al2O3、Si3N4-SiC等，特点是设备简单、能耗低、工艺过程快、反应温度高。 SHS技术的基本要素 利用化学反应自身放热，完全或部分不需外部热源 通过快速自动波燃烧的自维持反应得到所需成分和结构的产物 通过改变热的释放和传输速度来控制过程的速度、温度、转化率和产物的成分及结构 1.2 SHS技术的优缺点 SHS法制备的粉料优于传统的方法，其优点主要表现在以下几方面： (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）； 表1 SHS反应的几个典型参数比较 SHS合成法存在的缺陷 1）原料价格昂贵 2）大多数原料为金属粉末，易燃、易爆、有毒 1.3 SHS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-propagating high-temperature synthesis)来表示自蔓延高温合成或CS(Combustion synthesis)燃烧合成来表示。 为SHS建立奠定理论和实验基础的事件 20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。 用SHS可制备许多新型材料 2、自蔓延高温合成技术的原理 SHS技术是基于放热化学反应的基本原理，利用外部能量诱发局部化学反应(点燃)，形成化学反应前沿(燃烧波)，此后，化学反应在自身放热的支持下继续进行，表现为燃烧波蔓延至整个体系，最后合成所需的材料。 SHS过程包含复杂的化学和物理转变，要想获得满意的产品就必须明了整个反应机理以及各种因素对SHS过程的影响。 2.1 燃烧波的特征 如果将自蔓延的燃烧区描述为燃烧波的话，试样被点燃后，燃烧波以稳态传播时，燃烧波就在试样(或空间)建立起温度、转化率和热释放率分布图（如图1所示）。 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