第八章自蔓延高温合成.ppt

①表示在相同的生产率基础上所得到的数据 由上表通过对SHS涂层和扩散涂层工艺参数比较，这种优越性将更加明显。 在燃烧合成涂层技术的研究方面，目前国内外众多科研单位制备燃烧合成涂层的方法大体可分为两种，既动态法和静态法，并且一般都是以制备钢管的防腐耐磨陶瓷涂层为主。1）动态法，又称为燃烧合成离心铝热法（前面已作介绍）；2）静态法，又称为重力分离法。它是利用铝热反应的高温，反应物处于熔融状态，钢管中未反应物料上部形成了由金属铁与陶瓷两相熔体组成的熔池，由于金属铁的密度大于陶瓷相的密度，在重力的作用下，两相熔体分离，金属铁沉积于熔池的下部，熔融的陶瓷相浮于熔池的上部。 目前对燃烧合成涂层技术的研究主要是采用实验的方法，利用动态法或静态法制备燃烧合成涂层，用常规的金相分析、X射线衍射分析、SEM电镜分析等手段分析各种功能涂层的微观成分及金相组织；通过加入适当的添加剂改善涂层的组织性能特别是与金属基体的界面结合性能，避免产生宏观裂纹；燃烧合成涂层的宏观动力学研究；燃烧合成涂层复合钢管各种条件下的耐蚀性能；燃烧合成涂层技术的相关基础理论研究等。 前景 由于SHS涂层技术受到世界许多国家的重视，可以预见在今后几年内对SHS涂层技术的研究将集中在以下几个方面： ①复杂形状工件的SHS涂层制备技术。目前制备SHS涂层都是针对直管展开研究的，但对于复杂形状的工件如弯管、三通、异形管件及复杂形状的工件如何形成高质量的SHS涂层问题也将得到充分的研究。 ②板材上的SHS涂层制备技术。在板材上形成SHS涂层具有重要的现实意义，例如通过形成SHS涂层对不同碳钢板料进行表面改性，使之成为制造大型设备的结构材料。 ③利用添加剂改善SHS图层性能。目前的燃烧合成涂层制备工艺配方所形成的SHS涂层与金属基体的界面结合性能不理想，限制了SHS涂层复合钢管的工业应用。 8.3.2 自蔓延的结构控制方法 材料的自蔓延高温合成过程中，合成反应一经引发便自动地以极高的速度进行，并在瞬间完成。如何通过对反应的过程进行控制，进而有效地控制合成材料的结构，这一直是自蔓延高温合成技术的研究课题。 随着科学的发展，人们已发展了一些自蔓延高温合成过程中的结构控制方法。除前面提到的以外，这里再简单介绍其他的结构控制方法。 SHS 控制包括SHS促进方法和SHS抑制方法两个方面的内容。促进SHS过程的方法主要是通过物理或化学的方式来进行，抑制SHS过程的方法主要是通过添加稀释剂来实现的。 在SHS促进方法中，热促进能使SHS过程反应速度加快，提高反应温度能提高合成材料的致密度，对某些体系还会提高合成转化率，控制中间过渡相的含量。例如，对于大尺寸的材料样品采用多端点火SHS技术，即在试样的不同方向上安装多个点火装置，同时引燃合成反应。一方面可以提高SHS过程速度和缩短燃烧时间，另一方面可避免因一端点火导致点火端和燃烧终止端温差过大而造成材料结构不均匀的弊端。 机械控制手段主要用来控制合成材料的致密度或孔隙度。如何提高材料的致密度在SHS致密化技术中已有介绍，这里讨论如何来制备多孔材料。SHS材料的孔隙度受重力场的影响很大，通过控制重力场强度就可以得到不同孔隙度的多孔材料。这是制备多孔过滤器和催化剂载体材料的有效方法。 电磁场对SHS材料的结构影响也很大，通过控制电场强度可以实现对合成材料结构的控制。例如，AlN/SiC复合材料在电场作用下组分相互扩散形成固溶体，并且随电场强度的提高固溶体进一步均匀化。 磁场对燃烧温度和转化率有较大的影响，这是因为磁导率可由烧结和熔化提高两个数量级，在后燃烧阶段，磁场能量被体系所吸收，成为额外能源，使热损失减小，高温停留时间增长所致。磁场对燃烧过程也有影响。例如研究磁场对SrCO3-Fe-Fe2O3-O2体系燃烧过程中，发现在磁场作用下，铁颗粒团聚并排列成链状提高了导热性能，从而显著地提高了燃烧速率。 添加稀释剂作为抑制SHS过程的主要方法已成为控制复合材料结构的重要手段。一般稀释剂应当不参与SHS过程，可以是合成反应的最终产物，也可以是惰性添加相或者是过量的反应物等。稀释剂在不同的合成材料体系中对材料结构的影响不尽相同，但对反应过程都起缓和作用。 例如，在金属/陶瓷复合材料的自蔓延高温合成中，掺加稀释剂可降低合成过程的温度，经历快速生长时间缩短，同时稀释剂的存在抑制了陶瓷相晶坯的相互聚集长大。在Ti+B的混合料中掺加金属铝，随铝掺加量的增加，TiB2晶粒尺寸减小，当铝含量达到80%（体积分数）时，TiB2晶粒约为0.44μm。 在Al2O3-Fe体系燃烧合成离心铸造技术中，添加剂主要是：SiO2、Cr2O3、Na2B4O7等。SiO2加入使Al2O3初始结