陶瓷粉体的制备通常采用传统的烧结粉碎法.doc

　陶瓷粉体的制备通常采用传统的烧结粉碎法，但这种方法耗时长、能耗高、污染大。此外，还有化学沉淀法、溶胶凝胶法、熔剂蒸发法、水热法、乳化液法、喷雾热分解法、蒸发一凝聚法、气相化学反应法等，这些方法各有特点。但近年来，自蔓延燃烧技术作为陶瓷粉料的一种新的制备方法愈来愈显示出其优越性。　　自蔓延燃烧技术是利用反应物之间高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。该技术由前苏联科学院化学物理所的燃烧问题专家Merzhanov等人在研究火箭固体推进剂燃烧问题时首先发现，并于1967年提出的。美国和日本也先后引进并发展了SHS技术。我国开展SHS技术的研究起步较晚，但发展极为迅速，己经取得了一系列令人瞩目的成就，并发表了大量的高水平学术论文。“八五”期间，国家高技术“863计划，设立了金属-非金属材料复合的自蔓延高温还原合成技术项目。在1998年国家高技术新材料领域专家委员会发表的“新材料领域战略系统”报告中，把SHS技术列入当前研究的热点项目[l]。　　利用自蔓延燃烧技术合成陶瓷粉体具有反应时间短、污染小，通过化学反应自身放热维持反应进行等特点。因此，采用自蔓延燃烧技术合成陶瓷粉体是对传统制备工艺的挑战，它将为粉体合成开辟了新的途径。2 自蔓延燃烧技术简介2.1自蔓延燃烧技术的原理　　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。这是一种高放热反应，参与反应的物质一般在固—固，固—气介质中进行，但最终产物一般是固态。其主要特征是反应只需局部点火引发燃烧波，并使其在原料中传播以实现系统的合成过程。反应过程如图1所示[1]: 　　自蔓延反应形式主要有两种:直接合成法和Mg热、A1热合成法。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，而无需中间反应。但该方法一般需要特制的反应器，设备复杂，多用于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。Mg热、A1热合成法是采用活拨金属首先把金属或非金属元素从其氧化物中还原出来，之后通过还原出的元素之间的相互反应来合成所需的化合物[2]。2.2 SHS技术制备陶瓷粉体的工艺流程　　SHS技术与其他制粉技术相比的优点在于[3]:(1)节省时间，充分利用能源；(2)所需要的设备、工艺简单: 　　　　　　　　(3)产品纯度高(因为自蔓延燃烧能产生高温，使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；(6)产量高(因为反应速度快)；(6)可以扩大生产规模，从实验室走向生产所需时间短，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，例如立方氮化钽；(8)燃烧过程中，材料经历了很大的温度变化，非常高的加热和冷却速率使生产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，例如更容易烧结；(9)可以制造某些非化学计量比的产品，中间产物以及亚稳相等。其工艺流程如图2所示[4]。混合反应物时，粉料颗粒的大小、形状等将直接影响燃烧反应。对反应物进行加压时，压实密度将影响整个燃烧过程燃烧波的稳定性。根据合成产物的不同选取不同的反应容器(密封或不密封容器)[2]。SHS合成技术的点火方法可分为整体加热法和局部加热法围。整体加热是将整个反应物以恒定的加热速度在炉内加热，直到燃烧反应自动发生。而局部点火法是利用热辐射、金属线圈、激光诱导、电火花、化学炉、电热、微波等高能量进行点火，一旦点燃，反应就以波的方式自持续传播。根据不同体系的绝热的理论与实验数据决定理想的点火方式。 2. 3自蔓延燃烧技术的应用　　到目前为止，世界各国都投入了大量的人力物力研究SHS技术的应用，并取得了令人瞩目的成就，合成了包括碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、硫化物、氢化物、磷化物、氧化物和复合氧化物、复合物、有机物等500多种物质[6]。　　SHS技术主要有以下的应用:(1)可用来制备粉体，产物多为多孔状，粉碎后即可获得陶瓷粉体、复合粉体、金属间化合物粉体等;(2)用于烧结，利用高温的持续时间可进行一定的烧结;(3)合成催化剂;(4)将SHS过程同烧结、热压等工艺结合起来，发挥各自优点，可直接制造陶瓷、金属陶瓷等致密件；(5)利用SHS技术对耐热金属或合金、金属间化和物、氧化物和非氧化物陶瓷等同种或异种材料之间的焊接;(6)用于颜料和涂层[7]。3 陶瓷粉体的SHS合成　　SHS制备粉体是SHS最简单的技术，让反应物在一定的气氛中燃烧，然后粉碎、研磨燃烧产物，能得到不同规格的粉末。用该方法合成的陶瓷粉末，其纯度高、活性大，有利于