第8节 自蔓延高温合成.ppt

自蔓延高温合成 SHS焊接工艺具有以下特点： 8.3 自蔓延合成工艺 SHS焊接可用于焊接同种和异型的难熔金属、耐热材料、耐腐蚀氧化物陶瓷或非氧化物陶瓷和金属间化合物。 SHS焊接陶瓷的原理：利用活性元素在陶瓷的界面处与陶瓷发生界面反应来改善陶瓷的表面状态，以提高焊料反应产物与陶瓷的润湿性。例：采用Ti-C-Ni粉末作为焊料可以实现SiC陶瓷的SHS焊接，金属镍粉的作用是为了降低反应的激发温度和燃烧温度。 6、SHS涂层技术 8.3 自蔓延合成工艺 一、自蔓延合成生产工艺种类 SHS涂层技术通常是在金属基体上预置成分呈梯度变化的涂层物料，然后在致密条件下局部点火引燃化学反应，利用放出的热使反应持续进行，同时使基体金属表面短时间内高温熔化，涂层与基体金属间通过冶金结合而获得高粘结强度的梯度涂层。 SHS涂层利用燃烧合成反应体系反应时放出大量热的同时制取防腐蚀涂层，按形成涂层的原理分熔铸涂层和气相传输燃烧合成涂层两种工艺。 SHS涂层技术发展方向：复杂形状工件的SHS涂层制备技术、板材上的SHS涂层制备技术、利用添加剂改善SHS图层性能。 8.3 自蔓延合成工艺 二、自蔓延的结构控制方法 SHS促进方法 SHS抑制方法 主要是通过添加稀释剂来实现的 主要是通过物理或化学的方式来进行 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。 * * 第8章 8.1 自蔓延高温合成技术 一、自蔓延高温合成技术发展历史 1967年，原苏联科学院化学物理研究所Borovinskaya、Skiro和Merzhanov等人在研究Ti、B混合物的燃烧问题时，发现了燃烧反应的自蔓延现象，并将这种初始反应物都是固体的燃烧过程称为“固体火焰”。 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。 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。 目前SHS研究中仍存在着最大的问题 合成过程难以控制 SHS科学工作者的首要任务 外部环境（使用如微波、超声波、电磁场等） 工艺参数 人为控制 8.1 自蔓延高温合成技术 二、SHS技术的研究方向 8.2 自蔓延合成方法原理 一、自蔓延合成方法的概念 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新方法。 自蔓延高温合成： 8.2 自蔓延合成方法原理 一、自蔓延合成方法的概念 节省时间，能源利用充分； 设备、工艺简单； 产品纯度高，反应转化率接近100%； 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； 产量高（因为反应速度快）； 扩大生产规模简单，而且大规模生产的产品质量优于实验室生产的产品； 能够生产新产品，例如立方氮化钽； 生成物中缺陷和非平衡相比较集中，产物更具有活性，更容易烧结； 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。 SHS技术优点： 1、燃烧波的特征 8.2 自蔓延合成方法原理 二、自蔓延合成方法的原理 燃烧波从右向左蔓延，δ区间为反应物转化起始至完成区间。 燃烧波前沿的区域是热影响区，当该区内温度从T0上升到着火温度，热释放速率和转化率开始由0逐渐上升，这样就进入燃烧区，在这一区域内实现由反应物结构转化为产物结构，当转化率达到1时，反应即进入产物区。 8.2 自蔓延合成方法原理 在初始燃烧区，反应物结构向产物结构转变尚未完全进行，结构处于中间状态； 在一次化学和结构转变区内最终实现结构的转变。 2、SHS燃烧波方程 8.2 自蔓延合成方法原理 二、自蔓延合成方法的原理 由Arrhenius动力学知识可以推导出燃烧波传导速度表达式 式中：f(n)为反应动力学级数(n)的函数，Tc为燃烧温度，R为气体常数，K0为常数，E0为过程的激活能。通过激活能就可以推断某种机制在燃烧过程中起的作用。 3、SHS相图 8.2 自蔓延合成方法原理 二、自蔓延合成方法的原理 SHS相图可以为实际生产工艺的制定提供理论指导。 4、SHS燃烧动力学 8.2 自蔓延合成方法原理 二、自蔓延合成方法的原理 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熔化产生。 在SHS燃烧波阵面内，当低熔点组分熔化时，熔化的液相在毛细作用下，铺张到高熔点组分上，如果铺张的时间大于反应的时间，SHS反应