自蔓延燃烧技术

自蔓延燃烧技术工艺原理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一固，固一气介质中进行，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］：--■■-“-r.--F、—:.刃丄—…：1空Ek主H丸二倉奧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⑵。工艺特点（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。主要工艺步骤忌材啣制薔 •乙札或型-A预恋A二弋|遢X口◎迄离卅芦农•一札碱曲 >戶乩性邰测h图迄SHE制备囤瓷粉佯的丄艺瀝稈图其工艺流程如图2所示。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。适用范围及应用举例4.1适用范围（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［3］。4.2SHS制备陶瓷内衬钢管⑷铝热反应由于其高放热而被广泛用于SHS冶金.其化学反应式为：FeO+AlfFe+AlO+Q2 3 2 32MoO+4Al+Cf2AlO+MoC+Q3 2 3 2在石油化工、电力及冶金行业，钢管的使用寿命成为人们最关心的问题，然而由于钢管的内径小、长度大，用其它的防腐处理方法很难实现，而用次工艺便可很容易的解决.它是利用铝、镁、硅、锆等粉末与金属氧化物的高放热化学反应，依靠化学反应潜热加热反应物一陶瓷与金属或陶瓷与陶瓷.由于反应温度超过了陶瓷及金属的熔点，整个体系处于熔融状态.在离心力的作用下，熔体按密度大小分层，大密度的组分与钢管基体结合，小密度的陶瓷组分涂覆在钢管的内壁，形成陶瓷涂层，见图3.目前，涂层内衬钢管的生产技术已相当成熟.图3£H芥离心法原理5•未来SHS的研究方向（1）多维SHS计算机模拟模型；（2）气相之间和气相与悬浮物的自蔓延燃烧合成；（3）SHS技术应用于有机体系；（4）SHS技术制造非传统性粉末；（5）SHS技术制造非平衡材料；（6）—步法净成形制品工艺；（7）产品的大规模生产；（8）自蔓延机械化学合成法；（9）空间实验：微重力影参考文献李强，于景媛等•自蔓延高温合成(SHS)技术简介[J].辽宁工程学院学报，2001,21(5):61-64刘海涛，杨丽，张树军等.无机材料合成•北京:化学工业出版社，2