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1、無機合成與制備技術(shù)小論文自蔓延高溫合成技術(shù)自蔓延高溫合成技術(shù)摘要：本文講述了了自蔓延燃燒合成技術(shù)的發(fā)展歷史和特點，介紹了各種技術(shù)方法。關(guān)鍵字：發(fā)展歷史；特點；技術(shù)方法一、前言自蔓延高溫合成(Self-PropagatingHighTemperatureSynthesis…SHS)，也稱燃燒合成(CombustionSynthesis---CS)是一種利用化學(xué)反應(yīng)自身放熱使反應(yīng)持續(xù)進行，最終合成所需材料或制品的新技術(shù)。任何化學(xué)物質(zhì)的燃燒只要其結(jié)果是形成了有實際用途的凝聚態(tài)的產(chǎn)品或材料，都可被稱為SHS過程。在SHS過程中，參與反應(yīng)的物質(zhì)可處于固態(tài)、液態(tài)
2、或氣態(tài)，但最終產(chǎn)物一般是固態(tài)。二、發(fā)展歷史將燃燒合成和冶金、機械等技術(shù)結(jié)合起來，并發(fā)展成為具有普遍意義的材料制備新技術(shù)應(yīng)當(dāng)歸功于原蘇聯(lián)科學(xué)家的努力。1967年，原蘇聯(lián)科學(xué)院化學(xué)物理研宄所Borovinskaya、Skiro和Merzhanov等人在研宄Ti、B混合物的燃燒問題時，發(fā)現(xiàn)了燃燒反應(yīng)的自蔓延現(xiàn)象并將這種初始反應(yīng)物都是固體的燃燒過程稱為“固體火焰”。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為合成一些用傳統(tǒng)方法很難得到的難熔化合物找到了一種新方法。1972年原蘇聯(lián)科學(xué)院化學(xué)物理研宂所開始生產(chǎn)難熔化合物粉末(TiC,Ti(CN),MoSi2,A1N,六方BN),1975年
3、開始把SHS技術(shù)和燒結(jié)、熱壓、熱擠壓、爆炸、堆焊和離心鑄造等技術(shù)結(jié)合起來以制備陶瓷，金屬陶瓷和復(fù)合管材等致密材料。原蘇聯(lián)用SHS合成的化合物達300多種。三、SHS的特點SHS技術(shù)制備的產(chǎn)品純度高、能耗低、工藝簡單，用SHS技術(shù)可以制備非平衡態(tài)、非化學(xué)計量比和功能梯度材料。(1)SHS是一種快速的合成過程燃燒波的傳播過程即材料的合成過程，這無疑提高了材料合成的效率。然而也正是這種高速合成的特點，使合成過程在燃燒波一開始引發(fā)后實際上就處于一種不可控狀態(tài)。這種不可控的材料合成方法難以為大多數(shù)材料工作者所接受。因此，探索與SHS合成過程特點相適應(yīng)的合成過程
4、控制方法就有重要的意義。（2）SHS的節(jié)能效果SHS最大的特點是自發(fā)熱而自維持的合成過程，在合成過程中不需要外部能源供給，其節(jié)能效果是顯著的。然而仔細考察SHS反應(yīng)會發(fā)現(xiàn)，對單質(zhì)合成化合物的過程如由Ti和C合成TiC,其產(chǎn)物比反應(yīng)物更接近自然界存在的物質(zhì)，即必須考慮由自然界存在的礦物提取單質(zhì)的能耗。帶還原期的SHS（先由單質(zhì)還原一種化合物再合成另外一種化合物的反應(yīng)）則在一定程度上對上述不足進行了修正。私沿+^7如如果A1轉(zhuǎn)變?yōu)锳12O3是一種能耗，那么B4C由B2O3的直接合成則彌補了這種消耗。因此，從節(jié)能角度考慮，用帶還原期的SHS制備復(fù)相陶瓷更有
5、發(fā)展前途。（3）SHS提高合成材料的純度SHS燃燒波的溫度很高，可導(dǎo)致低熔點雜質(zhì)的揮發(fā)，從而形成比傳統(tǒng)合成方法更為純凈的產(chǎn)物。保證雜質(zhì)的揮發(fā)是合成純凈材料的重要條件，而揮發(fā)過程必然造成產(chǎn)物中有較大數(shù)量的氣孔。通過加壓自蔓延的方式可以，合成致密度較高的材料，但卻不利于雜質(zhì)的揮發(fā)。高溫有利于雜質(zhì)的揮發(fā)，但同時也會造成反應(yīng)物的揮發(fā)，同時由于SHS合成多相平衡的特點，反應(yīng)產(chǎn)物屮出現(xiàn)了副產(chǎn)物相，在多相的復(fù)相陶瓷合成中情況更為顯著。因此對副產(chǎn)物相的控制也是推動SHS產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。（4）SHS產(chǎn)物易于形成多孔組織SHS中的孔隙來源可以歸結(jié)于：a.反應(yīng)物中混入的
6、氣體致密的反應(yīng)物因其導(dǎo)熱速度太快，熱量的積累速率較低而不能引發(fā)SHS。引發(fā)SHS壓坯的孔隙率一般為30?50%,其內(nèi)部含有大量的氣體，SHS中這部分氣體受熱膨脹并排出，造成產(chǎn)物屮的孔隙。b.摩爾體積的變化由于生成物較反應(yīng)物在熱力學(xué)上穩(wěn)定，有更強的結(jié)合鍵，和較短的鍵距，從而有較小的摩爾體積。C.雜質(zhì)氣化(5)燃燒產(chǎn)物的組織具較大的離散性SHS燃燒產(chǎn)物隨燃燒溫度的降低由均勻的相對致密的組織形態(tài)轉(zhuǎn)化為分離的片層狀結(jié)構(gòu)，相鄰的片層在不同的溫度下形成，因而在片的厚度方向的組織結(jié)構(gòu)呈非均勻分布，片層之間較易分離。在SHS-致密化的復(fù)合工藝K的組織結(jié)構(gòu)則與加載方式
7、有關(guān)。有氣體參加的SHS工藝條件的影響更為顯著，Ta在N2中的SHS，在時間較短時可得到從表層到內(nèi)部完全不均勻的組織成份分布。液相的出現(xiàn)對產(chǎn)物的組織形貌也有影響。反應(yīng)中出現(xiàn)的液相量越多，最終產(chǎn)物的氣孔率越低。因此，探索各種SHS體系的燃燒合成規(guī)律，獲得均勻組織也是保障SHS產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。SHS技術(shù)的應(yīng)用(1)SHS制粉技術(shù)?這是SHS中最簡單的技術(shù)，將反應(yīng)物料置于一定的氣氛中燃燒，然后粉碎、研磨燃燒產(chǎn)物，能得到不同規(guī)格的粉未。利用此技術(shù)，可以得到高質(zhì)量的粉未，MerzhanovA.G.考察了不同方法制備的TiC粉未，結(jié)果表明利用SHS方法制得的粉未只
8、有最好的研磨性能。SHS粉未可用于陶瓷和金屬陶瓷制品的燒結(jié)、保護涂層、研磨育及刀具制造中的原材料。(1)SH
