自蔓延高温合成.ppt

第八章自蔓延高温合成自蔓延高温合成（Self-propagationHightemperatureSynthesis缩写SHS），又称燃烧合成（CombustionSynthesis缩写CS）是20世纪80年代迅速兴起的一门材料制备技术。SHS是化学、材料和工程学的有机结合，是现代材料最活跃的分支之一。8.1自蔓延高温合成技术8.1.1自蔓延高温合成技术发展历史由于此反应受到固态反应产物的阻碍，所以这种快速燃烧模式在当时被视被称之为“固体火焰”。
后来在深入基础上正式提出了英文缩写词即SHS(Self-propagatinghigh-temperaturesynthesis)来表示自蔓延高温合成或CS(Combustionsynthesis)燃烧合成来表示。820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。
先后有日本的小田原修、宫本钦生等，美国的McCauley、Holt等，韩国和西班牙等国家的科学家开始SHS研究。其中美国的McCauley、Holt等人的SHS研究得到了美国政府DARPT计划的支持，美国还发展了新的燃烧模型、有机物的燃烧合成和非常规的SHS技术；日本于1987年成立了燃烧合成研究协会，并于1990年召开了第一次美、日燃烧合成讨论会。
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。经过二十多年的研究开发，SHS得到了长足的发展，在基础理论研究方面建立了包括燃烧学动力学在内的宏观动力学理论体系，对于大多数SHS有普遍的指导意义。用SHS可制备许多新型材料独特优势的SHS与复合技术系统8.1.2SHS技术的研究方向因此研究如何通过人为地控制外部环境（使用如微波、超声波、电磁场等）和上艺参数，使反应按照我们的意志进行，是未来SHS科学工作者的首要任务。虽然SHS致密化技术得到了一定的发展，产品的致密度有所提高。但是难以获得致密度非常高的产品，且这此技术并不能适用于所有体系；理论研究明显滞后于技术开发，迫切需要在原有理论基础上发展新的理论；由于体系的多样化，迫切需要对各种体系进行试验和总结；超细粉未和纳米粉未的研究还不广泛；国际间交流和合作还不广泛。SHS研究方向SHS技术制造非传统性粉末；
SHS技术制造纳米粉末；
SHS技术制造非平衡材料；
净成形制品工艺；
产品的规模生产；
自蔓延机械化学合成法；（2）微重力作用下SHS结构和性能特征；8.2自蔓延合成方法原理8.2.1自蔓延合成方法的概念图8.1SHS反应模式示意图SHS技术同其它常规工艺方法相比，具有的优点：（6）扩大生产规模简单，从实验室走向工业生产所需的时间短，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）在燃烧过程中，材料经历了很大的温度变化，非常高的加热和冷却速率，使生成物中缺陷和非平衡相比较集中，因此某此产物比用传统方法制造的产物史具有活性，更容易烧结；
（9）可以制造某些非化学计量比的产品、中间产物以及亚稳定相等。与常规方法，SHS的控制参数较为严格（见表8.2所示）。8.2.2自蔓延合成方法的原理1．燃烧波的特征可以看出，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。温度分布曲线进一步描述了燃烧过程的反应特点，如图8.3所示。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。在二次化学和结构转变区内，最终实现结构的转变。假定反应物结构在燃烧区完全转变成产物结构的理想条件下，如果燃烧反应受动力学控制，则温度、转化率和热释放率转变如图8.4所示，这表明反应不仅限于燃烧波的波阵面处，而且当波阵面通过以后仍有反应进行。2．SHS燃烧波方程式中：Cp为产物热容，ρ为产物的密度，k为产物的热导率，q为反应热，T为绝对温度，t为时间，x为波传播方向的尺寸，由边界条件：
X=–∞时，T=T0，η=0，ðT/ðx=0
X=+∞时，T=Tc，η=1，ðT/ðx=0
可获得转化率在空间分布的方程。由于SHS过程是在一个系统中的不同区域存在着热和物质的交换，温度和成分不均匀，显然上而的推导过于理论化，为了解决这一问题，必须进一步研究依赖于SHS反应条件的热力学模式。3．SHS相图SHS图可以为实际生产工艺的制定提供理论指导，如生产磨料时，为了获得大尺寸的颗粒，那么工艺制定就应选择在SHS图中热爆与稳定SHS交界处稳态SHS一侧的高温区域；生产烧结用的粉末时，在保证转化