自蔓延燃燒技術(shù)

自蔓延燃燒技術(shù)工藝原理SHS技術(shù)是基于放熱化學(xué)反應(yīng)的基本原理，利用外部能量誘發(fā)局部化學(xué)反應(yīng)（點(diǎn)燃），形成化學(xué)反應(yīng)前沿（燃燒波），此后，化學(xué)反應(yīng)在自身放熱的支持下繼續(xù)進(jìn)行，表現(xiàn)為燃燒波蔓延至整個(gè)體系，最后合成所需的材料。這是一種高放熱反應(yīng)，參與反應(yīng)的物質(zhì)一般在固一固，固一氣介質(zhì)中進(jìn)行，但最終產(chǎn)物一般是固態(tài)。其主要特征是反應(yīng)只需局部點(diǎn)火引發(fā)燃燒波，并使其在原料中傳播以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的合成過程。反應(yīng)過程如圖1所示［1］：--■■-“-r.--F、—:.刃丄—…：1空Ek主H丸二倉奧自蔓延反應(yīng)形式主要有兩種:直接合成法和Mg熱、A1熱合成法。直接合成法是兩種或兩種以上反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)直接合成產(chǎn)物，而無需中間反應(yīng)。但該方法一般需要特制的反應(yīng)器，設(shè)備復(fù)雜，多用于粉末冶金領(lǐng)域中制取難熔的金屬間化合物和金屬基陶瓷等。Mg熱、A1熱合成法是采用活撥金屬首先把金屬或非金屬元素從其氧化物中還原出來，之后通過還原出的元素之間的相互反應(yīng)來合成所需的化合物⑵。工藝特點(diǎn)（1）節(jié)省時(shí)間，充分利用能源；（2）所需要的設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單；（3）產(chǎn)品純度高（因?yàn)樽月尤紵墚a(chǎn)生高溫，使某些不純物質(zhì)蒸發(fā)掉了），反應(yīng)轉(zhuǎn)化率接近100%；（4）不僅能生產(chǎn)粉末，如果同時(shí)施加壓力，還可以得到高密度的燃燒產(chǎn)品；（6）產(chǎn)量高（因?yàn)榉磻?yīng)速度快）；（6）可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)所需時(shí)間短，而且大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)于實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的產(chǎn)品；（7）能夠生產(chǎn)新產(chǎn)品，例如立方氮化鉭；（8）燃燒過程中，材料經(jīng)歷了很大的溫度變化，非常高的加熱和冷卻速率使生產(chǎn)物中缺陷和非平衡相比較集中，因此某些產(chǎn)物比用傳統(tǒng)方法制造的產(chǎn)物更具有活性，例如更容易燒結(jié)；（9）可以制造某些非化學(xué)計(jì)量比的產(chǎn)品,中間產(chǎn)物以及亞穩(wěn)相等。主要工藝步驟忌材啣制薔 ?乙札或型-A預(yù)戀A二弋|遢X口◎迄離卅蘆農(nóng)?一札堿曲 >戶乩性邰測(cè)h圖迄SHE制備囤瓷粉佯的丄藝瀝稈圖其工藝流程如圖2所示?；旌戏磻?yīng)物時(shí)，粉料顆粒的大小、形狀等將直接影響燃燒反應(yīng)。對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行加壓時(shí)，壓實(shí)密度將影響整個(gè)燃燒過程燃燒波的穩(wěn)定性。根據(jù)合成產(chǎn)物的不同選取不同的反應(yīng)容器（密封或不密封容器）［2］。SHS合成技術(shù)的點(diǎn)火方法可分為整體加熱法和局部加熱法圍。整體加熱是將整個(gè)反應(yīng)物以恒定的加熱速度在爐內(nèi)加熱，直到燃燒反應(yīng)自動(dòng)發(fā)生。而局部點(diǎn)火法是利用熱輻射、金屬線圈、激光誘導(dǎo)、電火花、化學(xué)爐、電熱、微波等高能量進(jìn)行點(diǎn)火，一旦點(diǎn)燃，反應(yīng)就以波的方式自持續(xù)傳播。根據(jù)不同體系的絕熱的理論與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)決定理想的點(diǎn)火方式。適用范圍及應(yīng)用舉例4.1適用范圍（1）可用來制備粉體，產(chǎn)物多為多孔狀，粉碎后即可獲得陶瓷粉體、復(fù)合粉體、金屬間化合物粉體等；（2）用于燒結(jié)，利用高溫的持續(xù)時(shí)間可進(jìn)行一定的燒結(jié)；（3）合成催化劑；（4）將SHS過程同燒結(jié)、熱壓等工藝結(jié)合起來，發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，可直接制造陶瓷、金屬陶瓷等致密件；（5）利用SHS技術(shù)對(duì)耐熱金屬或合金、金屬間化和物、氧化物和非氧化物陶瓷等同種或異種材料之間的焊接；（6）用于顏料和涂層［3］。4.2SHS制備陶瓷內(nèi)襯鋼管⑷鋁熱反應(yīng)由于其高放熱而被廣泛用于SHS冶金.其化學(xué)反應(yīng)式為：FeO+AlfFe+AlO+Q2 3 2 32MoO+4Al+Cf2AlO+MoC+Q3 2 3 2在石油化工、電力及冶金行業(yè)，鋼管的使用壽命成為人們最關(guān)心的問題，然而由于鋼管的內(nèi)徑小、長(zhǎng)度大，用其它的防腐處理方法很難實(shí)現(xiàn)，而用次工藝便可很容易的解決.它是利用鋁、鎂、硅、鋯等粉末與金屬氧化物的高放熱化學(xué)反應(yīng)，依靠化學(xué)反應(yīng)潛熱加熱反應(yīng)物一陶瓷與金屬或陶瓷與陶瓷.由于反應(yīng)溫度超過了陶瓷及金屬的熔點(diǎn)，整個(gè)體系處于熔融狀態(tài).在離心力的作用下，熔體按密度大小分層，大密度的組分與鋼管基體結(jié)合，小密度的陶瓷組分涂覆在鋼管的內(nèi)壁，形成陶瓷涂層，見圖3.目前，涂層內(nèi)襯鋼管的生產(chǎn)技術(shù)已相當(dāng)成熟.圖3￡H芥離心法原理5?未來SHS的研究方向（1）多維SHS計(jì)算機(jī)模擬模型；（2）氣相之間和氣相與懸浮物的自蔓延燃燒合成；（3）SHS技術(shù)應(yīng)用于有機(jī)體系；（4）SHS技術(shù)制造非傳統(tǒng)性粉末；（5）SHS技術(shù)制造非平衡材料；（6）—步法凈成形制品工藝；（7）產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)；（8）自蔓延機(jī)械化學(xué)合成法；（9）空間實(shí)驗(yàn)：微重力影參考文獻(xiàn)李強(qiáng)，于景媛等?自蔓延高溫合成(SHS)技術(shù)簡(jiǎn)介[J].遼寧工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2001,21(5):61-64劉海濤，楊麗，張樹軍等.無機(jī)材料合成?北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2