自蔓延高温合成的过程机理与应用

本研究工作建立了碳化钛粉末SHS过程的传热和传质方程组,应用数学变换和误差函数分析求解了一维传热和传质方程组,获得了关于燃烧波结构的数学模型。利用这个数学模型预测新的结果。 应用化学炉法(Chemical Oven)研究了碳化钛SHS过程的中间产物TiC_x的组成。TiC_(0.5)是SHS碳化钛粉末的中间化合物。 利用录像机、放像机和编辑机研究了(Ti+αC+βTiC)(α=0.5、1.0;β=0、0.05、0.10、0.15)系统的燃烧波蔓延的振荡特征,获得了最佳稀释度。 提出一种制备碳化钛微粉的新工艺:SHS化学炉法(SHS Chemical-Oven)。SHS-CO法的碳化钛粉末,粒子的平均尺寸<10μm,粒子的形貌为三枝纺锤形,具有分形特征,分形特征与二维集团-集团聚集生长过程的模拟结构类似。利用n体联合聚集生长模型建立了SHS碳化钛粒子尺寸演化过程的模型,模型结果与Merzhanov等人的实验值吻合,也与本研究的结果吻合。还探讨了SHS离心涂覆陶瓷衬里钢管的工艺。     

自蔓延高温合成氮化硅的生长机理

通过放气法观察到了短棒状β-Si3N4以气-液-固(VLS)机制生长的中间形态．以气-液-固机制生长的β-Si3N4所需的液相依赖于反应物中的含氧杂质，而非反应物中的金属杂质，或氮气中的杂质氧气和水蒸汽等．在生长过程中，液相不断析出β-Si3N4，氧需在液-固中重新分配，使得液相中的氧逐渐减少，并得不到补偿，所以β-Si3N4长成短棒状．增加反应物中的氧含量，可以得到高长径比的β-Si3N4．氮气中适量的杂质氧气和水蒸汽有利于提高产物中Si3N4的α相与β相的比例．     

Ti-C-xFe体系自蔓延高温合成及机理

采用自蔓延高温合成新技术合成ＴｉＣ／Ｆｅ复合材料,研究了原料组份、粒度对合成过程及产物特征的影响。探讨了燃烧反应及结构形成机理。结果表明,随Ｆｅ含量的增大,燃烧合成温度降低,合成ＴｉＣ粒度变细,燃烧波速度在Ｆｅ含量为１０％（质量分数）时出现极大值。与碳黑作碳源对比,细粒石墨在反应合成过程中表现出更大的活性。用铜楔块燃烧波淬息法研究了合成过程。整个合成过程经历了金属的熔融、碳向熔融体中的溶解扩散、大团聚的形成、小的ＴｉＣｘ颗粒生长及ＴｉＣ长大等阶段。     

Al-Ti-TiO2体系自蔓延高温合成及机理

采用自蔓延高温合成技术制备了TiAl/Al2O3复合材料,研究了原料配比对合成过程及产物特征的影响,结果表明,随着Al2O3含量的增加,燃烧温度和燃烧速度均增大,材料的致密度得到改善。Al2O3颗粒尺寸小于1μm,分布于基体交界处,有一定程度的团聚。通过差热分析研究了Al-Ti-TiO2体系反应过程,发现Al-TiO2还原较晚开始,但由于激活能低而速度较快,因此较早完成,TiAl3最早生成,但只作为中间产物存在,随后向TiAl和TiAl3相转变的过程为控制环节,其激活能也体现为总反应的激活能。     

自蔓延高温合成技术及应用

本文综合介绍了近几年得到广泛应用的一种材料制备新方法-自蔓延高温合成的一般概念，基本原理和特征，结合加压技术，使材料的合成和密实化一步完成，并在制备陶瓷涂层，复合材料等方面具有独特优点和应用前景，今后应充分进行反应特性及与其它技术结合应用的研究。     

自蔓延高温合成理论研究与进展（一）

本文简要介绍了固体火焰现象的科学发现和发展。系统地阐述了ＳＨＳ的体系类型，燃烧方式，燃烧机理，燃烧热力学，燃烧理论与数学模型，结构宏观动力学，燃烧化学合成和高温下的化学反应动力学理论研究的历史与现状。简要介绍了相关实验方法及进展。     

铁氧体的自蔓延高温合成方法

自蔓延高温合成方法是俄罗斯宏观动力学研究所Ｍｅｒｚｈａｎｏｖ等人发明的一项新的材料合成方法。用此方法合成铁氧体与传统铁氧体工艺相经 低能耗,合成时间短、等优点,具有广泛的应用。用此方法生产的铁氧体元件的性能稳定,适合工业生产,本文着重介绍自蔓延高温合成铁氧体的基本原理和主要工艺。     

自蔓延高温合成AIN的研究

本文研究了Ｎ２压力、稀释剂含量及松装相对密度对自蔓延高温合成ＡＩＮ的影响。利用ＸＲＤ、ＳＥＭ及金相技术分析了产物的相组成、相分布及产物粉末形貌。并在Ｎ２压力较低的条件下合成了氮化基本完全的ＡＩＮ。     

自蔓延高温合成技术研究动态

综述了俄、美、中、日等国自蔓延高温合成技术的最新研究动向。简要评述了其发展趋势和应用前景。     

自蔓延高温合成La-Zn掺杂锶铁氧体改性研究

采用高温自蔓延(SHS)方法制备了化学组成为Sr1-xLaxFe12-xZnxO19(x=0～0.4)的La-Zn联合掺杂的锶铁氧体,并研究了晶体结构与离子掺杂量对铁氧体磁性能的影响.根据相关的热力学数据,分析了合成过程中产生不同氧化物杂质的热力学机制,结果显示,通过合适控制反应体系中的Fe粉含量,可以合成单一的M型铁氧体相.SEM表明SHS方法制备的样品比传统方法制备的样品结晶更完整,粉体颗粒呈明显的六角平板状,颗粒尺寸基本分布在0.5～1.2 μm之间.La3 ,Zn2 的加入能够明显地提高试样的综合磁性能,相比于未掺杂的试样,在未取向情况下其剩磁提高了14.4%,Hcb提高了15.3%,(BH)m提高了30.7%,并且与传统制备方法相比,采用SHS方法获得的样品的内禀矫顽力Hcj提高尤为明显,最高可达322kA/m.     

自蔓燃高温合成法合成氮化硅粉体的研究

采用自蔓燃高温合成方法合成β-氮化硅粉体,分析了合成氮化硅过程中氮气、温度、稀释剂与孔隙率等方面的影响。采用XRD研究相的组成,用SEM观察粉末的显微结构。研究结果表明:自蔓燃合成方法制备的氮化硅陶瓷粉体,β相含量由块状产物中心向表层减少,得到的β-氮化硅晶体结构完整,表面光滑无缺陷,考虑到燃烧温度(Tcom),在氮化硅粉体的合成过程中,涉及到3个反应机制:低温机制、中温机制、高温机制。NH4Cl在反应中分解,为反应提供了NH3,并与硅粉反应;氮气压力下硅粉的自蔓燃合成反应,必须要引入Si3N4稀释剂来控制反应温度和反应速度,获得不同相含量的粉体;压坯气孔率控制在30%～70%,否则反应不能进行。     

自蔓延高温合成法制备TiB2/TiC复合陶瓷

以Ti、B4C和C粉末为原料，采用自蔓延高温合成与同时致密化工艺（SHS/PHIP）制备合成了不同原料配比的TiC-TiB2复合陶瓷，确定了反应原料的最佳配比为：Ti:B4C=3:1（摩尔比），X射线及SEM分析表明，制备的产物纯净，无中间相的出现，而且由于TiC/2TiB2复合陶瓷组织中长条形状TiB2相的存在，使得该材料的力学性能得到了提高。     

自蔓延高温合成钡铁氧体的研究

介绍了自蔓延高温合成技术合成BaFe12O19的过程，研究了热处理对产品性能的影响。用VSM对产物的磁性能进行了测量，用XRD对产物的物相进行了分析，用SEM对产物形貌和组织进行了观察。结果表明，采用自蔓延（SHS）高温合成的BaFe12O19具有良好的磁性能。     

自蔓延高温合成钡铁氧体的研究

介绍了自蔓延高温合成技术合成BaFe12O19的过程,研究了热处理对产品性能的影响.用VSM对产物的磁性能进行了测量,用XRD对产物的物相进行了分析,用SEM对产物形貌和组织进行了观察.结果表明,采用自蔓延(SHS)高温合成的BaFe12O19具有良好的磁性能.     

自蔓燃高温合成氮化硅粉体的研究

研究了自蔓燃高温合成方法制备氮化硅粉体,借助于XRD、SEM等检测方法,分析了自蔓燃高温合成氮化硅过程中硅粉粒度、氮气、温度、稀释剂与孔隙率等方面对反应产物的影响,并对反应机理进行了分析。由于有添加剂氯化铵的存在,反应中不是单纯的硅粉氮化反应。只要控制反应中的工艺参数,就可以采用自蔓燃得到不同相含量的Si3N4粉体;考虑到燃烧温度,在氮化硅粉体的合成过程中,涉及到3个反应机制:低温机制、中温机制、高温机制;氮气压力下硅粉的自蔓燃合成反应,必须要引入Si3N4稀释剂,来控制反应温度和反应速度,获得不同相含量的粉体。压坯气孔率控制在30%～70%,否则反应不能进行金属硅粉的粒度细,合成的Si3N4中α相含量高。     

TiC-TiB2/Cu复合材料的自蔓延高温合成研究

采用SHS/PHIP工艺制备了TiC-TiB₂/Cu复合材料,通过实验研究了该系列复合材料的微观结构特征和力学性能。结果表明,TiC-TiB₂/Cu复合材料中只有TiC、TiB₂和Cu相存在;随着Cu含量的增加,燃烧温度下降,材料的颗粒尺寸变小;TiC-TiB₂/Cu复合材料的相对密度、抗弯强度和断裂韧性均随Cu含量的增加呈先增后减趋势,当Cu含量为20％时强度最高为580MPa,Cu含量为40％时韧性最高为8.1MPa·m^1/2。     

自蔓延高温合成软磁铁氧体粉的研究进展

简要介绍了自蔓延高温合成技术和热力学判据,评论了此合成技术的新进展和存在的问题,综述了利用此方法制备MnZn、NiZn和MgZn铁氧体材料的制备工艺及其应用研究现状,重点分析讨论了软磁铁氧体的原料配方、合成工艺和磁特性.研究表明,通过控制工艺参数和添加剂的合理使用,SHS法制备铁氧体粉体具有更好的烧结活性和纯度,适合于大规模的工业生产.     

Self-propagating High-temperature Synthesis, Microstructureand Mechanical Properties of TiC-TiB2-Cu Composites

TiC-TiB2-Cu composites were produced by self-propagating high-temperature synthesis combined with pseudo hot isostatic pressing using Ti, B4C and Cu powders. The microstructure and mechanical properties of the composites were investigated. The X-ray diffraction （XRD） and scanning electron microscopy （SEM） results showed that the final products were only TiC, TiB2 and Cu phases. The clubbed TiB2 grains and spheroidal or irregular TiC grains were found in the microstructure of synthesized products. The reaction temperature and grain size of TiB2 and TiC particles decreased with increasing Cu content. The introduction of Cu into the composites resulted in a drastic increase in the relative density and flexual strength, and the maximum values were obtained with the addition of 20 wt pct, while the fracture toughness was the best when Cu content was 40 wt pct.     

TiC-TiB2/Cu复合材料的自蔓延高温合成研究

采用SHS/PHIP工艺制备了TiC-TiB2/Cu复合材料,通过实验研究了该系列复合材料的微观结构特征和力学性能.结果表明,TiC-TiB2/Cu复合材料中只有TiC、TiB2和Cu相存在;随着Cu含量的增加,燃烧温度下降,材料的颗粒尺寸变小;TiC-TiB2/Cu复合材料的相对密度、抗弯强度和断裂韧性均随Cu含量的增加呈先增后减趋势,当Cu含量为20%时强度最高为580MPa,Cu含量为40%时韧性最高为8.1MPa.m1/2.