燃烧合成介绍
燃烧合成焊接技术浅探
燃烧合成焊接技术浅探韩文君朱晓刚(装甲兵技术学院，辽宁葫芦岛130117)应屉挝筮嘣i要]燃烧合成焊接是利用燃烧合成反应的放热及其产物来焊接受焊母材的技术。
作为一门交叉学科，因其独特的优越№而吸引着各国学者进行研究。
巨键词]燃烧合成；燃：晓合成焊接；燃烧型焊条燃烧合成(com bus t i onsynt hes i s，缩写为C S)也称自蔓延高温合成技术，它是利用化学反应自身放热制备(合成)材料的技术。
自1967年，前苏联科学院化学物理研究所宏观动力学研究室的B orovi n—sk aya、S k i r o和M e rz ha nov等人发现“固体火焰”，并从燃烧学的角度进行了深入的研究，提出了“自蔓延高温合成”概念，简称为S H S。
由于燃烧合成技术颇受物理学、化学、数学、化学工程、j台金学和材料科学与工程领域的工作者的重视，无论是在理论方面还是在应用方面，都得到广泛的研究和迅速发展。
M e rz hanov根据工艺、目的不同将燃烧合成技术的研究分为6个方向：C S直接制备粉料、C S烧结、C S致密化、C S冶金、C S焊接和C S涂层。
1燃烧合成焊接的概念及分类11燃烧合成焊接的概念燃烧合成焊接是利用燃烧合成反应的放热及其产物来焊接受焊母材的技术。
即以反应放出的热为高温热源，以燃烧合成产物为焊料，在焊接件间形成牢固连接的过程，是燃烧合成技术的重要分支之一。
12燃烧合成焊接的分类根据不同的分类标准，燃烧合成焊接有不同的分类方法。
根据焊接母材来源不同，燃烧合成焊接可分为一次焊接和二次焊接。
一次焊接是指焊接的母材或部件是在焊接过程中原位合成的焊接工艺，即在焊接过程中通过燃烧合成反应得到的生成物既是焊料也是基体的焊接工艺，而二次焊接则是指焊接现在的母材或部件的工艺，也即被焊接母材在焊接前已经制备好，通过焊料的燃烧合成反应来将其焊接在一下的工艺。
根据焊接过程有无液相出现，可分为燃烧合成焊接和燃烧合成连接。
自蔓延高温合成技术(课程讲义)
典型的例子是铝热反应，如:
3Cr2O3 + 6Al + 4C = 2Cr3C2 + 3Al2O3 T= 6500K
MoO3 + 2Al + B = MoB + Al2O3
T= 4000K
Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe
T＞3000K
以液相密实化技术为基础发展了离心复合管制备技术
3-2.加压密实化技术
非稳态燃烧 有关的理论研究:
振荡燃烧 螺旋燃烧 混沌燃烧
低放热体系、 气--固反应体系、 复杂反应体系 合成条件变化造成的非稳态燃烧
平衡态理论: 热平衡理论 渗透燃烧理论
非平衡理论: 通过非平衡热力学理论研究和模拟 燃烧波结构的变化规律
燃烧模式的研究 方法: 燃烧合成过程的数学
模拟和实验验证
燃烧合成 →远离平衡的不可逆过程
•
温度采集: 多通道热电偶、红外温度计
•
图像采集: 高速摄影机和计算机处理
燃烧合成基础研究装置图
•全可控的自动点火功能 •过程温度、图像监测 •多点温度同步监测 •合成气氛和压力调节
1-1.无气点火过程研究
基本假设: 点火截面温度分布均匀 截面上材料物性参数不随温度变化 热损失忽略不计
对于x处的反应层，根据Fourier基本热方程，在一维方向上有:
SHS合成
燃烧产 品加工
气氛、压力 离心、点火
研磨、抛光 切割等
硼化物、氮化物等无机材料、 多相多组分材料及制品
最有效的控制手段:
1、 外加热 辅助燃烧合成 获得熔融的合成产品，强化低放热反应的合成 TiNi、NiAl、Ni3Al等
2、 掺加稀释剂 提高合成转化率，控制材料结构，改善材料可加工性 AlN、Si3N4.TiN等
燃烧合成法制备CoCrMo合金
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｃｏ Ｍ ｏ ｌｏ ｓ Ｃｒ ａ ｌ ｙ ｗｅ ｅ ｒ ｐ ｒ ｄ ｙ ｏ ｂ ｔｏｎ ｙ ｈ ｓｓ ｒ ｐ ｅ ａ ｅ ｂ ｃ ｍ ｕｓ ｉ ｓ ｎｔ ｅ ｉ ｍ ｅ ｈｏ ． Ｔｈｅ ｘｐ ｒｍ ｅ ａ ｒ ｓ ｔ ｔ ｄ ｅ ｅ ｉ ｎｔ ｌ ｅ ｕｌｓ ｓ ｏ ｄ ｔ ｔｔ ｅ ｙ ｅ ｄ ｄ ａ ｌ ｓ ｗｅ ｅ ｓ ｉ ｏ ｕｔｏ ｓ ｄ ｏｎ Ｃｏ ａ ｄ ｍａ ｎ ｙ ｃ ｎｓ ｉｕ ｅ ｈ ｗｅ ｈａ ｈ ｉ ｌ ｅ ｌｏｙ ｒ ｏｌ ｓ ｌ ｉ ｎ ｂａ ｅ ｎ ｉ ｌ ｏ ｔｔ ｔ ｄ ｂｙ￡ｐｈ ｓ ｆｃｏｓ — ｄ ａ ｅ ｏ ｌ ｅ ｐａ ｋ ｄ ｈ ｘ ｇｏ ａ ｎｄ ｐｈ ｓ ｆｆ ｅ ｃ ｎ ｅ ｅ ｕ ｃ ｃ ｅ ｅ ａ ｎ ｌａ ａ ｅ ｏ ａｃ — ｅ ｔ ｒ ｄ ｃ ｂｉ．Ｔｈ ｅ ｉ ｅ ｗａ ｏ ａｎｅ ｆＡ１Ｏ３ ｅ ｒ ｓｄｕ ｓ ｃ ｎｔ ｉ ｄ ｏ ２ ．Ｍ ｉｒ ｓ ｒ ｔ ｒ ｃ ｏ ｔ ｕｃ ｕ ｅ ｏ ｌｏ ｓｗａ ａ ｔｄ ｎｄ ｉｉ ｓ ｏ ｏ ｎｄ ｉ ｅ ｄｅ ｒｔｃｓ ｇ ｅ ａ ｉ ｘ ｓ ｅ ｆ ａ ｌ ｙ ｓｃ ｓ ｅ ｒｔｃｈｉｔ ｌ ｇｙ ａ ｎｔ ｒ ｎｄ ｉｉ ｅ ｒ ｇ ｔｏｎ ｅ ｉｔ ｄ；ｍｏ ｅ ｖｅ ，Ｃ。ｗａ ｉ ｈ ｉ ｉ — ｒｏ ｒ ｓｒｃ ｎ ｐ ｎｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｎｄ Ｍ ｏ ｗａ ｉｈ ｉ ｎｔ ｒ ｅ ｄｒｔｃ Ｆｕｒｈｅ ｍｏ ｅ，ｃ ｍｂｕｓ ｉｎ ｓ ｎｔ ｅ ｉ ｙ ｉ ｄｕ ｅ ｍ ａ ｔ ｎ ｉｅ ｒ ｅ ｃ ｙ ｔ ｌａ ｓ ｒｃ ｎ ｉ ｅ ｄ ｎ ｉｉ ． ｔ ｒ ｒ ｏ ｔｏ ｙ ｈ ｓｓ ｍａ ｎ ｃ ｒ ｅ ｓ ｔ ｐｈ ｓ ｈ ｎ ａ ｅ ｃ ａ ｇｅｗｈｉｈ ｍａｄ － ｈａ ｅｃ ａ ｅ ｔ 一 ｈａ ｅａ ａ ｉ ｇ ｍｅ ａ ｔ ｕｃ ｕ ｅ ａ ｐ ａ ｅ ｎ ｍａ ｔ ｎ — ｃ ｅ７ Ｃｏ ｐ ｓ ｈ ｎｇ Ｏ￡ Ｃｏ ｐ ｓ ｎｄ ｂ ｎｄ ｎ ｔ ｓ ｒ ｔ ｒ ｐ ｅ ｒ ｄ ｉ ｒ ｅ ｓ
燃烧合成法制备α型纳米三氧化二铝粉体的方法
燃烧合成法制备α型纳米三氧化二铝粉体的方法1. 燃烧合成法是一种常用的制备纳米材料的方法之一，通过选择适当的反应物和调节反应条件，可以合成高纯度的α型纳米三氧化二铝粉体。
2. 选择合适的铝源和氧化剂作为反应物。
常用的铝源包括氧化铝粉、铝粉等，氧化剂可以选择硝酸铵、过氧化氢等。
3. 将铝源和氧化剂按一定的摩尔比放入反应容器中，并搅拌均匀。
可以加入一定的表面活性剂或缓冲剂来调节反应的速度和粒径分布。
4. 接下来，将反应容器放置在预热的炉子中，升温至适当的温度。
燃烧合成的温度通常在500-1000摄氏度之间，具体温度根据反应体系和所需纳米粒径决定。
5. 在升温过程中，反应容器中的反应物将发生剧烈燃烧反应，生成大量的高温气体和灼热的火焰。
由于反应速度很快，整个反应过程通常在几分钟之内完成。
6. 在燃烧反应进行的反应容器中的气体和颗粒会迅速冷却并沉积，形成纳米粒径的α型三氧化二铝粉体。
7. 燃烧合成法制备的α型三氧化二铝粉体具有高纯度、细小的颗粒和良好的分散性，可以用于制备陶瓷、涂料、催化剂等领域。
8. 为了得到更精确的纳米粒径和更好的产品性能，可以通过调节反应温度、气氛和添加剂等方法进行优化。
9. 反应温度的选择与所需的纳米粒径有直接关系。
较低的温度通常会生成较大的颗粒，而较高的温度则有可能导致过烧或粒子聚集。
10. 气氛的选择也是影响产品性能的重要因素。
氧气氛可以促进氧化反应的进行，产生更纯净的三氧化二铝产品。
11. 添加剂的选用可以改变反应物的物理和化学性质，从而对产品粒径和形貌产生影响。
12. 除了以上常见的方法，还可以考虑采用超声波处理、机械激发等手段来促进反应过程和改善产品性能。
13. 燃烧合成法制备α型纳米三氧化二铝粉体的优点在于简单快捷、成本低廉和易于实现工业化生产，但也存在一些挑战和难点。
14. 由于反应速度很快，控制反应过程和产品粒径分布可能较为困难。
需要对反应条件进行精确的控制和调节。
自蔓延高温合成技术
自蔓延高温合成(self–propagation high–temperature synthesis，简称SHS)，又称为燃烧合成(combustion synthesis)技术，是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全，是制备无机化合物高温材料的一种新方法。
基本信息•中文名称：自蔓延高温合成•外文名称：self–propagation high–temperature synthesis•特点：反应温度通常都在2100~3500K•简史：黑色炸药是最早应用特点燃烧引发的反应或燃烧波的蔓延相当快，一般为0.1~20.0cm/s，最高可达25.0cm/s，燃烧波的温度或反应温度通常都在2100~3500K以上，最高可达5000K。
SHS以自蔓延方式实现粉末间的反应，与制备材料的传统工艺比较，工序减少，流程缩短，工艺简单，一经引燃启动过程后就不需要对其进一步提供任何能量。
由于燃烧波通过试样时产生的高温，可将易挥发杂质排除，使产品纯度高。
同时燃烧过程中有较大的热梯度和较快的冷凝速度，有可能形成复杂相，易于从一些原料直接转变为另一种产品。
并且可能实现过程的机械化和自动化。
另外还可能用一种较便宜的原料生产另一种高附加值的产品，成本低，经济效益好。
自蔓延高温合成法发展简史早在2000多年前，中国人就发明了黑色炸药(KNO3+S+C)，这是自蔓延高温合成(SHS)方法的最早应用，但不是材料制备。
所谓自蔓延高温合成材料制备是指利用原料本身的热能来制备材料。
1900年法国化学家Fonzes–Diacon发现金属与硫、磷等元素之间的自蔓延反应，从而制备了磷化物等各种化合物。
在1908年Goldschmidt首次提出"铝热法"来描述金属氧化物与铝反应生产氧化铝和金属或合金的放热反应。
1953年，一个英国人写了一篇论文《强放热化学反应自蔓延的过程》，首次提出了自蔓延的概念。
低温燃烧法
1 低温燃烧合成法概述1.1 燃烧合成法燃烧合成法（Combustion Synthesis，简写为CS）制备材料可以追溯到十九世纪，1895 年德国科学家H. Goldschmit 发明了著名的铝热法，为CS法开创了新纪元。
前苏联很早就应用CS 法制备材料，但真正开展科学研究则始于1967 年，前苏联科学院院士Merzhanov 和Borovinskaya 研究火箭固体推进剂燃烧问题时，将这种燃烧反应命名为“自蔓延高温合成”（Self-propagating High-temperatureSynthesis，即SHS），迄今已在国际上获得广泛认可。
SHS是指反应物被点燃后引发化学反应，利用其自身放出的热量，产生高温使得反应可以自行维持并以燃烧波的形式蔓延通过整个反应物，随着燃烧波的推移，反应物迅速转变为最终产物。
总之，凡能得到有用材料或制品的自维持燃烧过程都属于广义的CS 法，或狭义地称为SHS 法［1，2］。
然而，随着燃烧合成技术的不断发展以及燃烧合成应用领域的不断扩大，已衍生出多种各具特色的燃烧工艺，因此“SHS”这个词已不能准确地表达出各种燃烧工艺的特点。
1.2 低温燃烧合成法（LCS 法）低温燃烧合成法（Low-temperature CombustionSynthesis，简写为LCS）是相对于SHS 而提出的一种新型材料制备技术，该方法主要是以可溶性金属盐（主要是硝酸盐）和有机燃料（如尿素、柠檬酸、氨基乙酸等）作为反应物，金属硝酸盐在反应中充当氧化剂，有机燃料在反应中充当还原剂，反应物体系在一定温度下点燃引发剧烈的氧化-还原反应，一旦点燃，反应即由氧化-还原反应放出的热量维持自动进行，整个燃烧过程可在数分钟内结束，溢出大量气体，其产物为质地疏松、不结块、易粉碎的超细粉体。
2 LCS 法基本原理关于硝酸盐有机燃料的燃烧过程的研究尚不够系统深入。
一般认为，与原料加热过程中发生的氧化还原化合或分解、产生可燃气体有关，其中硝酸盐（硝酸根离子）为氧化剂，而燃料为还原剂，氧化剂燃料混合物体系具有放热特性。
自蔓延高温合成技术
4 燃烧波蔓延 作为一类特殊的化学反应,SHS 反应区前沿,即燃烧波会随着反应的进行 而不断推移。因此需要建立能反映这一特征的动力学参数。燃烧波速率 则是这一动力学参数,它描述了燃烧波前的移动速率。 在一定的假设条件下,如忽视对流、辐射散热等,以及对燃烧波结构作一定 的约束之后,可以求出燃烧波速率的解析式。不同的约束条件会得到略有 差别的解。 稳态燃烧-大多数的SHS 过程,燃烧前沿都存在一个光滑的表面(平面或很 小的曲面) ,这一表面以恒定的速率一层一层传播,称之为稳态燃烧。
13
经过材料科学工作者几十年的努力,自蔓延高温合成 技术已成功应用于难熔化合物的制备,包括粉体的制 备及复合材料的制备等,而采用SHS 法制备的陶瓷内 衬钢管以其良好的耐磨、耐蚀、耐高温性能和优异 的抗机械冲击、抗热冲击性能,产品重量轻、不怕磕 碰、价格低等优点在许多工程中也得到了广泛应用, 使用寿命是现行管材的几倍至几十倍。尽管自蔓延 高温合成技术在材料的改性方面已得到了广泛的应 用,在性能价格比方面有优越性,但是科学工作者不满 于现状仍在继续完善SHS 工艺,比如将SHS 工艺与加 压相结合,可获得更致密与基体结合更牢固的陶瓷涂 层材料,以满足于防腐、耐磨、隔热等不同使用环境 的要求。
6. 1 利用SHS 工艺制备难熔化合物 低成本与高性能是许多先进材料研究与应用领域普遍存在的问题,利用化学反应释放 的高热量低温制备高熔点先进材料的燃烧合成熔化技术可合成许多难熔化合物粉体 或复合材料。难熔化合物指碳化物、氮化物、硅化物和硼化物,既包括金属也包括非 金属的碳、氮、硅、硼化合物。
下表是利用SHS 工艺制备的部分难熔化合物材料。
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6.2 SHS 制备陶瓷内衬钢管 (1) 基本原理 很多高放热SHS 体系的燃烧温度超过燃烧产物的熔点,燃烧后 的产物是熔体。这种SHS 体系与常规的冶金方法相结合,产生 了SHS 技术,利用SHS 法得到熔体, 用常规冶金法处理熔体。 SHS 冶金包括SHS 铸造和SHS - 离心技术。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:
溶液燃烧合成法
溶液燃烧合成法
溶液燃烧合成法，又称为溶液燃烧法或湿法燃烧法，是一种通过将适当的溶液燃烧反应来合成材料的方法。
这种方法通常适用于金属氧化物、金属碳酸盐等化合物的制备。
具体步骤包括：
1.将所需溶质（一种或多种金属离子）溶解在适当的溶剂中，形成溶液。
2.将溶液倒入反应容器中，并控制反应条件，例如温度、pH 值等。
3.通过加热溶液或添加适量的燃料（例如有机物）来引发燃烧反应。
燃料燃烧可提供高温和能量，促使溶液中的金属离子发生氧化还原反应。
4.随着燃烧的进行，金属离子还原生成金属颗粒，并与其他反应产物相互作用，形成所需的化合物。
5.反应结束后，将反应产物进行分离、洗涤、干燥等处理，得到所需的产物。
溶液燃烧合成法具有较低的反应温度和较高的反应速度，适用于大规模的合成。
由于能量供应来自于燃烧反应，相对于传统的固相燃烧合成法，溶液燃烧合成法能够获得均匀的产物，并且可以控制产物的尺寸、形态等晶体学参数。
因此，溶液燃烧合成法广泛应用于各种金属氧化物、金属碳酸盐等材料的制备中。
自蔓延高温燃烧合成法
自蔓延高温燃烧合成法
自蔓延高温燃烧合成法是指利用物质反应热的自传导作用，使不同的物质之间发生化学反应，在极短的瞬间形成化合物的一种高温合成方法。
利用某些合成反应的强放热作用，反应一旦开始即能自我维持，并迅速扩展、蔓延至整个试样区，完成合成反应的方法。
原理
一旦引燃反应物，反应则以燃烧波的方式向尚未反应的区域迅速推进，放出大量热，可达到1500~4000℃的高温，直至反应物耗尽.根据燃烧波蔓延方式，可分为稳态和不稳态燃烧。
一般认为反应绝热温度低于1527℃的反应不能自行维持。
对于不稳态燃烧应采取化学炉或预热等方法，防止反应中途熄灭。
特点
该工艺具有节能、成品纯度高、活性大、操作方便等一系列优点。
利用SHS法的固态-气态，固态-固态，金属间化合物和复合物四种主要反应类型，已合成了几百种化合物。
类型
其中包括各种氮化物、碳化物、硼化物、硅化物、不定比化合物和金属间化合物
等。
适用范围
某些领域已进入了应用阶段，如制备陶瓷基复合材料，硬质合金,形状记忆合金和高温构件用的金属间化合物等。
燃烧合成法1
体系 TiB2 ZrB2 NbB2 TaB2 B4C TiC HfC SiC
Tad/K 3190 3310 2400 3370 1000 3200 3900 1800
体系 TiN HfN Si3N4 BN Ti5Si3 MoSi2 CdS MnS
Tad/K 4900 5100 4300 3700 2500 1910 2000 3000
第二章 燃烧理论、动力学和热力学
2.1.2 固体火焰 由于固态反应受固态反应产物的阻碍，所以这种快速燃 烧模式在当时被视作一种发现，称为固体火焰。固体火焰的
研究是自蔓延高温合成研究的重要基础研究。
固体火焰可分为： a）理想固体火焰；
1.2 SHS燃烧热力学与动力学 1.2.1 SHS热力学 SHS热力学主要是计算SHS反应的放热量以及反应放热使体系 能达到的最高温度，即反应绝热温度。用这些计算结果可以判 断体系反应是否发生、反应的趋势、防御是否能自维持以及反 应的放热是否使产物熔化或汽化等。 对于任一反应，进行的条件为：
GT ni (GT )i, p n j (GT ) j , p 0
按燃烧模式分为：
1）稳态燃烧； 2）非稳态燃烧。
第二章 燃烧理论、动力学和热力学
2.1 稳态燃烧 2.1.1 燃烧波结构 在稳态SHS燃烧中，燃烧前沿呈平面或稍微弯曲状，燃 烧前沿是燃烧波的“着火”部分，紧随其后的狭窄区域内， 发生放热化学反应和各种物理化学转变，这些反应和转变过 程决定前沿传播的规律。
式中E—反应激活能。 当θ >θi=1时，为稳态燃烧； θ<θi时为振荡燃烧。
第一章 绪 论
S. B. Margolis发现液相产物的存在也对燃烧方式有影响，并由 此得出判据： EQ 2 2C p RTad (1 M ) 式中M为熔化率。当 c 2 5 时，为稳态燃烧；当β>βc时 为非稳态燃烧 M. A. Munir 通过对Ti-C，Hf-2B等SHS过程的实验研究与理论 分析给出了指导SHS燃烧合成工艺具有实际指导意义。图1.7
氮化硅粉体燃烧合成法
氮化硅粉体燃烧合成法
首先，氮化硅粉体燃烧合成法的原理是利用氮化硅的化学反应
来制备材料。
在这个过程中，通常会使用氮化硅的前驱体和适当的
氧化剂，通过燃烧反应在高温下生成氮化硅粉体材料。
这种方法的
优点是制备过程相对简单，可以在常压下进行，且可以控制反应温
度和反应时间来调节产物的性质。
其次，氮化硅粉体燃烧合成法的步骤包括前驱体的制备、混合、燃烧和产物处理。
首先，通过化学方法或物理方法制备氮化硅的前
驱体，然后与氧化剂混合均匀。
接着，在高温下进行燃烧反应，生
成氮化硅粉体材料。
最后，需要对产物进行处理，包括洗涤、干燥
和烧结等步骤，以得到所需的氮化硅粉体材料。
此外，氮化硅粉体燃烧合成法的应用范围较广，可以用于制备
陶瓷材料、涂层材料、耐火材料等。
由于氮化硅具有优异的耐高温、耐腐蚀和机械性能，因此制备的氮化硅粉体材料在航空航天、电子
器件、光学器件等领域有着重要的应用。
总的来说，氮化硅粉体燃烧合成法是一种重要的制备氮化硅材
料的方法，具有简单、易控制反应条件和广泛的应用领域等优点。
通过这种方法制备的氮化硅粉体材料在高温、耐腐蚀等方面具有突出的性能，对于满足特定工业领域的需求具有重要意义。
燃烧合成介绍
燃烧合成（combustion synthesis，简称CS）又称为自蔓延燃烧合成，是一种利用化学反应的自身放热使反应持续进行的合成方法。
该方法的历史可以追溯到前苏联科学家对火箭固体推进剂燃烧问题的探讨。
早在1967年，Merzhanov和Borovinskaya在研究Ti-B混合粉坯时就发现自蔓延燃烧现象，并提出自蔓延高温合成（self-propagating high- temperature synthesis，简称SHS）的概念[104]。
SHS 最大的特点是合成反应的自发热和自维持，在合成过程中不需要外部能源供给[104,105]。
采用SHS工艺可以合成陶瓷材料、金属基与陶瓷基复合材料、金属间化合物、梯度材料、高温超导等高技术结构材料与功能材料[106,107]。
此项新的合成技术一出现就受到各国的重视并列入各国高技术材料发展的规划中。
然而，SHS技术工艺可控性较差。
同时，由于燃烧温度一般高于2000 °C，合成的粉末粒度大，难以满足小粒径、大表面粉体材料合成的要求。
因此，研究人员将SHS技术与湿化学方法相结合，发展出了低温燃烧合成（1ow-temperature combustion synthesis，LCS）新技术。
相对于SHS工艺，LCS工艺中的燃烧温度大为降低，从而避免了产物的严重烧结。
LCS技术具有以下特点：(1) 起燃温度低，一般在120-350 °C。
(2) 反应自维持，合成时间短；(3) 反应产生的大量气体使产物具有疏松多孔的微观形貌；(4) 保留湿化学方法的优点，化学计量比准确，各组分间能达到分子或原子级均匀度；(5) 产物的烧成温度比传统固相反应有较大降低；(6) 合成所需设备简单，原材料成本低。
因此，LCS技术被广泛应用于各种氧化物粉体[108-112]，尤其是复合氧化物粉体材料的制备，例如各种固体氧化物燃料电池材料，BaTiO3、SrTiO3电子陶瓷，YBCO系高温超导体及多种其它功能陶瓷材料[113-116]。
溶液燃烧合成理论
溶液燃烧合成溶液燃烧合成的介绍1967年，原苏联科学院化学物理研究所Borovinskaya等人发现钛-硼混合物的自蔓延燃烧合成现象，称之为“固体火焰”。
60年代末，又发现了许多金属与非金属难熔化合物的燃烧合成现象，并首先将这种靠反应自身放热来合成材料的技术称为自蔓延高温合成法（Self-propagating High-temperature Synthesis,简称SHS）SHS技术是利用外部提供的能量诱发，使高温放热反应体系的局部发生化学反应，形成反应前沿燃烧波，此后化学反应在自身放出热量的支持下，继续向前行进，使邻近的物料发生化学反应，结果形成一个以一定速度蔓延的燃烧波，随着燃烧波的推进，原始混合物料转化为产物，待燃烧波蔓延至整个试样时，则合成了所需的材料。
SHS技术在合成过程中燃烧温度高，反应中温度梯度极大和燃烧波速度快。
工艺设备简单、能耗少，可获得高纯的合成产物。
但是SHS缺点是工艺可控性较差。
此外，由于燃烧温度一般高于2000℃，合成的粉末粒度较粗，一般不适用于复合氧化物的合成。
几年来，SHS与湿化学方法相结合，发展出主要用于合成金属氧化物的新工艺—低温燃烧合成工艺（low-temperature combustion synthesis ,LCS）。
由于自燃烧在很短时间内借助外界初始能量进行具有自蔓延性质的燃烧，大量的有机组成在短时间内迅速发生氧化=还原反应燃烧并以气体形式放出。
这些热量一方面促进各反应物之间的质量传输和扩散，有利于反应的进行，同时促进反应过程中生成的碳化物的分解；另一方面迅速传递给与反应物临近的未反应物，使其温度升高从而使得反应得以自维持，因此留下的固态产物必然具有大量孔洞。
LCS产物特有的多孔微结构的形貌特征，可形成比表面积高的超细氧化物粉。
它既保持了湿化学法中成分原子水平均匀混合的优势，又利用了反应体系自身的氧化还原反应燃烧着一SHS的特性，在数分钟内结束反应，直接得到所需的金属氧化物粉体。
自蔓延燃烧合成法
自蔓延燃烧合成法自蔓延燃烧合成法是一种制备材料的高效方法，具有反应快速、节能等优点。
本文将介绍自蔓延燃烧合成法的反应原理、燃烧模型、材料设计、工艺控制及应用研究等方面。
1.反应原理自蔓延燃烧合成法是一种利用化学反应放热，在极短时间内将原料加热至高温，实现材料制备的方法。
其基本原理是利用反应物的相互反应，产生大量的热量和化学能，从而在极短时间内将反应物加热至高温，实现材料的合成。
2.燃烧模型自蔓延燃烧合成法的燃烧过程可以分为三个阶段：诱导期、传播期和衰减期。
在诱导期，反应物吸收热量，开始分解；在传播期，反应物剧烈反应，放出大量热量，实现材料的合成；在衰减期，热量释放逐渐减少，反应逐渐停止。
3.材料设计自蔓延燃烧合成法可以用于制备各种材料，如金属、非金属、陶瓷等。
在材料设计方面，需要根据所需的材料性能和用途，选择合适的原料和配方。
同时，还需要考虑反应过程中的热量和化学能对材料性能的影响。
4.工艺控制自蔓延燃烧合成法的工艺控制是保证材料质量和性能的关键。
需要控制的因素包括反应温度、反应时间、压力、气氛等。
通过对这些因素进行精确控制，可以实现对材料结构和性能的精确调控。
5.应用研究自蔓延燃烧合成法在材料制备领域具有广泛的应用前景。
例如，可以利用该方法制备各种高性能陶瓷材料、金属基复合材料、梯度功能材料等。
此外，还可以利用该方法进行材料的改性和优化研究，为新材料的开发提供新的途径。
总之，自蔓延燃烧合成法是一种具有很大潜力的材料制备方法，可以实现对材料结构和性能的精确调控。
随着对该方法研究的深入，相信其在未来会有更广泛的应用前景。
聚合物的燃烧过程包括
聚合物的燃烧过程包括
燃烧是指物质在与氧气接触时产生放热反应的过程。
对于聚合物来说，其燃烧过程也是一个复杂而重要的反应链。
聚合物的燃烧过程包括热量释放、气体生成、灰烬生成等多个环节，下面将逐一介绍。
首先，在聚合物燃烧过程中，热量释放是一个明显的现象。
聚合物在燃烧时，其中的碳-碳键和碳-氢键会断裂，释放出大量的化学能，这些化学能以热的形式释放出来，导致燃烧现象伴随着明显的放热反应。
这也是为什么聚合物燃烧时会伴随着火焰和高温的原因之一。
其次，聚合物在燃烧过程中会产生大量气体。
当聚合物被加热到一定温度时，其中的化学键会断裂并与氧气反应，释放出气体。
这些气体可以包括二氧化碳、一氧化碳、水蒸气等，它们会贡献到燃烧时的火焰和燃烧产物。
此外，在聚合物燃烧过程中，还会生成灰烬。
当聚合物中的高分子链完全断裂时，其碳元素会残留下来形成灰烬。
这些灰烬通常是聚合物的不可燃残留物，可以提供有关燃烧前物质的信息。
综上所述，聚合物的燃烧过程包括热量释放、气体生成、灰烬生成等多个环节。
了解聚合物的燃烧过程有助于我们更好地理解其性质和应用。
在工业生产和日常生活中，对聚合物燃烧过程的认识有助于安全生产和应对火灾灾害。
希望通过本文的介绍，读者能对聚合物燃烧过程有更深入的了解。
1。
燃烧合成法制备纳米材料的研究
燃烧合成法制备纳米材料的研究随着科技的不断进步，纳米材料的应用也愈加广泛，比如在能源、环保、医疗等领域都有很多的应用。
燃烧合成法可以高效地制备纳米材料，已成为一种备受关注的制备方法。
一、燃烧合成法的基本原理燃烧合成法是利用化学反应中的热释放和摩尔反应的高压、高温条件，在瞬时的火焰反应中制备产品。
在硝酸铵、氨基酸和氢氧化物等化合物作为燃烧的燃料时，反应速度会比其他化合物快，可以使反应物在非常短暂的时间内发生反应，形成纳米材料。
二、燃烧合成法的优势1、高效燃烧合成法的反应时间非常短，可以在一瞬间内完成反应，从而大大提高了反应速度和效率；2、简单相比于其他制备方法，燃烧合成法不需要精密的实验设备和条件，非常容易进行实验；3、控制性强燃烧合成法可以通过调节反应的燃料比例、反应温度和离子起始浓度等因素来调控纳米材料的粒径、形态和结构。
三、燃烧合成法在纳米材料制备中的应用1、氧化物纳米材料制备燃烧合成法可以制备氧化铁、氧化锰、氧化锆等金属氧化物纳米材料，这些纳米氧化物材料在降解有机污染物、催化剂和光学材料等领域具有广泛的应用。
2、硫化物纳米材料制备燃烧合成法还可以制备二硫化钼、二硫化钨等硫化物纳米材料，这些材料在电子器件、催化剂等领域有很广泛的应用。
3、金属纳米材料制备燃烧合成法还可以制备金属纳米材料，比如纳米铜、纳米铁等，这些纳米金属材料在电化学传感器、催化剂和生物分子探测等领域有着广泛的应用。
四、燃烧合成法发展趋势随着纳米材料在现代产业中的应用愈加广泛，燃烧合成法在制备纳米材料方面的应用前景也变得越来越广阔。
未来，燃烧合成法将会使用更多的燃料和反应体系，如化学还原法和水热法等，以及更多的原料，实现纳米材料的高效、可控制备，以促进其在新材料领域的应用。
燃烧合成法制备纳米材料的研究对于纳米材料的发展具有重要意义。
它的快速、简单、控制性强等特点使其成为一种备受关注的制备方法。
未来，燃烧合成法有望在纳米材料制备领域发挥更重要的作用，推动纳米材料的应用。
溶液燃烧合成及应用
溶液燃烧合成及应用溶液燃烧合成是一种化学合成方法，它利用溶液中的化学反应来合成所需的产物。
溶液燃烧合成具有高效、低成本、环保等优点，并且在许多领域中得到了广泛应用。
溶液燃烧合成的原理是将反应物溶解在适量的溶剂中形成溶液，然后进行加热或者其他的外部激发条件。
在这样的条件下，反应物会发生燃烧反应，生成所需的产物。
溶液燃烧合成可以分为两个过程：起燃和燃烧。
在起燃过程中，外部激发条件使混合物中的某一组分起燃，形成火焰；在燃烧过程中，其他的反应物分子在火焰中催化，进一步发生氧化反应，生成所需的产物。
溶液燃烧合成在多个领域中都有应用。
首先是材料科学领域。
溶液燃烧合成可以用于制备各种无机、有机材料，如金属氧化物、金属纳米颗粒、有机小分子等。
由于合成过程在燃烧火焰中进行，产物的结构可以得到良好的控制，从而实现精细调控。
此外，溶液燃烧合成还可以制备复合材料，例如二维材料和无机有机复合材料。
其次，溶液燃烧合成在能源领域也有广泛应用。
溶液燃烧合成可以用于制备燃料电池的催化剂，如贵金属纳米颗粒。
在催化剂的合成中，粒径和形态的控制对于其催化性能至关重要。
溶液燃烧合成具有高产率、单分散性和可控性的特点，可以制备出高质量的催化剂。
此外，溶液燃烧合成在环境保护领域也有应用。
溶液燃烧合成可以用于废物处理或者废物资源化。
例如，废物中含有有害物质可以通过溶液燃烧合成转化成无害的产物。
此外，溶液燃烧合成还可以用于废物中有用物质的回收利用。
以电子废物为例，通过溶液燃烧合成可以将其中的金属等高价值材料提取出来并重新利用。
总之，溶液燃烧合成是一种高效、低成本、环保的化学合成方法，在材料科学、能源领域和环境保护等方面有着广泛应用。
通过溶液燃烧合成可以制备各种材料，如金属氧化物、金属纳米颗粒、有机小分子等。
它还可以制备催化剂，用于燃料电池等能源领域。
此外，溶液燃烧合成还可以用于废物处理和资源回收利用，有着重要的环境保护意义。
燃烧合成法三
第四章 燃烧法合成粉末
4.1 TiC粉末的合成
采用钛粉，炭黑和稀 释剂（ TiC 残留）为反应 混合料，反应器中装入 20Kg 左 右 的 炉 料 ， 合 成 前抽真空，用钨丝通电点 燃反应物，合成过程中排 除多余气体，合成后继续 抽真空，起辅助净化作用 。
图5-2
第四章 燃烧法合成粉末
4.2 SiC粉体的合成 a）Mg热还原法 SiO2(s)+C(s)+2Mg(s,l)→SiC(s)+2MgO(s)
第五章 SHS致密化技术
SHS 致密化技术是 SHS 领域的一个重要组成部 分，是新的材料技术，是利用SHS过程自身的放 热来实现烧结致密化，主要有两类： (1) SHS烧结：依靠SHS过程产生的高温下自身 的固相或者液相传质来进行烧结，有时候也依靠 气体的压力来促进致密化； (2) SHS致密化：SHS过程中产物处于炽热塑性 状态下借助外部载荷，静载或动载甚至爆炸冲击 载荷来实现致密化，有时也借助于高压惰性气氛 来促进致密化。
in
其中
P
P0 D 8 fd [1 exp( )] 8 fd D
D，d为圆柱直径和高度，分别为剪切和膨胀粘度，P0 为压力f为摩擦系数，p为相对密度
反应开始温度受Mg粉粒度大小的控制，用细 Mg 粉能使反应在低于 Mg 的熔点的温度下引燃， 整个反应绝热温度T=2514K。
第四章 燃烧法合成粉末
b）氮气助燃烧法
以 0.01μm 的 Si 粉 和 0.021μm 的 C 粉 为 原 料 ， 以 C:Si=1 摩尔比进行配比 ， 采 用 Si3N4 球 为 磨 球 ， 混匀以后压成15-20%理论 密 度 的 柱 状 坯 体 （ Φ26mm × 30mm ） ， 在 11.5MPa 的 N2 气氛下室温 点燃。
1低温燃烧合成工艺的应用
1低温燃烧合成工艺的应用
低温燃烧合成工艺是一种新型的材料制备技术，具有高效、简便、高品质、低成本等优点。
其应用领域非常广泛，包括以下几个方面：
1.1 无机功能材料的合成：低温燃烧合成工艺能够制备出各种金属氧化物、钙钛矿等无机功能材料，这些材料用于光催化、电催化、气敏、磁性材料等领域具有广泛的应用前景。
1.2 碳及碳复合材料的制备：低温燃烧合成工艺可以合成金属-碳、氧化物-碳等碳复合材料，这些材料可应用于储能材料、导电材料、催化剂载体、传感器等领域。
1.3 功能有机材料的制备：低温燃烧合成工艺可制备出具有不同功能的有机多孔材料、金属有机框架材料等，这些材料可应用于催化、分离、吸附等领域。
1.4 生物医学材料的制备：低温燃烧合成工艺可以合成出纳米级别的生物医用金属氧化物、碳化物、氮化物等材料，这些材料有着广泛的生物医学应用，如生物成像、药物传递等。
综上所述，低温燃烧合成工艺的应用范围非常广泛，在材料制备领域具有广阔的发展前景。
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燃烧合成（combustion synthesis，简称CS）又称为自蔓延燃烧合成，是一种利用化学反应的自身放热使反应持续进行的合成方法。
该方法的历史可以追溯到前苏联科学家对火箭固体推进剂燃烧问题的探讨。
早在1967年，Merzhanov和Borovinskaya在研究Ti-B混合粉坯时就发现自蔓延燃烧现象，并提出自蔓延高温合成（self-propagating high- temperature synthesis，简称SHS）的概念[104]。
SHS 最大的特点是合成反应的自发热和自维持，在合成过程中不需要外部能源供给[104,105]。
采用SHS工艺可以合成陶瓷材料、金属基与陶瓷基复合材料、金属间化合物、梯度材料、高温超导等高技术结构材料与功能材料[106,107]。
此项新的合成技术一出现就受到各国的重视并列入各国高技术材料发展的规划中。
然而，SHS技术工艺可控性较差。
同时，由于燃烧温度一般高于2000 °C，合成的粉末粒度大，难以满足小粒径、大表面粉体材料合成的要求。
因此，研究人员将SHS技术与湿化学方法相结合，发展出了低温燃烧合成（1ow-temperature combustion synthesis，LCS）新技术。
相对于SHS工艺，LCS工艺中的燃烧温度大为降低，从而避免了产物的严重烧结。
LCS技术具有以下特点：(1) 起燃温度低，一般在120-350 °C。
(2) 反应自维持，合成时间短；(3) 反应产生的大量气体使产物具有疏松多孔的微观形貌；(4) 保留湿化学方法的优点，化学计量比准确，各组分间能达到分子或原子级均匀度；(5) 产物的烧成温度比传统固相反应有较大降低；(6) 合成所需设备简单，原材料成本低。
因此，LCS技术被广泛应用于各种氧化物粉体[108-112]，尤其是复合氧化物粉体材料的制备，例如各种固体氧化物燃料电池材料，BaTiO3、SrTiO3电子陶瓷，YBCO系高温超导体及多种其它功能陶瓷材料[113-116]。
燃烧合成中的燃烧反应本质上是一个氧化-还原反应。
通常选取金属硝酸盐作氧化剂，有机物作还原剂（燃料）。
金属硝酸盐在充当氧化剂的同时，还提供目标产物所需的金属离子。
此外，硝酸盐还保证了金属粒子的良好溶解性。
燃料的选取一般有两个要求。
一是要求燃料与硝酸盐所发生的燃烧反应比较温和，产生气体无毒。
二是选取的燃料最好对金属离子有络合作用，因为络合剂可以增加金属离子的溶解性，并阻止在前驱体溶液中金属盐的结晶析出。
燃烧合成所需氧化剂和还原剂（燃料）的量可根据推进剂化学原理进行计算。
Jain等[117]提出了一种计算氧化剂和还原剂比例的简单方法，即分别计算两者的总还原价和总氧化价，按照总还原价和总氧化价相等的原则来确定它们的化学计量比。
当燃料/硝酸盐的比例少于化学计量比时，燃烧反应称为“贫燃反应”。
当燃料/硝酸盐的比例高于化学计量比时，称为“富燃反应”。
为了保证目标产物的化学组成和燃烧反应的完全，有时需额外添加一定量的氧化剂。
硝酸铵是常用的一种氧化剂。
例如，在合成钛酸钡时，加柠檬酸的同时需要加入适量硝酸铵，既保证了Ba2+、Ti4+有足够的络合剂，又避免过量有机物燃烧不完全。
另外，空气中的氧气也可作辅助氧化剂。
燃烧火焰的温度可以用下式进行估计：
T f= T0 +
p p
r C H
H∆
-
∆
(3-1)
式中∆H r和∆H p分别是反应物和产物的生成焓，T0为298 K，C p是产物的热容。
这样估算出的温度是假设燃烧过程是一个绝热过程。
然而，大多数燃烧合成并不满足绝热反应条件，因此实际测得的火焰温度比计算值要低许多。
燃烧反应的机理相当复杂，影响燃烧反应的因素包括燃料的类型、燃料与氧化剂的比率、引燃方式、引燃温度、添加剂的使用、前驱体混合物的含水量等。
燃烧反应通常在马弗炉或热板上进行，也有采用微波方式引燃反应的报道[118,119]。
根据所用原料和前躯体的状态不同，可以大致将低温燃烧合成分为两大类。
一类是将金属硝酸盐和燃料混合，直接加热到其引燃温度，混合物发生沸腾、浓缩、起泡并发生燃烧。
这类燃烧合成通常采用的有机物有羧酸、羧酸盐、尿素及肼类含氮有机物等，其中最常用的燃料是尿素。
该方法是Patil等人最早在上世纪80年代末期使用的，现已成功用于合成多种复合氧化物[120]。
另一类是金属粒子和燃料之间混合后生成了溶胶，加热溶胶失水变为凝胶，继续加热至其引燃温度发生燃烧。
燃料通常选用柠檬酸、甘氨酸、乙二胺四乙酸、醋酸以及硬脂酸等，其中柠檬酸最常用。
在最近的几年中，LCS已开始应用于催化剂的制备，并取得了良好的效果。
Patil小组采用LCS方法制备了α-Al2O3材料，颗粒大小为7-10 nm，并将其用作CO氧化和NO还原催化剂的载体[121]。
该α-Al2O3材料还被用作CH4和C3H8氧化催化剂的载体[122]。
他们还制备了1-2 nm的CeO2，研究了负载的Pd、Pt等金属与CeO2的相互作用对NO还原、CO及烷烃氧化的影响[123]。
此外，还采用LCS 方法合成了Ce1-x Pt x O y用于H2的室温燃烧[124]。
Kiminami等采用微波引发的LCS 制备了19 nm大小的Al2O3，用作催化剂的载体[118]。
Mimani和Quenard[125,126]也分别制备了纳米氧化物用作催化剂或催化剂载体。
Avgouropoulos小组采用尿素作还原剂制备了一系列铜基催化剂用于CO的选择性氧化和甲醇的水蒸气重整[127-130]。
他们主要考察了尿素的用量对催化剂物理化学性能及催化性能的影响。
Zhang等[131]采用燃烧法和其他传统方法制备出了Ce0.6Zr0.4O2，将其用于柴油发动机中可溶性有机物的催化氧化。
结果表明，燃烧法制备的催化剂性能最好。
本章分别采用尿素、甘氨酸和柠檬酸作燃料，硝酸盐作氧化剂，制备了CuO-ZnO-ZrO2复合氧化物，并且将其用于催化CO2加氢合成甲醇。
重点研究了燃料与氧化剂比例对所制备催化剂性能的影响，对引燃方式和引燃温度等制备条件也进行了考察。
对燃烧反应进行了热力学分析，采用TG-DTA技术记录了其燃烧行为。
采用XRD，BET，SEM，H2-TPR和反应N2O化学吸附等技术对催化剂进行了表征并对其催化性能进行了评价，详细讨论了催化剂的构效关系。
比较
和讨论了三种燃料对催化剂性能的影响，比较和讨论了燃烧法与传统的共沉淀法制备的催化剂性能的差异。
3.2 尿素燃烧法制备CuO-ZnO-ZrO2催化剂的性能
尿素别名碳酰二胺，其分子中含有一个羰基和两个氨基。
可作还原剂，遇强氧化物易发生氧化还原反应。
由于尿素简单易得，价格低廉，相对于其它致癌性的肼类含氮物而言危害小，同时还有较高的放热性。
因此，尿素是燃烧法最常用的一种燃料[132]。
3.2.1 CuO-ZnO-ZrO2催化剂的制备、表征及活性评价
称取分析纯的Cu(NO3)2·3H2O、Zn(NO3)2·6H2O和Zr(NO3)4·5H2O于蒸发皿中，加入少量去离子水使其溶解，溶液中Cu2+、Zn2+及Zr4+的摩尔数比为5:2:3。
在持续搅拌下，将尿素的水溶液缓缓加入上述硝酸盐溶液中。
获得的混合液在超声器（频率为47 kHz，功率为30 W）中超声0.5 h，生成浅蓝色浆状物质。
然后，将蒸发皿转移到已预热至300 °C的马弗炉中。
浆状物开始沸腾、起泡然后迅速燃烧，同时放出大量气体。
1-2 min后，燃烧结束，生成疏松多孔的灰黑色块状物。
为确保少量未完全反应的尿素、硝酸盐或中间产物分解，产物进一步在400 °C 焙烧3 h。
为了考察尿素量对催化剂性能的影响，尿素的加入量为化学计量比的150%-40%，制备的催化剂分别表示为150-CZZ、125-CZZ、100-CZZ、75-CZZ、50-CZZ及40-CZZ。