自蔓延法制备陶瓷粉体
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Ref. 4 Materials Chemistry and Physics 109 (2008), pp. 500–505 India
六、溶胶凝胶自燃烧合成PZT
图 10 预烧和烧结过的PZT粉体的XRD图谱
六、溶胶凝胶自燃烧合成PZT
图 11 a) TEM b) SAED c) AFM 500度煅烧的PZT纳米粉
五、SHS 合成铜铟鎵锡细粉
c
d
图 8 两种自蔓延方式合成的CIGS断面扫描电镜图 a), b) 通电加热的钨丝点燃自蔓延合成；c), d) “化学炉”自蔓延方式燃烧合成 Ref. 3 武汉理工大学硕士毕业论文 周其刚
六、溶胶凝胶自燃烧合成PZT
PZT 的制备过程
图 9 溶胶凝胶自蔓延制备PZT的实验过程
其主要特征是反应只需局部点火引发燃烧波，并使其在原料中传播以实现 系統的合成过程。
一、自蔓延燃烧技术的原理
SHS 技术是基于放热化学反应的基本原理，利用外部能量诱 发局部化学反应（点燃），形成化学反应前沿（燃烧波），
此后，化学反应在自身放热的支援下继续进行，表现为燃烧
波蔓延至整个体系，最后合成所需的材料。
三、自蔓延的反应形式
(1) 直接合成法
直接合成法是两种或两种以上反应物发生反应直接合成产物， 而无需中间反应。但该方法一般需要特制的反应器，设备复 杂，多用於粉末冶金领域中制取难熔的金属化合物和金属基 陶瓷等。
(2) Mg热和Al热合成法
Mg热和Al热合成法是采用活泼金属首先把金属或非金属元素从其
点火电极
已反应区 燃烧区 预热区 未反应区
图 1 SHS反应过程示意图
二、自蔓延技术制备陶瓷粉体
通过化学反应自身放热维持反应进行 产品纯度高，产品转化率接近100%
自备 蔓陶 延瓷 燃粉 烧体 技的 术特 制点
产物中缺陷和非平衡相相对集中，粉体更易烧结
可制备非化学计量比的产品、亚稳相和中间产物
反应时间短、节约能源 所需设备、工艺简单 反应污染小
Ref. 5 Ceramics International, 35 (2009), 2899–2905 Iwk.baidu.coman
七、溶胶凝胶自燃烧合成PMN-PT
图 14 不同温度煅烧的PMN-PT粉体的XRD
图 15 800度煅烧的PMN-PT粉体TEM
八、应用自蔓延法进行生产的企业
氮化硅粉体主要性能指标 N≥38% , O≤1.6% , Fe≤0.2%， C≤0.1%，
Ref. 2 稀有金属材料与工程, 2007, vol. 36, suppl. 2, pp. 20-23
五、SHS 合成铜铟鎵锡细粉
Cu(In,Ga)Se2是一种直接带隙材料，光吸收系数高达105 cm-1 数量级，光电转换效率高，所以CIGS作为太阳能电池的吸收 层材料受到越来越多的重视。 高压反应炉
温度采集系统
真空系统 实时图像摄录系统 SHS
系 统
加压装置
预热加热装置 点火装置
图 4 自蔓延高温合成设备示意图
五、SHS 合成铜铟鎵锡细粉
图 5 自蔓延法合成 CIGS 的过程
图 6 卧式快干自蔓延高温反应釜 大连通产高压釜容器制造有限公司
利用化学炉制备铜铟鎵锡
a
b c d
图 7 化学炉装置示意图 a) 钨丝 b) Cr2O3-Al-C 混合粉 c) CIGS 反应物 d) 石墨纸 “化学炉”方式是自蔓延烧结中常用的一种手段，Cr2O3-AI-C体系先将预制 块包裹起来，先引燃外围体系发生自蔓延反应放出应放出热量给内部体系加 热引燃的 CIGS 坯体，Cr2O3-AI-C 自蔓延体系放热量大，最高温度可达 1670℃，反应发生后散热速度慢，可以在较高温度维持一段时间，以加快内 部体系各反应物的扩散速度。
氮化铝粉体 福建施诺瑞新 材料有限公司
纯度
含氮量 >33.0wt.% 氧含量在1.0wt.%以下
粉体粒度分布 曲线
八、应用自蔓延法进行生产的企业
化学成分 TiC纯度: ≥99%。 粒度范围为1~30um
碳化钛 Ti :81.0~80.1 游C :0.040~0.032 O :0.042~0.300 总C: 19.5~18.8
无锡威孚吉大新材料 应用开发有限公司
元素含量wt%
八、应用自蔓延法进行生产的企业
化学成分 TiC纯度: ≥99% 粒度范围为 1 30m
自蔓延高温法制备陶瓷粉体
自蔓延高温合成 SHS
自蔓延高温合成技术（ Self-propagating High-temperature Synthesis SHS ）或燃烧合成（ Combustion Synthesis CS ） , 是依靠反应自身化能放
热来合成材料的新技术。
它 最 大 的 特点 是 除 引 燃外 无 需 外 部热 源 ， 效 率高 。
图 12 不同温度的 PZT陶瓷SEM 图像
六、溶胶凝胶自燃烧合成PZT
图 13 a) 介电温谱 b) 介电损耗随温度的变化曲线 表 1 PZT 陶瓷的性能参数
合成温度/度 PbZr0.52Ti0.48O3 500 介电损耗 0.0032 相对介电常数 332 居里温度/度 375
七、溶胶凝胶自燃烧合成PMN-PT
(2 x)Zr (1 x)Si B4C 2ZrB2 (1 x)SiC xZrC
制备过程 原材料混合 压制成型 机械破碎 红外加热引燃
自蔓延高温合成
得到陶瓷粉体
五、SHS 合成超高温陶瓷
图 3 自蔓延反应合成的活性粉体的XRD 由自蔓延反应生成的 ZrB2-SiC-ZrC 粉的XRD图谱如图3所见。虽然反应在空 气中进行，但是生成的物相除了ZrB2，SiC及ZrC相外并没有氧化物的相生成。
氮化硅粉(β相)
博鸣凯股份氮/硼 化物工厂
氮化钛
氮化钛粉体主要性能指标 N≥21% , O≤1.0% , Fe≤0.2%
氮化铝粉体主要性能指标 N≥33% , O≤1.2% , Fe≤1.2%， C≤0.05 % ，Si≤500 ppm ， Ca≤100 ppm 氮化铝
北京钢铁研究院、清华大学及武汉大学的附属研究机构
热，直到燃烧反应自动发生。
(2) 局部加热法
局部点火法是利用热辐射、金属线圈、雷射诱导、电火花、 化学炉、电热、微波等高能量进行点火，一旦点燃，反应就 以波的方式持續续传播。
五、SHS 合成超高温陶瓷
上硅所用SHS合成超高温陶瓷ZrB2-SiC-ZrC活性粉体
超高温陶瓷（ UHTCS ）是在1800 度以上使用，具有3000 度左 右熔点及高温抗氧化性和热震性的过渡金属的硼化物、碳化物 和氮化物。 发生的化学反应
氧化物中还原出來，之后通过还原出的元素之间的相互反应來合
成所需的化合物。
Ref. 1 中国陶瓷 vol. 40, No. 1, pp. 28-31 上硅所
四、SHS 合成技术的点火方法
SHS 合成技术的点火方法可分为整体加热法和局部加热法 (1) 整体加热法
整体加热是将整个反应物以恒定的加热速度在炉內加
二、自蔓延技术制备陶瓷粉体
SHS 制备陶瓷粉体的工艺及影响因素
原材料制备 压制成型 预热 点火引燃 得到陶瓷粉体
自蔓延高温合成
机械破碎
图 2 SHS 制备陶瓷粉体的工艺流程图
混合反应物時，粉料颗粒的大 小、形状等直接影响燃烧反应 影响燃烧反 应的因素 对反应物进行加压时，压实密度将 影响整个燃烧过程燃烧波的稳定性
六、溶胶凝胶自燃烧合成PZT
图 10 预烧和烧结过的PZT粉体的XRD图谱
六、溶胶凝胶自燃烧合成PZT
图 11 a) TEM b) SAED c) AFM 500度煅烧的PZT纳米粉
五、SHS 合成铜铟鎵锡细粉
c
d
图 8 两种自蔓延方式合成的CIGS断面扫描电镜图 a), b) 通电加热的钨丝点燃自蔓延合成；c), d) “化学炉”自蔓延方式燃烧合成 Ref. 3 武汉理工大学硕士毕业论文 周其刚
六、溶胶凝胶自燃烧合成PZT
PZT 的制备过程
图 9 溶胶凝胶自蔓延制备PZT的实验过程
其主要特征是反应只需局部点火引发燃烧波，并使其在原料中传播以实现 系統的合成过程。
一、自蔓延燃烧技术的原理
SHS 技术是基于放热化学反应的基本原理，利用外部能量诱 发局部化学反应（点燃），形成化学反应前沿（燃烧波），
此后，化学反应在自身放热的支援下继续进行，表现为燃烧
波蔓延至整个体系，最后合成所需的材料。
三、自蔓延的反应形式
(1) 直接合成法
直接合成法是两种或两种以上反应物发生反应直接合成产物， 而无需中间反应。但该方法一般需要特制的反应器，设备复 杂，多用於粉末冶金领域中制取难熔的金属化合物和金属基 陶瓷等。
(2) Mg热和Al热合成法
Mg热和Al热合成法是采用活泼金属首先把金属或非金属元素从其
点火电极
已反应区 燃烧区 预热区 未反应区
图 1 SHS反应过程示意图
二、自蔓延技术制备陶瓷粉体
通过化学反应自身放热维持反应进行 产品纯度高，产品转化率接近100%
自备 蔓陶 延瓷 燃粉 烧体 技的 术特 制点
产物中缺陷和非平衡相相对集中，粉体更易烧结
可制备非化学计量比的产品、亚稳相和中间产物
反应时间短、节约能源 所需设备、工艺简单 反应污染小
Ref. 5 Ceramics International, 35 (2009), 2899–2905 Iwk.baidu.coman
七、溶胶凝胶自燃烧合成PMN-PT
图 14 不同温度煅烧的PMN-PT粉体的XRD
图 15 800度煅烧的PMN-PT粉体TEM
八、应用自蔓延法进行生产的企业
氮化硅粉体主要性能指标 N≥38% , O≤1.6% , Fe≤0.2%， C≤0.1%，
Ref. 2 稀有金属材料与工程, 2007, vol. 36, suppl. 2, pp. 20-23
五、SHS 合成铜铟鎵锡细粉
Cu(In,Ga)Se2是一种直接带隙材料，光吸收系数高达105 cm-1 数量级，光电转换效率高，所以CIGS作为太阳能电池的吸收 层材料受到越来越多的重视。 高压反应炉
温度采集系统
真空系统 实时图像摄录系统 SHS
系 统
加压装置
预热加热装置 点火装置
图 4 自蔓延高温合成设备示意图
五、SHS 合成铜铟鎵锡细粉
图 5 自蔓延法合成 CIGS 的过程
图 6 卧式快干自蔓延高温反应釜 大连通产高压釜容器制造有限公司
利用化学炉制备铜铟鎵锡
a
b c d
图 7 化学炉装置示意图 a) 钨丝 b) Cr2O3-Al-C 混合粉 c) CIGS 反应物 d) 石墨纸 “化学炉”方式是自蔓延烧结中常用的一种手段，Cr2O3-AI-C体系先将预制 块包裹起来，先引燃外围体系发生自蔓延反应放出应放出热量给内部体系加 热引燃的 CIGS 坯体，Cr2O3-AI-C 自蔓延体系放热量大，最高温度可达 1670℃，反应发生后散热速度慢，可以在较高温度维持一段时间，以加快内 部体系各反应物的扩散速度。
氮化铝粉体 福建施诺瑞新 材料有限公司
纯度
含氮量 >33.0wt.% 氧含量在1.0wt.%以下
粉体粒度分布 曲线
八、应用自蔓延法进行生产的企业
化学成分 TiC纯度: ≥99%。 粒度范围为1~30um
碳化钛 Ti :81.0~80.1 游C :0.040~0.032 O :0.042~0.300 总C: 19.5~18.8
无锡威孚吉大新材料 应用开发有限公司
元素含量wt%
八、应用自蔓延法进行生产的企业
化学成分 TiC纯度: ≥99% 粒度范围为 1 30m
自蔓延高温法制备陶瓷粉体
自蔓延高温合成 SHS
自蔓延高温合成技术（ Self-propagating High-temperature Synthesis SHS ）或燃烧合成（ Combustion Synthesis CS ） , 是依靠反应自身化能放
热来合成材料的新技术。
它 最 大 的 特点 是 除 引 燃外 无 需 外 部热 源 ， 效 率高 。
图 12 不同温度的 PZT陶瓷SEM 图像
六、溶胶凝胶自燃烧合成PZT
图 13 a) 介电温谱 b) 介电损耗随温度的变化曲线 表 1 PZT 陶瓷的性能参数
合成温度/度 PbZr0.52Ti0.48O3 500 介电损耗 0.0032 相对介电常数 332 居里温度/度 375
七、溶胶凝胶自燃烧合成PMN-PT
(2 x)Zr (1 x)Si B4C 2ZrB2 (1 x)SiC xZrC
制备过程 原材料混合 压制成型 机械破碎 红外加热引燃
自蔓延高温合成
得到陶瓷粉体
五、SHS 合成超高温陶瓷
图 3 自蔓延反应合成的活性粉体的XRD 由自蔓延反应生成的 ZrB2-SiC-ZrC 粉的XRD图谱如图3所见。虽然反应在空 气中进行，但是生成的物相除了ZrB2，SiC及ZrC相外并没有氧化物的相生成。
氮化硅粉(β相)
博鸣凯股份氮/硼 化物工厂
氮化钛
氮化钛粉体主要性能指标 N≥21% , O≤1.0% , Fe≤0.2%
氮化铝粉体主要性能指标 N≥33% , O≤1.2% , Fe≤1.2%， C≤0.05 % ，Si≤500 ppm ， Ca≤100 ppm 氮化铝
北京钢铁研究院、清华大学及武汉大学的附属研究机构
热，直到燃烧反应自动发生。
(2) 局部加热法
局部点火法是利用热辐射、金属线圈、雷射诱导、电火花、 化学炉、电热、微波等高能量进行点火，一旦点燃，反应就 以波的方式持續续传播。
五、SHS 合成超高温陶瓷
上硅所用SHS合成超高温陶瓷ZrB2-SiC-ZrC活性粉体
超高温陶瓷（ UHTCS ）是在1800 度以上使用，具有3000 度左 右熔点及高温抗氧化性和热震性的过渡金属的硼化物、碳化物 和氮化物。 发生的化学反应
氧化物中还原出來，之后通过还原出的元素之间的相互反应來合
成所需的化合物。
Ref. 1 中国陶瓷 vol. 40, No. 1, pp. 28-31 上硅所
四、SHS 合成技术的点火方法
SHS 合成技术的点火方法可分为整体加热法和局部加热法 (1) 整体加热法
整体加热是将整个反应物以恒定的加热速度在炉內加
二、自蔓延技术制备陶瓷粉体
SHS 制备陶瓷粉体的工艺及影响因素
原材料制备 压制成型 预热 点火引燃 得到陶瓷粉体
自蔓延高温合成
机械破碎
图 2 SHS 制备陶瓷粉体的工艺流程图
混合反应物時，粉料颗粒的大 小、形状等直接影响燃烧反应 影响燃烧反 应的因素 对反应物进行加压时，压实密度将 影响整个燃烧过程燃烧波的稳定性