SHS自蔓燃陶瓷复合管的技术应用
离心自蔓燃法制取陶瓷衬管所用原料的配方
离心自蔓燃法制取陶瓷衬管所用原料的配方简介离心自蔓燃法（Centrifugal Self-Propagating High-temperature Synthesis，CSHS）是一种新型的合成方法，可用于制备陶瓷衬管。
该方法具有高效、快速和低成本的特点，被广泛应用于陶瓷材料的生产。
本文将详细介绍使用离心自蔓燃法制取陶瓷衬管所需的原料配方。
陶瓷衬管的应用陶瓷衬管是一种用于抵御高温、高压和腐蚀的管道内衬材料。
它主要用于化工、石油、冶金等行业的管道输送系统中，能够有效地保护管道免受腐蚀、磨损和热膨胀的影响。
离心自蔓燃法原料选择的重要性离心自蔓燃法是一种特殊的快速反应合成方法，需要选择适合的原料配方来保证合成陶瓷衬管的质量和性能。
主要考虑以下几个因素：1. 原料的化学活性在离心自蔓燃法中，原料必须具有较高的化学活性，以促进反应的快速进行。
常用的原料有金属粉末、氧化物粉末等。
金属粉末可以提供燃料和还原剂，氧化物粉末可以提供氧化剂。
2. 原料的粒径和分布原料的粒径和分布对反应速率和产物的性能有重要影响。
较细的粉末可提高反应速率，但容易聚集和堵塞离心机构。
因此，适当选择合适粒度的原料，控制其分布，可以得到更均匀和稳定的陶瓷衬管。
3. 原料的配比合理的原料配比是确保反应能够正常进行的关键。
配比过高或过低都会影响反应的完整性和产物的性能。
需要根据具体的陶瓷衬管要求，选择合适的原料配比。
陶瓷衬管原料配方的建议根据离心自蔓燃法制备陶瓷衬管的要求，建议采用以下原料配方：1. 材料A•氧化铝粉末：60%•镁粉末：20%•硅粉末：20%2. 材料B•氧化铝粉末：30%•铝粉末：30%•氧化镁粉末：40%3. 材料C•氧化铝粉末：40%•镁粉末：40%•氧化镁粉末：20%制备方法制备陶瓷衬管的具体方法如下：1. 准备原料按照上述配方准备所需的原料，并进行粉末筛选和均匀混合，以获得均一的混合粉末。
2. 加工瓷膏将混合原料粉末与适量的有机胶粘剂和溶剂混合，并进行机械搅拌和高速剪切，制备成均匀的瓷膏。
毕业设计(论文)-添加剂对自蔓延陶瓷复合管性能的影响[管理资料]
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添加剂对自蔓延陶瓷复合管性能的影响摘要自蔓延高温合成法(SHS)，它是利用化学反应的剧烈发热来制取高熔点化合物，尤其是难熔材料、复合材料、功能材料和耐磨材料的新技术。
SHS技术具有能耗低、工艺设备简单、产品质量好等优点，是目前一种很有希望的制造材料的技术。
本文系统研究了静态SHS法制备陶瓷内衬复合管，在铝热反应基础上，通过反应物料的不同配比、以及加入不同的添加剂，目的增加陶瓷的韧性，提高陶瓷内衬管陶瓷的致密性。
以获得优质的陶瓷内衬复合管。
试验中探讨了装料密度对陶瓷内衬管质量的影响，结果表明，~，陶瓷内衬管的陶瓷层气孔较少，燃烧稳定。
通过实验，在装料密度一定的情况下，加入4%的稀土，可以使陶瓷层的致密性提高；，可以提加入4%的石英砂，可以提高陶瓷复合管的致密性、抗热震性。
加入4%的SiO2高陶瓷复合管的致密性和韧性。
关键词：自蔓延，高温合成，添加剂，内衬复合管STATIC SELF-PROPAGAING CERAMIC COMPOSITECONTROL STUDY PREPAREDABSTRACTSelf-propagating high temperature synthesis (SHS), it is the use of a chemical reaction to the intense heat from high melting point compound system, in particular, refractory materials, composite materials, functional materials and wear-resistant materials, new technologies. SHS technology and low consumption, simple process equipment, product quality, etc., is a promising technology to create materials.In this paper, the static system prepared by SHS ceramic-lined pipes in the thermal reaction of aluminum on the basis of different materials through the reaction ratio, and the addition of different additives, the purpose of increasing the toughness of ceramics, ceramic-lined pipe to increase the density of ceramic . To obtain high-quality ceramic-lined pipes.Loading tests of the density of the ceramic-lined pipe quality, results show that the loading density of ~ , the ceramic-lined tube of the ceramic layer porosity less stable combustion.Through the experiment, the loading density in certain circumstances, adding 4% of rare earth, can make a dense ceramic layer increased; adding 4% of quartz sand, ceramic composite pipe can increase the density, thermal shock resistance. Adding 4% of SiO2, can improve the densification of ceramic composite pipe and toughness.KEY WORDS: self-propagating, high-temperature synthesis, additives, lined composite pipe目录摘要 (1)ABSTRACT (2)目录 (3)前言 (5)第1章自蔓延高温合成技术 (6)§ 自蔓延高温合成（SHS）技术简介 (7)§ 自蔓延高温合成(SHS)技术条件 (7)§ 自蔓延高温合成(SHS)的点燃方法 (7)§ 自蔓延高温合成热力学 (8)§ SHS技术在陶瓷内衬复合管中的应用 (8)§ 自蔓延高温合成(SHS)应用及优缺点 (8)§ 耐磨管使用现状 (9)§重力分离制备陶瓷复合钢管 (10)§ 课题意义和研究内容 (11)第2章试验过程 (12)§试验材料 (13)§ 试验流程 (13)§ 试验依据 (13)§ 试验工艺流程图 (14)§ 热震性试验 (14)第3章试验结果 (15)§ 添加剂试验 (16)§ 装填密度试验 (16)§ 添加剂稀土试验 (17)§ 金相相图 (17)第4章试验分析 (20)§ 添加剂的影响 (20)§ 添加剂对铝热反应速度的影响 (20)§ 添加剂对组织的影响 (21)§ 装料密度对陶瓷层的影响 (21)§ 钢管直径大小对陶瓷层的影响 (22)结论 (22)致谢 (23)参考文献 (24)中文资料翻译 (25)前言自蔓延高温合成(Self propagating High-temperature Synthesis,缩写SHS)技术,是利用化学反应自身放热依靠燃烧波自我维持,并通过控制自维持反应速度、燃烧温度、反应转化率等条件,进而获得具有指定成分和结构产物的一种新型材料制备技术。
自蔓延高温合成法
自蔓延高温合成法概述自蔓延高温合成法（Self-Propagating High-Temperature Synthesis，简称SHS）是一种以高温反应为基础的合成方法，具有快速、低能耗和高效的特点。
它在材料科学和化学领域有着广泛的应用，可以用于合成金属陶瓷材料、复合材料和无机化学品等。
原理SHS基于自蔓延原理，即通过局部点燃反应混合物中的可燃物质，使整个反应物质迅速发生反应并扩散，形成产物。
该反应过程通常在高温下进行，使用以金属和非金属化合物为主的反应物，产物常为金属、陶瓷和复合材料。
反应机制SHS反应通常由两个步骤组成：点燃阶段和自蔓延扩散阶段。
在点燃阶段，反应体系中局部加热可燃物质，使其自发点燃。
燃烧反应产生的高温和自由基会引发整个反应物质的快速反应。
在自蔓延扩散阶段，反应前驱体与产物之间的扩散作用会加速反应的进行，并不断释放出热量，维持反应的高温。
应用领域1. 金属陶瓷材料SHS在金属陶瓷领域有广泛的应用。
例如，利用SHS可以制备高硬度、耐磨损的刀具材料。
通过选择不同的金属和陶瓷反应物，可以调控材料的硬度、导热性和耐腐蚀性。
2. 复合材料SHS还可用于制备复合材料，在提供机械强度的同时具有轻质和高温性能。
通过选择不同的反应物，可以调控材料的化学成分和微结构，使其具有特定的性能和应用领域。
3. 无机化学品SHS在无机化学品合成中也有重要的应用。
例如，在高温下可以通过SHS方法合成多晶硅粉末，用于制备太阳能电池。
此外，SHS还可用于制备氧化物陶瓷材料、金属硬质合金和火焰喷涂材料等。
实验操作SHS方法的实验操作相对简单，但仍需注意安全事项。
以下是一般的实验操作步骤：1.准备反应物：按照所需的配比准备反应物。
2.混合反应物：将反应物充分混合均匀，以确保反应的全面性。
3.预热反应器：将反应器预热至适当的温度，以提供起始点燃的热源。
4.加入混合物：将混合物加入预热的反应器中，快速封闭反应器。
5.点燃反应物：利用点燃源引发混合物中可燃物质的燃烧。
作业-自蔓延技术,微波烧结,爆炸烧结汇总
先进陶瓷制备技术（学习论文）——自蔓延高温烧结、微波烧结、爆炸烧结制备技术概述完成日期2012年6月22日1.1 自蔓延高温烧结技术简介自蔓延高温烧结技术（SHS烧结）就是通过固相反应烧结，从而制得一定形状和尺寸的产品，它可以在空气、真空或特殊气氛中烧结。
SHS烧结技术能制得高质量的高熔点难熔化合物产品，其强度受温度变化的影响不大。
该技术是在一定的气氛中点燃粉末压胚，产生化学反应，其放出的生成热使临近的物体温度骤然升高而引发新的化学反应，以燃烧波的形式反映蔓延用过整个反应物，同时反应物转变成为生成物，并通过固相烧结原理完成烧结（如图1），当然在反应物中适当的添加相应的助剂，也可以实现陶瓷的液相烧结。
图1 SHS烧结反应过程示意图1.2 自蔓延烧结技术的发展历史自蔓延高温烧结技术（SHS烧结）就是通过固相反应烧结，从而制得一定形状和尺寸的产品，它可以在空气、真空或特殊气氛中烧结。
因为SHS烧结炉技术是基于SHS合成技术发展起来的，因此对于该技术的历史发展，我们需要追溯到SHS合成技术的历史与发展。
人们很早就发现了化学反应中的放热现象，在上个世纪就已发现了气-固相和固-固相的燃烧合成现象。
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，“火焰”。
60年代末，又发现了许多金属和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(Self-propa-gating High- temperature Synthesis)，即SHS。
1972年，SHS开始用于粉末的工业生产。
1975年，开始把SHS和烧结、热压、热挤、轧制、爆炸、堆焊和离心铸造等技术结合，研究通过SHS法直接制备陶瓷、金属陶瓷和复合管等致密材料。
由此自蔓延烧结合成技术开始应用于陶瓷制品的合成。
70年代末，一些致密SHS 制品，例如MoSi2加热元件已工业化生产。
北京科技大学科技成果——SHS离心法制备陶瓷复合钢管
北京科技大学科技成果——SHS离心法制备陶瓷复合钢管成果简介自蔓延高温合成（Self-propagating High-temperature Synthesis，缩写SHS），也称为燃烧合成，是利用化学反应放热合成材料的新技术，具有省时、节能、产品纯度高等特点。
SHS离心法制备陶瓷复合钢管利用Al和Fe2O3之间的自蔓燃反应2Al＋Fe2O3→2Fe＋Al2O3＋836kJ，反应放热使Fe和Al2O3均熔化，在离心力作用下Fe和Al2O3两相由于比重差异产生分离，Al2O3浮在表面，凝固后在钢管内形成陶瓷衬层。
SHS离心法制备陶瓷复合钢管，在863计划“八五”和“九五”的支持下，经过近十年的努力，开发了陶瓷复合钢管的工业化技术和装备，获国家发明专利ZL901077443。
已形成规模化生产的成熟技术，生产工艺主要由钢管加工、粉料的准备和复合管的合成等过程组成。
目前已能生产出各种规格（φ20-φ820mm）的陶瓷复合钢管、弯头、三通及四通等。
成果已通过部级鉴定，产品性能达90年代国际先进水平，并荣获国家技术发明四等奖、教育部科技进步二等奖。
SHS离心法制备陶瓷复合钢管被列为国家高技术863计划新材料领域的重点产业化项目，以北京科技大学为技术依托单位的“陶瓷内衬钢管”项目，被列为国家科委九五科技成果重点推广计划的206个工业项目之一（编号98040102A）。
陶瓷复合钢管具有优异的耐磨、耐蚀、耐热、抗热冲击和抗机械冲击综合性能，陶瓷硬度Hv1300，压溃强度300MPa，结合强度15MPa，耐蚀性（在HCl中）0.05g/m2h。
陶瓷复合钢管广泛应用于电力、矿山、冶金、煤炭、化工、建筑等行业，可用于煤粉、灰渣、矿粉、尾矿、回填料、焦炭、水泥的输送，以及铝液、腐蚀介质的输送。
用作耐磨管寿命是普通钢管的5-20倍，稀土耐磨钢的3-5倍，铸石管的3倍。
高炉煤粉喷枪的寿命提高4倍。
另外陶瓷复合钢管重量轻，并可采用焊接、法兰或柔性快速接头联接，能降低工程造价。
提高自蔓延高温合成陶瓷内衬复合钢管性能的措施
采 用离 心 铝 热 反应 制 成 了 氧 化 铝 复 合 钢 管 ， 后 ， 此
Ｍｅｚａ ｏ 等 人 先 后 研 究 了 Ｆ ０ ＿ ｅ ｒｈ ｎ ｖ ｅ ＿ Ｆ —Ａｌ 、
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关 键 词 ： 自蔓延 高温告成 ＋离心 ； 夏合钢 管； 陶瓷村 管 ； 蛄告强度 ； 密度 ｛ 致 裂纹率
中图分 类号 ： Ｑ ５ ０ ： Ｇ ７．５ Ｔ ０３６６Ｔ １４４３ 文章编 号 ：０ ９ １０ 【 ０ 】２ ０３ — ６ １０ — ９４２ ２０ — ０４ ０ ０
文献标识 码 ： Ｂ
长 ５ ５ｍ， 径达 ３ ０ ． 直 ３ 的 陶瓷 内衬 复合 钢 管 ， ｍｍ 并
应 用 于 熔 融 铝 液 的 输 送 ， 挥 其 耐 蚀 性 和 耐 磨 发 性 Ｊ 。我 国 Ｓ ＨＳ陶瓷 内 衬 复 合 钢 管 研 究 起 步 晚 ， “ 五 问确 立 的 ｓ 一离 心 法 制 造 陶 瓷 内 衬 复 八 期 Ｈｓ 台 钢管 ” 目， 项 在探 明离 心力 场下 管 内的铝 热 反应 受 细 铝粉 的爆燃控 制 的基 础 上 ， 产 过 程 和 产 品 质 量 生 的控制 技术取 得 突破性 进 展 ＿ ， “ 五 ” ９在 八 】 后期 开 始 走 向产 业 化 。 以北 京 科 技 大学 为 技 术 依 托 单 位 的
合钢 管进行 了系 列 研究 ， 括铝 热反 应 的机 理 和 特 包
征 原材料粉 末粒 度 、 铝热剂 量 、 学配合 比、 化 离心 力 及预 热温度 等工 艺 因素对 Ｓ ＨＳ过 程 的影 响 － ， 究 研 了添 加剂 Ｓｏ 、 Ｏ和稀 释剂 Ａ２ ３ 陶 瓷层 致 密 ｉ２ Ｍｇ ｌ 对 Ｏ 度 的影 响 ＿ ， 现 ｓＯ 能 显 著提 高 陶 瓷 层致 密度 。 ７发 Ｊ ｉ２ 在实验 研究 的基础 上 ， 离心 Ｓ 用 ＨＳ技 术成 功制 造 了
陶瓷内衬复合管的自蔓延高温合成技术
陶瓷内衬复合管的自蔓延高温合成技术
李静;汪琦;杨大正
【期刊名称】《耐火材料》
【年(卷),期】2005(39)1
【摘要】介绍了自蔓延高温合成(SHS)的离心技术和重力分离技术,着重阐述了陶瓷内衬复合钢管的合成机理.认为陶瓷内衬的自蔓延高温合成过程需要经历铝热燃烧过程、液相分离过程和陶瓷内衬凝固过程,合理地控制这3个基本过程,就可以极大地改善复合管的组织结构.同时,还对影响合成陶瓷内衬致密化的因素(预热温度、燃烧合成温度、稀释剂和化学激活剂)进行了分析、探讨.
【总页数】4页(P65-67,69)
【作者】李静;汪琦;杨大正
【作者单位】鞍山科技大学冶金系,鞍山,114044;鞍山科技大学冶金系,鞍
山,114044;鞍钢技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】TQ17
【相关文献】
1.自蔓延高温合成陶瓷复合管内衬陶瓷层性能的提高 [J], 冯锡兰;李亚琳;符寒光
2.自蔓延高温合成Al_2O_3陶瓷内衬复合钢管技术的现状及展望 [J], 狄石磊;王宁
3.自蔓延高温合成陶瓷内衬复合管的研究进展 [J], 孙书刚;朱昱;倪红军;黄明宇
4.自蔓延高温合成技术生产陶瓷内衬复合钢管的生产工艺研究 [J], 刘鹏;李海林;王
正东
5.提高自蔓延高温合成陶瓷复合管内衬陶瓷层性能的进展 [J], 林善灿
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耐磨陶瓷管道的工艺特点及应用
耐磨陶瓷管道的工艺特点及应用根据工艺特点的不同，耐磨陶瓷管道分为三大类：自蔓燃陶瓷复合管道、贴片陶瓷耐磨管道和整体煅烧型陶瓷复合管道。
鼎盛新材料将对各类耐磨陶瓷管道的工艺特点进行分析：1．自蔓延陶瓷复合管道1.1自蔓延陶瓷复合管道的原理：陶瓷复合管道是采用自蔓延高温合成+离心浇注制造的，即把无缝钢管放在离心机的管模内，在钢管给加入铝热剂（氧化铁粉和铝粉混合物），离心机管模旋转达到一定速度后，经通电点燃铝热剂，燃烧波迅速蔓延，爆炸成型。
在蔓延时发生如下剧烈的化学反应：•2A1+Fe2O3=Al2O3+2Fe+836KJ•3Fe3O4+8Al=4AL2O3+9Fe+3256KJ•反应后生成物a-Al2O3,ß- Al2O3和铁，同时放出大量热量。
由于反应迅速，只有几秒钟，熔融反应物在离心力作用下，迅速按照比重大小进行分离，铁的比重（7.85g/cm3）为Al2O3比重（3.95 g/cm3）的两倍，较重的铁被离心力甩到钢管内壁，较轻的Al2O3则分布在铁的内层；由于钢管迅速吸热和传热，Al2O3和Fe很快达到凝固点，分层凝固；最后形成的陶瓷钢管从内到外分别为刚玉瓷层，以铁为主的过渡层，以及外部的钢管层。
高温熔融的铁液和Al2O3液，与钢管内壁接触，使钢管内壁处于半溶状态，使铁层与钢管形成冶金结合，铁层与刚玉瓷层也形成牢固结合。
1.2自蔓延陶瓷复合管道的特点•采用高温离心合成法制成的复合管材，经过2200度高温烧制而成的致密刚玉陶瓷。
由过渡层把致密刚玉陶瓷同钢管牢固结合在一起。
•工艺：陶瓷粉+氧化铁粉+氧化镁粉按比例混合（主要成分是氧化铁，黑色），把管道两端封口，加入粉末，管道旋转，电子点火，用离心的方法烧结在管道内壁。
特点利润低，价格透明，一吨8000~12000之间。
ø100以下的管道效果比较好。
管道一般为黑色。
•特点：强度高、韧性好、耐冲击，焊接性好，解决了可焊性与耐磨性的矛盾。
采用自蔓延高温合成法进行陶瓷内衬复合管制备
采用自蔓延高温合成法进行陶瓷内衬复合管制备1.自蔓延高温合成技术自蔓延高温合成技术(Self-propagating high-temperature synthesis technology，简称SHS) [1]又称燃烧合成技术。
是一种依靠化学反应过自身放热来制备材料的新技术，即外加能源(电热或激光等)触发点火剂燃烧，进而引发反应物料(气相-固相，固相-固相，液相-固相等)自发高速反应、放出热量，反应由局部以燃烧波的形式自动蔓延至整个体系，最后获得新的合成材料。
反应物可以是元素粉末相互直接混合或元素粉末与气体，也可用金属氧化物和还原剂及非金属粉末的混合物反应生成热能维持反应持续进行。
反应产物必须是稳定的化合物。
现在人们已经使用该法制备处数百种化合物，像各种金属的氮化物、碳化物、硼化物、硅化物、氧化物、氢化物等。
SHS技术也已经发展成了SHS制粉技术、SHS致密化技术、SHS熔铸技术、SHS焊接技术、SHS涂层技术等。
图1-1 自蔓延高温合成过程示意图1.1自蔓延高温合成技术的基本原理氧化物Fe2O3和铝粉发生如下化学反应：Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3 + 828.42 KJ这是一个最简单、最典型的铝热反应，并且是一个强放热反应，其反应的绝对温度为3735K．其方法是首先将原料混合，然后利用外热源在原料粉体局部点火，燃烧反应从点火处自发蔓延开。
在反应开始部分的背后存在着高温合成区(1500℃—4000℃)，由高温合成区不断提供热量来诱发下一步反应，直至原料粉体合成反应完为止，这就是SHS技术的基本原理。
SHS是一高放热的化学体系经外部能量诱发的局部化学反应(点燃)，形成其前沿(燃烧波) 使化学反应持续蔓延直至整个反应体系，最后达到所需材料合成目的的技术。
SHS本质上是一个剧烈的物理化学反应过程，SHS燃烧反应绝热温度(T ad)是在假设体系没有质量和能量损失条件下(绝热反应)，化学反应放出的热量使体系能达到的最高温度。
SHS铝热-重力分离法制备ZrO2-Al2O3复相陶瓷复合钢管的增韧分析
SHS铝热-重力分离法制备ZrO2/Al2O3复相陶瓷复合钢管的增韧分析摘要：自蔓延高温合成技术（shs）是制备陶瓷内衬复合钢管的一项重要技术，它具有优异的耐高温、耐腐蚀和耐磨损性能，且造价低廉，制造工艺简便。
本文着重介绍了shs-重力分离法制备的单一al2o3内衬陶瓷层的不足以及添加zro2形成复相陶瓷衬层的作用与增韧机理。
关键字：shs铝热-重力分离法zro2增韧机理中图分类号：tl25文献标识码： a 文章编号：随着科学技术的发展和应用领域的不断扩展，对钢管内壁的性能要求越来越高，特别是要求高的耐蚀性、耐高温和耐磨损性能[1]。
20世纪70年代，前苏联科学家在研究钛-硼混合物反应时发现了自蔓延高温合成反应，并用于制造复合材料。
我国的shs陶瓷复合钢管技术在“八五”后期开始走入产业化。
shs铝热-重力分离技术是将shs铝热反应与重力分离相结合的技术方法，它的显著特点是所制备的管件无需高速旋转，在制备过程中管件处于直立状态，物料引燃后借助铝热自蔓延过程和燃烧反应产生的陶瓷与铁复相熔体重力分离特性，在燃烧过程中同时实现对钢管内壁的陶瓷涂覆，从而获得陶瓷内衬复合管。
这项技术填补了shs铝热-离心技术在小口径复合管和复合弯管领域的空白[2]。
1. al2o3单相陶瓷复合管存在的问题在钢管内涂覆al2o3单相陶瓷涂层，虽然陶瓷有一系列优异的性能，如优良的高温力学性能、耐磨、耐蚀、电绝缘性好等。
但因这种材料在受外力作用断裂过程中，只有单一的增加新的断裂表面能，没有其他消耗能量的渠道，因此其脆性大，应用受到限制。
通过对shs陶瓷内衬复合管性能评估，发现影响其使用寿命的主要因素是内衬陶瓷层韧性差。
在切割、运输、安装及使用过程中，操作不当会出现内衬陶瓷局部碎裂、崩落现象，影响其使用寿命。
陶瓷材料的增韧一直是材料科学界研究的热点之一。
2. zro2相变增韧zro2属于新型陶瓷，由于它具有十分优异的物理性能及化学性能，不仅在科研领域已经成为研究热点，而且在工业生产中也得到了广泛的应用。
SHS法在复合管中制备Al2O3-ZrO2复相陶瓷内衬增韧机理(任朋军 译)
SHS法在复合管中制备Al2O3-ZrO2复相陶瓷内衬增韧机理(任朋军译)余贵波 ,闫文 ,王书海 ,苏宝鑫 ,谭宝来(石家庄机械工程学院,石家庄 050003 ,中国)摘要自蔓延高温重力分离法制备亚共晶、过共晶Al 2 O 3 - ZrO 2复相陶瓷内衬复合管工艺。
通过扫描电子显微镜和电子探针分析陶瓷的微观结构，并使用维氏压痕法测试复相陶瓷的断裂韧性，亚共晶Al 2 O 3 - ZrO 2复相陶瓷的断裂韧性为15.96MPa ·，过共晶Al 2 O 3 - ZrO 2复相陶瓷的断裂韧性为15.23 MPa ·。
通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究陶瓷增韧机理，结果表明：桥联增韧机制、应力诱导ZrO 2相变增韧机制和微裂纹增韧机理为陶瓷主要增韧机理。
关键词 SHS；复相陶瓷；共晶组织；增韧机理[由中国国家自然科学基金支持（文章编号：59972043）]1 引言工程陶瓷具有耐高温工作性，耐磨性和耐腐蚀性等优良特点而享誉全球，陶瓷内衬复合管因其广阔的工程应用前景而被广泛研究。
自蔓延高温合成法有利于合成陶瓷内衬复合管，如：反应温度高、温度梯度大和冷却速率快。
因为陶瓷的易脆性，在操作不当时陶瓷内衬会形成裂纹，降低陶瓷的使用寿命，所以，提高陶瓷断裂韧性就成为迫切的研究课题。
本文对采用重力分离自蔓延SHS 法制备Al 2 O 3 - ZrO 2复相陶瓷[3]的微观结构和增韧机理进行研究。
2 实验材料与方法实验前,将外径30mm壁厚3mm长度为300mm的碳钢管(C:0.2%)经酸洗后,并用铝箔封住碳钢管下端。
按表1配比准备燃烧体系各组分的含量，（CrO3+Al）体系的化学摩尔比符合反应式（1），反应物经过筛，混料机充分混合，烘干后将反应混合物填入碳钢管中，然后将碳钢管垂直固定在夹持装置上，用电阻丝点燃反应混合物使自蔓延工艺开始进行，并在复合管合成过程中施以相应的机械式振动处理。
表1.燃烧体系比例wt%注：2Y 代表2mol% Y2O3 CrO3+2Al →Al2O3+Cr+1094 kJ (1)通过维氏压痕法在试件表面加载400N 的压应力后产生5个凹痕检测Al2O3-ZrO2复相陶瓷的断裂韧性。
自蔓燃高温合成技术
四、应用-陶瓷
自蔓燃的优势领域集中在以下几个方面： (1)陶瓷 SHS合成的陶瓷粉末可以直接应用，也可以作为原料，通过传 统的成形、烧结技术制备致密材料。常见的陶瓷材料有：碳化 物(B4C, SiC, WC)、氮化物(Si3N4、A1N、BN),硅化物(MoSi2)以 及复相陶瓷。可用于拉丝模、刀具、耐火等领域。
自蔓燃高温合成技术பைடு நூலகம்
----蔡永丰
定义 原理 工艺 应用 实例
一、定义
自蔓燃高温合成技术（英文：Self-propagating High-temperature Synthesis，简写SHS），是利用化学反应自身放热制备材料的 新技术。该法是利用两种以上物质反应的生成热，以连续燃烧 的形式形成的高温来合成材料的，在合成的过程中，某些元素 的价态可能发生改变。
五、举例
自蔓燃制备氮化硅粉体实质上是硅粉直接氮化结合了化学气相合成方 法，工作原理是在高氮压的反应器中通过引燃混合料(金属粉体和稀 释剂等)的一部分，利用金属粉体与氮气的自维持放热反应所产生的 热量，引导混合料完全反应。其工艺特点是基本不需外热源，反应时 间短，粉体后处理工艺简单，制得的粉体相含量高，质量稳定，杂质 含量少，烧结活性高。
二、原理-热力学
SHS过程是一种特殊条件下的化学反应，对燃烧体系进行热力 学分析是研究SHS过程的基础。热力学从能量上判断反应能否 点燃及自我维持，其主要任务是计算绝热燃烧温度。
绝热燃烧温度是指在不考虑热散失的情况下燃烧体系所能达到 的最高温度。它是判断燃烧反应能否自我维持及产物的相状态 的定性依据。在如下假定下:
自蔓燃合成氮化硅粉体时，由于氮化硅的绝热燃烧温度高于氮化硅的 分解温度(10MPa时2430℃)和硅的熔点(1420℃)，因此合成时硅粉中 须加入氮化硅粉体作为稀释剂，以此来降低燃烧温度，合成中加入 10%-65%的氮化硅粉体稀释剂(质量分数)。反应物料散装在半圆形石 墨舟中，在高氮压下合成。
SHS自蔓燃陶瓷复合管的技术应用
SHS自蔓燃陶瓷复合管的技术应用SHS自蔓燃陶瓷复合管1、生产工艺：自蔓延陶瓷复合钢管是采用先进自蔓燃高温离心合成工艺制作的。
该管从内到外由刚玉陶瓷、过渡层和钢体三层组成，陶瓷层是2200度以上高温形成的致密刚玉瓷，通过过渡层与钢管形成牢固的结合。
该工艺采用自蔓延离心浇注的方法成型，主要利用物质自身化学反应，放热燃烧产生高温，在燃烧波蔓延过程中合成新物质的技术。
2、性能特点：耐磨性能好，内衬层为刚玉瓷（AL2O3），莫式硬度＞9.0相当于HRC＞90，因此对电力、冶金、矿山、煤矿、化工的行业所输送任何介质均具有高耐磨性，其使用寿命是普通钢材的10倍以上，由于内衬层刚玉瓷（AL2O3）为单一稳定的晶体结构，因此在-50~600℃温度范围内长期运行，材料线膨胀6~8×10-6/℃，并且复合钢管内表面光滑，运行阻力小，具有防腐防结垢等综合性能，焊接性能好，可采用直接焊接、法兰联接、快速管接头等连接方式，施工安装非常方便。
3、广泛应用：由于该管具有耐磨、耐蚀、耐热性能，因此可广泛应用于电力、冶金、矿山、煤炭、化工等行业作为输送砂、石、煤粉、灰渣、铝液等磨削性颗粒物料和腐蚀性介质，是一种理想的耐磨蚀管道。
1、冶金、电力行业中的应用冶金、电力行业输送煤粉、灰渣、泥浆等每年需要消耗大量的金属管道。
采用陶瓷复合管取代其他管道，具有高耐磨、寿命长、安装方便、经济效益显著之特点，其运行寿命是钢管的十几倍甚至几十倍以上。
2、矿山、煤炭行业中的应用（1）矿山：矿山充填、精矿粉和尾矿运送对管道的磨损严重，以往采用的矿粉输送管道如攀枝花、大冶矿等使用寿命不到一年，改为该管可使寿命提高5倍左右。
（2）煤炭：选煤及长距离管道输煤普遍采用湿法输送，要求输送管既耐磨又耐蚀，采用该管可作为长寿输送管，经济效益可观。
3、其它（1）该管不污染和不粘联熔融铝液。
制造对铁质污染敏感，且使用后需要繁重劳动进行整理和维修的熔铝设备、铝液输送管、升液管是目前理想的材料。
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SHS自蔓燃陶瓷复合管
1、生产工艺：
自蔓延陶瓷复合钢管是采用先进自蔓燃高温离心合成工艺制作的。
该管从内到外由刚玉陶瓷、过渡层和钢体三层组成，陶瓷层是2200度以上高温形成的致密刚玉瓷，通过过渡层与钢管形成牢固的结合。
该工艺采用自蔓延离心浇注的方法成型，主要利用物质自身化学反应，放热燃烧产生高温，在燃烧波蔓延过程中合成新物质的技术。
2、性能特点：
耐磨性能好，内衬层为刚玉瓷（AL2O3），莫式硬度＞9.0相当于HRC＞90，因此对电力、冶金、矿山、煤矿、化工的行业所输送任何介质均具有高耐磨性，其使用寿命是普通钢材的10倍以上，由于内衬层刚玉瓷（AL2O3）为单一稳定的晶体结构，因此在-50~600℃温度范围内长期运行，材料线膨胀6~8×10-6/℃，并且复合钢管内表面光滑，运行阻力小，具有防腐防结垢等综合性能，焊接性能好，可采用直接焊接、法兰联接、快速管接头等连接方式，施工安装非常方便。
3、广泛应用：
由于该管具有耐磨、耐蚀、耐热性能，因此可广泛应用于电力、冶金、矿山、煤炭、化工等行业作为输送砂、石、煤粉、灰渣、铝液等磨削性颗粒物料和腐蚀性介质，是一种理想的耐磨蚀管道。
1、冶金、电力行业中的应用冶金、电力行业输送煤粉、灰渣、泥浆等每年需要消耗大量的金属管道。
采用陶瓷复合管取代其他
管道，具有高耐磨、寿命长、安装方便、经济效益显著之特点，其运行寿命是钢管的十几倍甚至几十倍以上。
2、矿山、煤炭行业中的应用（1）矿山：矿山充填、精矿粉和尾矿运送对管道的磨损严重，以往采用的矿粉输送管道如攀枝花、大冶矿等使用寿命不到一年，改为该管可使寿命提高5倍左右。
（2）煤炭：选煤及长距离管道输煤普遍采用湿法输送，要求输送管既耐磨又耐蚀，采用该管可作为长寿输送管，经济效益可观。
3、其它（1）该管不污染和不粘联熔融铝液。
制造对铁质污染敏感，且使用后需要繁重劳动进行整理和维修的熔铝设备、铝液输送管、升液管是目前理想的材料。
（2）该管由于耐磨性能好且耐热蚀。
适用于输送含有固体颗粒腐蚀性物料以及高温腐蚀性气体、含硫地热水等腐蚀性介质。