自蔓延高温合成

关于自蔓延高温合成的一些了解

应用化学102 罗琳杰23210218

自蔓延高温合成技术在现今是一种很有吸引力的材料制备技术，它在陶瓷材料、复合材料、梯度功能材料及材料表面改性等领域有十分广泛的应用。它的应用主要包括有：1、在离心力的作用下合成陶瓷内衬复合金属管；2、制备泡沫陶瓷材料的方法，制备出导电的(A12O。+TIBZ)和(A1203+2Cr)体系泡沫陶瓷材料。3、利用激光辅助自蔓延高温合成技术在金属表面形成纯陶瓷涂层等；一言概之，自蔓延高温合成对制备新型陶瓷材料有极大的帮助。

自蔓延高温合成(Self-propating High一teeratureSynthesis，sHs)方法的概念是由前苏联科学家A.G.Mazhanov在1967年首先提出来的【11，SHS的本质是一种高放热无机化学反应，其基本反应过程是:向体系提供必要能量(点火)，诱发体系局部产生化学反应，此后，这一化学反应过程在自身放出的高热量的支持下继续进行，最后将燃烧(反应)波蔓延到整个体系，从而制备出所需的陶瓷材料。一般将反应的原料混合物压成块状，在块体的一端点火引燃反应，结果形成一个以一定速度(Vp)蔓延的燃烧波，随着燃烧波的推进，原料混合物转化为产物。与传统工艺方法相比较，它的优点主要特点是:(l)生产工艺简单，过程时间短，反应迅速，不同体系燃烧波扩展速度不同，大致范围在0.1~15cm/sec，一般在几

秒至几十秒的时间内即可完成，生产效率高:(2)合成过程在自身反应放出热量的支持下进行，反应后合成过程在自身反应放出热量的支持下进行，无需再补充能量，节约能源;(3)燃烧合成过程的高温(有的应温度高达5000K)使杂质得以挥发，纯化产品，合成物污染少，纯度高;(4)由于反应迅速，合成过程中温度梯度大，产品中极可能出现缺陷集中和非平衡相，使得产物活性增高。因此，它在无机合成中得到了广泛的应用，主要有如下几个方面：1、在以往，制备复合陶瓷金属管主要是等离子喷涂法、金

属管内壁镶装陶瓷管、内表面复合技术及高分子聚合物

内衬法等方法。这些方法虽然各有各的优点，但也是存

在着极大的不足，而自蔓燃高温合成的出现解决了这些

问题。它通过与离心技术的有机结合，可以在大于中

30mm的金属管内壁形成2~10mm厚的耐磨、耐蚀、耐

高温的内衬陶瓷层，解决了传统方法生产陶瓷衬管中涂

层薄、界面结合强度低、无法生产长管道、工艺复杂、

价格昂贵等缺点。制备原理如下:先按化学计量分别取烘

干的A1和Fe3O粉，加入5一巧%添加剂，在球磨机中

混合均匀，将粉料装人金属管中。再将金属管装在离心

机上，开机旋转使粉料在离心力作用下于金属管内表面

形成涂敷层，并将离心机转速调整到规定范围。然后用

氧一乙炔燃点燃金属管内表面SHS反应粉料.在几干秒内

反应即进行完毕.继续旋转10一巧分钟停机。最后就能在

金属内侧形成一层保护层。整个过程简单，反应迅速，原料利用率高。

2、泡沫陶瓷材料具有良好耐高温性能、发达的表面和很高的活性，可广泛应用于内燃机尾气过滤、金属熔体净化及高纯气体分离等工业领域。传统是用聚氨脂泡沫塑料为前躯材料，将其浸入陶瓷浆料，挤出多余浆料后烘干，在高温长时间烧结的方法。该工艺方法生产周期长，成本高，同时高温强度及耐热冲击等性能也有不尽人意之处，而利用自蔓延高温合成却能巧妙地避开这些问题。其原理如下：二硼化钦(TIBZ)不仅具有高熔点、高硬度、优异的耐蚀性和抗氧化性(氧化温度高于1550K)，而且具有良好的导电性和导热性，这是其他陶瓷材料所不及的。而A12O3同样具有高熔点、高硬度，同时化学稳定性好，但不导电，基本上不吸收微波。单独使用它们之中的一种材料无法满足内燃机过滤器材料的性能要求，如果把它们有机结合起来，就可以制备出具有良好高温性能并且易于再生技术实施的理想过滤器。由于这两种材料都是高熔点、化学稳定性好材料，但它们熔点太高，用加热粘结剂和活化剂的现有技术烧结法在20O0oC以下不能把它们有机结合形成良好性能材料，制造2000oC以上的高温烧结炉很困难，因而用普通现有技术制备它们的泡沫陶瓷过滤器是不可能的。SHS反应与

现有制备泡沫陶瓷材料工艺的有机结合。由于SHS反应的理论T“可以达到2000℃以上，通过加入添加剂和控制反应T。，在一定T。下点火进行SHS反应，控制SHS 反应放出的高热量，不用炉中长时间加热，在短时间内可以使部分或全部陶瓷组分达到或超过其熔融温度(Tm)，陶瓷组分通过短时间熔融连接随后凝固，由于体系Vp，均匀，材料素坯烧结后在部分液相凝固过程中少量均匀收缩，产物形状基本不变，可以制备出实用高性能泡沫陶瓷过滤材料。

总而言之，由于自蔓燃高温合成能够利用自身产生的热量自发地进行反应，极大地减轻人工操作的难度，使得新材料的制备变得越加简单，具有良好的发展前景和极大的利用价值。