自蔓延烧结.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,自蔓延烧结制备陶瓷粉体,小组成员：,张帆、郑凯、石鑫宇,陶瓷粉体的制备通常采用传统的烧结粉碎法，但这种方法耗时长、能耗高、污染大。此外，还有化学沉淀法、溶胶凝胶法、熔剂蒸发法、水热法、乳化液法、喷雾热分解法、蒸发一凝聚法、气相化学反应法等，这些方法各有特点。但近年来，自蔓延燃烧技术作为陶瓷粉料的一种新的制备方法愈来愈显示出其优越性。,自蔓延燃烧技术（,SHS,）是利用反应物之间高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。,自蔓延烧结技术的发展,该技术由前苏联科学院化学物理所的燃烧问题专家,Merzhanov,等人在研究火箭固体推进剂燃烧问题时首先发现，并于,1967,年提出的。美国和日本也先后引进并发展了,SHS,技术。我国开展,SHS,技术的研究起步较晚，但发展极为迅速，己经取得了一系列令人瞩目的成就，并发表了大量的高水平学术论文。“八五”期间，国家高技术“,863”,计划，设立了金属,-,非金属材料复合的自蔓延高温还原合成技术项目。在,1998,年国家高技术新材料领域专家委员会发表的“新材料领域战略系统”报告中，把,SHS,技术列入当前研究的热点项目。,自蔓延烧结的优点,节省时间，充分利用能源；,所需要的设备、工艺简单；,产品纯度高,(,因为自蔓延燃烧能产生高温，使某些不纯物质蒸发掉了,),，反应转化率接近,100%,；,不仅能生产粉末，如果同时施加压力，还可以得到高密度的燃烧产品；,产量高,(,因为反应速度快,),；,可以扩大生产规模，从实验室走向生产所需时间短，而且大规模生产的产品质量优于实验室生产的产品；,能够生产新产品，例如立方氮化钽；,燃烧过程中，材料经历了很大的温度变化，非常高的加热和冷却速率使生产物中缺陷和非平衡相比较集中，因此某些产物比用传统方法制造的产物更具有活性，例如更容易烧结；,可以制造某些非化学计量比的产品，中间产物以及亚稳相等。,自蔓延烧结技术的原理,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持下继续进行，表现为燃烧波蔓延至整个体系，最后合成所需的材料。,自蔓延反应形式,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，多用于粉末冶金领域中制取难熔的金属间化合物和金属基陶瓷等。,Mg,热、,A1,热合成法是采用活拨金属首先把金属或非金属元素从其氧化物中还原出来，之后通过还原出的元素之间的相互反应来合成所需的化合物。,SHS,制备粉体是,SHS,最简单的技术，让反应物在一定的气氛中燃烧，然后粉碎、研磨燃烧产物，能得到不同规格的粉末。用该方法合成的陶瓷粉末，其纯度高、活性大，有利于提高陶瓷材料的机械活性和进一步致密烧结。,自蔓延烧结技术制备陶瓷粉体的工艺流程,压制成型,自蔓延高温合成,机械破碎,原材料的制备,预热,点火引燃,产品性能测试,SHS,工艺制备粉体注意事项,（,1,）,选择合适的反应剂体系,:,即要求所选反应剂之间能够发生具有足够强度热效应的放热反应,;,（,2,）,实验参数的选择,:,即选择合适的反应剂配比、样品块尺寸、样品块密度和原料密度,过高或过低都可能影响,SHS,的合成效果,;,（,3,）,引燃技术的选择,:,这也是影响工艺成败的关键之一。迄今为止,可用的引燃技术主要有燃烧波点火、辐射点火、激光点火、热爆点火、微波点火、化学点火和机械点火等。究竟采用哪种方式应根据具体情况选定。通常根据反应热、反应剂和产物的特征、影响反应动力学的工艺参数以及反应器的气氛及其压力等因素而确定点火方式。,SHS,技术合成陶瓷粉体的应用实例,AlN,是一种很有发展前途的新型陶瓷材料。它具有优良的热导率、较高的体积电阻率和力学强度以及较低的线膨胀系数和介电常数等特点,非常适用于集成电路的基片封装材料,;,同时还具有高温化学稳定性,高硬度及较高的高温强度,是一种备受重视的结构陶瓷材料。,SHS,技术合成陶瓷粉体的应用实例,传统的,AlN,粉末制备方法有,:Al,粉直接氮化法,;Al2O3,高温炭化还原氮化法,;,等离子体化学合成法,;,化学气相反应法。这些方法需经历一个高温及长时间的反应过程,操作过程复杂,能耗大。,目前国内外用,SHS,法进行了,AlN,的合成研究,所用反应气氛的,N,2,压力有高低之分,方法如下,:,原料采用,Al,粉及高纯,N,2,Al,粉,粒度为,20,m,纯度,98%;,以,AlN,粉末为稀释剂。将,AlN,与,Al,粉按比例混合,在一定压力的,N,2,中用钨丝线圈点火进行,SHS,反应,合成,AlN,。合成的氮化铝粉体形貌不规则,颗粒较大,需要对粉体进行研磨处理。,SHS,技术合成陶瓷粉体的应用实例,SHS,制备的,AlN,粉体含氮量高,含氧量低,不足之处在于粉末的杂质含量取决于原料的杂质含量。,国内外,SHS,技术的研究现状,利用,SHS,技术合成陶瓷粉体具有一般烧结法所不具备的优点，如反应速度快、时间短、产品纯度高、污染小等。由此可见，利用该种技术为合成粉体材料开辟了一条新的途径。但是人们对,SHS,到支术研究掌握还不够成熟，其燃烧速度和反应过程难以控制，产品致密度不高，故该技术广泛应用于生产还有一定难度，还需要广大材料工作者进一步研究开拓。随着,SHS,过程理论的进一步深入研究，利用计算机模拟,SHS,具体过程的进一步完善，可以预计，,SHS,技术在材料科学与工程中的应用将会进一步扩展，工业化进程也会进一步加快。,