自蔓延高温合成

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，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：

(1)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。

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 。 2100433B

含氮铬铁简介

自蔓延高温合成技术（self–propagation high–temperature synthesis，简称SHS）也被称作燃烧合成（Combustion Synthesis）是结合自身反应放热制备材料的方法，于本世纪60年代末兴起。它的基本要素是：1、利用化学反应自身放出的热量来维持反应的进行，部分（或完全）不需要外来热量；2、自蔓延反应经过诱发开始反应后，会形成一种自上向下的燃烧波，能够自我维持反应的进行，得到所需结构成分的产品；3、通过改变释放的热量和调节传输速度，可以实现对反应过程的温度、反应快慢、转化率、产物的结构和成分的控制。

自蔓延合成最主要特点就是充分结合元素间化学反应产生的高热量，在短时间内合成高熔点、高性能的材料。自蔓延合成技术是集材料合成与烧结于一体的工艺。自蔓延高温合成反应过程里面会出现燃烧结构形成过程。结构宏观动力学是连接燃烧过程与结构形成过程的纽带。自蔓延高温燃烧过程分为四个阶段：1、燃烧反应区迅速扩充阶段；2、稳态燃烧阶段；3、降速合成阶段；4、燃烧波通过后的后燃烧阶段。

含氮铬铁优点

自蔓延高温合成技术具有以下优点：

（1）自蔓延高温合成技术不仅工艺设备简单，而且节约生产成本，其成本不到传统工艺费用的一半，消耗的能量少，生产效率高，对环境的影响小。利用此项技术生产过程中高温，可以蒸发掉反应过程中低沸点的杂质，得到纯度较高的产物。

（2）由于反应放热升温和冷却过程中存在极高的温度梯度，这会使材料出现高浓度的缺陷和非平衡结构，反应完成后能得到普通的工艺不易制备的具有高活性的亚稳态产物及复杂相。由于自蔓延的技术特点，能使合成材料拥有一些特殊性能，如烧结力，催化性能等。

（3）一些自蔓延反应体系能产生高放热，温度可达3000～4000 ℃，这是常规加热技术达不到的高温，有利于耐高温材料的合成。与常规的工艺熔铸、挤压等技术一起应用，可以生产无需深加工、形状复杂的零件结构。

（4）可以通过改变一定程度的放热和传输速度来实现对反应过程中温度、转化率、速度和产物的结构及成分控制。

（5）由于自蔓延燃烧合成自身是一个只需要几秒或几分钟极短暂的过程。反应被引燃到反应结束整个反应过程时间短，因此气氛环境对合成反应的影响不大。常规燃烧工艺不能与其相比拟。

含氮铬铁分类及应用

自蔓延高温合成技术大致分为SHS制粉技术、SHS烧结技术、SHS致密化技术、SHS熔铸技术、SHS焊接技术和SHS涂层技术这六种类型。

（1）SHS制粉技术

将反应物料在一定的气氛环境中点燃，反应完成后再把反应产物粉碎、研磨，便能得到不同规格研磨性能非常好的高质量粉末。如制备TiC粉末。通过SHS技术制备的粉末是烧结陶瓷及金属陶瓷制品的原材料。还可以生产研磨膏、防护涂层和刀具材料等。

（2）SHS烧结技术

通过固相反应烧结可以生产一定规格、形状与高质量的产品。SHS烧结还能用于生产高熔点难熔化合物产品。烧结可在真空、特殊气氛或空气中进行，温度变化对其强度受的影响不大。SHS烧结产品在生产耐火材料、过滤器和催化剂载体等行业都有应用。

（3）SHS致密化技术

SHS致密化技术是将传统致密化技术与SHS技术相结合来生产致密产品的工艺。SHS致密化技术包括SHS—动态加压、SHS—等静压、SHS—准等静压和热爆—加压等。SHS致密化技术已经是生产钨硬质合金的常规技术。

（4）SHS熔铸技术

SHS熔铸是利用反应高放热，将难熔化合物熔化成液相，再经过铸造处理，制备成难熔化合物的铸件。此项技术广泛用于钻头的制备和陶瓷内衬钢管的离心铸造等领域。

（5）SHS焊接技术

在焊件的焊缝处引发SHS反应，利用SHS反应放出的热量产生高，形成液相，直接用反应产物焊接焊缝，从而达到强力连接焊缝的目的。SHS焊接技术实现了可进行陶瓷间、金属间和陶瓷与金属间的焊接等难熔材料的焊接。

（6）SHS涂层技术

SHS涂层技术是利用气体作为传输的载体，在材料表面（如金属、陶瓷或石墨等材料表面）形成一层非常薄(厚度在2～150 μm范围内)的耐磨抗腐蚀的涂层。每一类反应原材料一般采用自己专属的气相载体运输。例如：碳的运输载体可选用氢，卤素气体运输金属物料。

1895年，德国Go ldschm idt发现了铝热反应的自蔓延特征。铝热反应的工业化应用是始于热剂焊焊接钢轨。这就是我国现正在使用的德国施密特公司的铝热焊产品的始创者。自20世纪60年代末，自蔓延高温合成(SHS)在原苏联形成个新学科以来，在各国已进行了大量研究并取得了很大发展

自蔓延高温合成技术是由前苏联科学家Merzhanoy和Borovinskaya在研究火箭固体推进剂燃烧问题时，实验过渡族金属和硼碳、氮等的反应时首次发现并提出来的，也被称作燃烧合成（CS）。其特点是利用外部提供必要的能量诱发放热化学反应体系局部发生化学反应（点燃），形成化学反映前沿（燃烧波），此后化学反应在自身放出热量的支持下继续进行，表现为燃烧波蔓延至整个反应体系，最后合成所需要材料（粉体或者固结体）。SHS已经形成一个独立的学科。本章中对铝热反应的最新研究成果进行了简单介绍SHS最突出的优点是：工艺简单，过程时间短；合成物污染少、纯度高；最大限度地利用材料的人工合成中的化学能节约能源；能集材料合成和烧结等多种工艺于一体。

从SHS被发现到20世纪80年代初，只有前苏联在不对外公布的状态下进行研究。前苏联科学院对SHS技术研究极为重视，专门从其科学院物理化学研究所分离出一个单位来研究，这就是后来知名的结构宏观动力学研究所。该研究所对SHS进行了全方位的研究，取得了奠基性的成果。进入90年代，尽管俄罗斯国家总体科研环境欠佳，但是他们在SHS领域研究的总体水平仍然居于世界前列。

前苏联对SHS理论的建立和SHS技术及其应用的发展做了大量的工作。在理论上，他们建立并发展SHS燃烧理论，又将其和材料科学结合起来，提出了结构宏观动力学理论，建立起SHS过程中的燃烧过程和材料结构形成间的关系；在应用方面，他们发展了一系列无机材料粉末合成与成型、致密化技术相结合的技术。

80年代以后，SHS传播到美国、日本、中国等国家，开始在世界范围内的发展。美国科学家在SHS基础研究方面的成果最为扎实，研究力量也最为强大。他们发展了新的燃烧模型和有机物的燃烧合成及非常规SHS技术。