自蔓延法制备陶瓷粉体

自蔓延高温合成技术10粉（1）张凯 1003011020 摘要：自蔓延高温合成技术是20 世纪后期诞生的一门新兴的前沿科学,在粉体合成及陶瓷的制备等方面充分显示其优越性. 文章对自蔓延高温合成技术的概念、自蔓延高温合成的燃烧理论作了简要介绍，并整理总结自蔓延高温合成(SHS) 技术的发展和国内外研究概况,包括制备工艺、应用领域等，同时分析了自蔓延高温合成技术的最新研究动向。

关键词：自蔓延高温合成；燃烧合成；SHS技术；SHS理论；应用1 引言自蔓延高温合成(Self - Propagating High Temperature Synthesis,简称SHS)，也称燃烧合成(Combustion Synthesis ,CS) 是利用反应之间的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,当反应物一旦被引燃,便会自动向未反应区传播,直至反应完全。

任何化学物质的燃烧只要其结果是形成了有实际用途的凝聚态的产品或材料,都可被称为SHS 过程. 在SHS 过程中,参与反应的物质可处于固态、液态或气态,但最终产物一般是固态.SHS 技术制备的产品纯度高、能耗低、工艺简单,用SHS 技术可以制备非平衡态、非化学计量比和功能梯度材料. 其特点为: ①是一种速的合成过程; ②具有节能效果; ③可提高材料的纯度;④产物易形成多孔组织; ⑤燃烧产物的组织具较大的离散性. 因此,探索各种SHS 体系的燃烧合成规律, 获得均匀组织也是保障SHS 产业化的关键.2国内外研究概况人们很早就发现了化学反应中的放热现象, 在上个世纪就已发了气-相和固-相的燃烧合成现象。

1892 年,Mo issen 叙述了氧化物和氮化物的燃烧合成。

1895 年, Go ldchm idt 用铝粉还原碱金属和碱土金属氧化物, 发现固2固相燃烧反应, 并描述了放热反应从试料一端迅速蔓延到另一端的自蔓延现象。

本世纪铝热反应已经得到工业应用。

但是, 将燃烧合成和冶金、机械等技术结合起来, 发展成为具有普遍意义的制备材料新技术并用于工业生产, 还应归功于原苏联科学家的努力。

碳化锆(ZrC)陶瓷粉体的制备方法综述
碳化锆(ZrC)陶瓷材料具有高熔点、高硬度、优异的力学性能、以及高导电（热）率和优异的抗氧化烧蚀性能，作为超高温陶瓷材料体系之一，可以作为防热材料应用于航天飞行器以及推进系统，如航天飞机的机翼前缘、高超音速超燃冲压发动机等。

ZrC陶瓷材料的晶格结构如图1所示。

Zr原子构成紧密的立方晶格，C原子处于晶格的八面体间隙位置，所以ZrC的晶体结构属于典型的NaCl型面心立方结构。

ZrC晶格常数
a=0.46930nm，C原子和Zr原子半径比0.481。

 图1 ZrC陶瓷材料的晶格结构
 为了制备粒径均匀且纯度较高的ZrC陶瓷粉体，国内外研究人员针对ZrC陶瓷粉体的制备展开了一些研究。

目前关于ZrC粉体的制备方法主要有：电弧炉碳热还原法、自蔓延高温合成法（SHS）、溶胶-凝胶法以及高能球磨法等。

 1.电弧炉碳热还原法
 电弧炉碳热还原法是目前工业制备最为有效的方法，其方法是以锆英砂或斜锆石为前驱体，进而在高温高压下通过碳热还原反应生成ZrC粉体，其反应机理为：
 反应过程中应该严格控制电弧炉的温度，若反应温度过低，则导致排除的SiO较少，进而导致生成ZrC粉体中含有较多的杂质相Si和C，进而影响ZrC粉体的纯度。

采用电弧炉碳热还原法制备ZrC粉体具有设备结构简单操作简单，但其成本较高且制备的ZrC粉体粒径较大。

图2为采用ZrO2。

自蔓延燃烧合成陶瓷粉体的研究进展
朱振峰;王若兰
【期刊名称】《中国陶瓷》
【年(卷),期】2004(40)1
【摘要】本文综述了自蔓延燃烧技术(简称SHS)的优点、发展及应用等,并介绍了SHS技术的原理及制备陶瓷色釉料、生物材料、环保材料、Al2O3/AlB12粉体及Si3N4/SiC粉体的工艺过程。

【总页数】4页(P28-31)
【关键词】自蔓延燃烧;合成;陶瓷粉体
【作者】朱振峰;王若兰
【作者单位】陕西科技大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174.758.2
【相关文献】
1.Ti-Al-C陶瓷粉体的r燃烧合成基础研究及催化性能 [J], 郭俊明;陈克新;刘贵阳;吴明珠;王宝森
2.自蔓延燃烧法制备AlN陶瓷粉体的研究进展 [J], 崔珊;王芬;李曜良
3.低温燃烧合成法制备的氧化铝陶瓷粉体的发光特性 [J], 皇环环;王倩;吴丽;李梦晓
4.燃烧条件对自蔓延高温合成Al2O3/AlB12复相陶瓷粉体特性的影响 [J], 刘永合;
殷声;赖和怡
5.空气燃烧合成法制备的陶瓷粉体的相组成 [J], 李连洲
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第29卷第6期 硅 酸 盐 通 报Vo.l 29 N o .6 2010年12月 BULLET IN O F TH E C H I NESE CERAM I C S O CIETYD ece m ber ,2010自蔓燃方法制备氮化物陶瓷粉体研究进展薛跃军,梁西瑶,高晓菊,满 红,李爱民,燕东明(中国兵器工业第五二研究所,烟台 264003)摘要:自蔓燃方法是目前材料合成的重要研究方向,在制备粉体方面具有传统方法无可比拟的优势,受到了研究者们的广泛关注。

本文详细介绍了自蔓燃制备方法的原理、反应类型、工艺流程及粉体制备技术。

并列举了自蔓燃方法在制备氮化硅、氮化铝、氮化硼、塞隆发光粉体及其它氮化物粉体方面的研究进展;同时展望了自蔓燃制备粉体的研究方向。

关键词:自蔓燃;燃烧合成;氮化物粉体;Si A l ON 粉体;发光材料中图分类号:TQ174文献标识码:A文章编号:1001 1625(2010)06 1373 07D evel op m ent of N itri des Po wders by SH SM ethodX UE Yue j u n,LI ANG X i yao ,GAO X iao ju,MAN H ong,LI A i m ing,Y AN D ong m ing(N o .52Instit u t e of Ch i n a North Industry Group,Y antai 264003,Ch i na)Abst ract :Se lf propagati n g h i g h te m perat u re synthesis(S H S)is an i m portan t research branch o fm aterials synthesis m ethods .M uch attention has been pa i d to powder synthesis fo r its predo m i n ance over traditi o na lm ethods .This paper descri b es pr i n ciple ,reaction type ,processes and po w der preparation techn i q ues o f SH S m ethod i n deta i.l And preparation of silicon nitride ,alum i n um nitr i d e ,boron nitride ,sialonl u m inescence and other n itri d es po w ders are li s ted .A t the sa m e ti m e ,the research direction o f S H S po w ders is rev ie w ed i n the paper .K ey w ords :S H S;co m bustion syn t h esis ;n itri d e po w der ;S i A l O N po wder ;fluorescence m ateria ls基金项目:国际科技合作项目(2008DFR50390)作者简介:薛跃军(1963 ),男,高级工程师.主要从事无机非金属材料的研究.通讯作者:高晓菊.E m ai:l gxj g2933@yahoo .c n1 引 言自蔓燃高温合成技术,又称为燃烧合成技术(combusti o n synthesis ,CS),是一类一经引发即可快速自动扩展到整个反应空间的高温化学反应[1]。

一文认识自蔓燃方法制备氮化物陶瓷粉体
自蔓燃高温合成技术（SHS），又称为燃烧合成技术，是目前材料合成的重要研究方向，在制备粉体方面具有传统方法无可比拟的优势，受到了广泛关注。

采用自蔓燃合成的氮化物陶瓷粉体，包括氮化硅粉体、氮化铝粉体、氮化硼粉体、氮化钛粉体、SiAlON 粉体，在结构陶瓷、功能陶瓷中具有举足轻重的地位，可广泛的应用高温、防腐、耐磨、基板等领域；SiAlON 粉体可广泛的应用于节能LED发光领域。

 一、自蔓燃高温合成技术（SHS）概述
 1、自蔓燃合成方法机理
 自蔓燃高温合成方法是：利用反应物自身化学反应放热制备材料的新技术。

其特点是：
 （1）利用化学反应自身放热，完全(或部分)不需要外热源，能耗低。

 （2）通过快速自动波燃烧的自维持反应得到所需成分和结构的产物。

 （3）通过改变热的释放和传输速度可以控制反应过程的速度、温度、转化率和产物的成分及晶体结构。

 图1.自蔓燃高温合成技术示意图
 2、自蔓延合成反应类型
 与燃烧合成技术相关的学科主要为燃烧化学理论、材料化学与技术这两大基础理论。

其典型的燃烧合成系统包括：
 （1）固-固反应：
 Si+C→SiC
 （2）固-气反应：。

（下转第31页）关于自蔓延冶金法制备粉体及合金的研究进展梁炳联（广东羚光新材料股份有限公司，广东肇庆526108）摘要：自蔓延冶金学是一个特殊的冶金研究领域，其重要分支之一是利用反应系统释放的反应热迅速形成一个超高的瞬态温度上升。

因此，高熔点金属及其化合物可以快速、高效地制备。

文章介绍了超细硼化物陶瓷粉体的制备、应用及最新的研究成果。

此外，钛合金的缺点是生产成本高、操作复杂、制备过程长。

关键词：自蔓延冶金；合金；研究Metallurgy and materials作者简介：梁炳联（1986-），男，广东肇庆人，主要研究方向：金属粉体、冶金。

随着现代科学技术的不断进步，冶金技术也在不断的进步和创新，对冶金技术进行研究和探索，因此，传统的冶金技术从狭窄的冶金和材料制备过程中提取金属。

随着现场技术在其领域的广泛应用，出现了一门新的交叉学科———冶金学“特殊冶金学”，又称“现场冶金学”。

本学科可以提高冶金产品的质量。

这一研究是目前冶金学术界领域中最热门的研究之一。

1冶金的主要科学问题及研究（1）在焙烧过程中，焙烧矿物的微观结构随外场和作用力的不同而不同；（2）在特殊的外场作用下，主要是在重力场和大气压下进行热力学参数的测量。

因此，研究它的热力学性质，特别是在超磁场中的热力学性质是非常重要的；（3）随着外场强度的变化，物质迁移的传递参数和传递规律会随之发生变化；（4）介绍了新型冶金电抗器在特殊外场作用下的工作原理，新型冶金电抗器的结构特点和优化设计，新型冶金电抗器的放大基础和放大规律。

特殊冶金根据不同的外场和能量函数的形式，分为电磁冶金、微波冶金、超声波冶金，自蔓延冶金利用超高瞬态温度场，完成了高效制备高熔点金属和复合效应，所以自蔓延冶金的传播是特殊冶金的重要研究之一。

从传播冶金学的概念来看，是90年代东北大学专门研究冶金学的专业队伍，也是自传播冶金学专著《自传播为LaB6和TiB2陶瓷粉末冶金法制》以来的第一部。

自蔓延高温还原合成法制备TiB_2陶瓷粉末
王为民;傅正义;金明姬;袁润章
【期刊名称】《硅酸盐学报》
【年(卷),期】1996(24)1
【摘要】采用自蔓延高温合成法（ＳＨＳ）以Ｂ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，Ｍｇ为原料，制备ＴｉＢ_２陶瓷粉料。

研究了Ｂ_２Ｏ３－ＴｉＯ_２－Ｍｇ（摩尔为１：１：５）合成系统在加热过程中的物理化学变化规律和ＴｉＢ_２粉末的显微结构特征。

结果表明：加热过程中合成系统有预反应，它是由于少量Ｂ_２Ｏ_３还原造成的；掺加稀释剂对合成材料的显微结构有较大的影响并进而影响ＭｇＯ的化学清洗。

微观分析表明：与元素合成的ＴｉＢ_２相比，ＳＨＳ还原合成的ＴｉＢ_２具有颗粒细小，分布均匀，无团聚的特点。

【总页数】5页(P53-57)
【关键词】高温合成;陶瓷粉末;二硼化钛
【作者】王为民;傅正义;金明姬;袁润章
【作者单位】武汉工业大学中俄自蔓延高温合成联合研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174.758
【相关文献】
1.Zr-B_2O_3-Mg体系自蔓延高温合成ZrB_2陶瓷粉末 [J], 方舟;王皓;傅正义
2.自蔓延高温合成/准热等静压法制备Ti_3AlC_2陶瓷的高温氧化行为研究 [J], 李
翀;赫晓东;李庆芬
3.自蔓延高温合成制备TiB_2 [J], 赵昆渝;朱心昆;苏云生;张家棋
4.Zr-B体系自蔓延高温合成ZrB_2陶瓷粉末 [J], 方舟;王皓;傅正义
5.自蔓延高温合成TiB_2粉末 [J], 李明怡;康志君;张宝生
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。

自蔓延高温合成技术目录z 1、什么是自蔓延高温合成法？ z 2、自蔓延传播原理 z 3、自蔓延高温合成法的特点 z 4、自蔓延合成方法分类及反应原理 z 5、自蔓延高温合成技术及应用自蔓延技术的发展历史19世纪，发现固-固相燃烧反应： 并描述了放热反应从试 料一端迅速蔓延到另一端的自蔓延现象。

20世纪60年代，自蔓延高温合成命名：研究人员发现钛-硼 混合物的自蔓延燃烧合成现象,称之为“固体火焰”。

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，即SHS。

20世纪后期，工业化应用：铝热反应已经得到工业应用; 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；20世纪70年代末,一些致密SHS制品已工业生产。

国内情况：我国在20世纪70年代已利用Mo-Si的放热反应来 制备MoSi2粉末。

西北有色金属研究院、武汉理工大学、冶 金部钢铁研究总院和中南工业大学等单位开展了SHS研究。

一、自蔓延高温合成实质：就是一种高 放热化学反应！ ●自蔓延高温合成(Self-propagating High-temperature Synthesis，简称SHS)概念：利用化学反应放出的热量使燃烧反应自发的进行 概念： 下去，以获得具有指定成分和结构的燃烧产物。

强烈的放热反应 反应以反应波 的形式传播● 燃烧合成（combustion synthesis)：燃烧：任何具有化学特征、结果能生成有实用价值的凝聚物的放热 燃烧： 反应都可称谓燃烧。

自蔓延合成的要求：1、剧烈的放热反应 2、绝热燃烧温度（Ta） 1） 要使燃烧能够自持，产物的Ta大于1800K； 2） Ta大于产物熔点，存在液相，反应易进行Ta---绝热温度: 反应过程中能达到的最高温度.二、自蔓延传播原理自蔓延高温合成分燃烧和热爆两种模式:局部点火方式1、燃烧模式粉末压块局部点火后，燃烧以恒定的线速逐层蔓延，蔓延的速度取 决于热的发生和耗散过程: 若反应的生成热与消耗的热处于平衡，则燃烧以匀速蔓延通过整个反应 物，反应处于稳定燃烧状态。