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自蔓延高温合成技术的原理及应用摘要：自蔓延高温合成技术在材料的合成与制备中应用非常广范，本文主要介绍自蔓延高温合成技术的发展背景和原理，并概述该技术在材料合成与制备中的应用和发展前景。
关键词：自蔓延高温合成；原理；应用、发展前景The principle and application of self-propagatinghigh-temperature synthesis technologyAbstract:It is widely used of self-propagating high-temperature synthesis technology in the synthesis and perparation of materials, this article mainly introduces the background of development and principle of self-propagating high-temperature synthesis technology, and then summarize the application and the prospect in developing in materials synthesis which is used this technology.Key words: self-propagating high-temperature synthesis; principle; application; prospect in developing1.前言自蔓延高温合成技术[1]（Self-propagating High-temperature Synthesis ，简称SHS ）是前苏联科学家A. G . Merzhanov 于1967年道次提出的一种材料合成新工艺，又称为燃烧合成。
Merzhanov 发现化学反应：mol kJ TiB B Ti /28022+→+具有点火后不需要外界能量就可持续燃烧并从一端向另一端传播，使Ti 与B 的混合物反应生成TiB 2化合物， 从而合成硬质陶瓷TiB 2粉末这种新材料。
自蔓延高温合成法名词解释
嘿，朋友们！今天咱来聊聊自蔓延高温合成法。
这玩意儿可神奇啦，就好像是化学反应里的一场奇妙冒险！
你看啊，自蔓延高温合成法就像是一个特别厉害的魔法。
普通的化学反应就像是慢慢悠悠散步，而它呢，那简直就是一路狂奔！它利用化学反应自身放出的热量，让反应像着了火一样迅速蔓延开来，呼呼地就合成出了我们想要的东西。
这就好比是一场赛跑，自蔓延高温合成法就是那个一马当先、风驰电掣的选手，一下子就冲到了终点，把其他的方法都甩在了身后。
而且它还特别高效，不需要太多额外的能量输入，自己就能热热闹闹地搞起来。
咱想象一下，一堆材料放在那儿，然后“轰”的一下，反应就开始了，那场面多壮观呀！就像放烟花一样，瞬间绽放出绚丽的成果。
它能合成出各种各样的材料呢，从陶瓷到金属间化合物，啥都能搞定。
这可真是个万能的宝贝呀！而且呀，它的成本有时候还比较低呢，这可给我们省了不少钱。
比如说，我们要做一个特别的陶瓷零件，用其他方法可能得费好大的劲，还不一定能做好。
但用自蔓延高温合成法，嘿，说不定一下子就成功了！这不是很厉害吗？
它的应用范围也特别广，在材料科学领域那可是大显身手。
科研人员们可喜欢它啦，就像找到了一个宝贝工具。
总之呢，自蔓延高温合成法就像是化学反应世界里的一颗闪亮明星，给我们带来了很多惊喜和便利。
它让我们看到了科技的魅力，也让我们对未来的材料发展充满了期待。
不用它，那不是太可惜了吗？所以呀，大家可得好好了解了解它，说不定哪天就能派上大用场呢！。
高温自蔓延合成al_2o_3涂层的制备与组织结构
高温自蔓延合成Al_2O_3涂层的制备与组织结构
1. 制备技术
（1）溶液过滤: 采用特定的过滤设备，将溶液进行机械过滤，将微粒固体和液体分离；
（2）沉积: 将制备好的溶液进行泵送，喷射出来，使其叠加在待浸涂物表面；
（3）定形: 将沉积在待浸涂物表面的Al_2O_3经过定形处理，形成蜂窝状的Al_2O_3涂层；
（4）高温固化及烧结: 将定形的Al_2O_3涂层进行高温固化，利用热能对其组织结构进行调整，使其组织结构更加均匀，形成自蔓延合成的Al_2O_3涂层；
2. 组织结构
（1）组织层次: 所制备的Al_2O_3涂层具有三层结构，由内至外分别是平锥晶结构Al_2O_3单相层、Al_2O_3/Al_2O_3复相层和Al_2O_3涂层；
（2）组织结构特性: Al_2O_3单相层表面完全渗透的平锥晶，
Al_2O_3/Al_2O_3复相层特征晶尖朝外，其外表层可形成不同间隙宽度的见光面，外表面的晶粒尺寸为1-3um；
（3）抗腐蚀性能: 按照性能要求，Al_2O_3涂层具有良好的抗腐蚀性能，能够有效抵抗高温、硫化氢等腐蚀环境；
3. 研究进展
近年来，高温自蔓延合成Al_2O_3涂层的研究不断发展，相关技术在实际应用中有良好的效果，再如：硅基衬底上的自蔓延合成Al_2O_3表面的抗腐蚀性能比传统设备涂覆的相同层抗腐蚀性能要高。
目前，已有研究报道，由高温自蔓延合成的Al_2O_3涂层层可以有效地应用于有色金属涂层，如铝合金和铁基合金涂层，从而推动Al_2O_3涂层在航空航天、船舶制造及汽车工业等行业中的应用。
自蔓延高温合成技术也称燃烧合成，是一种利用化学反应（燃烧）本身放热制备材料的新技术，其特点为： （1）利用化学反应自身放热，完全（或部分）不需要外热源； （2）通过快速自动波燃烧的自维持反应得到所需要成分和结构的产物； （3）通过改变热的释放和传输速度来控制反应过程的速度、温度、转化率和产物的 成分及结构。
图4-15是自蔓延高温合成技术的原理示意图。
把原料按一定比例混合成型，然后通过点火引燃，使其局部发生燃烧反应，并得到所需要的反应产物。
同时，燃烧反应放出的热量足以使其它部分原料逐步燃烧，使整个坯料完全发生反应，获得具有所需要的一定成分和结构的材料。
图4-15 是自蔓延高温合成技术的原理示意图 自蔓延高温合成技术具有节能、工艺设备较简单、产品纯度高，可制备非平衡材料、多种类型复合材料等优点，是一种制备陶瓷和金属间化合物的新方法，从1967年在原苏联首次发现以来，受到了人们的广泛重视。
但这种方法也有一定的局限性，限制了它的发展，如反应温度高、制造的粉末粒度较粗、反应复杂、瞬时高温和生产过程不易控制等。
表4-9列出了自蔓延高温合成的一些参数。
一些材料。
自蔓延高温合成（self–propagation high–temperature synthesis，简称SHS），又称为燃烧合成（combustion synthesis）技术，是利用反应物之间高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，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全，是制备无机化合物高温材料的一种新方法。
燃烧引发的反应或燃烧波的蔓延相当快，一般为0.1～20.0cm／s，最高可达25.0cm／s，燃烧波的温度或反应温度通常都在2100～3500K以上，最高可达5000K。
SHS以自蔓延方式实现粉末间的反应，与制备材料的传统工艺比较，工序减少，流程缩短，工艺简单，一经引燃启动过程后就不需要对其进一步提供任何能量。
实验八 自蔓延高温合成
一 实验目的
熟悉自蔓延高温合成过程，了解其合成原理。
二 实验原理
自蔓延高温合成技术(Self-propagating High-temperature Synthesis简
称SHS)是由俄罗斯科学家Merzhanov教授在60年代后期提出的一种材料合成新
工艺。其基本原理是利用化学反应放出的热量使燃烧反应自发的进行下去，以获
得具有指定成分和结构的燃烧产物。
以简单的二元反应体系为例，其原理为：
xA + yB —— AxBy + Q
其中A为金属单质，B为非金属单质，AxBy为合成反应的产物，Q为合成反
应放出的热量。
上图描述了燃烧过程中样品内部燃烧波的结构及产物相组成的变化规律。首
先在样品的一端给一个激发热源将此处的样品加热到上面的反应式可应进行时，
断开激发源。此时端面处由于化学反应生成了反应产物C或A/B，主要由反应机
理而定；反应放出的热量和反应过程中的物质消耗导致样品中形成温度、组分元
素浓度的梯度，有时还伴随着物质流动现象。这种梯度的存在，会使热量向周围
区域传递。热量的传递使周围区域得到预热，得到初始的激发热量，引发上述燃
烧反应的进行，这种周期性的过程使反应能自发地进行下去。
通常为了了便于讨论，将上述过程简化为一个一维的燃烧问题。由傅立叶第
一定理和能量守恒法则，可得到如下方程组：
)()exp()()(404iiirEPCfRTEAtCCHTTKtCqrTKrtTC
为了得到指定结构的化学组成和产物相分布等，通常需要对反应过程进行控
制。对体系的控制主要是通过改变上述方程中的体系初始物性常数，如比热C，
热传导系数K等。读者有举兴趣，通过上述议程的数学分析，可以对燃烧过程中
的动力学形为进行研究，将上述动力学行为与产物结构结合在一起，就形成了自
蔓延过程常用的研究方法——结构宏观动力学。
SHS过程也可以是多元反应过程，其基本原理不变，只是反应过程更加复杂。
如下式：
Nx+ M + Z === Ny + Mx + Q
式中 Nx----氧化物、卤化物等 M----金属还原剂（Mg、Al、Ca等）
Z----非金属或非金属化合物（N2,C,B2O3,SiO2等） Ny----合成产品
Mx----金属还原剂的化合物 Q----合成反应所放出的热量
与传统的工艺相比，自蔓延高温合成的主要优点在于：
1 反应时低沸点的杂质挥发逸出，产品纯度高；
2 过程迅速、省时；
3 除启动反应外，不需要外热，简化设备、节约能源；
4 产品中极可能出现非平衡或亚稳相，产品活性高；
5 可以使材料的合成与致密化同步完成；
6 不仅扩大了材料合成所用材料来源，降低成本，还具有很广的实用性，可以
合成一些 其他工艺不能合成的材料。
三 仪器和药品
1，实验仪器
采用武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室自行研制的专利产品—自蔓延高温
合成装置。它由控制柜和燃烧台两部分组成。该设备配有高速自动摄影和全自动红外辐射测
温系统，能够实现反应过程的全自动计算机在线控制，获得材料合成过程中的反映应速度﹑
燃烧温度﹑燃烧结构及其他反应动力学过程的基本参数。
2，实验药品
以合成La1-xSrxMnO3为例。方程式如下：
(1-x)La2O3+2xSrO2+(2-y)Mn+yKMnO4---2La1-xSrxMnO3-δ+y/2K2O
所需药品如下表：
原料 纯度 状态
氧化镧 ≧99.9% 固体粉末
过氧化锶 ≧99% 固体粉末
锰 ≧99% 固体粉末
高锰酸钾 ≧99．5% 固体颗粒
四 实验步骤
1， 称料。按化学计量比称取一定量的实验所需原料
2， 混料。混料方法包括球磨法和机械干混法。球磨法使用合金球作为混料
球，球料比为5：1，乙醇做分散介质，时间根据不同要求定。干混法混料介
质为玛瑙球，球料比为2：1，时间根据不同要求定。
3， 压坯。将混合均匀的原料用一定尺寸的钢模具在一定压力作用下压制成
较密实的坯体。
4， 点火。将所压坯体置于燃烧台，用钨丝点火。调节反应控制柜，使坯体
能够被点燃，然后切断电源，使反应自发的进行下去。
5， 断开电源，待样品冷却后用样品袋将样品收集起来
五 数据采集分析
燃烧温度和燃烧波的蔓延过程的测定是自动进行的，通过上述系统可得到依
时间系列的样品中不同点燃烧温度数据和燃烧波的蔓延图像。燃烧波速度的确定
是通过两根K型热电偶置于样品中不同的两点，用游标卡尺测量两热电偶之间的
距离S，通过启示录的数据，求出两点达到燃烧温度时的时间差T，则燃烧波蔓
延速度为V=S/T。采集的数据与相关的理论计算数值进行对比就可以对不同体系
的理论模型进行修正，得到更加接近实际过程的理论结果，从而对实验过程进行
指导。
六 思考题
1， 自蔓延（SHS）合成体系的必须具有的条件？
2， 试列举一到二种控制体系燃烧过程（燃烧波蔓延速度和燃烧温度）的工
艺措施，并对其原理进行简单的分析。
