第5章其他材料特殊制備技術(shù)

1、第五章 其他材料特殊術(shù)技¢ 5.1 自蔓延高溫技術(shù)Self-propagation high temperature synthesisSHS利用化合物時的反應(yīng)熱，使反應(yīng)維持進行下去的一種工藝。5.1.1 概論5.1.1.1自蔓延高溫技術(shù)原理及其特點圖5-1 SHS反應(yīng)過程示意5.1.1 概論5.1.1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀5.1.1.3 SHS的燃燒方式與燃燒機理（1）SHS體系的類型5.1.1 概論圖5-2 IS體系和HS體系示意5.1.1 概論（2）SHS體系地燃燒方式圖5-3 各種燃燒過程的SHS體系示意5.1.1 概論（3）SHS燃燒機理 燃燒波的結(jié)構(gòu)特征U初始混合物預(yù)熱區(qū)（

2、）熱區(qū)（反應(yīng)區(qū)）后續(xù)過程區(qū)（）最終產(chǎn)物5.1.1 概論圖5-4 燃燒波中溫度T、轉(zhuǎn)化度和熱產(chǎn)生速率f的示意5.1.1 概論圖5-5 有后燒現(xiàn)象的燃燒波中溫度T、轉(zhuǎn)化度和熱產(chǎn)生速率f的示意5.1.1 概論燃燒機理a。無氣體燃燒SHS過程的燃燒機理圖5-6 無氣體燃燒體系相互作用示意5.1.1 概論b。氣體漫滲燃燒SHS過程的燃燒機理圖5-7 氣體漫滲燃燒體系相互作用示意5.1.1 概論5.1.1.4 SHS燃燒動力學絕熱溫度Tad的計算準則如下：Tò- H 0=H 0C dt（5-1）T298p298Ttr298Tòò- H 0=C dt + DH+H 0C'

3、;dtT298ptrp（5-2）Ttr式中Ttr相變溫度；Htr相變過程的焓變。5.1.1 概論Tm298Tòòdt +qDH- H 0=+H 0C ' dtCT298pmpTm（5-3）式中Tm某組分的熔點；發(fā)生熔化物質(zhì)的百分比； Hm該組分的熔解熱。5.1.1 概論Tm298TmTòòò（5-4）dt +qDH- H 0=C dt + DH+H 0C'C'' dtT298ptrpmpTTtrm5.1.1.5 SHS應(yīng)用效果表5-1 SHS法的化合物名稱組成硅化物MoSi2,MoSi,Ti5Si3,ToSo2,

4、ZrSi,ZrSi2金屬間化合物NbAl.NbGe,TiFe,TiCo,CuAl,TiAl,ZrAl,VAl磷化物AlP,CuP,NbP,Co2P.FeP.MnP,CrP,TiP,Fe-Mo-P,Fe-Mn-P碳化物硼化物TiC,ZrC,HfC,TaC,WC,Cr3C2,N2C,B4C,SiC,NbC-TaC,TiC-Cr3C2,TiC- Mo2C,NbC,TiC,TiB2,ZrB2,NbB2,TaB2,CoB,HfB2,V3B2,VB,VB2,CrB,CrB2,MoB, Mo2B,MoB2,WB,W2B,W2B2,NiB,FeB,LaB,TiB2-CrB2氫化物TiH2,ZrH2,NbH,N

5、bH3,ScH2,VH2,VH3,LaH2,PrH2,NdH2,SmH3,GdH2,GdH3,Tb H2,DyH2,DyH3,MoH2,TiZrH2,ZrCoH3,ZrCoH3,Zr2CoH5,ZrNiH5,TiCoH3氮化物TN,ZrN,HfN,VN,AlN,BN,Si3N4,ScN,LaN,ErN,PrN,SmN,GdN,DyN,TbN,-TaN,-TaN,-TaN,（Ti-N），(Zr-N)復(fù)雜氧化物BaTiO3,PbTiO3,YAlO3,MgAl2O4,LiTaO3,KTaO3,Ba2NaTa5O15,Bi4V4O11,Bi4Fe2 O3,Bo4Ti3O12,Bi3TiNbO9,Bi3

6、TiTaO9,BaBi2Nb2O9,PdBiTa2O9,BiCu3O12,Bi2MoO6,LiNd(MoO3),PbMoO4,Li(MoO3),Cd2Mo3O12,Y3Al5O15,Ba2KNB5O15,BaNb2O6,Ba5Nb4O15,YBa2Cu3O7-x,Ni1-xCuyFe2O4,BaFe2O4,BaFe12O19,LiFe2O4硫化物WS2,WSe2,WNbSe2,MoS2,MoSe2,MoNbS2,MoNbSe2,TaS2,NbS2,NbSe2,La2S3,LaTaS3,LaNbS3,PrNbS3,NdNbS3,TbNbS3,DyNbS3,YNbS3,NdTaS3,TbTaS3,

7、HoTaS3,ErTaS3,EuTa2S4,EuNb2S45.1.2 自蔓延高溫技術(shù)5.1.2.1 SHS技術(shù)（1）SHS粉末技術(shù)（2） SHS燒結(jié)技術(shù)（3） SHS多孔體技術(shù)（4） SHS致密化技術(shù)（5） SHS熔鑄技術(shù)（6） SHS焊接技術(shù)（7） SHS涂層技術(shù)5.1.2 自蔓延高溫技術(shù)T1時A + m G ® AGB + m G ® BGnmnmnnT2（T2>T1）時AG® A + m GBG® B + m GmnnmnnA + B ® AB5.1.2 自蔓延高溫5.1.2.2 自蔓延離心工藝（1）SHS-離心法的特點技術(shù)G =

8、F = mrw = r (p n)2= 0.112´( n )2 r100（5-5）Pmgg30式中 G重力系數(shù)；F物體所受的離心力，N；P物體的重力；M金屬液質(zhì)點得重量，kg； 鑄型旋轉(zhuǎn)的角速度，rad/s；Gr液體度，981cm/s2；任意點的旋轉(zhuǎn)半徑，cm；落體N鑄型的轉(zhuǎn)速，r/min。5.1.2 自蔓延高溫技術(shù)圖5-8 SHS-離心法過程示意5.1.2 自蔓延高溫技術(shù)（2）SHS-離心法的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用陶瓷內(nèi)襯鋼管不銹鋼內(nèi)襯復(fù)合鋼管陶瓷與陶瓷復(fù)合管MoO + 2Al + 1 C ® Al O+ 1 Mo C323222MoO3 + 2Al + B ® Al

9、2O3 + MoB5.1.3 自蔓延高溫應(yīng)用工藝技術(shù)的5.1.3.1氮化鋁陶瓷（1）（2）結(jié)果5.1.3 自蔓延高溫應(yīng)用工藝技術(shù)的表5-2 ALN參數(shù)實驗編號N2/MPa粉坯相對密度稀釋劑含量/%(質(zhì)量分數(shù))1#2#3#4#5#6#1.055%401.655%402.255%402.5完全02.2完全40N22.5MPa完全，稀釋劑含量50%，粉坯進行適當處理5.1.3 自蔓延高溫應(yīng)用工藝技術(shù)的5.1.3.2 六方BN基陶瓷復(fù)合材料自蔓延高溫工藝圖5-10 絕熱溫度與稀釋劑含量的圖5-9 高壓器示意5.1.3 自蔓延高溫應(yīng)用工藝技術(shù)的5.1.3.3 用離心自蔓延高溫瓷內(nèi)襯鋼管技術(shù)大規(guī)格耐磨陶根

10、據(jù)最大剪應(yīng)力原理，陶瓷內(nèi)襯鋼管的陶瓷層強度條件為sq-sr= 2 pb2 / (b2 - a2 ) £ t（5-6）式中 p外層鋼管與陶瓷線膨脹系數(shù)不同，而對陶瓷層產(chǎn)生的；a，b陶瓷層的內(nèi)外半徑；陶瓷的剪切強度5.1.3 自蔓延高溫應(yīng)用工藝技術(shù)的5.1.3.4 應(yīng)用SHS熔鑄技術(shù)表面金屬-陶瓷復(fù)合材料表5-5 梯度層最底層中的Cr-Fe粒度、化學成分化學成 分（質(zhì) 量分數(shù)）65.64%Cr，0.05%C，1.05%Si粒度/目406080100粒度指數(shù)所占百分比/%18.322.128.231.4755.1.3 自蔓延高溫術(shù)的應(yīng)用工藝技表5-4 膠黏劑及試驗結(jié)果編號膠黏劑用量/%（質(zhì)

11、量分數(shù)）結(jié)果1234567水M=25 D=1.48C-2膠纖維素水溶lt;2010不能形成涂層，疏松孔洞較多能形成均勻涂層，氣孔少 能形成涂層，有部分脫落 不能形成涂層，不反應(yīng)涂層渣化嚴重質(zhì)量差強度差，制作膏塊涂層脫落嚴重表5-3 配料成分（質(zhì)量分數(shù)）對涂層質(zhì)量的影響試樣編號Al/%Fe2O3/%Cr-Fe/%Mg/%Si/%涂層質(zhì)量123456782376686861.561.55648.573.759.643.528.714.200551313203002040608010000112340.50.81.21.20.800332.52.521.532.41.81.

12、20.60表面不平，氣孔多，F(xiàn)e顆粒聚集表面不平，氣孔較多，疏松表面不平，有氣孔，界面結(jié)合不平表面平整，有氣孔，融合層較窄表面平整，有少量氣孔，金相下有（Al2O3+Fe）附著，融合層較窄表面平整，（Al2O3+Fe）層分布不均勻表面平整，金相下融合層較寬（Al2O3-Fe）層分布均勻（Cr-Fe）與鑄鐵基體有較寬的固溶區(qū)，（Cr-Fe）與（Al2O3+Fe）層結(jié)合過渡平整，（Al2O3+Fe）較寬，宏觀表面平整21211919171422.818.313.58.94.405.1.4 結(jié)語5.2 金屬霧化噴射沉積技術(shù)5.2.1 金屬霧化噴射沉積技術(shù)的發(fā)展概況5.2.2 金屬霧化噴射沉積基本原理

13、圖5-11 噴射沉積過程示意5.2.3 金屬霧化噴射沉積技術(shù)的特點5.2.4 金屬霧化噴射沉積工藝過程5.2.4.1部分5.2.4.2 融化部分5.2.4.3 霧化部分5.2.4 金屬霧化噴射沉積工藝過程（1）噴嘴角度圖5-12 霧化噴嘴示意圖5-13 霧化錐分布范圍示意5.2.4 金屬霧化噴射沉積工藝過程（2）氣流速/熔體流速（GFR/MFR）值和熔體過熱度的影響圖5-14 GFR/MFR比對在兩種不同過熱度值下的平均粉末直徑的影響5.2.4 金屬霧化噴射沉積工藝過程（3）導(dǎo)流管伸出長度的影響圖5-15 導(dǎo)液管下方的其他分布區(qū)5.2.4 金屬霧化噴射沉積工藝過程5.2.4.4 沉積部分圖5-

14、16 液滴沉積過程示意5.2.4 金屬霧化噴射沉積工藝過程5.2.4.5 粉末收集部分5.2.5 金屬霧化噴射沉積新型工藝簡介5.2.5.1 雙噴嘴噴射成型圖5-17 雙噴嘴5.2.5 金屬霧化噴射沉積新型工藝簡介圖5-18 雙噴嘴示意5.2.5 金屬霧化噴射沉積新型工藝簡介5.2.5.2 循環(huán)回收系統(tǒng)圖5-19 循環(huán)回收系統(tǒng)示意5.2.6 金屬霧化噴射沉積合金微觀組織與性能5.2.6.1 鋁合金5.2.6.2 高溫合金5.2.6.3 金屬間化合物5.2.7 金屬霧化噴射沉積技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化5.2.7.1 已經(jīng)實現(xiàn)或接近的5.2.7.2 開發(fā)中的5.2.7.3 噴射成形發(fā)展趨勢5.2.8 金屬霧化噴射沉積技術(shù)的評價與展望5.3 超導(dǎo)工藝5.3.1 超導(dǎo)體概述5.3.1.1 發(fā)展歷史TMTSF的分子式為：5.3.1 超導(dǎo)體概述圖5-20 釔鋇銅氧（YBaCuO）