燃燒合成法三學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1燃燒燃燒(rnsho)合成法三合成法三第一頁(yè)，共60頁(yè)。 原材料 準(zhǔn)備(zhnbi)工序 合成(hchng) 產(chǎn)品(chnpn)加工 最終產(chǎn)物 副產(chǎn)物利用金屬、非金屬氧化物粉末，反應(yīng)或惰性氣體，添加劑干燥，粉碎，過(guò)篩，配料，混合，成型封閉或不封閉反應(yīng)器粉碎，球磨，化學(xué)處理，分級(jí)粉末，單晶，團(tuán)聚或復(fù)合體圖4-1 SHS粉末的工藝流程第1頁(yè)/共60頁(yè)第二頁(yè)，共60頁(yè)。第2頁(yè)/共60頁(yè)第三頁(yè)，共60頁(yè)。(zhnkng)，用鎢絲通電點(diǎn)燃反應(yīng)物，合成過(guò)程中排除多余氣體，合成后繼續(xù)抽真空(zhnkng)，起輔助凈化作用。第四章第四章 燃燒燃燒(rnsho)法合成粉末法合成粉末圖5-2第3頁(yè)/共60

2、頁(yè)第四頁(yè)，共60頁(yè)。T=2514K。第四章第四章 燃燒燃燒(rnsho)法合成粉末法合成粉末第4頁(yè)/共60頁(yè)第五頁(yè)，共60頁(yè)。第四章第四章 燃燒法合成燃燒法合成(hchng)粉末粉末第5頁(yè)/共60頁(yè)第六頁(yè)，共60頁(yè)。第6頁(yè)/共60頁(yè)第七頁(yè)，共60頁(yè)。第四章第四章 燃燒法合成燃燒法合成(hchng)粉末粉末第7頁(yè)/共60頁(yè)第八頁(yè)，共60頁(yè)。第8頁(yè)/共60頁(yè)第九頁(yè)，共60頁(yè)。43置于自制的燃燒合成反應(yīng)釜中，充以不同壓力的氮?dú)?，用鎢絲通電點(diǎn)燃第四章第四章 燃燒燃燒(rnsho)法合成粉末法合成粉末第9頁(yè)/共60頁(yè)第十頁(yè)，共60頁(yè)。24124234242234334245()()()()nxxnnSi

3、C FSiFCQSiFC FNSi NC FQmnSiNSi NQSi NCSiCNQSiCSiCQ 反應(yīng)(fnyng)機(jī)理第四章第四章 燃燒法合成燃燒法合成(hchng)粉末粉末第10頁(yè)/共60頁(yè)第十一頁(yè)，共60頁(yè)。第11頁(yè)/共60頁(yè)第十二頁(yè)，共60頁(yè)。度降到了1050。第四章第四章 燃燒燃燒(rnsho)法合成粉末法合成粉末第12頁(yè)/共60頁(yè)第十三頁(yè)，共60頁(yè)。第13頁(yè)/共60頁(yè)第十四頁(yè)，共60頁(yè)。第14頁(yè)/共60頁(yè)第十五頁(yè)，共60頁(yè)。第四章第四章 燃燒法合成燃燒法合成(hchng)粉末粉末4.3 Si3N4粉體的合成(hchng)以粒徑為3m的硅粉，硅粉：NaN3=9：4，混合料壓成料坯

4、，頂部以Ti+1.5B為點(diǎn)火劑，在510MPa氮?dú)鈮合氯紵?rnsho)反應(yīng)，獲得98%100% -Si3N4粉，反應(yīng)式為：3349434SiNaNSi NNa或是用鹵化氨作為添加劑合成-Si3N4粉，在4-30MPa氮?dú)庵腥紵?，獲得88%左右的-Si3N4粉，其作用有：1）作為稀釋劑，降低燃燒溫度；2）氣化后與硅反應(yīng)，生成有利于形成-Si3N4的中間產(chǎn)物。第15頁(yè)/共60頁(yè)第十六頁(yè)，共60頁(yè)。第四章第四章 燃燒燃燒(rnsho)法合成粉末法合成粉末43424334234212( )( /3)( /3)()xynNHClNH H ClSiH ClSiClHSiClNHSiNH ClnxSiny

5、NnyNHSi NH其中(qzhng)間產(chǎn)物為：當(dāng)在其中2%NH4Cl和1%Al時(shí)可獲得(hud)-Si3N4纖維第16頁(yè)/共60頁(yè)第十七頁(yè)，共60頁(yè)。第四章第四章 燃燒法合成燃燒法合成(hchng)粉末粉末第17頁(yè)/共60頁(yè)第十八頁(yè)，共60頁(yè)。第18頁(yè)/共60頁(yè)第十九頁(yè)，共60頁(yè)。第19頁(yè)/共60頁(yè)第二十頁(yè)，共60頁(yè)。第20頁(yè)/共60頁(yè)第二十一頁(yè)，共60頁(yè)。(bjio)，該法合成的多相陶瓷粉末粉末均勻，粒度較細(xì)，燒結(jié)性較好，某些材料性能也有所提高。第四章第四章 燃燒燃燒(rnsho)法合成粉末法合成粉末第21頁(yè)/共60頁(yè)第二十二頁(yè)，共60頁(yè)。第四章第四章 燃燒燃燒(rnsho)法合成粉末法合

6、成粉末23232323322322322235263103353Al BOAl OBTiOAlAlTiAl OAlTiBTiBAlAlBOTiOAl OTiB第22頁(yè)/共60頁(yè)第二十三頁(yè)，共60頁(yè)。第23頁(yè)/共60頁(yè)第二十四頁(yè)，共60頁(yè)。熱爆加壓法第24頁(yè)/共60頁(yè)第二十五頁(yè)，共60頁(yè)。(yl)預(yù)壓30min鐘后，在給定壓力(yl)下點(diǎn)火。隨著反應(yīng)試樣體積的收縮，彈簧減小而壓力(yl)減小。圖6-1第25頁(yè)/共60頁(yè)第二十六頁(yè)，共60頁(yè)。個(gè)帶硅橡膠冒的金屬包套中，放在高壓釜內(nèi)在(nizi)45MPa液體壓力下點(diǎn)燃。圖6-2第26頁(yè)/共60頁(yè)第二十七頁(yè)，共60頁(yè)。圖6-3第27頁(yè)/共60頁(yè)第二十

7、八頁(yè)，共60頁(yè)。第28頁(yè)/共60頁(yè)第二十九頁(yè)，共60頁(yè)。種。當(dāng)壓坯溫度達(dá)到點(diǎn)燃溫度Tig時(shí)，壓坯就會(huì)整體發(fā)生SHS反應(yīng)，即發(fā)生所謂“熱爆”反應(yīng)。圖6-5第29頁(yè)/共60頁(yè)第三十頁(yè)，共60頁(yè)。強(qiáng)電流點(diǎn)燃反應(yīng)物壓坯，使之在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到致密。圖6-6第30頁(yè)/共60頁(yè)第三十一頁(yè)，共60頁(yè)。誘發(fā)反應(yīng)物壓坯發(fā)生反應(yīng)，便可以在較低的氣壓下(一般為100MPa)使材料達(dá)到近乎完全致密化。但在上述工藝操作前必須首先將反應(yīng)物壓坯加熱到700，使玻璃包套軟化。圖6-7第31頁(yè)/共60頁(yè)第三十二頁(yè)，共60頁(yè)。第32頁(yè)/共60頁(yè)第三十三頁(yè)，共60頁(yè)。的排氣孔，上下蓋板為ZrO2隔熱( r)氈的鋼板。此裝置不僅使反

8、應(yīng)后的樣品很好地保溫，并可防止雜質(zhì)滲入樣品，而且能將反應(yīng)產(chǎn)生的氣體排出。圖6-8第33頁(yè)/共60頁(yè)第三十四頁(yè)，共60頁(yè)。并可獲得接近成品形狀的產(chǎn)品，生產(chǎn)率高，在生成中幾乎不需停機(jī)。圖6-9第34頁(yè)/共60頁(yè)第三十五頁(yè)，共60頁(yè)。方向相同的脈沖電磁力以驅(qū)動(dòng)金屬板。當(dāng)樣品的一端被電熱絲點(diǎn)燃后，利用延時(shí)器進(jìn)行一定的延時(shí)后加壓，延時(shí)誤差小于10ms。特點(diǎn)是：加壓速度快，能量轉(zhuǎn)換率高。圖6-10第35頁(yè)/共60頁(yè)第三十六頁(yè)，共60頁(yè)。第36頁(yè)/共60頁(yè)第三十七頁(yè)，共60頁(yè)。圖中t1和t2等參數(shù)的最佳比值 由 試 驗(yàn) 確 定 ， t d 和 t p 分 別(fnbi)為燃燒燒結(jié)到壓制開(kāi)始之間的延遲時(shí)間和壓

9、制持續(xù)時(shí)間，P為施加的壓力，下標(biāo)“opt”為最佳條件，td是一個(gè)重要的工藝參數(shù)。圖6-11第37頁(yè)/共60頁(yè)第三十八頁(yè)，共60頁(yè)。第38頁(yè)/共60頁(yè)第三十九頁(yè)，共60頁(yè)。/( , ,)ddtTPP(1)ln(1)mPabT 第39頁(yè)/共60頁(yè)第四十頁(yè)，共60頁(yè)。3431finftdP081 exp()8P DfdPfdD第40頁(yè)/共60頁(yè)第四十一頁(yè)，共60頁(yè)。第41頁(yè)/共60頁(yè)第四十二頁(yè)，共60頁(yè)。第42頁(yè)/共60頁(yè)第四十三頁(yè)，共60頁(yè)。于最內(nèi)層，形成內(nèi)襯陶瓷套管。圖7-1第43頁(yè)/共60頁(yè)第四十四頁(yè)，共60頁(yè)。第44頁(yè)/共60頁(yè)第四十五頁(yè)，共60頁(yè)。232323233232322836225

10、3021049323928Fe OAlFeAl OkJCr OAlCrAl OkJCrOAlCrAl OkJNiOAlNiAl OkJ調(diào)整鋁熱劑各組元的含量(hnling)可制備18-8型奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和耐熱不銹鋼第45頁(yè)/共60頁(yè)第四十六頁(yè)，共60頁(yè)。1.熔體的產(chǎn)生不同2.離心鑄造的高溫熔體是在型腔外高溫熔化，再注入型腔中。3.高溫熔體的組成(z chn)不同4.離心鑄造的高溫熔體由某成分的合金構(gòu)成，鋁熱離心法的高溫熔體由比重不同兩種或兩種以上的材料組成(z chn)。鋁熱離心法的優(yōu)點(diǎn)可制備超低碳不銹鋼，避免鋼中析出碳化物，因此可防止由于碳化物析出造成的晶界附近貧鉻，從而提高晶間腐

11、蝕性能。第46頁(yè)/共60頁(yè)第四十七頁(yè)，共60頁(yè)。SHS-離心法制備涂層必須滿足的條件a）燃燒(rnsho)產(chǎn)物為高溫熔體；b）燃燒(rnsho)溫度高于基板熔點(diǎn)；c）燃燒(rnsho)產(chǎn)品與金屬基板之間產(chǎn)生冶金結(jié)合。其原理為圖7-12第47頁(yè)/共60頁(yè)第四十八頁(yè)，共60頁(yè)。第48頁(yè)/共60頁(yè)第四十九頁(yè)，共60頁(yè)。3512411111NNNNNiijjkkmmnnijkmnABCDEAiWO3, MoO, CrO3, V2O5, CoO, NiO, FeO, TiO2等BjAl，Mg，Zr，Ti等CkC，B，N2，Si，B2O3，SiO2等DmWC，MoC，CrC，VB2，CrB2，V3N，Mo

12、Si2等EnAl2O3，MgO，ZrO2，TiO2等i, j, k, m, n反應(yīng)物及產(chǎn)物的化學(xué)計(jì)量(jling)系數(shù)反應(yīng)過(guò)程由兩個(gè)階段組成: (1) 氧化物被還原成金屬(金屬熱還原階段)；(2) 元素間合成化合物(合成階段)第49頁(yè)/共60頁(yè)第五十頁(yè)，共60頁(yè)。燃燒形式隨氣體壓力不同而發(fā)生變化，燃燒既可以穩(wěn)態(tài)方式(無(wú)噴濺)，又可以非穩(wěn)態(tài)方式進(jìn)行。如果燃燒溫度(wnd)(Tc)低于金屬和還原氧化物的熔化溫度(wnd)(Tm)，那么燃燒在任何壓力下都以穩(wěn)定方式進(jìn)行，無(wú)噴濺現(xiàn)象(區(qū)域I)；當(dāng)TcTm時(shí)，燃燒的特點(diǎn)決定于氣體的壓力，在低溫下，Tc高于易揮發(fā)組元的沸騰溫度(wnd)(Tbm)，燃燒以非

13、穩(wěn)態(tài)進(jìn)行并帶有強(qiáng)烈的噴濺現(xiàn)象或以爆炸的方式進(jìn)行(區(qū)域II)。在高的氣壓下，當(dāng)TcTbm時(shí)，燃燒以穩(wěn)態(tài)方式進(jìn)行。區(qū)域II和區(qū)域III被一曲線分開(kāi) ， 這 一 曲 線 開(kāi) 始 與Tc=Tbm相吻合，之后與之相分離。第50頁(yè)/共60頁(yè)第五十一頁(yè)，共60頁(yè)。圖7-16要成功(chnggng)地進(jìn)行熔鑄表面涂層，應(yīng)滿足如下條件：可燃的SHS混合物；燃燒產(chǎn)物為高溫熔體；燃燒溫度高于基體的熔點(diǎn)；涂層與基體間能形成冶金結(jié)合。第51頁(yè)/共60頁(yè)第五十二頁(yè)，共60頁(yè)。a) 氣相傳輸涂層(t cn)過(guò)程燃燒波中存在溫度梯度，例如加熱區(qū)與燃燒區(qū)之間存在很大的溫差。在低溫區(qū)，原料A、B與氣體傳輸介質(zhì)G(一般為鹵素或鹵化

14、物)發(fā)生反應(yīng)，生成氣相產(chǎn)物AGm和BGk，如式：(/ )( / )nmnkAm n GAGBk n GAG第52頁(yè)/共60頁(yè)第五十三頁(yè)，共60頁(yè)。氣相傳輸涂層的基本過(guò)程：由于在燃燒(rnsho)波中存在溫差，在低溫處，反應(yīng)原料與氣相傳輸介質(zhì)反應(yīng)，形成氣相化合物；隨后在高溫處氣相產(chǎn)物發(fā)生分解，這樣反應(yīng)物就通過(guò)氣相傳輸介質(zhì)從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一鉻地方。圖7-19第53頁(yè)/共60頁(yè)第五十四頁(yè)，共60頁(yè)。圖7-20第54頁(yè)/共60頁(yè)第五十五頁(yè)，共60頁(yè)。一次焊接是指被焊接的母材或部件是在焊接過(guò)程同時(shí)原位合成的焊接工藝；二次焊接則是指焊接現(xiàn)存的母材或部件的工藝。第55頁(yè)/共60頁(yè)第五十六頁(yè)，共60頁(yè)。焊接

15、(hnji)時(shí)可利用反應(yīng)原料(配制的梯度焊料)合成梯度材料(FGM)來(lái)焊接(hnji)異型材料，以克服母材間化學(xué)、力學(xué)和物理性能的不匹配；焊料中可以加入增強(qiáng)相，如增強(qiáng)粒子、短纖維、晶須等，以構(gòu)成復(fù)合材料；在反應(yīng)中產(chǎn)生擁有焊接(hnji)的能量，從而可以節(jié)約能源；可方便地進(jìn)行一次焊接(hnji)和二次焊接(hnji)；對(duì)于某些受焊母材的焊接(hnji)，可采用與制備母材工藝相似的焊接(hnji)工藝，從而可使母材與焊料有很好的物理，化學(xué)相容性；SHS焊接(hnji)過(guò)程中的局部快速放熱，可減小母材的熱影響區(qū)，避免熱敏感材料微觀組織的破壞，利于保持母材的性能第56頁(yè)/共60頁(yè)第五十七頁(yè)，共60頁(yè)。SHS焊接(hnji)工藝圖7-21第57頁(yè)/共60頁(yè)第五十八頁(yè)，共60頁(yè)。同類(lèi)材料的焊接主要是指金屬與金屬以及(yj)陶瓷與陶瓷之間的焊接。SHS焊接用于焊接難熔金屬可用如下方程式X+Y=Z式中X為第四、第五和第六副族金屬元素，Y代表鋁或硼、碳或硅等非金屬元素，Z代表反應(yīng)生成的難熔化合物和硼、碳、硅化合物或金屬間化合