洛阳高温箱式炉厂家供应商-洛阳赛特瑞专注于高温马弗炉,实验电炉,管式电炉,高温电炉,真空炉,箱式电炉,箱式气氛炉,真空烧结炉

服务热线

实验电炉

热门关键词: 自蔓延高温合成法 自蔓延高温合成法 淬火加热炉 自蔓延高温合成法 高温井式加热炉 台车式电阻炉 盐浴炉

您的位置:首页 > 高温电炉系列 > »自蔓延高温合成法 自蔓延高温合成法(SHS):自蔓延高温合成法在陶瓷领域的应用

自蔓延高温合成法(SHS):自蔓延高温合成法在陶瓷领域的应用


自蔓延高温合成装置(Self-propagating High-temperature Syntdesis,简称SHS装置)是一种用于实现自蔓延高温合成技术的设备。

主要组成部分

1. 反应容器:

- 由钢制厚壁容器制成,外带水冷装置,用于承受高温高压。

- 可配备透明石英视窗,便于观察反应过程。

- 容器内可充入惰性气体(如氩气)或反应气体,以保护反应物或促进特定反应。

2. 点火装置:

- 采用点火钨丝或钼电热丝,通过外部电源加热至高温以引燃反应。

- 点火装置的位置和设计需确保能够有效引燃反应物。

3. 预热装置:

- 预热套可用于提高反应物的起始温度,有助于低放热体系的反应。

4. 测温与监测系统:

- 包括红外探测仪、快速录像系统、计算机红外测温系统等,用于实时监测反应温度、燃烧波速度等参数。

5. 气体控制系统:

- 包括真空系统和供气系统,用于控制反应容器内的气体环境。

6. 冷却系统:

- 通常配备水冷装置,用于在反应结束后快速冷却反应容器。

功能与特点

- 高效合成:利用反应物之间的高反应热,在短时间内完成材料合成。

- 节能与经济:无需持续外部供能,能耗低,设备投资较少。

- 产物性能优良:反应速度快,燃烧区温度梯度高,有利于生成亚稳态相,提升材料活性。

- 可调控性:通过控制反应物的预热温度、气体环境等参数,可调节产物的性能。

应用

自蔓延高温合成装置广泛应用于制备陶瓷、金属间化合物、复合材料等。例如:

- 制备金刚石复合材料。

- 生产多种陶瓷粉末,用于烧结陶瓷、防护涂层等领域。

- 制备纳米颗粒,如硅化镁纳米颗粒。

优势与挑战

- 优势:反应速度快、能耗低、设备简单。

- 挑战:反应一旦引燃,过程难以干预,可能导致材料内部孔隙率过高。

自蔓延高温合成装置的设计和操作需根据具体反应需求进行优化,以充分发挥其优势并克服潜在问题。




自蔓延高温合成(Self-propagation High temperature Synthesis,SHS),又称燃烧合成(Combustion Synthesis,CS)

自蔓延高温合成法在陶瓷领域的应用


一、引言

传统陶瓷粉末的制备、烧结方法通常是在高温下(约1200~1800°C)。长时间(10~12 h)进行,这种方式已很难适应大规模工业化生产的要求。此外高温电阻炉中粉末反应往往不很完全。早在70年代初,前苏联科学家就认识到传统陶瓷工艺的不足,致力于研究出其他更经济的工艺,自蔓延高温合成法(SHS)就是其中之一。

自蔓延高温合成法(Self-Propagating High-temperature synthesis,简称SHS,或Combustion Synthesis)是指对于放热反应的反应物,经外加热源点火而使反应启动,利用其自身放出的热量使反应自行维持,并形成燃烧波向下传播,燃烧波传播速率约0.1 cm/s~25 cm/s?在燃烧过程中产生约1500°C~4000°C的高温。SHS的反应物可以是粉末、液体及气体,点火可以通过钨丝通电发热、碳条通电发热、激光及微波等实现,有时需选用适当的点火剂引燃反应物。合成的产物可以是陶瓷粉末,也可以是通过气压加压(采用玻璃封套技术)或其他加压形式一次成形获得致密陶瓷烧结体。

SHS法是一种节能、快速(几百秒)的非常实用的合成方法,所用设备简单,可以低成本地合成各种单相及复相材料,包括,氮化物、碳化物、硼化物、氢化物、硅化物、硫化物、金属陶瓷及合金。由于反应速度极快,具有特殊的反应机理。产物经过温度骤变的过程,产物处于亚稳态,粉末烧结活性高。反应中的高温使易挥发的杂质挥发,从而得到较纯净的产物。由SHS制备的TiNi记忆合金比常规法制备的材料具有更大的形状恢复力。MoSi2发热体具有更长的使用寿命,粒度均匀的TiC粉休可作为高效率的研磨剂,用于要求极高的零件加工,

SHS在陶瓷领域的应用是由前苏联科学院化学物理研究所的Merzhanov等人60年代末最早提出,并使这种方法得到了巨大发展。他们制备的研磨剂(TiC)、刀具材料(TiCN+Ni)、发热体材料(MoSi2)、高温润滑剂(MoS2)、中子减速剂(耐火氢化物)、形状记忆合金(TiNi),惰性电极(TiN,TiB2)、涂层(TiN,Al2O3+Fe)等已投入大规模商品生产,此外,美国、日本的很多大学、研究所也纷纷开展了这方面的研究。

二、自蔓延高温合成法的几个基本概念

2.1燃烧合成的绝热温度(Adiabatic Temperature,简称Tad)

从热力学角度考虑,忽略散热、相变,由反应物反应生成产物的热焓变化引起温度升高的值,称为系统绝热温度Tad。

绝热温度的计算因没有考虑散热、产物相变及高温分解等因素,因此Tad是燃烧反应中所观察到的温度上限。对于反应速度很快,产物无相变的反应,如TiC、TiB2等,实验观察到的燃烧温度与Tad相近,而对于高温有分解的Si3N4,实际燃烧温度只有2000°C左右,远远低于系统绝热温度。

MerZhanov从实验中总结出对于Tad>1800 K的系统,燃烧反应才能自行维待。而Munir发现一些燃烧系统的?H°f 298与?CP 298比值对于Tad近似为常数,他从实验中总结出当?H°f 298/?CP 298≥2000 K时,该系统的燃烧反应才能自行维持。对于Tad<1800 K的系统,如B4C(Tad=1000 K),可采用整体预热或化学炉(放于其他强放热反应的反应物中)的方法使燃烧反应进行。

2.2燃烧波的传播形式

燃烧波可以以稳态形式传播、振荡形式传播、螺旋形式传播以及其它特殊形式传播。

稳态形式传播的燃烧波传播速度不随时间而变化,而振荡形式传播的燃烧波以一快一慢的跳跃式周期性变化传播,对于反应放热不大的系统,燃烧波常以这种形式传播。螺旋形式的燃烧波是以螺旋形式沿反应物表面向下传播,而且有时会形成两条燃烧波交叉向下传播。

燃烧波传播形式因添加剂含量、反应物密度、粒度等因素变化而互相转化。

2.3自蔓延高温合成反应的影响因素

各反应物相对含量(非化学计量比配料)、添加剂、粉末粒度、气压、反应物填装或压块密度,对自蔓延燃烧反应过程(燃烧波传播形式及温度、燃烧波传播速度)及生成物相组成、微观形貌有不同程度的影响。

2.4点火温度

在进行SHS反应时,反应物需经外加热源点火才能进行燃烧反应,点火温度应该是反应物开始有明显反应时的温度,对于Si与N2的反应,一般在1200℃以上就开始反应,但是金属Si颗粒表面固有的一层氧化物蒋膜(约3 nm厚),阻止Si与N2反应,小田原修认为当点火温度低于金属颗粒表面氧化物膜熔点时,燃烧反应不能进行,点火温度略高于氧化物膜熔点时,氧化物膜熔融,金属颗粒也发生熔融,生成许多小液滴,发生分散燃烧,这样,燃烧产物与反应物粉末形貌没有直接联系,不会发生很大变化。

对于Si粉在N2中的燃烧反应,点火温度应高于SiO2的熔点,否则Si粉不能点燃,对于Ti粉、A1粉在N2中的燃烧,情况也是相似的。

2.5自蔓延高温合成的分类

从化学反应的角度来看,SHS合成可分为三类:

(1)放热反应:氧化一还原反应

典型反应:Al+Fe2O3→Al2O3+Fe;

Cr2O3+Al→Al2O3+Cr;

Fe2O3+Si→SiO2+Fe;

(2)形成化合物的反应 :单质之间或单质与化合物之问的反应

典型反应:Ti+B→TiB2;

Ti+B4C→TiC+ TiB2;

Si+N2→Si3N4;

Ti+N2→TiN;

(3)混合型反应:热反应伴有化合物的形成

典型反应:TiO2+B2O3+Al→TiB2+Al2O3

PbO+TiO2→PbTiO3

三、自蔓延高温合成的反应机理

日本、前苏联的科学家对SHS的燃烧机理都做了分析和解释,结果得出反应中(Si粉和N2反应)Si粉以蒸汽形式与N2在Si3N4晶种表面反应,反应受扩散控制。

Zhang等人对Si粉在高压氮气中自蔓延燃烧合成Si3N4的反应机理进行了研究,认为反应分为两个阶段:(1)动力学反应阶段;(2)扩散控制反应阶段。在动力学反应阶段,Si蒸汽不需经过扩散直接与N2进行反应,反应速度快,反应活化能低;在扩散控制反应阶段,Si蒸汽经过N2气层扩散到Si3N4晶种表面与N2反应,反应受扩散控制,速度减慢。

四、自蔓延高温合成法的优点及缺陷

SHS法制备的粉料优于传统的方法,其优点主要表现在以下几方面:

(1)纯度高:SHS法经历高温过程,许多杂质,尤其是有机物高温下挥发,而粉料表面的氧化膜也被还原;

(2)活性大 :SHS法反应迅速,合成过程中温度梯度大,产品中极有可能出现缺陷集中相与亚稳相,产物的活性大大提高,从理论上说易于进一步烧结致密化。

当然SHS合成法也存在着一些缺陷:

(1)SHS合成法的工艺所需的设备虽然简单,维修与保养费用很省,但原料价格昂贵;

(2)大多数原料为金属粉末,易燃、易爆、有毒,属有特别的安全措施保存。

五、自蔓延高温合成法的发展趋势

SHS法制备的粉体优于传统方法制备的粉体,其特点是产品纯度高,产物活性大,有利于提高材料的机械性能和进一步烧结致密。

尽管SHS法合成法还有一定的缺陷,但其易于烧结的优点和优异的材料性能,使之得到了越来越广泛的应用。SHS法制备的材料在以下几个方面得到广泛应用:

(1)研磨剂、切削工具与抛光粉末,如TiC等;

(2)热阻元件;

(3)高温润滑剂,如MoS2;

(4)中子衰减器,如高温金属氢化物;

(5)记忆合金,如TiNi;

(6)高温结构合金,如NiAl3;

(7)铁处理中添加剂,如氮化铁合金;

(8)腐蚀介质中电解电极,如TiN,TiB2;

(9)可进一步处理的粉末,如Si3N4;

(10)耐液态金属和腐蚀介质镀层,如Al与Fe3O4的热反应;

整个SHS法研究的发展集中在:

(1)制备性能超常的材料;

(2)将SHS法与其他工艺相结合,取得某些特殊的优势;

(3)SHS的理论研究。

SHS法制备的材料性能优异,又有许多常规方法无法实现的特点,具有巨大的潜在应用前景,是目前国内外材料专家共同关心的新课题。随着研究的不断深入,它的应用将越来越广泛,SHS法制备材料的技术将会有新的突破。


自蔓延法装置

自蔓延装置价格

自蔓延反应装置

自蔓延合成装置

自蔓延高温合成装置

自蔓延高温合成装置

自蔓延热解焚烧装置

自蔓延高温合成法装置

自蔓延装置哪个品牌好

自蔓延燃烧点火装置




当前文章:自蔓延高温合成法(SHS):自蔓延高温合成法在陶瓷领域的应用
自蔓延高温合成法 生产厂家哪家好? 洛阳高温箱式炉厂家供应商-洛阳赛特瑞为专业的自蔓延高温合成法 生产厂家,多年来致力于高温设备研发生产,积累了丰富的行业经验和技术实力。产品有高温电炉、自蔓延高温合成法 、真空气氛炉、气氛管式电炉、气氛烧结炉、高温真空炉、热震炉、箱式电炉等。可根据客户需求提供个性化定制解决方案。

免责声明:内容专业性较强,仅供参考学习,请勿直接采用。本站部分图片和文字来源于网络收集整理,仅供学习交流,版权归原作者所有,并不代表我站观点。本站将不承担任何法律责任,如果有侵犯到您的权利,请及时联系我们删除。

产品推荐

1200度高温箱式气氛炉

箱式气氛炉可通入氮气、氩气、氧气等保护气体,可通过浮子流量计调节气体流量。..

详细了解

1200度高温箱式炉

该1200度高温箱式炉为人工智能箱式电阻炉,使用高品质含钼电阻丝或铁铬铝合金丝绕制而成,确保了加热效率和安全性高温箱式炉采用轻质氧化铝陶瓷纤维作为炉膛..

详细了解

自蔓延高温合成法(SHS):自蔓延高温合成法在陶瓷领域的应用

自蔓延高温合成法在陶瓷领域的应用,自蔓延高温合成(Self-propagation High temperature Synthesis,SHS),又称燃烧合成(Combustion Synthesis,CS)..

详细了解

高温井式加热炉型号

高温井式加热炉系国家标准型周期作业式热处理电炉,主要供合钢、高速钢、高锰钢、高铬钢、轴类、管材等金属材料和机械零件在一般气氛或简易保护中进行正火、..

详细了解

台车式电阻炉

台式电阻炉系周期作业式,台车式电阻炉温度为950℃、1200℃,台车式电阻炉按加热面可分三面加热台车式电阻炉、四面加热台车式电阻炉、五面加热台车式电阻炉。..

详细了解

700度实验室坩埚盐浴炉:小型高温盐浴炉

实验室盐浴炉又称盐浴淬火炉、小型热处理盐浴炉、小型高温盐浴炉 小型高温盐浴炉是由金属盐浴槽(罐)、搅拌器、炉膛、电热元件、隔热层和炉壳构成。通电后元..

详细了解
  • 高温电炉
  • 高温电炉
  • 高温电炉
  • 高温电炉
在线客服
联系电话:

咨询热线: