第8章-自蔓延高溫合成技術(shù)課件

第8章自蔓延高溫合成技術(shù)8.1自蔓延高溫合成技術(shù)的基本概念自蔓延高溫合成技術(shù)、也稱(chēng)燃燒合成，是前蘇聯(lián)科學(xué)A.G.Merzhanov等提出并發(fā)展起來(lái)的一種材料合成與制備新技術(shù)。SHS過(guò)程的基礎(chǔ)是反應(yīng)體系具有強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，在熱傳導(dǎo)機(jī)制作用下，反應(yīng)物點(diǎn)燃后相繼“引燃”鄰近原料層，從而使反應(yīng)以燃燒波的形式蔓延下去。如圖8-1所示為SHS過(guò)程的示意圖，點(diǎn)燃后燃燒波以速度v向下傳播。圖8-1SHS反應(yīng)過(guò)程示意圖第8章自蔓延高溫合成技術(shù)8.1自蔓延高溫合成技術(shù)的基本概念18.1.1ＳＨＳ體系的絕熱溫度絕熱溫度的定義是在絕熱條件下，反應(yīng)物完全轉(zhuǎn)化時(shí)，反應(yīng)釋放化學(xué)熱使產(chǎn)物加熱而達(dá)到的溫度。計(jì)算絕熱溫度可以大致了解反應(yīng)體系ＳＨＳ過(guò)程的可能性，8.1.2燃燒波的結(jié)構(gòu)燃燒波為反應(yīng)混合物的反應(yīng)傳播面。一般的燃燒波結(jié)構(gòu)可作如下劃分：初始混合物→預(yù)熱區(qū)→熱釋放區(qū)→后燒區(qū)+最終產(chǎn)物8.1.1ＳＨＳ體系的絕熱溫度2試樣被點(diǎn)燃后，燃燒波以穩(wěn)定方式傳播，此時(shí)燃燒波在空間上形成如下圖所示的燃燒溫度Ｔｃ、轉(zhuǎn)化率η和熱釋放Φ的分布圖。如存在后燒現(xiàn)象，則如圖8-3所示。圖8-2燃燒波中的燃燒溫度Tc、轉(zhuǎn)化率η和熱釋放率Ф分布圖圖8-3存在后燒現(xiàn)象的燃燒波中的燃燒溫度Tc、轉(zhuǎn)化率η和熱釋放率Ф分布圖試樣被點(diǎn)燃后，燃燒波以穩(wěn)定方式傳播，此時(shí)燃燒波在空間上形成如

8.1.3燃燒反應(yīng)機(jī)制8.1.3.1SHS體系的分類(lèi)依據(jù)ＳＨＳ體系組分的物質(zhì)狀態(tài)，可分為固－固體系和固－氣體系。依據(jù)反應(yīng)物料狀態(tài)的不同，可分為固－固反應(yīng)體系、固－氣反應(yīng)體系、氣-氣反應(yīng)體系、液-液反應(yīng)體系。如圖8-4（a）、（b）所示分別為固-固體系和固-氣體系SHS反應(yīng)過(guò)程示意圖。③依據(jù)SHS過(guò)程的特點(diǎn)，固-固體系又可分為無(wú)氣燃燒的凝聚體系和伴隨揮發(fā)物質(zhì)滲出的無(wú)氣燃燒體系，以及氣體漫滲的燃燒體系。

(a)固-固體系(b)固-氣體系 圖8-4自蔓延高溫合成過(guò)程示意圖

8.1.3.2燃燒反應(yīng)機(jī)制燃燒反應(yīng)機(jī)制是通過(guò)研究原始混合物狀態(tài)、反應(yīng)組分配比、初始溫度、氣體壓力等因素對(duì)主要過(guò)程參數(shù)v(燃燒波速)、Ｔｃ（燃燒溫度）和ε（轉(zhuǎn)化率）的影響所得出的反應(yīng)物間相互作用模型。（１）無(wú)氣ＳＨＳ體系燃燒機(jī)制反應(yīng)組分不發(fā)生熔化的固體燃燒。原理如圖8-5所示；某一組分發(fā)生熔化的體系燃燒。在這一類(lèi)的ＳＨＳ過(guò)程的預(yù)熱區(qū)內(nèi)，除了有反應(yīng)物被加熱外，還發(fā)生某一組分的熔化及毛細(xì)滲透。圖8-5無(wú)氣燃燒體系相互作用示意圖8.1.3.2燃燒反應(yīng)機(jī)制圖8-5無(wú)氣燃燒體系相互作用示（２）氣體漫滲ＳＨＳ過(guò)程的燃燒反應(yīng)機(jī)制

氣體漫滲SHS過(guò)程的燃燒反應(yīng)機(jī)制如圖8-6所示反應(yīng)組分Ａｓ發(fā)生熔化，堵塞了孔洞，從而導(dǎo)致Ｂｓ難以進(jìn)入內(nèi)部。反應(yīng)物Ａｓ不發(fā)生熔化。此時(shí)反應(yīng)區(qū)內(nèi)反應(yīng)速率主要決定于產(chǎn)物是否允許Bs進(jìn)入以及進(jìn)入速率，由于沒(méi)有液相存在，反應(yīng)還取決于As空隙率。圖8-6氣體漫滲燃燒體系相互作用示意圖（２）氣體漫滲ＳＨＳ過(guò)程的燃燒反應(yīng)機(jī)制圖8-6氣體漫滲燃8.1.4燃燒模式

燃燒模式的研究室燃燒理論研究的一個(gè)重要組成部分。通常將燃燒模式分為穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)燃燒兩大類(lèi)：穩(wěn)態(tài)燃燒中所要研究的是燃燒波的傳播方式與條件。燃燒波的結(jié)構(gòu)以及所伴隨著的物理化學(xué)現(xiàn)象與傳播過(guò)程；非穩(wěn)態(tài)燃燒中除研究點(diǎn)火過(guò)程與燃燒波的發(fā)生過(guò)程，以及燃燒失穩(wěn)、自振蕩與自旋燃燒波外，今年來(lái)也將燃燒的無(wú)序化過(guò)程作為研究?jī)?nèi)容。8.1.4.1固體火焰固體火焰可分為理想固體火焰、實(shí)際固體火焰和準(zhǔn)固體火焰。（1）理想固體火焰：理想固體火焰具有下列特點(diǎn)：由于物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)較低，可忽略燃燒區(qū)與預(yù)熱區(qū)間的物質(zhì)交換，故轉(zhuǎn)換程度曲線與溫度分布曲線不相似；

7反應(yīng)區(qū)由主放熱區(qū)與后燃燒區(qū)組成，兩區(qū)都比較寬。（2）實(shí)際固體火焰實(shí)際固體火焰與前面敘述的理想固體火焰略有不同。實(shí)際固體火焰中有一定量的氣體存在，這是由于粉末中總是有吸附或者溶解的氣體。此外氣體也可通過(guò)金屬顆粒表面的氧化膜還原而產(chǎn)生，或部分物質(zhì)分解出來(lái)。

（3）準(zhǔn)固體火焰

有一類(lèi)燃燒，燃燒過(guò)程中一個(gè)或兩個(gè)組員熔化，但產(chǎn)品是固態(tài)，這樣的過(guò)程在碳、鈦、鋁、硅的燃燒中都可以發(fā)現(xiàn)。這種燃燒與固體火焰非常相似，燃燒組元與產(chǎn)物均為固體，但中間的過(guò)程存在液相或氣相的燃燒過(guò)程被稱(chēng)為準(zhǔn)固體火焰。

準(zhǔn)固體火焰的另一個(gè)重要特征是燃燒波中有大量的相變（晶形轉(zhuǎn)變、熔化、反應(yīng)組元和產(chǎn)物的氣化等），它們都是吸熱反應(yīng)，都能影響燃燒波結(jié)構(gòu)。

反應(yīng)區(qū)由主放熱區(qū)與后燃燒區(qū)組成，兩區(qū)都比較寬。88.1.4.2滲透燃燒

滲透燃燒是多孔金屬或非金屬壓坯與氣體發(fā)生燃燒反應(yīng)，氣體通過(guò)孔隙滲入固體多孔壓坯兒得到不斷補(bǔ)充，生成固體產(chǎn)物的過(guò)程。滲透燃燒的合成的表達(dá)式為：

Ａ（固）＋B（固）→AB（固）+Ｑ一維燃燒分為三種情況：第一種，氣體通過(guò)燃燒產(chǎn)物層，氣體滲透方向和燃燒波傳播方向一致，稱(chēng)為同向滲透燃燒；第二種，氣體通過(guò)未反應(yīng)料層，體滲入方向和燃燒波方向是相反的，稱(chēng)為反向滲透燃燒；第三種是雙向滲透燃燒反向滲透時(shí)，氣體通過(guò)未反應(yīng)物料層滲透。氣體入口至燃燒陣面的滲透距離，隨燃燒波的行進(jìn)而減小。對(duì)于短樣品，滲透距離短，陣面附近的壓力接近環(huán)境壓力，燃燒波速不受滲透控制，而受氣－固反應(yīng)的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)控制，化學(xué)轉(zhuǎn)變完全。對(duì)于長(zhǎng)樣品開(kāi)始滲透時(shí)滲透距離長(zhǎng)，燃燒受滲透控制。第8章-自蔓延高溫合成技術(shù)ppt課件9同向滲透時(shí)，氣體通過(guò)燃燒產(chǎn)物層滲透，由于氣體的消耗，氣體滲透流量隨燃燒陣面的行進(jìn)而減小，燃燒波速降低。如果樣品足夠長(zhǎng)，甚至可能熄滅。雙向滲透時(shí)，對(duì)于足夠長(zhǎng)的樣品，轉(zhuǎn)化率隨滲透距離的增加而減小。兩端轉(zhuǎn)化率接近1，中部轉(zhuǎn)化率最低，在某些情況下，觀察到波的分叉現(xiàn)象：從點(diǎn)燃端減速傳播的燃燒陣面分成兩個(gè)：一個(gè)由于與氣體相遇而加速前進(jìn)；另一個(gè)繼其后通過(guò)未完全燃燒的反應(yīng)物料同向減速傳播。在燃燒過(guò)程中，為了獲得維持反應(yīng)所需要的氣體量，氣體必須克服擴(kuò)散滲透勢(shì)壘，通過(guò)孔隙進(jìn)行滲透，這是固-氣燃燒反應(yīng)和固-固燃燒反應(yīng)的最大區(qū)別。同向滲透時(shí)，氣體通過(guò)燃燒產(chǎn)物層滲透，由于氣體的消耗，氣體滲透108.1.5點(diǎn)火理論自蔓延高溫合成的燃燒過(guò)程是強(qiáng)烈的，自維持放熱反應(yīng)的過(guò)程。從無(wú)化學(xué)反應(yīng)向穩(wěn)定的自維持強(qiáng)烈放熱反應(yīng)狀態(tài)的過(guò)渡過(guò)程即為著火過(guò)程。ＳＨＳ發(fā)展至今主要有下面三種著火方法。（１）化學(xué)自燃這類(lèi)著火通常不需外界加熱，而是在常溫下依靠自身的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的，也稱(chēng)為循環(huán)自燃。（２）熱自燃將反應(yīng)燃料和氧化物混合均勻加熱到某一溫度時(shí)便燃燒，它是自蔓延高溫合成中最重要的著火方式。（３）點(diǎn)火用火化、電弧、熱平板、鎢絲等高溫?zé)嵩词够旌衔锞植渴艿綇?qiáng)烈的加熱而先著火燃燒，然后蔓延整個(gè)反應(yīng)體系，這種著火方式稱(chēng)為點(diǎn)燃。8.1.5點(diǎn)火理論自蔓延高溫合成的燃燒過(guò)程是強(qiáng)烈的，自維持118.1.5.1著火條件所謂著火即為反應(yīng)組元的混合體系自動(dòng)的反應(yīng)加速、升溫，以致引起空間某部在某時(shí)間出現(xiàn)火焰，體系處于自維持的強(qiáng)烈放熱反應(yīng)狀態(tài)。若給著火條件一個(gè)定義，即在一定的初始條件（閉口系統(tǒng)）下，由于反應(yīng)的劇烈加速，使反應(yīng)系統(tǒng)在某個(gè)瞬間和空間的某部分達(dá)到高溫反應(yīng)態(tài)（即燃燒態(tài)），那么實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)渡的初始狀態(tài)便稱(chēng)為著火條件。8.1.5.1著火條件128.1.5.2點(diǎn)火方法（1）燃燒波點(diǎn)火。利用已燃燒的體系點(diǎn)燃另一個(gè)燃燒體系；（2）輻射點(diǎn)火。鎢絲通電點(diǎn)火即為輻射點(diǎn)火，它是無(wú)接觸式提供能量；（3）激光點(diǎn)火；（4）電火花點(diǎn)火；（5）熱爆點(diǎn)火；（6）微波點(diǎn)火；（7）電熱爆點(diǎn)火；（8）化學(xué)點(diǎn)火；（9）機(jī)械點(diǎn)火。8.1.5.2點(diǎn)火方法8.2ＳＨＳ熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)8.2.1SHS熱力學(xué)

SHS熱力學(xué)的主要任務(wù)是計(jì)算絕熱燃燒溫度與產(chǎn)物的平衡成分。在絕熱條件下，即所有反應(yīng)釋放的熱量全部用來(lái)加熱反應(yīng)過(guò)程合成的產(chǎn)物時(shí)，根據(jù)質(zhì)量和能量守恒及化學(xué)位最低原理進(jìn)行計(jì)算。ＳＨＳ過(guò)程機(jī)理的研究：反應(yīng)微粉末的混合試樣放入燒杯中或壓制成具有一定尺寸和形狀的試樣，SHS以考慮凝聚相中的放熱反應(yīng)為前提；試樣組成中固相顆粒作為一種反應(yīng)物，另一種反應(yīng)物為氣體狀態(tài)，一旦試樣中的化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始和氣相反應(yīng)物形成，即可以應(yīng)用于多組元體系的燃燒。8.2ＳＨＳ熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)8.2.1SHS熱力學(xué)148.2.2ＳＨＳ動(dòng)力學(xué)SHS動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)描述SHS過(guò)程是非常重要的。這些參數(shù)主要由反應(yīng)速率、燃燒波速、質(zhì)量燃燒速率、能量釋放速率等SHS反應(yīng)速率一般用下式表示：對(duì)于不同的模型，有不同的表達(dá)式。8.2.2ＳＨＳ動(dòng)力學(xué)SHS動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)描述SHS過(guò)程是非8.3SHS技術(shù)及應(yīng)用8.3.1ＳＨＳ粉末合成技術(shù)粉末材料的自蔓延高溫合成是SHS最早研究的方向，也是最有生命力的研究方向。利用ＳＨＳ技術(shù)可以制備從簡(jiǎn)單的二元化合物到具有極端復(fù)雜結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)材料粉末。合成非氧化物粉末的方法有元素直接合成、鎂熱還原和鋁熱還原等。根據(jù)ＳＨＳ反應(yīng)的模式，可將自蔓延高溫合成技術(shù)分為兩種，即常規(guī)SHS技術(shù)和熱爆ＳＨＳ技術(shù)。常規(guī)SHS技術(shù)是用瞬間的高溫脈沖來(lái)局部點(diǎn)燃反應(yīng)混合物壓坯體，隨后燃燒波以蔓延的形式傳播而合成目的產(chǎn)物的技術(shù)。熱爆ＳＨＳ技術(shù)是將反應(yīng)混合物壓坯整體同時(shí)快速加熱，使合成反應(yīng)在整個(gè)坯體內(nèi)同時(shí)發(fā)生的技術(shù)。8.3SHS技術(shù)及應(yīng)用8.3.1ＳＨＳ粉末合成技術(shù)16８.３.２SHS致密化技術(shù)SHS致密化技術(shù)是ＳＨＳ領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分，是新的材料制備技術(shù)。燃燒合成過(guò)程中由于化學(xué)反應(yīng)所放出的熱量，無(wú)疑有利于致密化的進(jìn)行，不僅可以節(jié)省能源，而且有可能簡(jiǎn)化設(shè)備，縮短材料制備周期簡(jiǎn)化工藝。8.3.2.1ＳＨＳ－燒結(jié)法

SHS-燒結(jié)法或稱(chēng)ＳＨＳ－自燒結(jié)法，是將粉末或壓坯在真空或一定氣氛中直接點(diǎn)燃，不加外載，憑自身反應(yīng)放熱進(jìn)行燒結(jié)和致密化?？刹捎孟旅嫒N方式進(jìn)行：在空氣中燃燒合成將經(jīng)過(guò)預(yù)先熱處理過(guò)的混合粉料放在真空反應(yīng)器里進(jìn)行合成在沖有反應(yīng)性氣體的高壓反應(yīng)器里進(jìn)行合成。８.３.２SHS致密化技術(shù)SHS致密化技術(shù)是ＳＨＳ領(lǐng)域的一178.3.2.2ＳＨＳ－加壓法SHS-加壓法是在點(diǎn)燃反應(yīng)物混合料后，發(fā)生燃燒反應(yīng)并保持較高溫度時(shí)，施加壓力，使之致密化。外加載荷有彈簧力、活塞壓力和液體壓力等。

（1）ＳＨＳ－單向加壓法自蔓延－單向加壓法通常采用彈簧加壓，其工作原理如圖8-8所示。

圖8-8SHS－彈簧加壓法裝置示意

1-彈簧；2-聚四氟乙烯或ＢＮ套管；3-0.2mm鉑絲；4-壓力機(jī)；5-石墨；

6-氧化鋁管；7-鎢棒；8-反應(yīng)器壁；9-點(diǎn)火器（40J，2.5ms）8.3.2.2ＳＨＳ－加壓法圖8-8SHS

（２）SHS-等靜壓法

ＳＨＳ－等靜壓法的工作原理如圖8-9所示，它是將反應(yīng)物料置于特殊的的包套中，放置在高壓液體介質(zhì)中，當(dāng)ＳＨＳ反應(yīng)結(jié)束后，材料在介質(zhì)高壓作用下自動(dòng)密實(shí)。圖8-9SHS-等靜壓法實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1-壓力容器；2-金屬包套；3-原料；4-點(diǎn)火端；5-液體；6-儲(chǔ)液罐；7-氣體；8-點(diǎn)火器；9-泵（２）SHS-等靜壓法ＳＨＳ－等靜壓法的工作原理如圖8（３）SHS-準(zhǔn)等靜壓法在ＳＨＳ密實(shí)化技術(shù)中較為成功的是液壓快速加壓技術(shù)，工作原理如下圖。采用這種裝置的優(yōu)點(diǎn)：（１）砂子可壓縮性小，不易變形，便于傳遞壓力；（２）砂子不易泄漏，便于插入傳感器，易于操作，安全；（３）可通入保護(hù)氣氛，便于排氣；（４）絕熱性好，便于保溫。

圖8-10SHS-準(zhǔn)等靜壓法裝置示意圖

1-計(jì)算機(jī)；2-電源；3-液壓系統(tǒng)；4-壓頭；5-模具；6-砂子；7-反應(yīng)物坯料；

（３）SHS-準(zhǔn)等靜壓法在ＳＨＳ密實(shí)化技術(shù)中較為成功的是8.3.2.３ＳＨＳ-爆炸沖擊加法

SHS-爆炸沖擊加載法裝置示意圖如圖8-11所示。

將反應(yīng)物坯放在心部挖空的石膏中，在石膏與壓坯之間為襯有石墨箔的低碳鋼套，在鋼套和石膏塊上留出連通的排氣孔，上下蓋板為襯有ZrO2隔熱氈的鋼板。

圖8-11SHS-爆炸沖擊加載法裝置示意圖

1-炸藥；2-硬鋼加壓板；3-石膏；4-點(diǎn)導(dǎo)火線；5-點(diǎn)火劑；6-軟鋼套；7，12-排氣孔；8-硬鋼臺(tái)座；9-樣品；10，13-氧化鋯氈；11-GRAFOIL板；14-導(dǎo)火線引線8.3.2.３ＳＨＳ-爆炸沖擊加法圖8-11SHS-爆8.3.2.4ＳＨＳ－擠壓法

SHS-擠壓法是在A.M.stolin博士的領(lǐng)導(dǎo)下，利用ＳＨＳ過(guò)程所放出的大量熱量來(lái)加熱反應(yīng)產(chǎn)物，并在一定外部應(yīng)力的作用下，迫使其通過(guò)模具，借擠壓或拉拔過(guò)程完成致密化而生產(chǎn)線材或帶材的一種方法。

SHS-擠壓包括以下步驟。（1）反應(yīng)物燃燒。（2）燃燒坯料除氣與冷卻（3）坯料初步壓縮合成（4）坯料通過(guò)模具擠壓成型。（5）最終產(chǎn)物的冷卻。8.3.2.4ＳＨＳ－擠壓法228.3.2.5ＳＨＳ－軋制法Rice等人首先提出在發(fā)生SHS反應(yīng)時(shí)趁熱軋制來(lái)制備陶瓷帶材的方法。

軋制法工藝過(guò)程：先將混好的反應(yīng)物粉料裝入襯有石墨紙和一層AL2O3基薄氈的金屬管內(nèi)，然后將金屬管冷軋至理論密度的60%-70%.為了確定軋制速率，首先應(yīng)測(cè)定體系的燃燒波速。此外在扎制前，反應(yīng)物料需在673~873k的溫度下進(jìn)行真空除氣。8.3.2.5ＳＨＳ－軋制法238.3.3ＳＨＳ鑄造技術(shù)8.3.3.1SHS鑄造技術(shù)的特點(diǎn)

自蔓延高溫合成技術(shù)由初期的只能制備粉類(lèi)材料已逐步發(fā)展到制備燒結(jié)體及較致密材料，目前正朝著制備完全致密材料或零部件的方向發(fā)展。鑄造優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）產(chǎn)物能達(dá)到理論密度。（2）燃燒合成所獲得的高溫液相經(jīng)過(guò)鑄造處理后，可以制備成各種形狀類(lèi)型的零部件。（3）SHS加壓致密化技術(shù)中對(duì)于作用壓力的大小以及施壓時(shí)間通常要求很?chē)?yán)格，生產(chǎn)中往往較難控制，而SHS鑄造技術(shù)的工藝相對(duì)較為簡(jiǎn)單，過(guò)程容易控制。（4）ＳＨＳ鑄造技術(shù)不需要采用SHS加壓致密化技術(shù)中所使用的許多龐大的設(shè)備，因而投資少，經(jīng)濟(jì)效益好。（5）可進(jìn)行陶瓷類(lèi)材料的鑄造。（6）可用于符合材料的制備。8.3.3ＳＨＳ鑄造技術(shù)8.3.3.1SHS鑄造技術(shù)248.3.3.2ＳＨＳ離心法

自蔓延離心法世制備符合管材的一種新方法，與傳統(tǒng)的軋制復(fù)合、燒結(jié)復(fù)合、爆炸復(fù)合相比具有簡(jiǎn)單、節(jié)能的特點(diǎn)。（1）ＳＨＳ－離心法的原理及特點(diǎn)在離心鑄造過(guò)程中，為防止離心鑄造中的重度偏析，保證鑄件可靠性，一直強(qiáng)調(diào)離心加速度重力系數(shù)（Ｇ）的控制，計(jì)算式為第8章-自蔓延高溫合成技術(shù)ppt課件ＳＨＳ－離心法示意圖如圖8-12所示

圖8-12SHS-離心法過(guò)程示意圖 圖8-12SHS-離心法過(guò)程示意圖ＳＨＳ－離心法與其他鑄造工藝相比，其特點(diǎn)如下。（１）流程短，操作簡(jiǎn)單，便于制造筒、套、管、輥類(lèi)雙金屬獲多層金屬鑄件。（2）顯著提高金屬液的補(bǔ)償能力。（3）一經(jīng)引燃不需再提供能量。（4）燃燒波通過(guò)試樣時(shí)產(chǎn)生的高溫可將易揮發(fā)雜質(zhì)排除，提高產(chǎn)品純度。（5）易實(shí)現(xiàn)過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化。（6）易用一種較便宜的原料生產(chǎn)另一種高附加值的產(chǎn)品，達(dá)到成本低、效益可觀的經(jīng)濟(jì)目的。ＳＨＳ－離心法與其他鑄造工藝相比，其特點(diǎn)如下。27（2）SHS-離心法的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用①陶瓷內(nèi)襯鋼管②不銹鋼內(nèi)襯復(fù)合鋼管③陶瓷與陶瓷復(fù)合管鋁熱離心法的優(yōu)點(diǎn)之一是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，從而提高抗晶間腐蝕能力。（2）SHS-離心法的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用288.3.3.3重力分離法SHS鋁熱重力分離技術(shù)的顯著特點(diǎn)是所制備的管件無(wú)需高速旋轉(zhuǎn)，在制備過(guò)程中處于豎直狀態(tài)，物料引燃后借助鋁熱自蔓延過(guò)程和燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的Al2O3-Fe復(fù)相熔體重力分離特性，在燃燒過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管內(nèi)壁的陶瓷涂覆，制備原理如圖8-13所示。圖8-13

SHS重力分離法制備陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管示意圖

A-鋁熱劑B-內(nèi)襯陶瓷層C-液態(tài)陶瓷D-還原鐵液8.3.3.3重力分離法圖8-13SHS重力研究表明，采用ＳＨＳ鋁熱重力分離技術(shù)所制備的陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管與離心SHS復(fù)合管相似，也具有陶瓷層、還原鐵層和原始管三層結(jié)構(gòu)，所不同的是，重力分離SHS復(fù)合管還原鐵層較薄，僅為0.5~1.0mm。目前所生產(chǎn)的復(fù)合鋼管的制備原理如圖8-14所示。圖8-14

SHS陶瓷內(nèi)襯復(fù)合彎管合成過(guò)程示意圖研究表明，采用ＳＨＳ鋁熱重力分離技術(shù)所制備的陶瓷內(nèi)襯復(fù)合8.3.3.4SHS熔鑄涂層技術(shù)

SHS熔鑄涂層技術(shù)：將高放熱量反應(yīng)原料置于基體的表面，點(diǎn)火發(fā)生ＳＨＳ反應(yīng)，反應(yīng)物料燃燒出現(xiàn)熔體，然后冷卻之得到SHS-熔鑄涂層，涂層與基體間通過(guò)過(guò)渡區(qū)形成冶金結(jié)合。如圖8-15所示為熔鑄涂層原理示意圖。(a)燃燒前(b)燃燒后 圖8-15熔鑄涂層原理示意圖1-SHS反應(yīng)物料；2-點(diǎn)火裝置；3-鋼基體；4-過(guò)渡區(qū)；5-SHS熔鑄涂層8.3.3.4SHS熔鑄涂層技術(shù)(a)燃燒前318.3.3.5SHS鑄滲涂層技術(shù)SHS鑄滲涂層技術(shù)世近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種鑄件表面合金化的新工藝，即涂覆在型腔表面的合金涂膏被鑄造合金液熔化、溶解并擴(kuò)散，在鑄件表面形成高合金化的表層。

反應(yīng)鑄滲法是一種組合新技術(shù)，它利用合金熔體的高溫引燃鑄型中的反應(yīng)體系，并通過(guò)控制反應(yīng)物或生成物的位置，在鑄件的局部表面形成涂層。如圖8-16所示為反應(yīng)鑄滲法涂層示意圖。

圖8-16反應(yīng)鑄滲法涂層示意圖1-鋼錠模；2-高溫熔體(澆注液,鑄件)；3-型芯；4-預(yù)涂覆層圖8-16反應(yīng)鑄滲8.3.3.6ＳＨＳ鑄造法制備復(fù)合材料

ＳＨＳ鑄造法是常規(guī)技術(shù)與SHS反應(yīng)的結(jié)合，在鑄造過(guò)程中利用反應(yīng)放熱同時(shí)合成增強(qiáng)相，與傳統(tǒng)方法相比，由于增強(qiáng)相是在制備過(guò)程中于金屬液內(nèi)原位生成，避免了表面污染及氧化，改善了與基體的結(jié)合，并且能形成顆粒微細(xì)的增強(qiáng)相，基體相遇增強(qiáng)相分布均勻，從而提高金屬基復(fù)合材料的性能，并且工藝簡(jiǎn)單，成本較低。

SHS鑄造法的具體實(shí)施方法有多種，這些方法共同的要求：一是生成的增強(qiáng)相顆粒應(yīng)細(xì)小，并且在基體中均勻分布；二是防止影響性能的有害化合物生成。8.3.3.6ＳＨＳ鑄造法制備復(fù)合材料338.3.4SHS焊接技術(shù)ＳＨＳ焊接技術(shù)是利用SHS反應(yīng)的放熱及其產(chǎn)物來(lái)焊接受焊母材的技術(shù)。

根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，ＳＨＳ焊接有不同的分類(lèi)方法。根據(jù)焊接母材來(lái)源不同，ＳＨＳ焊接可分為一