自蔓延高温合成技术的发展与应用

通过对自蔓延高温合成技术发展与应用的介绍，阐述自蔓延高温合成技术的分类、技术特点、发展现状及应用范围，并预测自蔓延高温合成技术的未来发展趋势。     

陶瓷与金属梯度过渡层的自蔓延高温合成

陶瓷以优良的性能正成为极具潜力的新型结构材料,在其应用过程中往往需与金属连接,但因两者间的组织结构及物化性质相差悬殊,往往得不到满意的连接结果.在陶瓷与金属间用一定厚度的成分和结构呈梯度变化的梯度过渡层作为连接二者的焊缝层,是解决陶瓷与金属连接时所存在问题的较好措施之一.本文将自蔓延高温合成技术引入焊接领域,探索了陶瓷-金属焊接时接头中梯度过渡层的制备工艺.试验结果表明,采用自蔓延高温合成技术可成功地制取陶瓷-金属的梯度过渡层,这种过渡层可以有效地缓和因线膨胀系数差在陶瓷-金属焊接时界面处所产生的热应力,为获得综合性能良好的异种材料焊接接头开辟了一条新途径.     

自蔓延高温合成(SHS)技术发展和应用

详细地叙述了自蔓延高温合成（ＳＨＳ）技术的基本原理,特点及国内外发展情况,并对ＳＨＳ工艺在工业领域中应用的情况进行了介绍。     

γ-LiAlO2超细粉SHS合成及反应机理的研究

以硝酸锂和水合硝酸铝为氧化剂，使用柠檬酸和尿素作为燃料，根据推进燃料化学理论计算原料的配比，采用自蔓延高温合成法(SHS)快速合成出γ-LiAlO2的超细粉。研究了燃料种类及煅烧温度对合成产物相组成和粉末形貌的影响。根据吉布斯自由能最小原理以及化合价配比平衡法则，发现当燃料中尿素与柠檬酸的配比为9：1时燃烧反应之所以能够快速持续地进行，究其基本原因在于燃料与相应的氧化剂之间形成了过渡型的络合物，进而降低了合成反应的活化能，使燃烧反应得以持续进行。     

自蔓延高温合成Ti—Ni—Nb形状记忆合金的产物组织

采用自蔓延高温合成（SHS）技术，进行Ti-Ni-Nb形状记忆合金（SMA）的燃烧合成试验，研究了粉末粒度，纯度和加热温度对热爆燃烧合成的产物组织的影响，结果表明：纯度高的粉末，粒度细的铌粉和粒度适中的钛粉，有利于获得密度高和（Ti,Nb)2Ni等杂相少的产物，当温度尚达到热爆温度时，只能发生常规反应烧结，当达到热爆温度时，热爆的产物内存在着基体相（Ti,Nb)Ni，杂相（Ti,Nb)2Ni和由β－Nb(Ti,Ni)与基体（Ti,Nb)Ni形成的共晶相，在较高的热爆温度下，共晶相基本消失，基体晶粒粗化。     

利用自蔓延高温合成工艺在铸钢表面制备TiC/Fe复合材料层

在干砂消失模铸造模样表面涂敷一层经压实的自蔓延高温合成（SHS）粉料（Ti粉、C粉、Al粉、Fe粉按一定比例配制）,浇注过程中钢液自动点燃SHS粉料,使其反应生成增强陶瓷相（TiC）。钢液铸渗到反应后的SHS陶瓷层中,使陶瓷增强相均匀地分散到熔融的表层金属中,从而使铸件表面获得TiC/Fe自生复合材料层。表面复合层硬度可达HRC54～59,经900℃×2h退火后,产生大量细小且弥散的二次TiC颗粒。     

SHS法合成TiC/Ni及Ni60+TiC/Ni粉亚音速火焰喷涂

自蔓延高温合成技术制备了TiC/Ni复合粉,磨碎后采用亚音速火焰喷涂技术将Ni60-x(TiC/Ni)(x=6%,13%,19%)复合粉喷涂到钢板上.对涂层耐磨损性能进行了试验分析,Ni60-19% TiC/Ni涂层耐磨性最高.TiC/Ni增强颗粒与Ni60基体界面结合良好,进而提高了涂层耐磨性能.     

复合SHS法制备自生TiC/Fe复合材料的组织

应用TiO2 Al C、Fe2O3 Al两个体系的复合自蔓延高温合成反应(SHS)法成功制备了TiC/Fe基复合材料.利用各种测试方法分析表明,该复合材料的铸态组织由α-Fe基体、弥散分布TiC、Fe3C和Al2O3颗粒组成,其中TiC颗粒体积分数较理论计算低.     

Study of formation behavior of TiC in the Fe-Ti-C system during combustion synthesis

TiC particles were prepared in situ by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) reaction in the Fe-Ti-C elemental powder mixture. The reaction behavior and formation route of synthesizing TiC in the Fe-Ti-C system were investigated. With Fe contents increasing, the adiabatic temperatures, reaction temperatures and TiC particles sizes obviously decreased. The addition of Fe promotes the reaction between Ti and C through a “bridging” effect. Fe plays an important role in controlling the reaction behavior and morphology of products, serving not only as a diluent to inhibit the TiC particles from growing, but also as an intermediate reactant to promote the reaction.     

自蔓延高温合成陶瓷内衬复合管的研究进展

概述了自蔓延高温合成(SHS)技术的特点;介绍了陶瓷内衬复合管的制备原理和工艺;分析了SHS在热力学、动力学以及燃烧合成机理上的研究.从提高陶瓷层的结合强度、韧性、致密度、耐腐蚀性等方面,综述了提高SHS陶瓷内衬复合管性能的措施.并指出了SHS陶瓷内衬复合管的研究方向.     

自蔓延高温合成MoSix/Cu复合材料中MoSix相的原位合成机理

采用自蔓延高温合成(SHS)技术制备了四组不同成分的MoSix/Cu复合材料.结合XRD、SEM和EDS等分析手段对所制备的MoSix/Cu复合材料显微组织和相组成进行了分析.系统研究了MoSi2设计含量及Mo/Si原子比对复合材料相组成的影响,并在此基础上讨论了MoSix/Cu复合材料中MoSix的原住合成机制.结果表明,MoSix/Cu复合材料相组成包含固溶体相α-Cu、α-Mo、MoSix和CuxSi四类相;随着MoSi2预设含量的增加和Mo/Si原子比的降低,MoSix/Cu复合材料中MoSix和CuxSi相的含量明显增加;自蔓延高温合成MoSix/Cu复合材料中MoSix相的原位合成机制为富Cu、Si的残余液相与其所包围的α-Mo之间通过界面反应直接形成MoSix.     

成分配比对自蔓延高温合成Ni-Al金属间化合物的影响

以镍粉和铝粉为主要原料,采用自蔓延高温合成技术,制备Ni-Al金属间化合物。研究了成分配比对热爆反应的影响,绘制了热爆反应曲线,分析了热爆反应机理及产物的显微组织特征。研究结果表明:成分配比和压坯密度对热爆反应均有不同程度的影响。增加Al含量、加大压坯密度都会缩短热爆起始时间、降低热爆起始温度;反应起始温度低于Ni-Al系的最低共晶温度(640℃)。本文初步确定了Ni-Al系的热爆反应是由固固扩散反应引发的。Ni-32Al的反应产物为均一的NiAl相。     

成分配比对自蔓延高温合成Ni-Al金属间化合物的影响

以镍粉和铝粉为主要原料，采用自蔓延高温合成技术，制备Ni-Al金属间化合物。研究了成分配比对热爆反应的影响，绘制了热爆反应曲线，分析了热爆反应机理及产物的显微组织特征。研究结果表明：成分配比和压坯密度对热爆反应均有不同程度的影响。增加Al含量、加大压坯密度都会缩短热爆起始时间、降低热爆起始温度；反应起始温度低于Ni-Al系的最低共晶温度（640℃）。本文初步确定了Ni-Al系的热爆反应是由固固扩散反应引发的。Ni-32Al的反应产物为均一的NiAl相。     

SHS法合成TiC碳原子饱和度的影响因素研究

引出了SHSTiC相中碳原子饱和度的概念，阐明了钛粉粒度、预热温度、混合料压坯相对密度等工艺因素对SHSTiC相中碳原子的饱和度的影响，分析了影响饱和度因素的微观过程．     

TiC/Ni3Al表面复合涂层及其耐磨性

采用铸造工艺结合SHS技术制备TiC/Ni3Al表面复合涂层,研究了涂层的显微组织及其耐磨性.结果表明表面复合涂层中直径为1 μm～2μm的TiC颗粒呈球形镶嵌在Ni3Al基体上,涂层致密.与钢基体为良好的冶金结合,界面随TiC含量的变化而呈现不同的形貌,在TiC含量＜45%时,涂层为一整体;在TiC含量≥45%时,涂层出现了分层.表面复合涂层的HV值最高达8970 MPa,沿界面呈梯度变化;涂层具有高的耐磨性,在室温下约是钢基体的3～5倍;在400℃下是钢基体的20倍左右.     

TiC/Ni3Al表面复合涂层及其耐磨性

采用铸造工艺结合SHS技术制备TiC/Ni3Al表面复合涂层,研究了涂层的显微组织及其耐磨性.结果表明:表面复合涂层中直径为1 μm～2μm的TiC颗粒呈球形镶嵌在Ni3Al基体上,涂层致密.与钢基体为良好的冶金结合,界面随TiC含量的变化而呈现不同的形貌,在TiC含量＜45%时,涂层为一整体;在TiC含量≥45%时,涂层出现了分层.表面复合涂层的HV值最高达8970 MPa,沿界面呈梯度变化;涂层具有高的耐磨性,在室温下约是钢基体的3～5倍;在400℃下是钢基体的20倍左右.     

自蔓延法制备球形ZrB2-SiC复合等离子喷涂粉末

目的为提高ZrB_2-SiC复合等离子喷涂粉末的致密度。方法采用Zr-B_4C-Si体系,使用自蔓延高温合成(SHS)技术和感应等离子球化(IPS)技术制备了球形ZrB_2-SiC复合粉末,并对其相结构和微观形貌等进行了表征。结果采用SHS技术合成出的多孔ZrB_2-SiC复合陶瓷,其SiC质量分数为12.10%,由等轴颗粒构成,颗粒粒径均5μm。经IPS处理后,粉末松装密度由1.62 g/cm~3提高到1.88 g/cm~3,其中直径25μm的粉末为球形或椭球形,直径25μm的粉末则保留了球化前的不规则形状,但粉末轮廓变得平滑。粉末中SiC质量分数降低为6.64%(体积分数为11.89%),粉末表层SiC质量分数降低为5.63%,部分SiC颗粒重新分布在ZrB_2颗粒的间隙处,并且粉末中出现ZrB_2-SiC的共晶或伪共晶组织。结论使用SHS技术能够制备出两相分布相对均匀、颗粒细小的ZrB_2-SiC复合陶瓷,虽然其含有较多孔洞,但颗粒之间相互接触部位的结合比较紧密。IPS处理后,粒径25μm的ZrB_2-SiC复合粉末的致密度和球形度获得了显著提高,粉末中SiC在IPS过程中的部分分解导致其含量未能达到最佳范围。     

基于BP神经网络的钒基合金自蔓延高温合成工艺参数优化设计

以坩埚H/D值、V2O5还原率、V2O5收得率、TiO2还原率和TiO2收得率为输入参数,钒基合金V3TiNi0.56收得率为输出参数,训练过程采用trainlm函数,设计了具有较高精确度的BP神经网络优化模型,可推广应用到各种钒基合金的自蔓延高温合成工艺参数的优化.     

激光熔覆原位合成TiC/Al复合材料的化学反应机制

通过突然停止激光发射的实验方法，研究了经高能球磨活化的Al、Ti和C粉末在激光熔覆条件下TiC合成反应的过程及规律。结果表明：激光辐射的前沿区的组织可以被分为未反应原始粉末区、合成反应过渡组织区及TiC／Al复合材料区。依据组织及结构的分析，活化粉末在激光条件下的合成反应过程及机制得以揭示：原始粉末首先在过渡区发生了3Al Ti→Al3Ti反应，所有的Ti都参与了这一反应，形成了块状的Al3Ti／Al组织，所有的C元素都包裹在了这种块状的组织中；随后发生了Al3Ti C→TiC 3Al反应而形成TiCp／Al复合材料。     

自蔓延高温合成TiC-Ni金属陶瓷的热力学编程计算与分析

根据热力学原理对Ti、C、Ni三元体系进行热力学编程计算,绘出了标准反应自由焓随温度变化的曲线、绝热温度随Ni含量变化的曲线以及绝热温度随预热温度变化的曲线,通过对曲线进行分析认为：Ti、C、Ni三元体系的主反应是Ti C=TiC;体系的绝热温度随Ni含量的增加而下降,当预热温度为600K时,最佳的理论Ni含量约40％;体系的绝热温度随预热温度的升高而升高,当Ni含量过大,体系的绝热温度小于1800K时,可以适当提高预热温度,来确保反应的自发进行。