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自蔓延燃烧高温合成SHS技术

日期:2018-12-06 14:55 关注:

自蔓延冶金技术将自蔓延高温合成技术与现代冶金工艺向结合,成为冶金领域一种典型的新兴技术。自蔓延燃烧高温合成(Self-propagation High temperature Synthesis)缩写SHS又称燃烧合成(Combustion Synthesis)缩写CS,它是一种在20世纪80年代迅速兴起的材料制备技术。SHS是化学,材料和工程的有机组合,随着有色金属冶金工艺的不断改良,以及现代科学技术在众多新兴领域的逐渐发展,学科间的交叉融合在冶金工艺的强化和改进方面显示出日益重要的研究地位,这也成为了冶金学科中较为活跃的研究领域之一。

自蔓延高温合成实验效果图

概念

自蔓延高温合成(SHS)是一种利用反应物之间的高化学反应热作为自加热和自传导来合成材料的技术。一旦反应物被引燃,它们将自动传播到未反应区域,直到反应完成。反应温度通常都在2100℃,是一种制备无机高温材料的新方法。

优势

1.工艺简单,节约能源。这是由自蔓延冶金技术自身原理带来的优势,在利用外部能源点火后,仅靠自身反应放出的热量就能够使燃烧波自行蔓延,从而大幅度的节省了自身成本和能源消耗;

2.污染物少,产品活性高。这是由于反应过程中的高温可以蒸发掉很多低沸点的杂质,因此可以得到纯度较高的产物。同时由于升温和冷却的速度快,温度梯度高,在这种条件下可以得到常规条件难以制备的高活性亚稳态产物,这是传统工艺所不能实现的;

3.反应速度快,自蔓延冶金过程是一个极短的过程,从反应被引发一直到燃烧波的蔓延结束,整个过程可能只需要几分钟甚至几秒钟的时间,而且由于反应时间短,对工艺操作和气氛的要求也就相对不高,这也是传统方法所不能比拟的优势。

历史

由于该反应受固相反应产物的阻碍,这种快速燃烧方式在当时被认为是“固体火焰”。

20世纪80年代,SHS技术引起了世界科学界的关注。SHS的研究也从前苏联扩展到世界。

日本于1987年成立燃烧合成研究协会,并于1990年举办了第一届美日燃烧合成研讨会。

自1991以来,国际SHS会议每两年举行一次。

在1992,Inter.J.SHS,国际SHS杂志,首次发表在美国。这些广泛的国际交流与合作,促进了SHS的进一步发展。目前,有30多个国家从事研究工作。

经过20多年的研究和发展,自蔓延高温合成技术取得了长足的进步。在基础理论研究中建立了包括燃烧动力学在内的宏观动力学理论体系,对大多数SHS具有普遍的指导意义。

总结

自蔓延冶金技术是一门新兴的前沿学科,受到国内外冶金材料学界的广泛关注,该技术有高效、节能、省时等优点,而且合成材料的应用也日益广泛。随着该技术在冶金材料领域的应用范围不断扩大,要求在基础理论研究和制备工艺研究等方面都要进行更加深入的研究,同时将这些研究与生产实际相结合,使自蔓延冶金技术真正发挥作用。

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