第5章其他材料特殊制备技术

1、第五章 其他材料特殊术技¢ 5.1 自蔓延高温技术Self-propagation high temperature synthesisSHS利用化合物时的反应热，使反应维持进行下去的一种工艺。5.1.1 概论5.1.1.1自蔓延高温技术原理及其特点图5-1 SHS反应过程示意5.1.1 概论5.1.1.2 国内外研究现状5.1.1.3 SHS的燃烧方式与燃烧机理（1）SHS体系的类型5.1.1 概论图5-2 IS体系和HS体系示意5.1.1 概论（2）SHS体系地燃烧方式图5-3 各种燃烧过程的SHS体系示意5.1.1 概论（3）SHS燃烧机理 燃烧波的结构特征U初始混合物预热区（

2、）热区（反应区）后续过程区（）最终产物5.1.1 概论图5-4 燃烧波中温度T、转化度和热产生速率f的示意5.1.1 概论图5-5 有后烧现象的燃烧波中温度T、转化度和热产生速率f的示意5.1.1 概论燃烧机理a。无气体燃烧SHS过程的燃烧机理图5-6 无气体燃烧体系相互作用示意5.1.1 概论b。气体漫渗燃烧SHS过程的燃烧机理图5-7 气体漫渗燃烧体系相互作用示意5.1.1 概论5.1.1.4 SHS燃烧动力学绝热温度Tad的计算准则如下：Tò- H 0=H 0C dt（5-1）T298p298Ttr298Tòò- H 0=C dt + DH+H 0C'

3、;dtT298ptrp（5-2）Ttr式中Ttr相变温度；Htr相变过程的焓变。5.1.1 概论Tm298Tòòdt +qDH- H 0=+H 0C ' dtCT298pmpTm（5-3）式中Tm某组分的熔点；发生熔化物质的百分比； Hm该组分的熔解热。5.1.1 概论Tm298TmTòòò（5-4）dt +qDH- H 0=C dt + DH+H 0C'C'' dtT298ptrpmpTTtrm5.1.1.5 SHS应用效果表5-1 SHS法的化合物名称组成硅化物MoSi2,MoSi,Ti5Si3,ToSo2,

4、ZrSi,ZrSi2金属间化合物NbAl.NbGe,TiFe,TiCo,CuAl,TiAl,ZrAl,VAl磷化物AlP,CuP,NbP,Co2P.FeP.MnP,CrP,TiP,Fe-Mo-P,Fe-Mn-P碳化物硼化物TiC,ZrC,HfC,TaC,WC,Cr3C2,N2C,B4C,SiC,NbC-TaC,TiC-Cr3C2,TiC- Mo2C,NbC,TiC,TiB2,ZrB2,NbB2,TaB2,CoB,HfB2,V3B2,VB,VB2,CrB,CrB2,MoB, Mo2B,MoB2,WB,W2B,W2B2,NiB,FeB,LaB,TiB2-CrB2氢化物TiH2,ZrH2,NbH,N

5、bH3,ScH2,VH2,VH3,LaH2,PrH2,NdH2,SmH3,GdH2,GdH3,Tb H2,DyH2,DyH3,MoH2,TiZrH2,ZrCoH3,ZrCoH3,Zr2CoH5,ZrNiH5,TiCoH3氮化物TN,ZrN,HfN,VN,AlN,BN,Si3N4,ScN,LaN,ErN,PrN,SmN,GdN,DyN,TbN,-TaN,-TaN,-TaN,（Ti-N），(Zr-N)复杂氧化物BaTiO3,PbTiO3,YAlO3,MgAl2O4,LiTaO3,KTaO3,Ba2NaTa5O15,Bi4V4O11,Bi4Fe2 O3,Bo4Ti3O12,Bi3TiNbO9,Bi3

6、TiTaO9,BaBi2Nb2O9,PdBiTa2O9,BiCu3O12,Bi2MoO6,LiNd(MoO3),PbMoO4,Li(MoO3),Cd2Mo3O12,Y3Al5O15,Ba2KNB5O15,BaNb2O6,Ba5Nb4O15,YBa2Cu3O7-x,Ni1-xCuyFe2O4,BaFe2O4,BaFe12O19,LiFe2O4硫化物WS2,WSe2,WNbSe2,MoS2,MoSe2,MoNbS2,MoNbSe2,TaS2,NbS2,NbSe2,La2S3,LaTaS3,LaNbS3,PrNbS3,NdNbS3,TbNbS3,DyNbS3,YNbS3,NdTaS3,TbTaS3,

7、HoTaS3,ErTaS3,EuTa2S4,EuNb2S45.1.2 自蔓延高温技术5.1.2.1 SHS技术（1）SHS粉末技术（2） SHS烧结技术（3） SHS多孔体技术（4） SHS致密化技术（5） SHS熔铸技术（6） SHS焊接技术（7） SHS涂层技术5.1.2 自蔓延高温技术T1时A + m G ® AGB + m G ® BGnmnmnnT2（T2>T1）时AG® A + m GBG® B + m GmnnmnnA + B ® AB5.1.2 自蔓延高温5.1.2.2 自蔓延离心工艺（1）SHS-离心法的特点技术G =

8、F = mrw = r (p n)2= 0.112´( n )2 r100（5-5）Pmgg30式中 G重力系数；F物体所受的离心力，N；P物体的重力；M金属液质点得重量，kg； 铸型旋转的角速度，rad/s；Gr液体度，981cm/s2；任意点的旋转半径，cm；落体N铸型的转速，r/min。5.1.2 自蔓延高温技术图5-8 SHS-离心法过程示意5.1.2 自蔓延高温技术（2）SHS-离心法的研究现状及应用陶瓷内衬钢管不锈钢内衬复合钢管陶瓷与陶瓷复合管MoO + 2Al + 1 C ® Al O+ 1 Mo C323222MoO3 + 2Al + B ® Al

9、2O3 + MoB5.1.3 自蔓延高温应用工艺技术的5.1.3.1氮化铝陶瓷（1）（2）结果5.1.3 自蔓延高温应用工艺技术的表5-2 ALN参数实验编号N2/MPa粉坯相对密度稀释剂含量/%(质量分数)1#2#3#4#5#6#1.055%401.655%402.255%402.5完全02.2完全40N22.5MPa完全，稀释剂含量50%，粉坯进行适当处理5.1.3 自蔓延高温应用工艺技术的5.1.3.2 六方BN基陶瓷复合材料自蔓延高温工艺图5-10 绝热温度与稀释剂含量的图5-9 高压器示意5.1.3 自蔓延高温应用工艺技术的5.1.3.3 用离心自蔓延高温瓷内衬钢管技术大规格耐磨陶根

10、据最大剪应力原理，陶瓷内衬钢管的陶瓷层强度条件为sq-sr= 2 pb2 / (b2 - a2 ) £ t（5-6）式中 p外层钢管与陶瓷线膨胀系数不同，而对陶瓷层产生的；a，b陶瓷层的内外半径；陶瓷的剪切强度5.1.3 自蔓延高温应用工艺技术的5.1.3.4 应用SHS熔铸技术表面金属-陶瓷复合材料表5-5 梯度层最底层中的Cr-Fe粒度、化学成分化学成 分（质 量分数）65.64%Cr，0.05%C，1.05%Si粒度/目406080100粒度指数所占百分比/%18.322.128.231.4755.1.3 自蔓延高温术的应用工艺技表5-4 胶黏剂及试验结果编号胶黏剂用量/%（质

11、量分数）结果1234567水M=25 D=1.48C-2胶纤维素水溶lt;2010不能形成涂层，疏松孔洞较多能形成均匀涂层，气孔少 能形成涂层，有部分脱落 不能形成涂层，不反应涂层渣化严重质量差强度差，制作膏块涂层脱落严重表5-3 配料成分（质量分数）对涂层质量的影响试样编号Al/%Fe2O3/%Cr-Fe/%Mg/%Si/%涂层质量123456782376686861.561.55648.573.759.643.528.714.200551313203002040608010000112340.50.81.21.20.800332.52.521.532.41.81.

12、20.60表面不平，气孔多，Fe颗粒聚集表面不平，气孔较多，疏松表面不平，有气孔，界面结合不平表面平整，有气孔，融合层较窄表面平整，有少量气孔，金相下有（Al2O3+Fe）附着，融合层较窄表面平整，（Al2O3+Fe）层分布不均匀表面平整，金相下融合层较宽（Al2O3-Fe）层分布均匀（Cr-Fe）与铸铁基体有较宽的固溶区，（Cr-Fe）与（Al2O3+Fe）层结合过渡平整，（Al2O3+Fe）较宽，宏观表面平整21211919171422.818.313.58.94.405.1.4 结语5.2 金属雾化喷射沉积技术5.2.1 金属雾化喷射沉积技术的发展概况5.2.2 金属雾化喷射沉积基本原理

13、图5-11 喷射沉积过程示意5.2.3 金属雾化喷射沉积技术的特点5.2.4 金属雾化喷射沉积工艺过程5.2.4.1部分5.2.4.2 融化部分5.2.4.3 雾化部分5.2.4 金属雾化喷射沉积工艺过程（1）喷嘴角度图5-12 雾化喷嘴示意图5-13 雾化锥分布范围示意5.2.4 金属雾化喷射沉积工艺过程（2）气流速/熔体流速（GFR/MFR）值和熔体过热度的影响图5-14 GFR/MFR比对在两种不同过热度值下的平均粉末直径的影响5.2.4 金属雾化喷射沉积工艺过程（3）导流管伸出长度的影响图5-15 导液管下方的其他分布区5.2.4 金属雾化喷射沉积工艺过程5.2.4.4 沉积部分图5-

14、16 液滴沉积过程示意5.2.4 金属雾化喷射沉积工艺过程5.2.4.5 粉末收集部分5.2.5 金属雾化喷射沉积新型工艺简介5.2.5.1 双喷嘴喷射成型图5-17 双喷嘴5.2.5 金属雾化喷射沉积新型工艺简介图5-18 双喷嘴示意5.2.5 金属雾化喷射沉积新型工艺简介5.2.5.2 循环回收系统图5-19 循环回收系统示意5.2.6 金属雾化喷射沉积合金微观组织与性能5.2.6.1 铝合金5.2.6.2 高温合金5.2.6.3 金属间化合物5.2.7 金属雾化喷射沉积技术的产业化5.2.7.1 已经实现或接近的5.2.7.2 开发中的5.2.7.3 喷射成形发展趋势5.2.8 金属雾化喷射沉积技术的评价与展望5.3 超导工艺5.3.1 超导体概述5.3.1.1 发展历史TMTSF的分子式为：5.3.1 超导体概述图5-20 钇钡铜氧（YBaCuO）