自蔓延高温合成技术

自蔓延高温合成(SHS)是一种在不同性质的固体中通过燃烧样放热反应同时生产无机化合物和有机化合物的方法。

这种方法的一种变体被称为固态复分解(SSM)。由于该过程发生在高温下，因此该方法非常适合于生产具有不寻常性能的耐火材料，例如:高纯度的粉末、金属合金或陶瓷，耐高温或超硬度的腐蚀。

方法

在其通常的格式中，SHS是从紧密混合的细粉反应物开始进行的。在某些情况下，试剂是细粉末状的，而在其他情况下，它们是烧结的，以尽量减少它们的表面积，并防止未经启动的放热反应，这可能是危险的。在其他情况下，通过球磨等技术机械激活粒子，从而产生在单个化学细胞中包含两种反应物的纳米复合粒子。反应物制备后，通过点加热样品的一小部分(通常是顶部)来开始合成。一旦开始，一波放热反应扫过剩余的物质。SHS也被用于薄膜、液体、气体、粉末-液体系统、气体悬浮液、分层系统、气体-气体系统等。已经在真空和惰性气体或活性气体下进行了反应。可以通过添加惰性盐来调节反应温度，惰性盐在熔化或蒸发过程中吸收热量，如氯化钠。

即额外的能量(如电加热或激光)触发点火器燃烧，引起反应物质(固相与气相一固一固，液一固，且同等量)自发反应，热量快速释放，反应由局部自动以燃烧波的形式蔓延系统，最终获得一种新技术的合成材料。粉末直接相互粘附的反应物可以是元素粉末或元素气体，也可以用金属氧化物和还原剂的混合物与非金属粉末反应产生热量以保持反应持续进行，反应产物必须是稳定的化合物。该工艺具有产品纯度高、设备简单、能耗低、生产灵活、故障严格、工艺参数可控等优点。用这种方法已经制备了数百种化合物，如各种金属的氮化物、碳化物、硼酸盐、硅化物、氧化物、氢化物等。S} -is技术已发展成SH5制粉技术、SHS烧结技术、5H5压实技术、5HS熔铸技术、5H5焊接技术、SHS涂层技术等。

任何一种化学物质的燃烧，只要其结果是形成一种产品或实际凝聚态物质的材料，都可以称为SHS过程。在SHS过程中，参与反应的物质可能处于固态、液态或气态，但最终产物通常是固态。

燃烧合成的基本要求:
(1)利用化学反应来放热，完全或部分不需要外部热源;
(2)通过快速自动波燃烧的自持反应，得到所需部件和结构的产物;
(3)通过改变热量的释放和传递速度来控制产品的速度、温度、转化率以及产品的成分和结构。

采用SHS技术制备的产品纯度高，能耗低，工艺简单。利用SHS技术可以制备非平衡、非化学计量比和功能梯度材料。

其特点是:
Gamma是一个快速合成过程;
二氧化碳有节能作用。
扭矩可以提高合成材料的纯度。
废物往往形成多孔组织;
焦炭燃烧产物的微观结构具有较大的弥散性。

因此，探索各种SHS体系的燃烧和合成规律，获得均匀的组织是保证SHS产业化的关键。
SHS粉末合成涉及到类似粉末冶金的过程。但两者也有区别，主要区别在合成工艺上。

HS粉末合成工艺工艺流程如下:

什么是离心铸造

离心铸造是将液态金属注入高速旋转的铸造模具中，在离心力的作用下使金属液体充满模具并形成铸件的技术和方法。离心力使液态金属在径向很好地填满模具，形成铸件的自由表面。气缸内孔可获得无芯。有助于去除液态金属中的气体和夹杂物。它影响金属的结晶过程，从而提高铸件的力学和物理性能。根据模轴的空间位置，常见的离心铸造可分为卧式离心铸造和立式离心铸造。结晶器旋转轴处于水平状态或带小角度(4°)的水平离心铸造称为水平离心铸造。当铸件的旋转轴处于垂直状态时，立式离心铸造称为立式离心铸造。旋转轴与水平、垂直线夹角较大的离心铸造，称为斜轴离心铸造，但很少使用。

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自扩散高温合成过程

离心铸造最早应用于铸造管的生产，该工艺发展迅速。离心铸造技术被国内外冶金、矿山、交通、排灌机械、航空、国防、汽车等行业采用，生产钢、铁和非铁碳合金铸件。其中，离心铸铁管、内燃机缸套、轴套的生产最为常见。对于一些成形工具和齿轮铸件，还可以对熔融模型壳进行离心浇注，不仅可以提高铸件的精度，还可以改善铸件的力学性能。

离心铸造的优点:
1)浇注系统和冒口系统几乎没有金属消耗，从而提高了工艺的生产率;
2)生产无芯空心铸件，当长管铸件在生产时可以大大提高金属填充能力，降低铸件壁厚的长径比，简化套筒和管件的生产工艺;
3)铸件密度高，气孔、夹杂渣等缺陷少，力学性能高;
4)方便制造管套复合金属铸件，如钢背铜套、双金属轧辊等。铸件成型后，利用离心力提高金属的填充能力，从而可以生产薄壁铸件。

离心铸造的缺点:
异型铸件的生产存在一定的局限性。
内孔直径不准确，内孔表面粗糙，质量差，加工余量大。
因此，它不适用于容易产生比重偏析的合金铸件(如铅青铜)。尤其不适用于杂质比例大于液态金属的合金。

基本

许多高放热SHS体系的燃烧温度超过了燃烧产物的熔点。该SHS系统与常规冶金方法相结合生产SHS技术，采用SHS方法获得熔体，并采用常规冶金方法对熔体进行处理[14,15]。SHS冶金包括SHS铸造和SHS离心工艺。铝热反应因其放热温度高而在SHS冶金中得到广泛应用。

化学反应公式为:

化学反应式

合成离心

在许多石油化工、电力和冶金行业中，钢管的使用寿命成为人们最关心的问题之一，然而，由于钢管的直径大、长度小，用其他防腐处理方法很难实现，而采用这种技术则可以轻松解决。它是铝、镁、硅、锆等粉末与金属氧化物之间的一种高放热化学反应。由于反应温度超过陶瓷和金属的熔点，整个系统处于熔融状态。在离心力的作用下，熔体按密度分层，高密度构件与钢管基体结合。将低密度陶瓷构件涂覆在钢管内壁上，形成陶瓷涂层。目前，涂层内衬钢管的生产技术已经相当成熟。

sh -离心法

SHS-gravitational方法

比较直的钢管采用离心分离法是可行的，如果是弯曲的或其他不规则形状的钢管仍采用离心分离法显然是不可行的，通过工程技术研究人员的努力，利用重力原理使熔体在SHS涂层过程中涂到钢管壁上。高温因为铝热剂的反应使得反应物处于熔融状态，在钢管上的反应物质形成了由金属Fe和陶瓷两相组成的熔池，由于Fe的密度大于涂层相的密度，在重力的作用下，两种熔体分离，Fe沉积在熔池底部，熔融的涂层漂浮到熔池顶部。随着自扩散反应的进行，液位逐渐下降，导致铁的液相和陶瓷液相附着在钢管内壁上，并先后结晶凝固，从而在钢管内壁上形成连续均匀的涂层。

原理如图所示:

sh -重力法原理