燃烧合成颗粒材料的制备技术

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1、燃烧合成颗粒材料的制备技术燃烧合成颗粒材料的制备技术 基本原理：燃烧合成基本原理：燃烧合成+破碎球磨等后处理工艺破碎球磨等后处理工艺合成的材料体系包括：合成的材料体系包括： Si3N4，AlN, TiB2, TiC等单相材料等单相材料 TiCSiC，TiB2Al2O3，TiCAl2O3， TiB2+NiAl等复合粉等复合粉l l 主要优点：主要优点：无团聚，优良的颗粒尺寸分布，无团聚，优良的颗粒尺寸分布， 复合材料可实现均匀混合复合材料可实现均匀混合 工艺简单，能耗低，工艺简单，能耗低， 可制备传统工艺难以合成的材料体系可制备传统工艺难以合成的材料体系 复合粉末可原位生成，减少界面污染，优化界

2、面结构复合粉末可原位生成，减少界面污染，优化界面结构碳黑砂混合碳热还原72小时球磨过滤SiO2去除干燥烧结助剂掺加混合可烧结粉末硅粉碳黑混合SHS，0.3小时球磨破碎可烧结粉末传统工艺SHS工艺SiC粉末合成工艺流程图粉末合成工艺流程图Si+C=SiC传统工艺传统工艺SiCSHS工艺工艺SiC主要的工艺类型主要的工艺类型混合固态燃烧合成0.3小时球磨可烧结粉末SHS工艺B4C-SiC复合粉末的制备工艺流程图复合粉末的制备工艺流程图干燥混合研磨SiO2除去清洗干燥可烧结粉末传统工艺碳碳黑碳热还原B2O3硼热还原硅粉碳黑硼B2O3 +Si + C B4C + SiC + COB2O3 + TiO2

3、 + Al - TiB2 + Al2O3 TiO2 + C + Al TiC + Al2O3B2O3 + TiO2 + C TiC + TiB2 球磨过滤酸洗处理清洗干燥AlN可烧结粉末铝粉混合气固SHS合成球磨破碎AlN可烧结粉末传统工艺SHS工艺AlN制备工艺比较制备工艺比较混合碳热还原10小时、1700氮气中Al2O3粉碳黑成型AlN稀释剂气气-固反应可制备各种氮固反应可制备各种氮化物、氢化物、氧化物陶化物、氢化物、氧化物陶瓷粉末材料瓷粉末材料 Al + N2 AlN Si + N2 Si3N4 Ti + N2 TiN B2O3 + C + N2 BN +CO 合成过程的工艺控制合成过程

4、的工艺控制手段：掺加稀释剂辅助快速冷却降低合成温度；加快冷却速度无团聚、细晶材料1、控制合成过程温度、控制合成过程温度碳热还原碳热还原TiB2粉末粉末SHS-TiB2粉末粉末不同工艺制备的不同工艺制备的TiB2粉末的形貌粉末的形貌稀释剂的掺加对合成温度和粉末比表积的影响稀释剂的掺加对合成温度和粉末比表积的影响2、控制合成过程中液相的生存、控制合成过程中液相的生存 对气对气固合成系统，降低合成温度，防止液相形成，可提高合成转化率固合成系统，降低合成温度，防止液相形成，可提高合成转化率 稀释剂的添加对氮含量的影响稀释剂的添加对氮含量的影响 合成系统温度对合成产物稳定性的影响合成系统温度对合成产物稳

5、定性的影响Si3N4 燃烧合成中氮压对合成过程和游离硅含量的影响燃烧合成中氮压对合成过程和游离硅含量的影响 Si + N2 + Si3N4（稀释剂）（稀释剂） Si3N41500160017001800190020000246810Nitrogen Pressure(MPa) Temperature()00.20.40.60.811.21.41.61.82 Velocity (mm/s)05101520252345678Nitrogen Pressure(MPa)Free Si(wt%)合成材料的后处理合成材料的后处理破碎和球磨处理是必破碎和球磨处理是必要的后处理工艺要的后处理工艺打破少量团聚

6、，打破少量团聚，提高比表面积提高比表面积球磨带来的主要问题：球磨带来的主要问题：铁杂质的引入铁杂质的引入 酸洗处理去铁酸洗处理去铁氧含量的适度增加氧含量的适度增加 适当的球磨工艺的选择适当的球磨工艺的选择球磨处理对粉末比表积的影响球磨处理对粉末比表积的影响SHS颗粒材料的可烧性颗粒材料的可烧性研究已经证明：研究已经证明：与传统粉末相比，与传统粉末相比，SHS粉具有高的烧结活性，特别是在粉具有高的烧结活性，特别是在烧结后期，致密化过程进行得很快。烧结后期，致密化过程进行得很快。A：传统：传统-SiC-烧结剂烧结剂 B：SHS -SiC-外掺烧结剂外掺烧结剂 C：SHS -SiC-内掺烧结剂内掺烧

7、结剂 无压烧结无压烧结SiC 无压烧结无压烧结Si3N4-(Y2O3-Al2O3)10wt%SiC-Si3N4复合粉末热压烧结（复合粉末热压烧结（1700+21Mpa） A：机械混合粉：机械混合粉 B：机械混合：机械混合SHS-Si3N4+SHS SiC C：SHS原位合成原位合成Si3N4-SiC复合粉复合粉燃烧合成离心复合管制造技术1、离心复合钢管的基本特性及应用背景、离心复合钢管的基本特性及应用背景陶瓷内衬钢管和其它内表面涂层钢管性能的比较陶瓷内衬钢管和其它内表面涂层钢管性能的比较生产工艺成本性能陶瓷内衬钢管工艺简单低良好合金钢管（不锈钢等）复杂、大口径管难制备高较好有机物涂层钢管较简单

8、一般耐磨、耐高温差陶瓷涂层钢管工艺复杂、涂层薄较高涂层结合差、均匀性差内镶陶瓷衬套管工艺复杂较高机械性能差燃烧合成离心铸造金属燃烧合成离心铸造金属陶瓷复合管道的主要工艺优点：陶瓷复合管道的主要工艺优点：1充分利用燃烧合成技术的优点：工艺简单、能耗低充分利用燃烧合成技术的优点：工艺简单、能耗低2设备投资少，生产效率高设备投资少，生产效率高3原料广泛，成本低，可生产大口径长管原料广泛，成本低，可生产大口径长管高质量的离心铸造陶瓷高质量的离心铸造陶瓷金属复合管具备如下特点：金属复合管具备如下特点： 耐蚀、耐磨、隔热、耐高温、抗热冲击、抗机械冲击耐蚀、耐磨、隔热、耐高温、抗热冲击、抗机械冲击其主要用途

9、包括：其主要用途包括： 1石油化学工业中传输管件石油化学工业中传输管件 耐高温耐腐蚀耐高温耐腐蚀 2热电工业中粉煤输送系统热电工业中粉煤输送系统 耐磨损耐磨损 3矿产工业中矿石的输送矿产工业中矿石的输送 耐磨性耐磨性 4高炉喷嘴高炉喷嘴 耐高温、耐磨损耐高温、耐磨损 5液态金属输送液态金属输送 耐高温耐、金属液侵蚀耐高温耐、金属液侵蚀2、燃烧合成离心铸造金属、燃烧合成离心铸造金属陶瓷复合管的基本原理陶瓷复合管的基本原理燃烧合成离心铸造技术是基于以下化学反应而实现的：燃烧合成离心铸造技术是基于以下化学反应而实现的：Fe2O3 + 2Al 2Fe + Al2O3 + 836kJ/mol Tad =

10、 3170K3Fe3O4 + 8Al 9Fe + 4Al2O3 + 3265kJ/mol Tad = 3753K原材料预处理烘干脱水除气加工修整装填离心压实计量混合材料合成并离心分离高速离心作用下点燃燃烧合成离心铸造技术工艺流程图燃烧合成离心铸造技术工艺流程图燃烧合成离心铸造技术工艺示意图燃烧合成离心铸造技术工艺示意图典型的离心复合断面及显微结构图典型的离心复合断面及显微结构图影响燃烧合成离心铸造技术的主要因素影响燃烧合成离心铸造技术的主要因素1、离心力的影响离心力的影响 离心转速由康斯坦子诺夫公式确定：离心转速由康斯坦子诺夫公式确定： 离心力的主要作用离心力的主要作用 分离物相形成复合过渡结

11、构，比重差别越大越易分离分离物相形成复合过渡结构，比重差别越大越易分离 离心力越大，越易分离，分离越彻底离心力越大，越易分离，分离越彻底 提高陶瓷层的致密度提高陶瓷层的致密度 有利于反应过程中液相和气相杂质的分离和排出，提高致密度有利于反应过程中液相和气相杂质的分离和排出，提高致密度2、添加剂的影响、添加剂的影响 主要添加剂：SiO2、Cr2O3、Na2B4O7等 SiO2： 作 用：显著提高陶瓷层致密度 主要原因：SiO2加入使Al2O3初始结晶温度和最终结晶温度下降 缺 点：SiO2过多会降低陶瓷层硬度，影响耐磨性 Na2B4O7：作 用：提高压剪强度，增强复合管道耐热冲击和机械冲击的能力

12、主要原因：燃烧合成产物Fe与Al2O3润湿性不良，加入 Na2B4O7后其润湿性大大改善，促进结合强度3、反应物料与钢管重量比（、反应物料与钢管重量比（W物物W管管） 作用：通过控制适合的作用：通过控制适合的W物物W管管，可以有效避免，可以有效避免 陶瓷层裂纹的产生陶瓷层裂纹的产生 原因：原因：W物物增加，放热量增加，系统温度上升，有利增加，放热量增加，系统温度上升，有利 于气体排出，提高致密度；但同时过高的系于气体排出，提高致密度；但同时过高的系 统温度使钢管口剧烈膨胀，在冷却过程中对陶统温度使钢管口剧烈膨胀，在冷却过程中对陶 瓷层产生巨大的压应力而压溃陶瓷产生裂纹。瓷层产生巨大的压应力而压溃陶瓷产生裂纹。 合适的合适的W物物W管管为为0.25 0.45