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1、*毕业论文添加剂对自蔓延陶瓷复合管性能的影响摘 要自蔓延高温合成法(SHS)，它是利用化学反应的剧烈发热来制取高熔点化合物，尤其是难熔材料、复合材料、功能材料和耐磨材料的新技术。SHS技术具有能耗低、工艺设备简单、产品质量好等优点，是目前一种很有希望的制造材料的技术。本文系统研究了静态SHS法制备陶瓷内衬复合管，在铝热反应基础上，通过反应物料的不同配比、以及加入不同的添加剂，目的增加陶瓷的韧性，提高陶瓷内衬管陶瓷的致密性。以获得优质的陶瓷内衬复合管。试验中探讨了装料密度对陶瓷内衬管质量的影响，结果表明，装料密度为1.51.7g/cm3时，陶瓷内衬管的陶瓷层气孔较少，燃烧稳定。通过实验，在装料密
2、度一定的情况下，加入4%的稀土，可以使陶瓷层的致密性提高；加入4%的石英砂，可以提高陶瓷复合管的致密性、抗热震性。加入4%的SiO2，可以提高陶瓷复合管的致密性和韧性。关键词：自蔓延，高温合成，添加剂，内衬复合管STATIC SELF-PROPAGAING CERAMIC COMPOSITECONTROL STUDY PREPAREDABSTRACTSelf-propagating high temperature synthesis (SHS), it is the use of a chemical reaction to the intense heat from high meltin
3、g point compound system, in particular, refractory materials, composite materials, functional materials and wear-resistant materials, new technologies. SHS technology and low consumption, simple process equipment, product quality, etc., is a promising technology to create materials. In this paper, t
4、he static system prepared by SHS ceramic-lined pipes in the thermal reaction of aluminum on the basis of different materials through the reaction ratio, and the addition of different additives, the purpose of increasing the toughness of ceramics, ceramic-lined pipe to increase the density of ceramic
5、 . To obtain high-quality ceramic-lined pipes. Loading tests of the density of the ceramic-lined pipe quality, results show that the loading density of 1.5 1.7g/cm3, the ceramic-lined tube of the ceramic layer porosity less stable combustion. Through the experiment, the loading density in certain ci
6、rcumstances, adding 4% of rare earth, can make a dense ceramic layer increased; adding 4% of quartz sand, ceramic composite pipe can increase the density, thermal shock resistance. Adding 4% of SiO2, can improve the densification of ceramic composite pipe and toughness.KEY WORDS: self-propagating, h
7、igh-temperature synthesis, additives, lined composite pipe目 录摘 要1ABSTRACT2目 录3前 言5第1章 自蔓延高温合成技术71.1 自蔓延高温合成（SHS）技术简介71.1.1 自蔓延高温合成(SHS)技术条件71.1.2 自蔓延高温合成(SHS)的点燃方法71.2 自蔓延高温合成热力学81.3 SHS技术在陶瓷内衬复合管中的应用81.3.1 自蔓延高温合成(SHS)应用及优缺点81.3.2 耐磨管使用现状91.3.3 重力分离制备陶瓷复合钢管111.4 课题意义和研究内容11第2章 试验过程132.1 试验材料132.2 试
8、验流程142.2.1 试验依据142.2.2 试验工艺流程图142.3 热震性试验15第3章 试验结果163.1 添加剂试验163.2 装填密度试验163.3 添加剂稀土试验173.4 金相相图18第4章 试验分析214.1 添加剂的影响214.1.1 添加剂对铝热反应速度的影响214.1.2 添加剂对组织的影响214.2 装料密度对陶瓷层的影响224.3 钢管直径大小对陶瓷层的影响22结 论23致 谢24参考文献25中文资料翻译26前 言自蔓延高温合成(Self propagating High-temperature Synthesis,缩写SHS)技术,是利用化学反应自身放热依靠燃烧波自
9、我维持,并通过控制自维持反应速度、燃烧温度、反应转化率等条件,进而获得具有指定成分和结构产物的一种新型材料制备技术。SHS技术主要沿两个方向发展，以是以SHS过程为基础借助于传统技术的辅助，如SHS制粉技术；另一方向是以传统技术为基础借助SHS的辅助，如SHS烧结技术、SHS加压致密化技术、SHS冶金技术、SHS气相传输涂层技术及SHS焊接技术等。SHS以其工艺简单、能耗小、成本低，在新型材料制备领域得到了广泛的应用，利用静态自蔓延高温合成技术法制备陶瓷内衬复合钢管的技术，在我国受到了广泛的应用。新型陶瓷具有强度高、硬度高、弹性模量大、热胀系数小、密度低、耐高温、抗腐蚀及耐磨等优异的力学性能和
10、物理化学性能，是一种很有发展前途的结构材料，可用于航空、航天、竣工、核能、汽车及道具制造等领域获得广泛应用。但陶瓷的加工性能差、延性和冲击韧度低、耐热冲击能力弱，不易制成大型或形状复杂的构件，因此如何使产品的连接性更好，使其韧性及耐热冲击增强是我们必须解决的难题。这一新技术首先是前苏联科学院化学物理研究所的Merzhanov教授等人在上个世纪60年代后期提出的一种材料合成新工艺。前苏联人自1967年开始研究燃烧合成以来，很快取得了重大成果2，从SHS技术被发现到上世纪80年代初，只有前苏联在不对外公开的状态下进行研究。前苏联科学院对SHS技术研究极为重视，专门从其科学院物理化学研究所分离出一个
11、单位来研究，即后来著名的结构宏观动力研究所.该单位对SHS技术进行全面的研究.取得了奠基性的成果.进入90年代，尽管俄罗斯总体科研环境欠佳，但其SHS领域研究总体水平仍然居于世界前列.前苏联对SHS理论的建立和SHS技术的应用发展做了大量的工作，他们建立了SHS燃烧理论，又将其和材料科学结合起来，提出了结构宏观动力学理论，建立了SHS过程中的燃烧过程和材料结构形成间的关系;在应用方面发展了一系列无机材料粉末合成与成型、致密化技术相结合的技术。70年代末80年代初，该技术传到美国、日本、中国等国家，引起了世界上其他国家的重视。SHS技术的研究涉及热力学、反应动力学、高温物理学、材料与工艺。研究主
12、要集中在SHS基础理论研究，SHS工艺品流程探索和SHS材料的结构、性能及应用等，能制备的材料及十分广泛的领域，是一种极有发展前景的技术手段，因此在世界范围内掀起了研究高潮，特别是许多发达国家投入了大量的人力、物力，如日本、美国、西欧等国。我国在80年代中后期，西北有色金属研究院、北京科技大学、南京电光源研究所、武汉工业大学、北京钢铁研究总院等单位相继展开SHS研究。自1989年以来，先后有三批来自美国加洲大学和前苏联宏观动力学研究所的教授和学者来华讲学和交流，引起了我国材料科学工作者的浓厚兴趣，启动和促进了SHS在我国的研究和开发。Munir教授和Borovinskaya教授等曾分别应邀在北
13、京科技大学和北京有色金属研究总院介绍SHS技术。八五期间，国家863计划新材料领域设立SHS技术项目，支持SHS研究开发。1994年，在武汉召开了第一届全国燃烧合成学术会议。我国SHS的产业化成果也得到国外同行的高度评价。我国研制的陶瓷内衬复合钢管陶瓷年产近万吨。近年，我国在SHS领域加强了与国外的合作与交流，发表的SHS方面的文章数目仅次于俄、美，与日本相近。我国台湾学者在SHS粉末和不规则燃烧方面也取得引人注目的研究成果。 第1章 自蔓延高温合成技术1.1 自蔓延高温合成（SHS）技术简介1.1.1 自蔓延高温合成(SHS)技术条件发生燃烧合成的基本要素是:(l)利用化学反应自身放热，完全
14、(或部分)不需要外热源;(2)通过快速自动波燃烧的自维持反应得到所需成分和结构的产物;(3)通过改变热量的释放和传输速度来控制过程的速度、温度、转化率和产物的成分及结构。1.1.2 自蔓延高温合成(SHS)的点燃方法SHS是需要外部提供热量来引燃SHS反应，提供能量的方式有两种，一是对SHS材料整体加热，达到一定的温度，则燃烧反应在整个材料内同时进行，称热爆反应;另一种是利用外部热源加热SHS材料局部，使其受到强烈的加热而首先燃烧，随后，燃烧火焰传播到整个反应体系中，这种方法叫做点火，是常用的方法。点火是一个非常重要的过程在无气相燃烧系中有着很重要的作用.从理论上说，只要给自蔓延材料一定的能量
15、，使其温度升高，达到点燃温度的能源都能来点燃SHS反应。目前，常用的点火源有:1盘状钨丝:当钨丝通电时发热，利用辐射能点燃反应。这种方法应用最多，但热源的能量密度低，点燃时间长，难控制。2接触电阻:当自蔓延亚坯材料通一电流，利用金属粉粒之间的接触电阻加热并引燃自蔓延高温合成反应。这种方法是整体点火，升温速度快，而且可以控制。但由于接触电阻处电流很大，电阻热大，接触处微小区域的温度很高，粉体的平均温度低，并且粉粒形状、大小和粉体的密度都影响接触电阻，所以，难以得到准确的点火温度。3电弧点火:用电弧的高温来点燃自蔓延高温合成反应。电弧的温度高，易点燃，但难以进行控制和测量。4微波点火:用微波点燃自蔓延高温合成反应，这是在整个微波作用的体积内都产生热量的体积热源，加热速度快，温度梯度小，但微波对材料的选择性很强.5冲击荷载点火:用具有一定位能的冲头冲击材料，使其点燃自蔓延高
