自蔓延高溫合成技術在先進陶瓷領域中有哪些產業化應用？

   自蔓延高溫合成（Self-propagation High temperature Synthesis，縮寫SHS），是上世紀80年代迅速興起的一門材料制備技術。在1967年時，前蘇聯科學家Merzhanov首先提出該方法，并在1975年與E.J.Juganson等人用SHS離心法研制出了氧化鋁陶瓷內襯復合鋼管，且先后申請了美國、英國、加拿大專利。

   SHS技術發展到今天，在金屬間化合物、陶瓷、復合材料合成等領域的應用已越來越廣泛。今天就主要來講講，它在先進陶瓷領域的應用形式及發展狀況。

SHS技術原理

   SHS法是基于放熱化學反應的原理，利用外部能量誘發局部發生化學反應，形成化學反應前沿（燃燒波），此后，化學反應在自身放出熱量的支持下繼續進行，隨著燃燒波的推進，燃燒蔓延至整個體系，合成所需材料。

   該法最大的特征，在于反應一經開始，反應過程通過反應體系自身釋放的高熱量實現反應的自持。而且設備、工藝簡單，反應迅速，產品純度高，能耗低。適用于合成非化學計量比的化合物、中間產物及亞穩定相等。

SHS燒結反應示意圖加熱形式的區別：
 

  根據加熱方式的不同，燃燒合成又可以分為自蔓延燃燒合成和熱爆燃燒合成。在熱爆加熱模式下，反應物整體被置于加熱容器中以一定的升溫速率加熱，當反應物被加熱至點火溫度時，燃燒反應在整個反應物中同時發生，并在瞬間完成（<0.5s），即發生熱爆反應?自蔓延加熱模式是利用加熱線圈、高溫火焰或激光等對反應物的一端進行局部加熱，點火后燃燒反應向另一端自行蔓延?

  由于熱爆反應條件下，反應物在點火前的升溫速率遠遠低于自蔓延反應，因此對于同一反應體系，在不同反應模式下，反應機理存在明顯的差別。

SHS技術在陶瓷領域中的應用

目前SHS在先進陶瓷領域已經得到了廣泛應用

①先進陶瓷合成

     由于SHS不需要額外施加能量，工藝簡單，高的反應速率可以高效合成大批量產物，且上千度燃燒溫度可以使雜質揮發，產物純度高，這一系列優勢，使得SHS技術在制備碳化物、硼化物、硅化物和氮化物等先進陶瓷或以陶瓷顆粒為增強體的金屬陶瓷復合材料方面得到了廣泛的應用，在保證材料高性能的同時大大降低了成本

氮化硅粉體

     在我國，早在2002年就已實現了自蔓延氮化鋁、氮化硅粉體的產業化生產。自蔓延法制備先進陶瓷粉體的最大優勢在于成本低，其高性價比在下游市場有顯著優勢，對于應用技術有著深入研究的陶瓷基板企業也是降低生產成本的一大利器。研究成果顯示，用自蔓延法生產氮化硅粉通常含α相和β相，而低溫燒結的α和β相所組成的氮化硅復相陶瓷材料，其強度居然可以達到1600MPa左右，這意味著自蔓延氮化硅粉體用于制備復相陶瓷潛力巨大。

②管道陶瓷內襯

   由于腐蝕、磨損、機械破壞等原因，每年金屬油管的報廢量都相當巨大，帶來巨大的損失。而為了強化金屬油管的防腐、耐磨及機械性能，業內會使用SHS技術制備油氣管道內表面陶瓷涂層，提高防腐蝕性能。

     目前在該領域，主要利用鋁熱反應（Al+XO→Al₂O₃+X）產生的高溫高熱實現陶瓷層的成型?？紤]到原料成本、生成物與管道組織的相容性能問題，目前主要關注點集中在選用Al+Fe₂O₃反應體系并配以離心工藝制備Al₂O₃陶瓷涂層上。Al+Fe₂O₃體系反應絕熱溫度可以達到3135K，遠超過產物Fe和Al₂O₃的熔點（分別為1811K和2323K），兩種熔融態產物因密度差異，在離心力的作用下分離，最終在管內形成由Fe過渡層連接的氧化鋁陶瓷內襯層，提高石油管道的使用壽命。

③多種材料焊接

    作為無機非金屬的陶瓷材料與金屬之間在熔點、彈性模量、熱膨脹系數等屬性上存在巨大差異，為解決焊接界面殘余應力大的問題，就需要在焊接接頭中形成中間過渡層。其中，SHS作為一種高效、無污染的新工藝技術，目前已經廣泛地應用于連接領域。

   通過自蔓延反應放出的熱量作為熱源，實現陶瓷和金屬材料之間的焊接。自蔓延反應時間短，可以實現局部快速放熱，使焊接過程在短時間內完成，且母材熱影響區較小，損害??；利用反應的高熱量去除低熔點雜質，能提高焊接接頭的純度；通過調節反應原料成分，實現陶瓷與金屬接頭間的梯度變化，減少殘余應力，提高接頭的性能，目前已成功地用于鉬和鎢、鉬和石墨、鎢和石墨、鈦和不銹鋼、石墨和石墨的工程化焊接中。