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自蔓延高温合成(Self-propagating High-temperature Synthesis,简称SHS),亦称燃烧合成,是近年来发展起来的一种制备难熔化合物的新工艺,它利用原料在初始点燃条件下化学反应所产生的高温高热,使燃烧反应自发地进行,从而得到指定成分和结构的产物.
ZrB2陶瓷因为具有熔点和硬度高、导电导热性好、良好的中子控制能力等特点而在高温结构陶瓷材料、复合材料、耐火材料、电极材料以及核控制材料等领域中得到重要应用。但是,目前其研究和发展与常规材料相比,开发和理论研究方面都不是很深入和成熟,大规模应用因此受到限制。
本文采用自蔓延镁热还原高温合成工艺,以低成本的二氧化锆(Zr02)、硼酐(B203)、镁粉(Mg)为原料,利用Zr02-B203-Mg体系放热反应,成功制备了高纯度ZrB2微粉。并利用多种实验手段和分析方法,研究了合成ZrB2的燃烧合成反应机理、工艺规律、产物的微观组织及粉末特性。
通过对体系反应自由能的计算表明:在400-2000K内,反应B203-Mg、Zr-B、Zr02-B203-Mg生成自由能均小于零,都存在发生的可能性,反应Zr02-Mg生成自由能在温度<1600K时小于零,存在发生的可能性。
DTA分析表明:Zr02-B203-Mg体系的反应为复杂的固-液反应。多相反应发生于730~760℃之间,包括反Zr02+2Mg→Zr+2MgO,B203+3Mg→2B+3MgO,Zr+2B→ZrB2。
制样压力为10Mpa时反应最易发生,随着制样压力的增加,起爆时间延长,起爆温度升高。制样压力越大燃烧产物的分层现象越不明显,孔隙越小,ZrB2的形状越均匀。