氧化铝在自蔓延高温合成 (SHS) 铬铝化混合物中起着关键的热和结构调节作用。添加它主要目的是调节燃烧温度，防止金属组分过早熔合在一起，并保持气体循环所需的孔隙率。
在 SHS 的不稳定环境中，氧化铝充当稳定剂。它平衡了反应的热能与粉末的物理结构，防止过程失控或自我窒息。
调节反应热力学
控制燃烧强度
SHS 反应是高度放热的，会在很短的时间内释放大量能量。如果没有调节剂，反应温度会急剧升高。
氧化铝充当吸热体。因为它是不活泼的，所以它吸收热能而不参与化学反应，从而有效地将整体燃烧温度降低到可控水平。
稳定反应前沿
为了获得均匀的涂层，反应波必须可预测地穿过基材。
通过稀释活性元素，氧化铝可以防止“热失控”。这确保了燃烧波以稳定、可控的速度传播，而不是混乱地闪过混合物。
保持物理结构
防止过早烧结
粉末混合物中的金属组分在高温下容易发生烧结（熔合在一起）。
如果这些颗粒过早烧结，它们会形成致密的团块，阻碍涂层过程。氧化铝充当金属颗粒之间的物理屏障，在反应正常进行之前将它们分隔开。
保持必要的孔隙率
SHS 工艺依赖于粉末床内气体的流动。
氧化铝颗粒会在混合物中产生并保持空隙。这种结构支架可防止粉末在高温阶段压实成致密的固体。
实现气相传输
实际的涂层沉积是由在混合物中循环的气相传输剂驱动的。
氧化铝保持的孔隙率允许这些气体顺畅流动。这种循环对于反应前沿的均匀推进和涂层均匀沉积至关重要。
惰性填料的权衡
过度稀释的风险
虽然氧化铝对于控制是必需的，但添加过量会毒化反应。
如果惰性填料的浓度过高，它会吸收过多的热量。这可能会完全淬灭反应，阻止燃烧波自我维持或达到涂层形成所需的温度。
孔隙率不足的风险
相反，使用过少的氧化铝会优先考虑反应性而不是结构。
填料不足会导致致密、烧结的堆积物，并带有闭合的孔隙。这会截留传输气体，导致涂层不均匀、可能起泡或由于试剂迁移性差而合成不完全。
优化 SHS 混合物
为了获得高质量的铬铝化涂层，您必须将氧化铝视为控制杆，而不是废物。
- 如果您的主要关注点是反应稳定性：稍微增加氧化铝含量以抑制燃烧速度并降低峰值温度。
- 如果您的主要关注点是涂层均匀性：确保氧化铝的粒径和分布经过优化，以最大限度地提高气体渗透性和孔隙率。
SHS 的成功在于找到一个精确的比例，在这个比例中，热能驱动反应，而物理结构引导反应。
总结表：
| 功能 | 在 SHS 工艺中的作用 | 主要优点 |
|---|---|---|
| 热调节 | 充当吸热体以吸收过量能量 | 防止热失控和不可控反应 |
| 结构屏障 | 物理分隔金属颗粒 | 防止粉末过早烧结和结块 |
| 孔隙率管理 | 在粉末床中保持空隙 | 促进气相传输以实现均匀沉积 |
| 波浪稳定 | 控制燃烧锋的速度 | 确保稳定、可预测的涂层应用 |
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参考文献
- B. Sereda, Д.Б. Середа. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ОТРИМАННЯ ЗНОСОСТІЙКИХ ПОКРИТТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕХНОЛОГІЇ САМОРОЗПОВСЮДЖУВАЛЬ-НОГО ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗУ. DOI: 10.31319/2519-8106.1(46)2022.258449
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