5. Bố cục của luận văn
2.1.Giới thiệu chung
Phát triển các công nghệ hiệu quả và tiết kiệm năng lƣợng hiện nay là rất quan trọng. Phản ứng nhiệt độ cao tự lan truyền là một phƣơng pháp tƣơng đối mới và đơn giản để làm gốm sứ cao cấp, tổng hợp vật liệu và các hợp chất liên kim loại. Phƣơng pháp này đã nhận đƣợc sự chú ý đáng kể là một thay thế cho công nghệ lò thông thƣờng.
Hình 2.1. Biểu đồ sự biểu diễn của đường cong nhiệt độ – thời gian trong một phản ứng nhiệt độ cao tự lan truyền [15].
Cơ sở của phƣơng pháp phản ứng nhiệt độ cao tự lan truyền dựa trên khả năng tỏa nhiệt cao của phản ứng để nó tự duy trì và do đó có hiệu quả cao. Phản ứng tỏa
nhiệt đƣợc bắt đầu tại nhiệt độ m i lửa Tig và sinh ra nhiệt – đƣợc biểu thị ở nhiệt
độ lớn nhất hoặc nhiệt độ cháy Tc [15,16], nhiệt này có thể làm bốc hơi các tạp chất
có nhiệt độ sôi thấp, và do đó dẫn đến các sản phẩm sạch hơn so với chúng đƣợc chế tạo bằng các kỹ thuật thông thƣờng [15, 16]. Biểu đ sự biểu diễn của đƣờng cong nhiệt độ – thời gian phản ứng nhiệt độ cao tự lan truyền trong hình 2.1.
31
So với các phƣơng pháp sản xuất vật liệu truyền thống, phƣơng pháp phản ứng nhiệt độ cao tự lan truyền có các ƣu điểm nổi bật nhƣ sau [15]: 1- Sản phẩm có độ sạch cao hơn các phƣơng pháp khác do nhiệt độ phản ứng sinh ra rất cao, có thể làm bốc hơi các tạp chất; 2- Tiết kiệm chi phí, tránh đầu tƣ các thiết bị công nghệ đắt tiền, vì phƣơng pháp sử dụng ngay nhiệt độ tỏa nhiệt ra của phản ứng nhiệt độ cao tự lan truyền, thêm vào nữa các phản ứng tỏa nhiệt ngắn dẫn đến các chi phí vận hành và xử lý thấp; 3- Làm tăng các pha không cân bằng hoặc giả ổn định mới vì gradient nhiệt độ cao và tốc độ làm nguội nhanh; 4- Các vật liệu vô cơ có thể đƣợc tổng hợp và hợp nhất vào một sản phẩm cuối cùng bằng việc tận dụng năng lƣợng hóa học của các chất phản ứng.
Các ƣu điểm này đã đƣợc các nhà nghiên cứu phát huy khám phá phản ứng cháy của các loại vật liệu mới và cải thiện với các tính chất cơ, điện, quang và hóa học nhằm đáp ứng nhu cầu cần thiết. Đến nay đã có khoảng trên 500 hợp chất đƣợc tổng hợp bằng phản ứng nhiệt độ cao tự lan truyền [15,17,18]. Một số hợp chất điển hình đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp phản ứng nhiệt độ cao tự lan truyền đƣợc thể hiện trên bảng 2.1.
Hình 2.2. Sơ đồ của phản ứng nhiệt độ cao tự lan truyền: a) rắn rắn (Ti + C) và b) rắn khí (Ti + N2)
Phƣơng pháp phản ứng nhiệt độ cao tự lan truyền đƣợc sử dụng để chế tạo một số vật liệu [15,16]: hạt mài và bột đánh bóng; các phần tử điện trở nhiệt độ cao; vật liệu nhớ hình NiTi (siêu đàn h i); hợp kim nhiệt độ cao, ví dụ nhƣ Niken Aluminit NiAl; các chất phụ gia cho quá trình luyện thép; điện cực cho quá trình điện phân
32
trong môi trƣờng ăn mòn, ví dụ TiN, TiB; chất phủ cho bình chứa kim loại lỏng và môi trƣờng ăn mòn (sản phẩm của phản ứng nhiệt nhôm ôxít săt và ôxít nhôm); bột
ban đầu cho các quá trình chế tạo vật liệu gốm, ví dụ Si3N4; các màng mỏng và lớp
phủ (mạ), ví dụ MoSi2, TiB2; vật liệu chức năng (FMG), ví dụ nhƣ TiC + Ni; vật
liệu compozit, ví dụ nhƣ TiC + Al2O3, TiC + Al2O3 + Al; các vật liệu có tính chất từ tính, tính chất điện hoặc tính chất vật lý đặc biệt, ví dụ nhƣ BaTiO3, YBa2Cu3O7…
Bảng 2.1: Một vài hợp chất điển hình đƣợc tổng hợp bằng phản ứng nhiệt độ cao tự lan truyền
Buarit CrB, HfB, NbB, NbB2, TaB2, TiB, LaB6, MoB, MoB2,
MoB4, Mo2B, WB, W2B5, WB4, ZrB2, VB, V3B2, VB2
Carbit TiC, ZrC, HfC, NbC, SiC, Cr3C2, B4C, WC, TaC, Ta2C,
VC, Al4C, Mo2C
Nitrit Mg3N2, BN, AlN, SiN, Si3N4, TiN, ZrN, HfN, VN, NbN,
Ta2N, TaN
Aluminit NiAl, CoAl, NbAl3
Silicit TiS3, Ti5Si3, ZrSi, Zr5Si3, MoSi2, TaSi2, Nb5Si3, NbSi2, WSi2, V5Si3
Hydrit TiH2, ZrH2, NbH2,CsH2, PrH2, IH2
Hợp kim NiAl, FeAl, NbGe, NbGe2, NiTi, CoTi, CuAl
Carbonitrit TiC–TiN, NbC–NbN, TaC–TaN, ZrC–ZrN
Cementit
carbit TiC–Ni, TiC–(Ni, Mo), WC–Co, Cr3C–(Ni,Mo)
Chalcogenides MgS, NbSe2, TaSe2, MoS2, MoSe2, WS2, WSe2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Binary compounds TiB2–MoB2, TiB2–CrB2, ZrB2–CrB2, TiC–WC, TiN–ZrN,
MoS2–NbS2,WS2–NbS2
Compozit
TiB2–Al2O3, TiC–Al2O3, B4C–Al2O3, TiN–Al2O3, TiC– TiB2, MoSi2–Al2O3, MoB–Al2O3, Cr2C3–Al2O3, 6VN–5Al2O3, ZrO2–Al2O3–2Nb
33