自蔓延高溫合成過程非線性動力學行為的研究.pdf

1、自蔓延高溫合成(SHS)技術作為一種新的材料制備技術在二十世紀末以來受到了世界各國科學家的關注，但是由于SHS的反應過程非?？焖俣浞磻獧C理又非常復雜，特別是在其反應動力學機理還不太清楚的情況下許多SHS現(xiàn)象難以理解，從而給如何控制該過程和進行材料設計造成困難為了改變這種理論研究嚴重滯后實驗研究的現(xiàn)狀，開展這一技術的基礎理論研究具有重要的意義。 本文在分析SHS過程中熱力學體系特征的基礎上，對TiC-xFe體系SHS中自組織現(xiàn)象

2、進行了非平衡熱力學分析。認為開放體系中負熵流為自組織提供了必要的條件，而體系中強烈的非線性耦合使其得以實現(xiàn)。 在介紹了自蔓延高溫合成技術工藝特點的基礎上，系統(tǒng)地研究了Ti-C-Fe和Ni-Si體系原料特征和初始條件對SHS過程的影響研究表明，體系中Fe含量增加，使燃燒溫度下降，燃燒波速度先增加后減小，在Fe含量為15％時出現(xiàn)極大值；隨后Si含量的增加，燃燒波速度和燃燒溫度都呈增大趨勢，螺旋燃燒波頻率迅速增大，螺距逐漸減小，在Si

3、含量為26％時出現(xiàn)一極值，呈相反趨勢。隨著預熱溫度的升高，燃燒波速度增加，燃燒波頻率提高，螺距逐漸減小，從非穩(wěn)態(tài)燃燒模式過渡到穩(wěn)定燃燒模式時，燃燒波速度燃燒波頻率和螺距發(fā)生突變。隨著樣品直徑的增大，燃燒波速度與燃燒波頻率增大顯著，螺距逐漸減小。樣品直徑的增大有利于熱量的聚積過程，樣品直徑越小，熱量越易散失。原料粒度影響燃燒反應過程，隨著粒度增大，燃燒溫度及燃燒波速度降低。 在建立SHS過程燃燒動力學基本模型的基礎上，對燃燒波特征

4、進行非線性動力學分柝。采用向后有限差分近似方程和中心有限差分近似方程來數(shù)值計算和模擬SHS過程中燃燒波特征及其變化規(guī)律。對SHS體系一維燃燒波的非線性動力學特征進行數(shù)值計算，得出了燃燒溫度和燃燒波速度隨參數(shù)條件的改變而發(fā)生有序而復雜變化的特征，當體系參數(shù)條件為適當值時，體系中出現(xiàn)周期雙周期振蕩甚至混沌燃燒等耗散結構探討了SHS過程中自組織結構及其變化的非線性動力學機理，提出了在自蔓延高溫合成過程中存在著兩種非線性關系，它們之間的相互作用