自蔓延高溫合成過程非線性動力學(xué)行為的研究.pdf

1、自蔓延高溫合成(SHS)技術(shù)作為一種新的材料制備技術(shù)在二十世紀(jì)末以來受到了世界各國科學(xué)家的關(guān)注，但是由于SHS的反應(yīng)過程非?？焖俣浞磻?yīng)機理又非常復(fù)雜，特別是在其反應(yīng)動力學(xué)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(jìn)行材料設(shè)計造成困難為了改變這種理論研究嚴(yán)重滯后實驗研究的現(xiàn)狀，開展這一技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究具有重要的意義。 本文在分析SHS過程中熱力學(xué)體系特征的基礎(chǔ)上，對TiC-xFe體系SHS中自組織現(xiàn)象

2、進(jìn)行了非平衡熱力學(xué)分析。認(rèn)為開放體系中負(fù)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(shù)工藝特點的基礎(chǔ)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(yù)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(yīng)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(xué)基本模型的基礎(chǔ)上，對燃燒波特征

4、進(jìn)行非線性動力學(xué)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(xué)特征進(jìn)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(fù)雜變化的特征，當(dāng)體系參數(shù)條件為適當(dāng)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(jié)構(gòu)探討了SHS過程中自組織結(jié)構(gòu)及其變化的非線性動力學(xué)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(guān)系，它們之間的相互作用