D0I:10.13374/i.issnl001t03.2008.12.023 第30卷第12期 北京科技大学学报 Vol-30 No.12 2008年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2008 包容核废物的钛酸锶人造岩石SHS一致密化的影响 因素 张瑞珠12) 郭志猛) 1)华北水利水电学院机械学院，郑州4500112)北京科技大学材料与工程学院，北京100083 摘要采用自蔓延高温合成(SHS)与加压致密一体化技术制备了包容锶核素(Sr2+)的钛酸锶(STi03)人造岩石固化体.通 过实验分析$HS产物致密化的影响因素，确定了钛酸锶反应体系自蔓延高温合成时的最佳工艺参数：预制块相对密度为54% 左右；预压力为10MPa,加压时间为4s:致密化时高压压力为300MPa,高压保压时间为8s· 关键词钛酸银；自蔓延高温合成(SHS):致密化：参数优化 分类号TF124.32:T0132.3+3 Influential factors of SHS-densification method for solidifying nuclear waste in SrTiO3 synroc ZHA NG Ruiz hu2).GUO Zhimeng2) 1)School of Machine.North China Institute of Water Conservaney and Hydroelectric Power.Zhengghou 450011.China 2)School of Materials Science and Technology.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT SrTiO3 in which Sris included was solidified by self-propagation high-temperature synthesis(SHS).Some influential factors on the solid dendification were analyzed by experiment.The optimal process parameters for preparing SrTiO3 and composites were determined as the following:the preform density of 56%:the pre"pressure of 10 MPa.the pressing time of 4s:the high pres- sure of 300 MPa.the dwell time of 8s under high pressure. KEY WORDS strontium titanate:self-propagation high-temperature synthesis (SHS):densification:parameter optimization 放射性废物是当今社会公众关心的热点问题， 统的方法对陶瓷或金属陶瓷的热等静压烧结等工艺 放射性废物的安全处理与处置，不仅关系人类健康 进行致密化处理，既耗能又耗时，需要付出昂贵的成 和环境安全，而且是影响核能可持续发展的重要因 本，因此发展SHS与致密化工艺无疑会带来可观的 素之一，自蔓延高温合成(self-propagation high 经济效益，本文采用自蔓延高温合成技术和致密化 temperature synthesis,SHS)山技术是一项利用化学 技术相结合制备了包容锶核素的钛酸锶人造岩石固 反应自身放热使反应持续进行以合成新材料的新技 化体，对其致密化影响因素进行了分析，并且确定了 术，它具有工艺简便，操作方便、节省能源、生产周期 钛酸锶反应体系自蔓延高温合成时的最佳工艺 短、效率高等优点，目前，采用该法生产了包括碳化 参数 物、氮化物、金属间化合物、复合材料等在内的500 种以上的材料2，但是其中很多材料是不致密的. 1实验 如果在SHS反应过程中施加一定的压力，实现 首先将各种反应原料Cr03、Ti、Sr0、Ti02、装入 加压致密一体化技术，不仅能拓展SHS的工业化 不同不锈钢罐磨至70m以下，过筛后按一定摩尔 应用，而且将大大降低制备材料的成本，因为用传 比23：41混粉-].取30g混料装入25mm× 收稿日期：2008-01-08修回日期：2008-03-18 作者简介：张瑞珠(1963一)，女，高级工程师，博士研究生；郭志猛(1959-)，男，教授，博士生导师，E-mail:zmguo(@263.et
包容核废物的钛酸锶人造岩石 SHS－致密化的影响 因素 张瑞珠12） 郭志猛2） 1） 华北水利水电学院机械学院郑州450011 2） 北京科技大学材料与工程学院北京100083 摘 要 采用自蔓延高温合成（SHS）与加压致密一体化技术制备了包容锶核素（Sr 2＋）的钛酸锶（SrTiO3）人造岩石固化体．通 过实验分析 SHS 产物致密化的影响因素确定了钛酸锶反应体系自蔓延高温合成时的最佳工艺参数：预制块相对密度为54％ 左右；预压力为10MPa加压时间为4s；致密化时高压压力为300MPa高压保压时间为8s． 关键词 钛酸锶；自蔓延高温合成（SHS）；致密化；参数优化 分类号 TF124∙32；T Q132∙3＋3 Influential factors of SHS-densification method for solidifying nuclear waste in SrTiO3synroc ZHA NG Ruiz hu 12）GUO Zhimeng 2） 1） School of MachineNorth China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric PowerZhengzhou450011China 2） School of Materials Science and TechnologyUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT SrTiO3in which Sr 2＋ is included was solidified by self-propagation high-temperature synthesis （SHS）．Some influential factors on the solid dendification were analyzed by experiment．T he optimal process parameters for preparing SrTiO3 and composites were determined as the following：the preform density of 56％；the pre-pressure of 10MPathe pressing time of 4s；the high pressure of 300MPathe dwell time of 8s under high pressure． KEY WORDS strontium titanate；self-propagation high-temperature synthesis （SHS）；densification；parameter optimization 收稿日期：2008-01-08 修回日期：2008-03-18 作者简介：张瑞珠（1963—）女高级工程师博士研究生；郭志猛（1959—）男教授博士生导师E-mail：zmguo＠263．net 放射性废物是当今社会公众关心的热点问题． 放射性废物的安全处理与处置不仅关系人类健康 和环境安全而且是影响核能可持续发展的重要因 素之一．自蔓延高温合成 （self-propagation hightemperature synthesisSHS） ［1］技术是一项利用化学 反应自身放热使反应持续进行以合成新材料的新技 术它具有工艺简便、操作方便、节省能源、生产周期 短、效率高等优点．目前采用该法生产了包括碳化 物、氮化物、金属间化合物、复合材料等在内的500 种以上的材料［2—5］但是其中很多材料是不致密的． 如果在 SHS 反应过程中施加一定的压力实现 加压—致密一体化技术不仅能拓展 SHS 的工业化 应用而且将大大降低制备材料的成本．因为用传 统的方法对陶瓷或金属陶瓷的热等静压烧结等工艺 进行致密化处理既耗能又耗时需要付出昂贵的成 本因此发展 SHS 与致密化工艺无疑会带来可观的 经济效益．本文采用自蔓延高温合成技术和致密化 技术相结合制备了包容锶核素的钛酸锶人造岩石固 化体对其致密化影响因素进行了分析并且确定了 钛酸锶反应体系自蔓延高温合成时的最佳工艺 参数． 1 实验 首先将各种反应原料 CrO3、Ti、SrO、TiO2、装入 不同不锈钢罐磨至70μm 以下过筛后按一定摩尔 比2∶3∶4∶1混粉［6—8］．取30g 混料装入 ●25mm× 第30卷 第12期 2008年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．12 Dec．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．12．023
第12期 张瑞珠等：包容核废物的钛酸锶人造岩石SHS致密化的影响因素 .1419. 180mm的模具内，首先在YA一10油压机上预加 35 10MPa的压力P1制成压坯，然后放入SHS装置中 3.0 进行SHS一加压致密化固结（如图1所示），通过加 热电阻丝激发压坯的自蔓延燃烧，经过时间t1后燃 烧结束，当反应物仍处于红热软化时，迅速施加高 20 压压力P2,并保压一段时间t2,待反应结束后取出 1.5 样品·反应产物取出后迅速埋入砂中慢速冷却. 1.0 SHS一加压致密一体化工艺过程如图2所示. 203040506070 相对密度% 一上冲头 图3预制块相对密度对燃绕速度的影响 一压盖 Fig.3 Influence of the relative density of preform on combustion ve- 一压坯 locity 点火装置 保温材料 2.2预压力P1 钢模 反应物在反应过程中有大量的挥发性物质产 生，反应物体积大量地膨胀，为了限制这种膨胀，增 图1SHS固化示意图 加一个预压力是很有必要的，但是这个压力不能超 Fig.1 Scheme of SHS immobilization 过制备预制块时的压力，否则反应时反应物的相对 密度将不再是最佳的相对密度.通过实验发现，只 需10MPa的压力就能限制反应物的膨胀，因此确定 预压力P1为10MPa 国 2.3加压时间t1 加压时间t1是保证产物品质的关键参数之一， P 过早或过迟施加压力均不利于材料的密实化，直接 燃烧合成的产物是疏松多孔的，其孔隙重要来源之 时间 一就是原始压坯吸附气体和杂质分解所产生气体的 挥发，合成反应发生后，坯体内这些气体骤然膨胀 图2$HS一致密化工艺过程 并排放，由于液相的包裹，气体排放不畅，必然冲破 Fig.2 Schematic diagram of SHS and densification process 液相的包裹形成气体通道、过早施加压力，将会堵 塞气体通道，残余的气体来不及完全排出，合成产物 2结果与讨论 冷却后残留的气体被密封在合成产物中形成孔洞. 2.1预制块相对密度 同时，受反应结构动力学（包括颗粒尺寸和形状参 预制块的相对密度直接关系到反应物颗粒之间 数)的影响，燃烧波过后的局部区域有可能出现“后 的接触面积和热迁移反应区的热传导，它对燃烧合 烧现象]，在燃烧波通过整个预制块后立即施加 成反应的影响是两方面的，密度低就意味着反应物 压力，由“后烧”产生的少量气体很难得到排放，另 之间的接触面积小，导致燃烧温度和速度较低，增 外，反应产物温度均匀化需要一定的时间才能达到. 加密度意味着反应物颗粒之间的接触面积增加，必 因此反应完毕后需要留出一定的间隙时间，应该注 然会提高燃烧温度和速度.当密度增加到一定值 意的是：SHS反应完成后，随着延迟时间的增加，一 时，反应物燃烧波的热迁移速度加快，燃烧波前沿的 方面气体逐渐得到排放：另一方面，试样温度迅速下 热量迅速并大量地传到预热区和未反应区，从而降 降，产物硬度提高，由韧性转化成脆性，容易断裂. 低燃烧波传播的速度和温度，当热传导速率达到一 只有当大部分气体已排出而压坯仍保持较高温度 定值时甚至会使燃烧波熄灭[90]，由此可见存在一 (即仍处于脆性转变点以上温度点)时对其施加压 个最佳的预制块相对密度.以STiO3为例，通过测 力，便可使之达到致密化，因此，加压时间的控制就 试预制块在不同相对密度下燃烧速度的变化，可以 显得尤为重要 确定其最佳的相对密度为56%左右，如图3所示， 图4为反应时间与温度关系.当t=0s时，预
180mm 的模具内首先在 YA—10油压机上预加 10MPa的压力 P1 制成压坯然后放入 SHS 装置中 进行 SHS—加压致密化固结（如图1所示）通过加 热电阻丝激发压坯的自蔓延燃烧经过时间 t1 后燃 烧结束．当反应物仍处于红热软化时迅速施加高 压压力 P2并保压一段时间 t2待反应结束后取出 样品．反应产物取出后迅速埋入砂中慢速冷却． SHS—加压致密一体化工艺过程如图2所示． 图1 SHS 固化示意图 Fig．1 Scheme of SHS immobilization 图2 SHS—致密化工艺过程 Fig．2 Schematic diagram of SHS and densification process 2 结果与讨论 2∙1 预制块相对密度 预制块的相对密度直接关系到反应物颗粒之间 的接触面积和热迁移反应区的热传导它对燃烧合 成反应的影响是两方面的．密度低就意味着反应物 之间的接触面积小导致燃烧温度和速度较低．增 加密度意味着反应物颗粒之间的接触面积增加必 然会提高燃烧温度和速度．当密度增加到一定值 时反应物燃烧波的热迁移速度加快燃烧波前沿的 热量迅速并大量地传到预热区和未反应区从而降 低燃烧波传播的速度和温度当热传导速率达到一 定值时甚至会使燃烧波熄灭［9—10］由此可见存在一 个最佳的预制块相对密度．以SrTiO3为例通过测 试预制块在不同相对密度下燃烧速度的变化可以 确定其最佳的相对密度为56％左右如图3所示． 图3 预制块相对密度对燃烧速度的影响 Fig．3 Influence of the relative density of preform on combustion velocity 2∙2 预压力 P1 反应物在反应过程中有大量的挥发性物质产 生反应物体积大量地膨胀为了限制这种膨胀增 加一个预压力是很有必要的．但是这个压力不能超 过制备预制块时的压力否则反应时反应物的相对 密度将不再是最佳的相对密度．通过实验发现只 需10MPa 的压力就能限制反应物的膨胀因此确定 预压力 P1 为10MPa． 2∙3 加压时间 t1 加压时间 t1 是保证产物品质的关键参数之一 过早或过迟施加压力均不利于材料的密实化．直接 燃烧合成的产物是疏松多孔的其孔隙重要来源之 一就是原始压坯吸附气体和杂质分解所产生气体的 挥发．合成反应发生后坯体内这些气体骤然膨胀 并排放由于液相的包裹气体排放不畅必然冲破 液相的包裹形成气体通道．过早施加压力将会堵 塞气体通道残余的气体来不及完全排出合成产物 冷却后残留的气体被密封在合成产物中形成孔洞． 同时受反应结构动力学（包括颗粒尺寸和形状参 数）的影响燃烧波过后的局部区域有可能出现“后 烧”现象［11］在燃烧波通过整个预制块后立即施加 压力由“后烧”产生的少量气体很难得到排放．另 外反应产物温度均匀化需要一定的时间才能达到． 因此反应完毕后需要留出一定的间隙时间．应该注 意的是：SHS 反应完成后随着延迟时间的增加一 方面气体逐渐得到排放；另一方面试样温度迅速下 降产物硬度提高由韧性转化成脆性容易断裂． 只有当大部分气体已排出而压坯仍保持较高温度 （即仍处于脆性转变点以上温度点）时对其施加压 力便可使之达到致密化．因此加压时间的控制就 显得尤为重要． 图4为反应时间与温度关系．当 t＝0s 时预 第12期 张瑞珠等： 包容核废物的钛酸锶人造岩石 SHS－致密化的影响因素 ·1419·
.1420 北京科技大学学报 第30卷 制块开始燃烧，随着燃烧过程的进行，温度迅速升 到完全致密化.就实验条件而言，确定STiO3的 高，当反应结束时达到最高值T。;而后，随着热量散 P2=300MPa. 失，试样温度随着时间延长而逐渐降低，试样所达 98 到的最高温度对应的时间为t。,称之为燃烧终止时 96 间，当0<t<t。的区域称为燃烧区，由于反应过程 中气体的逸出对产物的品质有重要影响，因此必须 94 留出足够的时间使压坯中气体基本得到清除，气体 92 排出结束时间为tg,称为气体逸出终止时间，对应 于te<t<tg的区域称为气体排出区，最迟加压时 间tp为达到韧脆转变温度点(Tp,也称之为最低可 压制温度)所对应的时间，只有在加压时间1<p 6 10 加压时间s 的时间里加压才可能使材料达到致密，对应与g< t1<tp的区域则称之为可压制区域 图5加压时间对产物(SrTi03)密度的影响 Fig.5 Influence of pressing time on the relative density of SrTiOs 98 96 时间 I区一燃绕区；Ⅱ区一气体排出区：Ⅲ区一可压制区；N区一非 致密区 78 50 100150200250300 图4反应时间和温度的关系 P,/MPa Fig.4 Relation of the temperature of SrTiO3 with reaction time 图6高压压力P2对产物密度(STi03)的影响 根据理论计算得到的SrTiO3体系的燃烧速率 Fig.6 Influence of high press P2on the relative density of SrTiO3 (v=4cms一1)，估算预制块的燃烧合成加压时间t1 2.5高压保压时间t2 (实验中采用秒表或一般计时器测定)，并变动t1, 产物在高温高压下的致密化需要一个过程，因 研究1对产物品质和孔隙率的影响，从而确定最佳 此，要想获得致密化的材料，工艺参数t2的选择也 加压时间t1为4s· 是非常重要的，图7给出了高压保压时间t2对 在SrTiO3燃烧反应中，估算其燃烧时间为6s, SrTiO3固化体密实度的影响.当t2=8s时密实度 然后再选择其他两个时间点t1=2s和t=10s进行 实验，得到的产物进行表观品质观察和相对密度的 96 比较.当t1=2s时可以从表观上明显看出产物沿 94 厚度方向出现分层现象；在1=10s时，产物冷却后 2 分裂成几块；而在t1=6s时，产物相对密度最高（如 90 图5所示)，而且产物表面平整，品质较好，所以选 择加压时间t1=6s: 2.4高压压力P2 6 除加压时间对产物致密化起到重要影响之外， 高压压力也是产物致密化的关键参数，图6给出了 6 持续时间s 不同高压压力P2对SrTiO3人造岩石固化体致密性 的影响，由该图可以看出，随着高压压力的增加，产 图7高压持续时间t2对产物(STiO3)密度的影响 物的相对密实度增加，当P2=300MPa时材料相对 Fig.7 Influence of dwell time under high press on the relative den- 密实度达到96.22%，继续增加压力有望使产物达 sity of SrTiOs
制块开始燃烧随着燃烧过程的进行温度迅速升 高当反应结束时达到最高值 Tc；而后随着热量散 失试样温度随着时间延长而逐渐降低．试样所达 到的最高温度对应的时间为 tc称之为燃烧终止时 间．当0＜t＜tc 的区域称为燃烧区由于反应过程 中气体的逸出对产物的品质有重要影响因此必须 留出足够的时间使压坯中气体基本得到清除．气体 排出结束时间为 tg称为气体逸出终止时间．对应 于 tc＜ t＜ tg 的区域称为气体排出区最迟加压时 间 tp 为达到韧脆转变温度点（ Tp也称之为最低可 压制温度）所对应的时间．只有在加压时间 t1＜ tp 的时间里加压才可能使材料达到致密对应与 tg＜ t1＜tp 的区域则称之为可压制区域． Ⅰ区—燃烧区；Ⅱ区—气体排出区；Ⅲ区—可压制区；Ⅳ区—非 致密区 图4 反应时间和温度的关系 Fig．4 Relation of the temperature of SrTiO3with reaction time 根据理论计算得到的 SrTiO3 体系的燃烧速率 （ v＝4cm·s —1）估算预制块的燃烧合成加压时间 t1 （实验中采用秒表或一般计时器测定）并变动 t1 研究 t1 对产物品质和孔隙率的影响从而确定最佳 加压时间 t1 为4s． 在 SrTiO3 燃烧反应中估算其燃烧时间为6s 然后再选择其他两个时间点 t1＝2s 和 t＝10s 进行 实验得到的产物进行表观品质观察和相对密度的 比较．当 t1＝2s 时可以从表观上明显看出产物沿 厚度方向出现分层现象；在 t1＝10s 时产物冷却后 分裂成几块；而在 t1＝6s 时产物相对密度最高（如 图5所示）而且产物表面平整品质较好．所以选 择加压时间 t1＝6s． 2∙4 高压压力 P2 除加压时间对产物致密化起到重要影响之外 高压压力也是产物致密化的关键参数．图6给出了 不同高压压力 P2 对 SrTiO3 人造岩石固化体致密性 的影响．由该图可以看出随着高压压力的增加产 物的相对密实度增加当 P2＝300MPa 时材料相对 密实度达到96∙22％继续增加压力有望使产物达 到完全致密化．就实验条件而言确定 SrTiO3 的 P2＝300MPa． 图5 加压时间对产物（SrTiO3）密度的影响 Fig．5 Influence of pressing time on the relative density of SrTiO3 图6 高压压力 P2 对产物密度（SrTiO3）的影响 Fig．6 Influence of high press P2on the relative density of SrTiO3 2∙5 高压保压时间 t2 图7 高压持续时间 t2 对产物（SrTiO3）密度的影响 Fig．7 Influence of dwell time under high press on the relative density of SrTiO3 产物在高温高压下的致密化需要一个过程因 此要想获得致密化的材料工艺参数 t2 的选择也 是非常重要的．图7给出了高压保压时间 t2 对 SrTiO3固化体密实度的影响．当 t2＝8s 时密实度 ·1420· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
第12期 张瑞珠等：包容核废物的钛酸锶人造岩石SHS致密化的影响因素 .1421. 达到最高；当t2继续增加时，因为产物中的液相已 JOrdnance Eng Coll.2002.14(2):1 经凝固，包覆在固相颗粒周围，形成稳定的骨架结 (刘宏伟，张龙，赵忠民，等.自蔓延高温合成基础理论研究进 展.军械工程学院学报，2002,14(2)：1) 构，致密性不再提高 [4]Zhao Z M,Ye M H.Du X K,et al.Technologies of synthesizing 为提高固化体的致密性，进而达到固化减容的 SHS ceramic-lined pipes an ceramic densification.Mater Sci 效果，本实验采用了以下措施 Eng,2002,20(1):120 (1)选择放热量高的CO3作为氧化剂，提高反 (赵忠民，叶明惠，杜心康，等.$HS陶瓷内衬复合管合成及陶 应的绝热燃烧温度； 瓷致密化技术.材料科学与工程，2002,20(1)：120) (2)加入添加剂； [5]Fu H K.Xing J D.Jiang Z Q.The development of SHS process and its application prospect in metallurgical industry.Shanghai (3)改善压坯保温条件； Met,2002,24(1):37 (4)在反应物中加入低熔点粘结相等 (符寒光，邢建东，蒋志强，自蔓延高温合成技术的发展及其在 上述措施均有助于材料致密化，并有利于放宽 治金工业应用的展望.上海金属，2002,24(1)：37) 工艺参数（特别是压制延迟时间t妇）的控制范围，便 [6]Zhang R Z,Guo Z M,Jia CC,et al.Immobilization of radioac 于工艺控制 tive wastes into perovskite.Mater Sci Forum.2004,2:1627 [7]Zhang RZ.Guo Z M,Jia CC,et al.Synthesis of perovskite syn- 3结论 roc by SHS for immobilization of high level radioactive.J Uni Sci Technol Beijing.2004.26(5):485 SHS致密化工艺参数显著影响了合成产物钛 (张瑞珠，郭志猛，贾成厂，等.自蔓延高温合成钙钛矿型人造岩 酸锶人造岩石固化体的品质，通过实验分析$HS 石固化体.北京科技大学学报，2004,26(5)：485) 产物致密化的影响因素，最终确定了钛酸锶人造岩 [8]Zhang R Z.Guo Z M.Solidification of radioactive waste with 石固化体自蔓延高温合成时的最佳工艺参数：最佳 S2 perovskite synroe SHS method.ChinJ Nonferrous Met. 2004,14(Suppl3):110 预制块相对密度为56%左右；预压力P1为10MPa, (张瑞珠，郭志猛.富含银核素(S+)高放废物的SHs固化.中 加压时间t1为4s:高压压力P2为300MPa,高压保 国有色金属学报，2004,14（增刊3）：110) 压时间为t2为8s, [9]Zhang X H.Qu W.Zhang X Z.et al.Optimization of process parameters during Ti-C-Ni cermets combustion synthesis and den- 参考文献 sifying.Aerosp Mater Technol,2000(3):37 [1]Yin S.Combustion Synthesis.Beijing:Metallurgical Industry (张幸红，曲伟，张学忠，等.TC-Ni材料燃烧合成与致密化工 Press.1999:9 艺参数的优化.宇航材料工艺，2000(3)：37) (殷声.燃烧合成北京：冶金工业出版社，1999：9) [10]Lasalvia J C.Meyers M A.Microstructure,properties,and [2]John J M.Feng HJ.Combustion synthesis of advanced materi- mechanisms of TiC-Mo-Ni cermets produced by SHS.Int J als:Part I.Reaction parameters.Prog Mater Sci.1995.39 SHS,1995,4(1):43 (2):243 [11]Dunmed S D.Munir Z A.Temperature profile analysis in com- [3]Liu H M.Zhang L.Zhao Z M,et al.Fundamental theory and bustion synthesis:1.Theory and background.JAm Ceram research progress of self propagating high -temperature synthesis. Scc,1992,75(1):175
达到最高；当 t2 继续增加时因为产物中的液相已 经凝固包覆在固相颗粒周围形成稳定的骨架结 构致密性不再提高． 为提高固化体的致密性进而达到固化减容的 效果本实验采用了以下措施： （1） 选择放热量高的 CrO3 作为氧化剂提高反 应的绝热燃烧温度； （2） 加入添加剂； （3） 改善压坯保温条件； （4） 在反应物中加入低熔点粘结相等． 上述措施均有助于材料致密化并有利于放宽 工艺参数（特别是压制延迟时间 td）的控制范围便 于工艺控制． 3 结论 SHS—致密化工艺参数显著影响了合成产物钛 酸锶人造岩石固化体的品质．通过实验分析 SHS 产物致密化的影响因素最终确定了钛酸锶人造岩 石固化体自蔓延高温合成时的最佳工艺参数：最佳 预制块相对密度为56％左右；预压力 P1 为10MPa 加压时间 t1 为4s；高压压力 P2 为300MPa高压保 压时间为 t2 为8s． 参 考 文 献 ［1］ Yin S． Combustion Synthesis．Beijing：Metallurgical Industry Press1999：9 （殷声．燃烧合成．北京：冶金工业出版社1999：9） ［2］ John J MFeng H J．Combustion synthesis of advanced materials：Part I．Reaction parameters．Prog Mater Sci199539 （2）：243 ［3］ Liu H MZhang LZhao Z Met al．Fundamental theory and research progress of self-propagating high-temperature synthesis． J Ordnance Eng Coll200214（2）：1 （刘宏伟张龙赵忠民等．自蔓延高温合成基础理论研究进 展．军械工程学院学报200214（2）：1） ［4］ Zhao Z MYe M HDu X Ket al．Technologies of synthesizing SHS ceramic-lined pipes an ceramic densification． Mater Sci Eng200220（1）：120 （赵忠民叶明惠杜心康等．SHS 陶瓷内衬复合管合成及陶 瓷致密化技术．材料科学与工程200220（1）：120） ［5］ Fu H KXing J DJiang Z Q．The development of SHS process and its application prospect in metallurgical industry．Shanghai Met200224（1）：37 （符寒光邢建东蒋志强．自蔓延高温合成技术的发展及其在 冶金工业应用的展望．上海金属200224（1）：37） ［6］ Zhang R ZGuo Z MJia C Cet al．Immobilization of radioactive wastes into perovskite．Mater Sci Forum20042：1627 ［7］ Zhang R ZGuo Z MJia C Cet al．Synthesis of perovskite synroc by SHS for immobilization of high level radioactive．J Univ Sci Technol Beijing200426（5）：485 （张瑞珠郭志猛贾成厂等．自蔓延高温合成钙钛矿型人造岩 石固化体．北京科技大学学报200426（5）：485） ［8］ Zhang R ZGuo Z M．Solidification of radioactive waste with Sr 2＋ perovskite synroc SHS method．Chin J Nonferrous Met 200414（Suppl3）：110 （张瑞珠郭志猛．富含锶核素（Sr 2＋）高放废物的 SHS 固化．中 国有色金属学报200414（增刊3）：110） ［9］ Zhang X HQu WZhang X Zet al．Optimization of process parameters during T-i C-Ni cermets combustion synthesis and densifying．Aerosp Mater Technol2000（3）：37 （张幸红曲伟张学忠等．TiC-Ni 材料燃烧合成与致密化工 艺参数的优化．宇航材料工艺2000（3）：37） ［10］ Lasalvia J CMeyers M A．Microstructurepropertiesand mechanisms of TiC-Mo-Ni cermets produced by SHS． Int J SHS19954（1）：43 ［11］ Dunmed S DMunir Z A．Temperature profile analysis in combustion synthesis：1．Theory and background． J A m Ceram Soc199275（1）：175 第12期 张瑞珠等： 包容核废物的钛酸锶人造岩石 SHS－致密化的影响因素 ·1421·