反應粉末大小及形狀對自行傅播燃燒反應之影響

The Influence of the Reactant Size and Shape on Combustion Synthesis

10.6409/JMSE.200303.0011

李弘斌(H. P. Li)

自行傳播燃燒反應 ； 反應機構 ； 反應物顆粒大小 ； 反應物顆粒形狀 ； Self-Propagating High-Temperature Synthesis ； Combustion Synthesis ； Reaction Mechanism ； Reactant Size ； Reactant Shape

材料科學與工程

35卷1期（2003 / 03 / 01）

11 - 23

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本研究中以鎳與鋁反應形成鎳化鋁為例子，來探討自行傳播燃燒反應中，反應物顆粒大小及形狀如何影響反應之進行。先前實驗已證明，鎳與鋁自行傳播燃燒反應中，試樣需被加熱達到鋁之熔點後，反應才開始反應進行；所以本研究假設鋁顆粒在反應前即熔解，即鋁顆粒之大小應不會直接影響反應之進行，而只探討高熔點之鎳顆粒大小及形狀對自行傳播燃燒反應之影響。本研究實驗結果顯示：擁有小顆粒鎳之反應物，會出現較快的前進速度及較高之燃燒溫度，所形成的產物晶粒也較小，相對地也擁有較好之機械性質。本研究同時推導建立鎳顆粒體積消耗率與其他參數之關係，結果顯示當鎳化鋁包圍在鎳顆粒的厚度增加或相對擴散係數減少時，其鎳顆粒之體積消耗率會明顯的減少，亦即反應速率會相對降低。最後，我們同時也改變高熔點鎳顆粒之形狀，例如爲球體、圓柱體、正方體與長方體，以探討高熔點鎳顆粒及形狀之不同對反應速率的影響。結果顯示鎳顆粒之形狀之不同，確會影響到自行傳播燃燒反應之反應速率及鎳顆粒之體積消耗率。

The influence of the reactant size and shape on combustion synthesized NiAl product is studied in this paper. The experimental demonstration shows that a decrease in the size of the refractory particle increases combustion temperature as well as propagation velocity; and decreases grain size of the synthesized product. Analytical calculation illustrates that the combustion synthesis of Ni+Al reaction is controlled by the diffusion mechanism in this study. It is also shown that a decrease in the reference diffusion coefficient or an increase in the layer thickness decreases the yield rate of the product. The influence of shape of refractory particles on consuming rate of the Ni reactant and the yield rate of the products is also carried out in this paper.