燃燒合成法
燃燒合成法(combustion synthesis)製作陶瓷的方式,就是字面上把原料點燃、讓反應自己把自己煮熟。你混合一些結合時會放出大量熱的反應物,用火柴般的火花點燃一處,一道熾熱的反應鋒面便像點燃的引線般掃過整團物料,它放出的熱點燃緊鄰前方的材料。因為反應為自己的前進提供燃料,一旦啟動便不再需要爐子;這個過程正因此被稱為自蔓延(self-propagating),而且往往幾秒內就結束。
常見有兩種形式。在自蔓延高溫合成(SHS)中,你把會劇烈反應的元素粉末壓在一起,經典例子是鈦加碳點燃生成碳化鈦,Ti + C 得到 TiC,鋒面能自行達到 2000 度 C 以上。在溶液燃燒合成中,你把作為氧化劑的金屬硝酸鹽,與甘胺酸或尿素之類的有機燃料一起溶解,把混合物乾成凝膠,再點燃;燃料與硝酸鹽在一場短暫、自持的火焰中一起燃燒,留下細氧化物粉末。氣體的劇烈釋放,包括水蒸氣、氮氣、二氧化碳,把產物膨脹成一團輕、蓬鬆、充滿孔隙、高表面積的物質,非常適合磨成細的活性粉末。
它的吸引力在於快、簡單、且外部能耗低:你提供一個火花,化學反應提供熱,於是一批料可在幾秒內做成,而非數小時的燒製。它適合耐火的碳化物、硼化物、氮化物與許多氧化物粉末,蓬鬆的產物也易於球磨。誠實的告誡是:反應極快又極熱,因此難以精確控制,若鋒面移動太快,產物可能不均勻或反應不完全,而且只有放熱足以維持自身燃燒的反應系統才行得通。它是一件壯觀的工具,但相較於溶膠-凝膠或水熱法的細膩控制,它是一件鈍器。
甘胺酸-硝酸鹽燃燒:把金屬硝酸鹽與作為燃料的甘胺酸溶解,蒸發成黏稠凝膠,再點燃。短暫的火焰與一股氣體,在幾秒內留下蓬鬆、細、高表面積的氧化物粉末,輕易就能壓碎成活性的燒結原料。
反應自身的熱使其持續;逸出的氣體把產物膨脹成易於球磨的泡沫。
只有放熱足以維持自身火焰的反應物混合才能用此法製作。若反應放熱不足,鋒面便會熄滅,所以燃燒合成法無法製作任意化合物,而它的快速也使精細控制變得困難。