[發(fā)明專利]鈮和鋁合金化二硅化鉬材料及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310035356.4
• 申請(qǐng)日: 2013-01-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103060587A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉虹;陸瓊;朱高明;吳光志;孫智;馮培忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/05
• 分類號(hào): C22C1/05;C22C1/10;C22C29/18
• 代理公司: 北京華誼知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬間化合物技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鈮和鋁合金化二硅化鉬材料及其制備方法。

背景技術(shù)

MoSi₂以其較高的熔點(diǎn)（2030℃）、適中的密度（6.24g·cm^－3），良好的電熱傳導(dǎo)性（電阻率21.50×10^－6Ω·cm，熱傳導(dǎo)率25W·m^－1·K^－1）、較低的熱膨脹系數(shù)（8.1×10^－6K^－1）、優(yōu)異的高溫抗氧化性（抗氧化溫度可達(dá)1600℃）等優(yōu)勢(shì)而被認(rèn)為是繼Ni基超合金、TiAl基化合物和結(jié)構(gòu)陶瓷之后出現(xiàn)的極具競(jìng)爭(zhēng)力的高溫結(jié)構(gòu)候選材料。MoSi₂作為電熱元件在空氣中的最高使用溫度已經(jīng)達(dá)到1800℃，但是，MoSi₂作為結(jié)構(gòu)材料的實(shí)用化進(jìn)程還比較緩慢，主要是因?yàn)镸oSi₂存在室溫韌性差、高溫強(qiáng)度低和中溫粉化瘟疫現(xiàn)象三大缺陷。

目前，對(duì)MoSi₂進(jìn)行強(qiáng)韌化的主要途徑是添加第三種元素（W、Nb、Al、Ti等）合金化或第二相（SiC、ZrB₂、Si₃N₄、La₂O₃等）復(fù)合化。Nb被認(rèn)為是一種重要的強(qiáng)韌化材料，先后有采用Nb粉、Nb纖維、Nb箔制備Nb/MoSi₂復(fù)合材料，Nb合金化制備(MoNb)Si₂和MoSi₂/NbSi₂的研究。Waghmare和Bulatov等從第一性原理計(jì)算表明Nb是MoSi₂合金化的理想元素之一，Nb合金化可以促進(jìn)MoSi₂低溫位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加室溫韌性。采用Nb合金化，Nb取代MoSi₂中部分Mo的位置形成NbSi₂，NbSi₂具有較高的熔點(diǎn)（1935℃），更低的密度（5.45g.cm^－3），尤其是能夠?qū)oSi₂產(chǎn)生反常強(qiáng)化，使其在1600℃出現(xiàn)強(qiáng)度最高峰，同時(shí)降低復(fù)合材料的密度，有可能取得室溫增韌與高溫補(bǔ)強(qiáng)的雙重效果。Nb合金化在Ti-Al系金屬間化合物強(qiáng)韌化方面已經(jīng)取得了良好的效果，但是，關(guān)于Nb合金化MoSi₂的報(bào)道卻相對(duì)較少。

Al是一種較早研究的合金化元素，Al可以取代MoSi₂晶胞中Si的位置，形成Mo(Si,Al)₂，增加金屬鍵的比例，提高M(jìn)oSi₂晶粒的斷裂能。根據(jù)Mo-Si-Al相圖，Al在Cll_b型MoSi₂中的最大固溶度約3at.%，隨著Al含量的增加，合金晶體結(jié)構(gòu)將發(fā)生Cll_b→C40→C54轉(zhuǎn)變。Maruyama等制備并發(fā)現(xiàn)Mo(Si_0.86,Al_0.14)₂材料在500℃的Pest現(xiàn)象得到明顯抑制。Sharif等采用電弧熔煉工藝制備了Mo(Si,2at.%Al)₂材料，這種材料和MoSi₂相比，表現(xiàn)出較好的低溫（<600℃）固溶軟化和高溫（>1300℃）固溶強(qiáng)化效果。Dasgupta等發(fā)現(xiàn)Cll_b型Mo(Si,Al)₂的硬度值隨著Al含量的增加而增加。但從現(xiàn)有成果看，Al合金化對(duì)室溫?cái)嗔秧g性的貢獻(xiàn)還不明顯。

目前多元化是高溫金屬間化合物的發(fā)展趨勢(shì)之一，即基體合金由二元向三元乃至多元方向發(fā)展，如果能運(yùn)用多元合金化的耦合作用，綜合發(fā)揮不同合金元素的特性，則有可能使MoSi₂獲得期望的性能。多元微合金化在改善Ni基超合金和TiAl金屬間化合物的力學(xué)性能以及Laves相儲(chǔ)氫合金電化學(xué)特性方面都取得了明顯效果；而實(shí)際應(yīng)用的工業(yè)合金中，除了極少數(shù)二元合金外，絕大多數(shù)都是多元合金，因而有必要開(kāi)展Al協(xié)同Nb合金化MoSi₂的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鈮和鋁合金化二硅化鉬材料及其制備方法，實(shí)現(xiàn)鈮和鋁分別替代二硅化鉬中的鉬和硅的合金化改性，并且方法和設(shè)備簡(jiǎn)便。