[發明專利]一種抗低溫氧化的二硅化鉬基合金及其制備工藝

無效

• 申請號: 201310040771.9
• 申請日: 2013-02-02
• 公開（公告）號: CN103060654A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 馮培忠;蘇健;王曉虹;孫智;牛繼南;強穎懷
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C22C29/18
• 分類號: C22C29/18;C23C8/12
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于結構材料技術領域，尤其是涉及一種抗低溫氧化的二硅化鉬基合金及其制備工藝。

背景技術

金屬間化合物二硅化鉬（MoSi₂）以其較高的熔點（2030℃）、良好的高溫抗氧化性等優勢而被認為是繼Ni基超合金、TiAl基化合物和結構陶瓷之后出現的極具競爭力的高溫（1200～1600℃）結構候選材料。MoSi₂電熱元件在空氣中的最高使用溫度已經達到1800℃。但是，室溫韌性差、高溫易蠕變以及低溫粉化瘟疫現象（Pest）三大缺陷嚴重限制了其作為結構材料的實用化進程。

Pest氧化現象，即在某一特定溫度范圍內結構快速發生災難性破壞，同時伴隨有加速內氧化過程的行為，Pest現象是1955年Fitzer在研究MoSi₂的低溫氧化過程中首先發現并命名。他們發現盡管MoSi₂在1500℃以上的高溫環境下具有良好的抗氧化性能，但是在低溫MoSi₂表現出災難性粉化行為，甚至在空氣氣氛中暴露幾分鐘就可以完全粉化，這種現象非常類似于錫的低溫粉化（tin?pest），因而Fitzer把MoSi₂的低溫粉化現象稱之為Pest。隨后Westbrook總結了自1899年以來的文獻資料，發現不僅MoSi₂存在Pest現象，包括NbSi₂在內的許多硅化物和鋁化物都存在Pest現象。

自從Fitzer發現MoSi₂低溫“Pest”現象之后，Fitzer、Meschter和Chou等眾多的學者對MoSi₂低溫“Pest”機理及防止方法進行了深入的研究，有關“Pest”現象出現了多種解釋，至今還未得到定論。但是，大量的研究表明無裂紋、無空隙并且致密度>98％的材料可以避免“Pest”現象的發生。Westbrook認為“Pest”是由于氧在晶界的偏析和沿晶界的擴散，引起晶界脆化和沿晶裂紋所致。Kurokawa等認為裂紋、孔洞和SiO₂夾雜是影響材料發生加速氧化的主要因素，Kuchino具體研究了火花等離子燒結材料的氧化特性，認為晶界的SiO₂為氧的進入提供了方便的通道，通過原位合成致密的（99%）MoSi₂中因含有很少量的SiO₂，表現出良好的低溫抗氧化性。

NbSi₂同樣具有Pest現象，1961年Rausch進行了首次報道，其后Pitman、Kurokawa、Murakami、張芳等先后對其進行了深入研究。Pitman和Murakami先后證實NbSi₂在1023K存在嚴重的Pest現象，通過添加Cr可以有效抑制Pest現象的發生；Kurokawa認為NbSi₂在1073K及以上溫度表現出明顯的加速氧化行為；張芳等認為含有大量微裂紋的電弧熔煉多晶樣品在1023K經3h氧化后完全粉化，而單晶和SPS多晶樣品經過89h后依然完整，但其氧化動力學曲線呈線性規律，氧化產物為疏松的Nb₂O₅和SiO₂，因而其Pest現象是本征無保護條件下氧元素與基體元素直接反應的過程。

目前對MoSi₂進行改性的一條重要途徑是添加第三種元素（Nb、W、Al、Ti、Cr、B、Ta、La等）合金化，盡管力學性能有所提高，但還缺少關于Nb、W、Ti、Cr等合金化MoSi₂材料抗低溫加速氧化的技術，因而有必要開展相關工作。

發明內容