[發明專利]一種Mo?Si?B?Ti?Zr?Al?Nb復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610035954.5
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105506331B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 劉雷社;樊強博;范信江;張偉;胡昌宇
• 申請（專利權）人: 西安航天新宇機電設備廠
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C30/00;C22C27/04;B22F3/14
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 陳廣民

技術領域

本發明屬于復合材料制備技術領域，具體涉及一種Mo-Si-B-Ti-Zr-Al-Nb復合材料及其制備方法。

背景技術

難熔金屬鉬及鉬合金具有優異的高溫力學性能、低的熱膨脹系數和高的導電系數，是非常有應用前景的高溫和超高溫結構材料之一，曾作為航空航天、核工程及飛行器發動機的候選材料而被廣泛研究。然而，鉬及鉬合金材料的高溫氧化限制了其應用，這是由于鉬及鉬合金材料在超高溫惡劣環境服役過程中，最主要的損壞形式是氧化，目前還沒有找到一種特別有效的解決方法，而且對其氧化機理尚不明確；同時高溫抗氧化要求限制了材料組分和微結構的設計自由度。另外，傳統的鉬及鉬合金材料在高溫或超高溫極端環境下的長時間動態熱/力耦合載荷條件下，經歷了熱沖擊或長時間熱疲勞的綜合作用，材料自身已有的強韌化機制在高溫服役下可能失去了作用。目前，傳統的鉬及鉬合金材料雖然通過合金化、微合金化在一定程度上提高了其高溫強度、塑韌性和高溫抗氧化性能，但仍然不能滿足工程應用的要求，而且鉬的高密度(10.22g/cm³)也限制了其在航空航天上的應用。因此，傳統的單相鉬及鉬合金材料高溫強度、塑韌性和高溫抗氧化性能沒有達到良好匹配，同時鉬及鉬合金材料較鉬合金材料不能滿足超高溫惡劣環境使用的要求，成為制約航空航天技術發展的瓶頸。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型鉬合金復合材料，解決了現有鉬及鉬合金材料的高溫強度低、塑韌性差和高溫抗氧化性能差的技術問題。

本發明的技術解決方案是：所提供的Mo-Si-B-Ti-Zr-Al-Nb復合材料由以下摩爾百分比的物質組成：Si 5％～15％，B 5％～15％，Ti 10％～30％，Zr 3％～7％，Al 2％～8％，Nb 6％～14％，余量為Mo。

上述Mo-Si-B-Ti-Zr-Al-Nb復合材料由以下摩爾百分比的物質組成：Si 7％～13％，B 8％～14％，Ti 15％～25％，Zr 4％～6％，Al 3％～7％，Nb 8％～12％，余量為Mo。

上述Mo-Si-B-Ti-Zr-Al-Nb復合材料由以下摩爾百分比的物質組成：Si 10％，B 12％，Ti 20％，Zr 5％，Al 5％，Nb 10％，余量為Mo。

本發明還提供一種用于制備上述Mo-Si-B-Ti-Zr-Al-Nb復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1】按照確定的比例將硅粉、硼粉、鈦粉、鋯粉、鋁粉、鈮粉和鉬粉置于球磨機中，采用濕法球磨的方式混合均勻，然后在真空條件下烘干，烘干后粉碎得到混合粉料；

2】將步驟1】得到的混合粉料置于熱壓燒結爐中，在真空度小于或等于1×10^-2Pa，溫度為1700℃～1800℃，壓力為30MPa～40MPa的條件下熱壓燒結0.5h～1h，隨爐冷卻后得到Mo-Si-B-Ti-Zr-Al-Nb復合材料。

上述步驟1】中的硅粉、硼粉、鈦粉、鋯粉、鋁粉、鈮粉和鉬粉的質量純度均大于或等于99.9％。

上述步驟1】中的硅粉粒徑小于或等于2μm，硼粉的粒徑小于或等于2μm，鈦粉的粒徑小于或等于2μm，鋯粉的粒徑小于或等于5μm，鋁粉的粒徑小于或等于4μm，鈮粉的粒徑小于或等于5μm，鉬粉的粒徑小于或等于3μm。

上述步驟1】中的濕法球磨采用的分散劑為無水乙醇，所述無水乙醇的體積數值為硅粉、硼粉、鈦粉、鋯粉、鋁粉、鈮粉和鉬粉質量之和數值的0.8～1.2倍，其中體積的單位為ml，質量的單位為g。

上述步驟1】中的球磨機的轉速為300rpm～500rpm，濕法球磨的球料比為(7～13)：1，球磨時間為10h～30h。

上述步驟1】中的烘干的溫度為90℃～100℃。

本發明的優點在于：

(1)本發明所提供的Mo-Si-B-Ti-Zr-Al-Nb復合材料在室溫條件下的抗拉強度為657MPa～865MPa，斷裂韌性為10MPa·m^1/2～17MPa·m^1/2，密度為8.91g/cm³～9.42g/cm³，1500℃抗拉強度為265MPa～377MPa，在1500℃空氣環境中氧化100后材料損失為0.13mg/cm²～0.067mg/cm²，具有低密度、高強度、高韌性和高溫抗氧化的特點，能夠應用于1500℃的空氣環境中。