原位合成二硅化钼基复合材料的制备、组织与性能
发布时间：2020-09-17 18:28
在诸多高温结构材料中,MoSi_2以其较高的熔点,优异的高温抗氧化性和较低的密度,引起了广泛的关注和深入的研究,被认为是极具竞争力和发展潜力的高温结构候选材料。然而,MoSi_2存在室温韧性差、高温易蠕变以及500℃时“瘟疫粉化”问题,目前主要通过复合化与合金化方式对MoSi_2基复合材料进行强韧化。本文针对MoSi_2室温韧性低的问题,提出利用原位合成的方式分别将MoB、SiC;ZrB_2、SiC;TiB_2、TiC三组第二相颗粒引入二硅化钼基体,开展复相强韧化MoSi_2材料的研究。经过热力学计算,可以确认xMoSi_2-0.4MoB-0.1SiC(x=1,0.75,0.5,0.25)、xMoSi2-0.2ZrB2-0.1Si C(x=1.0,1.5,2.0)以及xMoSi2-0.2TiB2-0.1TiC(x=1.0,1.5,2.0)体系可以通过高温自蔓延燃烧合成的方式进行制备。在xMoSi_2-0.4MoB-0.1SiC体系中,随着MoSi_2设计生成量的降低,自蔓延燃烧合成温度有逐渐降低的趋势,而xMoSi_2-0.2ZrB_2-0.1SiC与xMoSi_2-0.2TiB_2-0.1TiC体系随着MoSi_2设计生成比例的减小,自蔓延燃烧合成温度有明显上升的趋势;这三种体系的燃烧合成机制可归类为溶解-析出机制;xMoSi_2-0.4MoB-0.1SiC与xMoSi_2-0.2ZrB_2-0.1SiC体系的燃烧合成产物分别通过真空热压设备以及小型放电等离子设备烧结致密化。X射线图谱分析表明三者产物主要为MoSi_2基体相,第二相强化相分别为MoB和SiC,ZrB_2和SiC,TiB_2和TiC;第二相衍射峰强度随着MoSi_2设计生成比例的减少而增强。它们的力学性能都会随着第二相颗粒的添加而得到改善:0.25MoSi_2-0.4MoB-0.1SiC复合材料为例,抗弯曲强度为827 MPa,维氏硬度为15.2 GPa,断裂韧性为7.0 MPa m~(1/2);1.0MoSi_2-0.2ZrB_2-0.1SiC为例,维氏硬度为14.0 GPa以及断裂韧性为5.5 MPa m~(1/2)。在x MoSi2-0.4MoB-0.1SiC、xMoSi2-0.2ZrB2-0.1SiC与xMoSi2-0.2TiB2-0.1TiC体系中,强化相都成功地通过原位合成-高温自蔓延燃烧合成的方式引入到MoSi_2基体材料中,从而实现了多相复合化强化MoSi_2的目的。MoB、SiC与ZrB_2、SiC两种第二相可以起到双重增韧以及强化的作用。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB33
【部分图文】：
图 1-1 Mo-Si 二元合金相图Figure 1-1 The binary phase diagram of Mo-SiMoSi2的基本性质与结构（Structure and Properties oi2）oSi2是 Mo-Si 二元系合金中含硅量最高的一种金属间化合物。由于原子半径相差不大 (RMo=1.39nm，RSi=1.17 nm)，电负性又比较接近了具有严格化学成分配比的道尔顿(Daltonide) 型金属间化合物[48]。 C11b型体心正方结构，空间群为 14/mmm[47]。二硅化钼的晶胞结构可知，金属 Mo 原子之间形成了金属键，Si 原共价键，而 Mo-Si 原子形成的键则具有两种键共有的特征[49]。因此说，MoSi2具有共价化和金属键两者共存的特征，也就意味着 MoS也有陶瓷的特性，因此被称为金属陶瓷，表 1-1 列出了 MoSi2的基0-52]。表 1-1 MoSi2的基本物理特点Table1-1 The physical properties of MoSi2
图 1-2 MoSi2的晶胞结构Figure 1-2 The crystal structure of C11band C40 MoSi21.5 MoSi2基复合材料的强韧化研究进展（Recent Researchof Reinforcement Mechanism of MoSi2Matrix Composites）1.5.1 MoSi2的复合化MoSi2复合化往往是通过添加第二相成分或者原位合成等方式，例如添加SiC、TiC、ZrO2、Al2O3、TiB2[53-58]，强韧化机理主要是基于细晶强化、纤维增韧、第二相颗粒强化、原位合成强化等机理。Huang 等[59]将 MoSi2与 Al2O3粉末通干式与湿式两种方式球磨混合，在通过热压烧结致密化；干式球磨的比湿式球磨的相对密度偏低（93 %左右），相对应湿式球磨的抗弯曲强度的更高，MoSi2体积分数为 29.8 %，最高为 471 MPa。Kumar 等[60]研究了压力、烧结温度以及添加 MoSi2的体积分数对热压制备MoSi2-B4C 复合陶瓷的力学性能影响规律，实验结果表明：在添加 30%体积分数的 MoSi2、50 MPa 压力、1900 ℃条件下烧结，显微硬度最大值为 35.1 GPa，断
图 2-1 实验流程图Figure 2-1 The experimental diagram in present research本实验的具体实验流程及步骤如图 2-2：
本文编号：2821067
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB33
【部分图文】：
图 1-1 Mo-Si 二元合金相图Figure 1-1 The binary phase diagram of Mo-SiMoSi2的基本性质与结构（Structure and Properties oi2）oSi2是 Mo-Si 二元系合金中含硅量最高的一种金属间化合物。由于原子半径相差不大 (RMo=1.39nm，RSi=1.17 nm)，电负性又比较接近了具有严格化学成分配比的道尔顿(Daltonide) 型金属间化合物[48]。 C11b型体心正方结构，空间群为 14/mmm[47]。二硅化钼的晶胞结构可知，金属 Mo 原子之间形成了金属键，Si 原共价键，而 Mo-Si 原子形成的键则具有两种键共有的特征[49]。因此说，MoSi2具有共价化和金属键两者共存的特征，也就意味着 MoS也有陶瓷的特性，因此被称为金属陶瓷，表 1-1 列出了 MoSi2的基0-52]。表 1-1 MoSi2的基本物理特点Table1-1 The physical properties of MoSi2
图 1-2 MoSi2的晶胞结构Figure 1-2 The crystal structure of C11band C40 MoSi21.5 MoSi2基复合材料的强韧化研究进展（Recent Researchof Reinforcement Mechanism of MoSi2Matrix Composites）1.5.1 MoSi2的复合化MoSi2复合化往往是通过添加第二相成分或者原位合成等方式，例如添加SiC、TiC、ZrO2、Al2O3、TiB2[53-58]，强韧化机理主要是基于细晶强化、纤维增韧、第二相颗粒强化、原位合成强化等机理。Huang 等[59]将 MoSi2与 Al2O3粉末通干式与湿式两种方式球磨混合，在通过热压烧结致密化；干式球磨的比湿式球磨的相对密度偏低（93 %左右），相对应湿式球磨的抗弯曲强度的更高，MoSi2体积分数为 29.8 %，最高为 471 MPa。Kumar 等[60]研究了压力、烧结温度以及添加 MoSi2的体积分数对热压制备MoSi2-B4C 复合陶瓷的力学性能影响规律，实验结果表明：在添加 30%体积分数的 MoSi2、50 MPa 压力、1900 ℃条件下烧结，显微硬度最大值为 35.1 GPa，断
图 2-1 实验流程图Figure 2-1 The experimental diagram in present research本实验的具体实验流程及步骤如图 2-2：
【参考文献】
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