W、Al對MoSi2材料組成結構與性能的影響.pdf

1、隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)對高溫結構材料提出了更高的使用要求：如更高的使用溫度和高溫環(huán)境下更良好的穩(wěn)定性。MoSi2材料以其高熔點、良好的高溫抗氧化性的特點被研究者廣泛關注，有希望成為新型高溫結構材料。但在應用中由于MoSi2材料的室溫脆性較大，斷裂韌性KIC只有2.5-3.0 MPa·m1/2，制約了該材料在實際中的應用。本文研究思路是采用合金化的方法在 MoSi2中引入金屬元素 W、Al，以改善 MoSi2材料的室溫脆性，第一

2、步利用自蔓延高溫合成技術制備了MoSi2/WSi2和 Mo(Al,Si)2兩種復合粉體，并研究了自蔓延高溫合成特征和產(chǎn)物物相及形貌；第二步利用自蔓延合成的粉體采用真空熱壓燒結方法制備MoSi2基復合材料，研究分析W、Al的加入量對MoSi2材料組成結構及力學性能的影響。
　　以Si、Mo、W元素粉末為原料，通過自蔓延合成技術制備了(1-x)MoSi2/xWSi2復合粉體，其中x表示W(wǎng)粉的摩爾含量，分別取5％，10%，15%，20%

3、。W的加入降低了反應體系的絕熱溫度，當加入量達到20 at%時，體系的理論絕熱溫度為1859 K。通過對合成產(chǎn)物的XRD圖譜中最強衍射峰的分峰擬合確定燃燒產(chǎn)物中MoSi2和WSi2以單相形式存在，并且燃燒產(chǎn)物的形貌與原料Mo粉的初始形貌相似，近似等軸狀，呈聚集狀態(tài)。利用自蔓延合成得到的粉體通過熱壓燒結得到(1-x)MoSi2/xWSi2復合材料，真空熱壓燒結的溫度為1400 ℃，保溫90 min，最大壓力25 MPa。復合材料的致密度達

4、到97%，并隨著 W含量的增加，(1-x)MoSi2/xWSi2復合材料的硬度和抗彎強度增大，當 x=20 at%時，硬度達到14.18 GPa，抗彎強度達到300.21 MPa，與純MoSi2相比分別提高17.6%和6.0%，但斷裂韌性下降明顯，降低到2.01 MPa·m1/2。W的加入在MoSi2基體中形成WSi2第二相顆粒，起到提高硬度和抗彎強度的作用，但同時會導致復合材料更大的脆性。
　　以Si、Mo、Al元素粉末為原料，

5、通過自蔓延合成技術制備了Mo(Aly,Si1-y)2復合粉體，其中y表示Al粉的摩爾含量，分別取5%，10%，15%，20%。合成產(chǎn)物的XRD圖譜的結果顯示，Al的加入取代MoSi2結構中Si的位置，形成C11b型置換固溶體Mo(Al,Si)2，由于Al的原子半徑大于Si，導致晶格發(fā)生畸變，繼續(xù)增加Al含量時，Mo(Al,Si)2的結構向C40型發(fā)生轉變。利用自蔓延合成得到的粉體通過熱壓燒結得到Mo(Aly,Si1-y)2合金材料，實驗

6、結果表明：隨著Al含量的增加合金材料的致密度和硬度總體呈下降趨勢，抗彎強度降低，斷裂韌性先增加后降低，當y=10 at%時斷裂韌性達到7.38 MPa·m1/2，與純MoSi2相比提高113.3%。少量Al（y≤10 at%）的加入形成C11b型Mo(Al,Si)2，能夠有效提高合金材料的斷裂韌性，但繼續(xù)增加Al含量時，由于發(fā)生晶型轉變，合金材料的力學性能明顯降低。
　　通過本文研究可以預計通過合金化的方法可以有效地改善 MoSi