[发明专利]一种制备碳化硅颗粒增强二硅化钼基复合材料的原位复合方法

说明书

技术领域：

本发明属于合金材料制备领域，特别涉及金属间化合物硅钼化物基复合材料的制备。

背景技术：

MoSi₂具有高达2030～2050℃的熔点，较低的密度(6.24g/cm³)，良好的抗氧化能力，与金属同水平的导热性以及低的热膨胀系数，可以满足作为高温结构材料的基本要求。更重要的是，该化合物虽然在室温表现出与陶瓷同样的脆性，但它具有韧脆转变行为，在韧脆转变温度以上，位错的运动和反应明显激活，强度受塑性形变控制。因此，在使用温度下，将比结构陶瓷具有更高的可靠性。另外，MoSi₂可以与相当多的元素及化合物合金化或形成复合材料，使其保持热力学稳定。这样，就为改善性能提供了多种手段和可能性。因此，MoSi₂被认为是继使用温度800～1000℃的Ni、Ti超合金和使用温度＞1000℃的结构陶瓷之后出现的极具竞争力的高温结构材料，很有希望作为使用温度为1000～1600℃的各种高温结构材料应用。

但是室温下低的韧性，高温下与陶瓷相比强度的不足，特别是较低的蠕变抗力低限制了MoSi₂作为高温结构材料的应用。因此在保持MoSi₂抗氧化性基本不降低的前提下，如何提高MoSi₂低温韧性和高温强度是开发MoSi₂高温结构材料的关键。已有的工作表明，软的或硬的第二相可同时改善它的室温及高温力学性能。在众多的增强体中，SiC具有好的化学稳定性，高的强度和弹性模量，低的热膨胀系数，高的熔点，与MoSi₂有好的化学相容性和物理相容性，同MoSi₂-样有好的抗氧化性，被认为是增强MoSi₂最有效的增强体之一。

目前，制备MoSi₂-SiC复合材料的原位复合工艺有：置换反应，反应等离子体沉积，机械合金化，XD^TM，燃烧合成的感应加热热爆模式、电场辅助及SHS同时加准热等静压，直接热压元素单质混合物和元素粉末的反应同步合成等。其中，置换反应(Henager C H Jr，et al.Mater.Sci.Eng.A，1992，A155：109～114)、反应等离子体沉积(Lawrynowicz D E，et al.High-Temperature Ordered IntermetallicsAlloy VI，P923.)、机械合金化(Jayashankar S，et al.J.Mater.Res.，1993，8(6)：1428～1441.)、XD^TM(Aikin R M Jr，et al.Mater.Sci.Eng.A，1992，A155：121～133.)这些工艺制备的样品中除了MoSi₂和SiC两相外，都不同程度地存在其他过渡相(例如Mo₅Si₃，Mo_≤5Si₃C_≤1等)和玻璃相，而且前三者第二相体积分数不能随意调控，XD^TM工艺采用热压和热等静压两道工序致密成型，制备工序多、控制相当复杂；燃烧合成的样品由于反应太快组织成分难以控制，存在宏观偏析，组织不均匀，有时还反应不完全，热压成型后第二相SiC颗粒明显聚集、尺寸大(高达20μm)，而且设备复杂(Chrysanthou A，et al.J.Mater.Sci.，1996，31(16)：4221～4226；Bartlett A H et al.J.Mater.Sci.，1998，33(6)：1653～1660.)；直接热压元素单质混合物(Alman D E，et al.Scrip.Metall.Mater.，1994，31(3)：273～278.)和元素粉末的反应同步合成(Alman D E，et al.Scrip.Metall.Mater.，1993，28(12)：1525～1530)制备的样品中也存在过渡相，而且前者C纤维未完全转化成SiC、反应不完全，元素粉末的反应同步合成采用热等静压技术来致密成型复合材料，设备复杂、成本高，第二相SiC颗粒尺寸大、聚集严重、分布不均匀。上述诸多工艺制备的MoSi₂-SiC复合材料中玻璃相的出现会显著降低材料的力学性能尤其是高温力学性能，第二相SiC颗粒尺寸大、聚集严重、分布不均匀也不利于复合材料力学性能的显著改善，而Mo₅Si₃等过渡相的存在会降低复合材料的抗高温氧化性能。