[发明专利]硅化钼复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅化钼复合材料，其中由Cr取代Mo的一部分，从而形成了硅化物MO_1-xCr_xSi₂。

背景技术

硅化钼基的材料由于高温应用而为人熟知，所述高温应用例如用于熔炉以及用于在涡轮机及发动机中的部件。这种材料典型地在高温情况下、例如在900℃以上的情况下具有良好的机械性能，并具有良好的抗氧化和抗腐蚀性能。抗氧化和抗腐蚀性能归于保护性氧化层的形成。然而，和大多数金属间材料一样，硅化钼基的材料在较低温度下、例如在室温下典型地具有低延展性和低断裂韧度。

为了提高特别是在室温下的性能，对多种包括MoSi₂和例如SiC、AlO₃和ZrO₂的复合材料给予了许多关注。还研究了包括颗粒或晶须的增强材料。例如，US5,640,666公开了一种利用SiC增强的二硅化钼基材料。

US6,482,759公开了一种复合材料，所述复合材料由MoSi₂和5-30体积％的ZrO₂组成。该文件讨论了与独体(monolithical)硅化钼相比，ZrO₂的加入如何提高了机械性能，但同时降低了耐腐蚀性。加入8-12体积％的MoB被证实改进了保护性氧化层的形成，且由此可能提高抗氧化和耐腐蚀性。在烧结期间，通过保持低氧含量，抑制了ZrSiO₄的形成。已知ZrSiO₄降低最终产品的强度。这种效果被认为和ZrSiO₄在ZrO₂颗粒上的形成层有关。

MoSi₂与金属例如V、Ti、Nb、Ta和Al合金化，目的是改善在高温和低温下的机械性能。在Y.Umakoshi等人的“Yield Stress and Dislocation Structure of MoSi₂ and(Mo，Cr)Si₂ Single Crystals”(“High Temperature Aluminides and Intermetallics”会议文集，矿物、金属与材料学会(The Mineral，Metals & Materials Society)，1990)中，研究了在MoSi₂单晶中加入铬。充分研究了合金(Mo_0.97，Cr_0.03)Si₂。表现出提高的延展性，然而据说效果较小。指出Cr可溶于MoSi₂中，最高至0.08原子％((Mo_0.92，Cr_0.08)Si₂)。在E.等人的“Low temperature oxidation of Cr-alloyed MoSi₂”(中国有色金属学会会报(Transaction of Nonferrous Metals Society of China)，2007：17(6)，1282-1286)中，研究了合金(Mo_0.90，Cr_0.10)Si₂和(Mo_0.85，Cr_0.15)Si₂在低温下即450℃以下的氧化性能。反映在温度范围的选择上的研究的目的是有害物的控制(pesting control)。应当指出Cr通常被认为是一种对于高温应用(1100℃以上)而言由于汽化而有问题的添加剂，特别是在极低水平湿气存在的情况下。

尽管令人感兴趣的研究结果已经表明这些新型材料能否适合于工业生产和/或使用值得质疑。例如，包括晶须的复合材料是昂贵的；长时间的稳定性和/或重现性在许多情况下已经成为问题。事实上上述大部分报道过的复合材料在实际中并未展示出比市售的独体二硅化钼材料、例如KANTHAL SUPER^TM更好的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅化钼基的材料，所述硅化钼基材料在高温下具有好的抗氧化和耐腐蚀性，且在高温和室温下均具有良好的机械性能。另外，这种材料需要能够以合理的成本生产，即组分的成本以及生产的成本应该比得上如今市售的相关产品。

通过如权利要求1限定的复合材料及如权利要求6限定的加热元件解决上述问题。