[发明专利]铌和铝合金化二硅化钼材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属间化合物技术领域，尤其是涉及一种铌和铝合金化二硅化钼材料及其制备方法。

背景技术

MoSi₂以其较高的熔点（2030℃）、适中的密度（6.24g·cm^－3），良好的电热传导性（电阻率21.50×10^－6Ω·cm，热传导率25W·m^－1·K^－1）、较低的热膨胀系数（8.1×10^－6K^－1）、优异的高温抗氧化性（抗氧化温度可达1600℃）等优势而被认为是继Ni基超合金、TiAl基化合物和结构陶瓷之后出现的极具竞争力的高温结构候选材料。MoSi₂作为电热元件在空气中的最高使用温度已经达到1800℃，但是，MoSi₂作为结构材料的实用化进程还比较缓慢，主要是因为MoSi₂存在室温韧性差、高温强度低和中温粉化瘟疫现象三大缺陷。

目前，对MoSi₂进行强韧化的主要途径是添加第三种元素（W、Nb、Al、Ti等）合金化或第二相（SiC、ZrB₂、Si₃N₄、La₂O₃等）复合化。Nb被认为是一种重要的强韧化材料，先后有采用Nb粉、Nb纤维、Nb箔制备Nb/MoSi₂复合材料，Nb合金化制备(MoNb)Si₂和MoSi₂/NbSi₂的研究。Waghmare和Bulatov等从第一性原理计算表明Nb是MoSi₂合金化的理想元素之一，Nb合金化可以促进MoSi₂低温位错运动，增加室温韧性。采用Nb合金化，Nb取代MoSi₂中部分Mo的位置形成NbSi₂，NbSi₂具有较高的熔点（1935℃），更低的密度（5.45g.cm^－3），尤其是能够对MoSi₂产生反常强化，使其在1600℃出现强度最高峰，同时降低复合材料的密度，有可能取得室温增韧与高温补强的双重效果。Nb合金化在Ti-Al系金属间化合物强韧化方面已经取得了良好的效果，但是，关于Nb合金化MoSi₂的报道却相对较少。

Al是一种较早研究的合金化元素，Al可以取代MoSi₂晶胞中Si的位置，形成Mo(Si,Al)₂，增加金属键的比例，提高MoSi₂晶粒的断裂能。根据Mo-Si-Al相图，Al在Cll_b型MoSi₂中的最大固溶度约3at.%，随着Al含量的增加，合金晶体结构将发生Cll_b→C40→C54转变。Maruyama等制备并发现Mo(Si_0.86,Al_0.14)₂材料在500℃的Pest现象得到明显抑制。Sharif等采用电弧熔炼工艺制备了Mo(Si,2at.%Al)₂材料，这种材料和MoSi₂相比，表现出较好的低温（<600℃）固溶软化和高温（>1300℃）固溶强化效果。Dasgupta等发现Cll_b型Mo(Si,Al)₂的硬度值随着Al含量的增加而增加。但从现有成果看，Al合金化对室温断裂韧性的贡献还不明显。

目前多元化是高温金属间化合物的发展趋势之一，即基体合金由二元向三元乃至多元方向发展，如果能运用多元合金化的耦合作用，综合发挥不同合金元素的特性，则有可能使MoSi₂获得期望的性能。多元微合金化在改善Ni基超合金和TiAl金属间化合物的力学性能以及Laves相储氢合金电化学特性方面都取得了明显效果；而实际应用的工业合金中，除了极少数二元合金外，绝大多数都是多元合金，因而有必要开展Al协同Nb合金化MoSi₂的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铌和铝合金化二硅化钼材料及其制备方法，实现铌和铝分别替代二硅化钼中的钼和硅的合金化改性，并且方法和设备简便。