[发明专利]一种MoSi2-RSiC复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备技术，进一步是指用前驱体浸渍裂解(PIP)和多组分合金活化熔渗(简称AMI)工艺制备二硅化钼(简称MoSi₂)－再结晶碳化硅(简称RSiC)复合材料的方法。 

背景技术

目前空气气氛下的高温电热元件材料主要有反应烧结碳化硅(简称RBSiC)和MoSi₂。 

RBSiC电热元件的使用温度为室温到1400℃，基于制备方法的原因，RBSiC材料不可避免的存在硅(Si)残留，由于Si的熔点为1420℃，当使用温度高于1420℃时，残留Si熔化，导致RBSiC材料的高温强度和抗蠕变性能急剧下降，使RBSiC电热元件高于1400℃的力学和电热性能急剧劣化，使用寿命大幅缩短。 

MoSi₂电热元件的使用温度为从室温到1700℃，最高可达1750℃。但MoSi₂材料存在以下缺点：（1）低温脆性大，导致该类电热元件在加工、安装和使用过程易断裂；（2）高温抗蠕变性较差，致使该类电热元件常制作成U型，垂直安装，使得加热炉的高度和宽度均受到限制，在某些复杂工况条件下无法安装使用；（3）低温抗氧化性能差，在500℃左右，MoSi₂因氧化生成针状MoO₃而无法形成致密保护膜，导致该类元件的使用寿命缩短；（4）相比RBSiC，MoSi₂的价格高。上述缺点在很大程度上制约了MoSi₂电热元件的使用范围。 

目前已对RBSiC和MoSi₂材料通过各种方法来进行改性，但效果都不甚显著。如对RBSiC材料通过高温真空除硅，调整反应物配比和烧成工艺来消除Si 残留。前者成本太高，对大尺寸制品效果不理想，后者则很难避免C残留，同样无法提高RBSiC电热元件的使用温度。 

对MoSi₂材料的改性研究很多，如通过添加颗粒、晶须、纤维等第二相来增强增韧，添加的材料包括SiC、Al₂O₃、Si₃N₄、AlN、TiB₂、WSi₂等。改性取得了一些进展，但仍未实现商业化。究其原因，主要是改性虽然提高了MoSi₂材料的室温断裂韧性和强度、低温抗氧化性能等，但对材料的高温抗蠕变性、高温强度(≥1300℃)改善较少，还会显著增加成本。 

专利[CN1448461A]利用WSi₂和MoSi₂完全固溶且WSi₂比MoSi₂熔点更高的特点，使MoSi₂材料的抗高温变形能力和耐热温度提高，该类电热元件的最高使用温度可达1900℃，但其制备成本比普通MoSi₂电热元件显著增加，因而较难推广应用。专利[CN1865191A]以(Mo_1－x，W_x)Si₂为一相，以氧化钇/氧化钙稳定的氧化锆粉末为另一相来制备二硅化钼─氧化锆复合发热体，该方法不仅存在成本问题，而且复合材料的高温抗蠕变性能也不够理想。Mo(Si_1-x，Al_x)₂/MoSi₂(x＝0.1-0.6)复相硅化钼材料发热体具有较高的断裂韧性和低温抗氧化性能，但Mo(Si_1-x，Al_x)₂高温稳定性和抗氧化性能不理想，导致该类发热体材料的高温抗氧化性能和抗蠕变性能仍不能满足高温下的应用需求[CN103159482A]。 

专利[CN102976757A]公开了一种采用碳化硅、二硅化钼和氧化物为主要原料，通过喷雾干燥、干压或冷等静压成型、烧结来制备复相陶瓷发热元件。该方法虽然工艺简单，但仍存在高温抗蠕变性能不好的问题。 

专利[CN101157557A]公开了一种二硅化钼─赛隆复合发热体，其原料以MoSi₂粉末为主，添加赛隆(sialon)粉末为强化剂，添加二硅化铬粉末为活化剂。该发明在一定程度上解决了MoSi₂发热体因强度和韧性太低而导致的加工、运 输、安装和使用过程中易断的问题，但复合发热体的高温力学和抗蠕变性仍有待提高。