[发明专利]一种Mo‑Si‑B‑Ti‑Zr‑Al‑Nb复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种Mo-Si-B-Ti-Zr-Al-Nb复合材料及其制备方法。

背景技术

难熔金属钼及钼合金具有优异的高温力学性能、低的热膨胀系数和高的导电系数，是非常有应用前景的高温和超高温结构材料之一，曾作为航空航天、核工程及飞行器发动机的候选材料而被广泛研究。然而，钼及钼合金材料的高温氧化限制了其应用，这是由于钼及钼合金材料在超高温恶劣环境服役过程中，最主要的损坏形式是氧化，目前还没有找到一种特别有效的解决方法，而且对其氧化机理尚不明确；同时高温抗氧化要求限制了材料组分和微结构的设计自由度。另外，传统的钼及钼合金材料在高温或超高温极端环境下的长时间动态热/力耦合载荷条件下，经历了热冲击或长时间热疲劳的综合作用，材料自身已有的强韧化机制在高温服役下可能失去了作用。目前，传统的钼及钼合金材料虽然通过合金化、微合金化在一定程度上提高了其高温强度、塑韧性和高温抗氧化性能，但仍然不能满足工程应用的要求，而且钼的高密度(10.22g/cm³)也限制了其在航空航天上的应用。因此，传统的单相钼及钼合金材料高温强度、塑韧性和高温抗氧化性能没有达到良好匹配，同时钼及钼合金材料较钼合金材料不能满足超高温恶劣环境使用的要求，成为制约航空航天技术发展的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型钼合金复合材料，解决了现有钼及钼合金材料的高温强度低、塑韧性差和高温抗氧化性能差的技术问题。

本发明的技术解决方案是：所提供的Mo-Si-B-Ti-Zr-Al-Nb复合材料由以下摩尔百分比的物质组成：Si 5％～15％，B 5％～15％，Ti 10％～30％，Zr 3％～7％，Al 2％～8％，Nb 6％～14％，余量为Mo。

上述Mo-Si-B-Ti-Zr-Al-Nb复合材料由以下摩尔百分比的物质组成：Si 7％～13％，B 8％～14％，Ti 15％～25％，Zr 4％～6％，Al 3％～7％，Nb 8％～12％，余量为Mo。

上述Mo-Si-B-Ti-Zr-Al-Nb复合材料由以下摩尔百分比的物质组成：Si 10％，B 12％，Ti 20％，Zr 5％，Al 5％，Nb 10％，余量为Mo。

本发明还提供一种用于制备上述Mo-Si-B-Ti-Zr-Al-Nb复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1】按照确定的比例将硅粉、硼粉、钛粉、锆粉、铝粉、铌粉和钼粉置于球磨机中，采用湿法球磨的方式混合均匀，然后在真空条件下烘干，烘干后粉碎得到混合粉料；

2】将步骤1】得到的混合粉料置于热压烧结炉中，在真空度小于或等于1×10^-2Pa，温度为1700℃～1800℃，压力为30MPa～40MPa的条件下热压烧结0.5h～1h，随炉冷却后得到Mo-Si-B-Ti-Zr-Al-Nb复合材料。

上述步骤1】中的硅粉、硼粉、钛粉、锆粉、铝粉、铌粉和钼粉的质量纯度均大于或等于99.9％。

上述步骤1】中的硅粉粒径小于或等于2μm，硼粉的粒径小于或等于2μm，钛粉的粒径小于或等于2μm，锆粉的粒径小于或等于5μm，铝粉的粒径小于或等于4μm，铌粉的粒径小于或等于5μm，钼粉的粒径小于或等于3μm。

上述步骤1】中的湿法球磨采用的分散剂为无水乙醇，所述无水乙醇的体积数值为硅粉、硼粉、钛粉、锆粉、铝粉、铌粉和钼粉质量之和数值的0.8～1.2倍，其中体积的单位为ml，质量的单位为g。

上述步骤1】中的球磨机的转速为300rpm～500rpm，湿法球磨的球料比为(7～13)：1，球磨时间为10h～30h。

上述步骤1】中的烘干的温度为90℃～100℃。

本发明的优点在于：

(1)本发明所提供的Mo-Si-B-Ti-Zr-Al-Nb复合材料在室温条件下的抗拉强度为657MPa～865MPa，断裂韧性为10MPa·m^1/2～17MPa·m^1/2，密度为8.91g/cm³～9.42g/cm³，1500℃抗拉强度为265MPa～377MPa，在1500℃空气环境中氧化100后材料损失为0.13mg/cm²～0.067mg/cm²，具有低密度、高强度、高韧性和高温抗氧化的特点，能够应用于1500℃的空气环境中。