[发明专利]一种MoSiC2基金属陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属陶瓷材料及粉末冶金技术领域，涉及一种由陶瓷硬质相(MoSiC₂体积百分数约为50％～75％)弥散分布在钼基粘结相中的金属陶瓷材料制备方法，具体涉及一种MoSiC₂基金属陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

耐高温金属陶瓷具有高的耐磨性、耐高温和抗化学侵蚀能力，金属陶瓷的发展对航天、航空发动机及冶炼、能源等工业领域的发展起着举足轻重的作用。目前在涡轮发动机、喷气发动机和热交换器等产品中广泛采用的高温结构材料是高温单晶合金、弥散强化超合金以及金属间化合物等，并且热障涂层技术得到了广泛的应用，使热端部件的使用温度提高到1100～1200℃，已接近这类合金熔点的85％，虽然通过各种冷却技术可进一步提高涡轮进口温度，但作为代价降低了热效率，增加了结构复杂性和制造难度，而且对小而薄型的热端部件难以进行冷却，因而再提高的潜力极其有限。

因此各国科学家加快了对可承受更高工作温度环境的下一代高温结构材料的研究进度，目前的研究结果表明，MoSiC₂基金属陶瓷(由硬质相MoSiC₂和粘结相Mo组成，其中硬质相体积百分数一般控制在50％～75％之间)具有优良的耐磨耐腐蚀性、耐高温性以及较高的硬度和导电率，在耐磨、耐腐蚀、抗高温氧化等领域有着广阔的应用前景，如可用在航空发动机、冶金、石油、化工等工业机械设备中存在高温下承受大载荷、剧烈摩擦磨损和热冲击作用下的机械运动零部件，满足材料在高温条件下具有较强的冲击韧性和强度的同时，具有更加优异的耐磨性和抗氧化性。但MoSiC₂陶瓷相的生成温度高，成相温度范围窄，在实际制备过程中难以 按配料化学计量比合成相应比例的MoSiC₂陶瓷相。

目前，采用机械合金化加原位反应高温热压烧结生成MoSiC₂基金属陶瓷材料的研究尚无报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MoSiC₂基金属陶瓷材料及其制备方法，该方法工艺过程简单，制得的MoSiC₂基金属陶瓷材料的主要力学性能指标优异，可以用于磨损、腐蚀和磨蚀交互作用的严酷工况。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种MoSiC₂基金属陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照质量比Mo:Si:C＝(0.83～0.76):(0.12～0.17):(0.05～0.07)，将Mo粉、Si粉和石墨粉装入球磨罐中，充入惰性气体后进行机械合金化，球磨时间为15～40h，得到混合粉体；

2)将混合粉体从室温升温至1400～1750℃的烧结温度，并在烧结温度下进行30～120min的热压烧结，其中热压烧结过程中的真空度≤10^-2Pa、压力为40～50MPa，热压烧结过程结束后随炉自然冷却，即得到原位反应生成的MoSiC₂基金属陶瓷材料。

所述的Mo粉与石墨粉的粒度≤20μm，Si粉的粒度≤50μm。

所述的Mo粉、Si粉和石墨粉的纯度≥99.9％。

所述的惰性气体为氩气。

所述步骤1)中球磨时的球料比为(5～10):1，球磨转速为250～400r/min。

所述步骤2)中将混合粉体放入石墨模具中进行热压烧结。

所述步骤2)中的升温速度为5～10℃/min。

制得的MoSiC₂基金属陶瓷材料，其致密度达到98.1～98.98％，抗弯强度达到1660～1820 MPa，断裂韧性达到27.2～28.6MPa·m^1/2，硬度达到85.1～88HRA，800～1000℃抗氧化性能为完全抗氧化。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明提供的MoSiC₂基金属陶瓷材料的制备方法，利用Mo粉、Si粉和石墨粉之间的原位反应获得MoSiC₂基金属陶瓷材料。该方法制备周期短、工艺过程简单、材料利用率高、成本低廉，制得的MoSiC₂基金属陶瓷材料结构致密，主要力学性能指标优异，可以用于磨损、腐蚀和磨蚀交互作用的严酷工况。该方法制得的MoSiC₂基金属陶瓷材料不需要或只需要少量的后续加工，非常适合于工业生产，有望实现MoSiC₂基金属陶瓷材料的工程应用。