[发明专利]一种制备Si-TaSi2共晶自生复合材料的方法

摘要

一种制备Si-TaSi2共晶自生复合材料的方法，采用双区电阻加热，加热体分别采用钨、钽加热元件，提高熔体的温度梯度；采用多层金属屏蔽保温，抑制径向散热，并通过红外热电偶控温实现对熔区温度的精确控制；采用氧化铝隔热板将温度场分为热区和冷区，形成严格的单向热流。当试样完全熔化后，通过拉伸将试样抽拉到Ga-In-Sn液态金属中强制冷却，从而获得组织超细化，TaSi2纤维分布均匀的Si-TaSi2共晶自生复合材料，提高材料的性能。

主权项

一种制备Si‑TaSi2共晶自生复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，制备Si‑TaSi2共晶合金铸锭母材：以高纯的Si和高纯的Ta作为原材料，按共晶成分配制，得到母材原料，所述母材原料中Si：Ta的原子百分比为99∶1；将母材原料装入石英坩埚中并置于熔炼炉内，将熔炼炉抽真空至真空度低于2×10‑4Pa并保持该真空度；将熔炼炉加热，加热中以30℃/min的速度逐步将熔炼炉加热至1450℃，使母材原料完全熔化后保温30min；关闭电源并用冷却水将熔炼炉内温度冷却至室温，得到Si‑TaSi2共晶合金铸锭母材；步骤二，填装试棒：将得到的Si‑TaSi2共晶合金铸锭母材切割成试棒；将得到的试棒打磨后置于酒精溶液中并采用超声波清洗30min；将清洗干净的试棒放进刚玉管中；运行抽拉系统，使不锈钢接头完全浸没到结晶器Ga‑In‑Sn冷却剂液面以下；将氧化铝隔热板放入炉内；关闭炉腔，并安装W/Re热电偶；步骤三，Si‑TaSi2共晶合金试棒的定向凝固：Si‑TaSi2共晶合金试棒的定向凝固的具体过程是：将定向凝固炉腔室抽真空至真空度为6.6×10‑4Pa并保持该真空度；向凝固炉腔室内充入Ar气；依次打开循环冷却水、热电偶后，打开凝固炉中的钨加热体电源，以15℃/min的速度加热凝固炉腔室，同时也会对Si‑TaSi2共晶合金试棒和钽加热体加热；当钽加热体的温度到达1000℃时，接通钽加热体电源，对该钽加热体预热10min后，通过钽加热体对凝固炉腔室加热至1500℃并保温30min；所述钽加热体对凝固炉腔室加热的升温速率为10℃/min，使Si‑TaSi2共晶合金试棒完全熔化；启动抽拉机构，使Si‑TaSi2共晶合金试棒以1～200μm/s的速率从上至下移动并进入Ga‑In‑Sn液态金属中，实现材料的连续定向凝固。