[发明专利]一种高韧性高温结构材料MoSi2-Mo5Si3复合陶瓷的制备

说明书

本发明公开了一种高韧性高温结构材料MoSi₂‑Mo₅Si₃复合陶瓷的制备方法。主要涉及一种具有高韧性的高温结构复合陶瓷材料，属于高温结构陶瓷领域。将二硅化钼和三硅化五钼粉末按照一定的比例混合经过高能球磨、真空处理与高熔点包裹材料封装预压后，在3~15GPa，700~1800℃的条件下烧结成高韧性的复合陶瓷。本发明首次利用高温高压方法制备出了具有高韧性的MoSi₂‑Mo₅Si₃复合陶瓷材料，其具有晶粒尺寸小，结晶度高，致密度高，结构稳定的特点。因其制备工艺简单且具有在极端条件下具有很大的应用潜力，可作为高温发热元件和高温抗氧化涂层材料，亦可作为飞机、火箭发动机耐高温部件的候选材料。

技术领域

本发明涉及一种高韧性高温结构材料MoSi₂-Mo₅Si₃复合陶瓷，具体涉及一种高韧性高温结构材料MoSi₂- Mo₅Si₃陶瓷及其制备方法，属于高温结构陶瓷材料领域。

背景技术

MoSi₂具有高熔点(2030 ℃) 、适中的密度(6.24 g/cm³) 、优异的高温抗氧化性能，以及良好的导热性和导电性，是一种重要的用于制造高温发热元件的材料和航空航天用高温结构材料，是继 Ni 基高温合金以及第二代高温合金 TiAl 之后的第三代超高温结构材料，具有高的熔点、较低的密度和优异的高温抗氧化性。但是目前由于其低温脆性较大，高温强度尤其是蠕变强度不足，以及 400 ～ 600 ℃ 抗氧化性差的原因，限制了其工业应用。可通过复相协同制备增强其性能，复相协同作用有助于提高材料的综合力学性能，认为合金化协同第二相复合化、复合化和合金化的“少量多元”是未来改善 MoSi₂高温结构材料综合性能的重要发展方向，可以通过添加Mo₅Si₃相制备出MoSi₂-Mo₅Si₃复合陶瓷来该善其性能。但由于MoSi₂-Mo₅Si₃复合陶瓷烧结难以成型、韧性低、致密化比较难,限制了其应用。常规的制备复合陶瓷的方法有：

机械合金化（N. Iwatomo, et al., J. Amer. Chem. Soc. 1990, 177-180），该方法是一种高能球磨粉末合成材料的技术。该方法主要依赖于高能球磨，虽然晶粒可被细化，但是容易引入杂质，降低样品的性能。

自蔓延高温合成（C.C. Deevi, Mater. Sci. Eng. A, 1992, 149, 241-251），该方法是利用粉末元间强烈的放热反应来形成新材料的一种技术。该方法难以获得致密材料，因反应速度过快导致合成反应过程和材料性能难以控制。

热等静压法（S.M..L. Sdstry, et al., Mater. Sci. Eng. A, 1995, 192/193,880-890），该方法制备时晶粒容易生长，需要很高的温度条件，成本高、工艺复杂，难以获得高韧性的材料。

固态置换反应（C.H. Henger, et al., Mater. Sci. Eng. A, 1997, 225, 105-117），该方法是制备金属间化合物基复合材料的一种技术。固态置换反应能够产生很洁净的基体增强体界面,没有外来的污染。但受扩散控制的固态置换反应通常速度慢并且能耗大,从而限制了其应用。

原位反应热压，该方法对于高熔点的硅化物和其它不易烧结的金属间化合物,是一种非常有效的合成方法.。该方法消除了基体相与增强相界面的不相容性,保证了基体相与增强相的热力学稳定,并使界面干净、组织可控、结合良好，反应时间长，所需温度高，同时难以获得高韧性和高致密度的样品。