專利名稱：鉬鈮硅合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬間化合物技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鑰鈮硅合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
我國航空航天技術(shù)和國防工業(yè)的快速發(fā)展，尤其是國家中長期規(guī)劃大飛機(jī)工程、聲速飛行器工程等國防現(xiàn)代化建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)亟需大量具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)高溫結(jié)構(gòu)材料。金屬材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、優(yōu)良的耐高溫持久性能、能在高溫氧化性氛圍中長期工作，以及較好的耐腐蝕性能等。從目前使用情況來看，工作在1273K以下的抗高溫結(jié)構(gòu)材料主要有鎳基、鈷基超合金和金屬間鋁化物等材料。單一材料和傳統(tǒng)的金屬基材料(鎳基、鈷基等合金)雖然塑性、耐磨等性能良好，但其高溫強(qiáng)度和抗氧化性不足，使用溫度已經(jīng)達(dá)到極限，難以滿足更高使用溫度的要求，金屬間化合物由于具有良好的性能，弓丨起了很大關(guān)注。金屬間化合物二硅化鑰(MoSi2)由于具有較高的熔點(diǎn)(2030°C)、良好的高溫抗氧化(表面形成致密的SiO2膜)等優(yōu)勢而成為新一代航空發(fā)動機(jī)熱端部件的候選材料。MoSi2電熱元件在空氣中的最高使用溫度已經(jīng)達(dá)到1800°C以上，但MoSi2的室溫?cái)嗔秧g性低(2
3MPa.m1/2)，高溫強(qiáng)度不足(1400°C σ ^ 2大約IOOMPa)嚴(yán)重限制了其作為結(jié)構(gòu)材料的實(shí)用化進(jìn)程，并且航空發(fā)動機(jī)熱端部件的服役環(huán)境非常惡劣，需經(jīng)受溫度的急劇變化和高溫燃?xì)饬鞯臎_刷。因此，如何使之室溫韌化和高溫強(qiáng)化是開發(fā)新一代MoSi2基高溫結(jié)構(gòu)材料的關(guān)鍵科學(xué)問題。目前，對MoSi2進(jìn)行室溫增韌和高溫補(bǔ)強(qiáng)的主要途徑是復(fù)合化或合金化。復(fù)合化是通過加入第二相陶瓷顆?；蚶w維起到強(qiáng)韌化的作用，但是復(fù)合化方法工藝復(fù)雜、花費(fèi)昂貴、增強(qiáng)相難以分布均勻，特別是存在界面熱力學(xué)穩(wěn)定性問題，容易引起微裂紋等缺陷，從而為這類材料的進(jìn)一步發(fā)展提出了挑戰(zhàn)。合金化是從內(nèi)部改善合金的鍵絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于在本質(zhì)上降低材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度(DBTT)和增加室溫?cái)嗔秧g性，因而合金強(qiáng)韌化MoSi2的研究已經(jīng)成為高溫結(jié)構(gòu)金屬間化合物的熱點(diǎn)。MoSi2-Nb復(fù)合材料主要以Nb纖維、Nb顆粒、Nb絲、疊層來增韌MoSi2。20世紀(jì)70年代初，德國的Fitzer用鈮絲增強(qiáng)MoSi2制備了 MoSi2/Nb復(fù)合材料改善了它的高溫強(qiáng)度。與單相MoSi2比較，MoSi2/Nb復(fù)合材料具有更好的力學(xué)性能。20世紀(jì)80年代以來，MoSi2基復(fù)合材料的研究在廣度和深度上都有新的發(fā)展。MoSi2-Nb復(fù)合材料中，連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的單位體積分?jǐn)?shù)強(qiáng)化相所產(chǎn)生的強(qiáng)韌化效果很明顯，但其制造比較困難，特別是長纖維如何均勻分布在基體中至今仍是一個工藝難題，連續(xù)增強(qiáng)復(fù)合材料大都存在各向異性，也使其應(yīng)用受到限制，而顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料增韌效果有限。Nb合金化MoSi2是通過金屬原子取代Mo原子來減弱其Mo-Si鍵的結(jié)合力，或改變晶體結(jié)構(gòu)從而提高塑性。Waghmare等基于斷裂力學(xué)和位錯理論，從第一性原理出發(fā)計(jì)算了表面能和不穩(wěn)定堆垛層錯能 ，通過韌化指數(shù)的比較認(rèn)為，用V和Nb取代Mo、Mg和Al取代Si是合金化的理想元素，它們能夠促進(jìn)MoSi2低溫位錯運(yùn)動，增加室溫韌性，因而發(fā)展鑰鈮硅合金十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鑰鈮硅合金及其制備方法，實(shí)現(xiàn)了工藝簡單，設(shè)備簡便，合成速度快。本發(fā)明的鑰鈮硅合金化學(xué)表達(dá)式為(McvxNbx) Si2，其中X處于O I的范圍之內(nèi)。本發(fā)明的工藝為:(I)將鑰、銀、娃的金屬粉末按照 O 33.3mol % Mo、0 33.3mol % Nb>66.7mol %Si摩爾比例混合均勻，其中Mo和Nb的摩爾比例之和為33.3%。(2)將混合粉末壓制成坯體。(3)將混合粉末坯體放入反應(yīng)釜中，在氬氣、氫氣、氮?dú)獾缺Ｗo(hù)性氣氛中點(diǎn)燃混合粉末坯體，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)合成鑰鈮硅合金。(4)將合成的鑰鈮硅合金粉末在1300 1700°C，真空度為3Pa lOOPa，保溫時間為30 150min條件下采用真空熱壓燒結(jié)的方法獲得致密材料。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明采用燃燒合成技術(shù)，通過非平衡方法可以合成過飽和的鑰鈮硅合金，有利于克服常規(guī)方法獲得平衡相的一些缺點(diǎn)，提升材料的力學(xué)性能。與電弧熔煉等工藝相比，本發(fā)明具有工藝簡單、設(shè)備簡便、省時、節(jié)能、成本低、污染少的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明獲得產(chǎn)物的X射線衍射圖譜?？梢钥闯?，根據(jù)本發(fā)明能夠得到鑰鈮
硅合金。圖2為本發(fā)明獲得產(chǎn)物的X射線衍射圖譜?？梢钥闯觯鶕?jù)本發(fā)明能夠得到鑰鈮
硅合金。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1.將鑰、鈮、硅的金屬粉末按照0mol% Mo、33.3mol% Nb,66.7mol% Si摩爾比例混合均勻，將混合粉末壓制成坯體，把坯體放入反應(yīng)釜中，在氬氣氣氛環(huán)境中點(diǎn)燃粉末坯體，合成NbSi2，然后在1300°C，真空度3Pa條件下保溫30min，燒結(jié)獲得塊體材料。實(shí)施例2.將鑰、鈮、硅的金屬粉末按照1.665mol % Mo、31.635mol % Nb、66.7mol % Si摩爾比例混合均勻，將混合粉末壓制成坯體，把坯體放入反應(yīng)釜中，在氫氣氣氛環(huán)境中點(diǎn)燃粉末坯體，合成(Moatl5Nba95) Si2，然后在1400°C，真空度IOPa條件下保溫45min，燒結(jié)獲得塊體材料。實(shí)施例3.將鑰、鈮、硅的金屬粉末按照8.325mol % Mo、24.975mol % Nb、66.7mol % Si摩爾比例混合均勻，將混合粉末壓制成坯體，把坯體放入反應(yīng)釜中，在氮?dú)鈿夥窄h(huán)境中點(diǎn)燃粉末坯體，合成(Moa25Nba75) Si2，然后在1450°C，真空度20Pa條件下保溫60min，燒結(jié)獲得塊體材料。 實(shí)施例4.將鑰、鈮、硅的金屬粉末按照16.65mol%MoU6.65mol%Nb,66.7mol%Si摩爾比例混合均勻，將混合粉末壓制成坯體，把坯體放入反應(yīng)釜中，在氬氣氣氛環(huán)境中點(diǎn)燃粉末坯體，合成(Moa 5Nb0.5) Si2，然后在1500°C，真空度40Pa條件下保溫80min，燒結(jié)獲得塊體材料。實(shí)施例5.將鑰、鈮、硅的金屬粉末按照24.975mol % Mo、8.325mol % Nb、66.7mol % Si摩爾比例混合均勻，將混合粉末壓制成坯體，把坯體放入反應(yīng)釜中，在氫氣氣氛環(huán)境中點(diǎn)燃粉末坯體，合成(Moa75Nba25) Si2,然后在1550°C，真空度60Pa條件下保溫lOOmin，燒結(jié)獲得塊體材料。實(shí)施例6.將鑰、鈮、硅的金屬粉末按照31.635mol % Mo、1.665mol % Nb、66.7mol % Si摩爾比例混合均勻，將混合粉末壓制成坯體，把坯體放入反應(yīng)釜中，在氮?dú)鈿夥窄h(huán)境中點(diǎn)燃粉末坯體，合成(Moa95Nbatl5) Si2,然后在1600°C，真空度SOPa條件下保溫120min，燒結(jié)獲得塊體材料。實(shí)施例 .將鑰、鈮·、硅的金屬粉末按照33.3mol%Mo,0mol% Nb,66.7mol% Si摩爾比例混合均勻，將混合粉末壓制成坯體，把坯體放入反應(yīng)釜中，在氬氣氣氛環(huán)境中點(diǎn)燃粉末坯體，合成MoSi2，然后在1700°C，真空度IOOPa條件下保溫150min，燒結(jié)獲得塊體材料。
權(quán)利要求
1.一種鑰鈮硅合金，其特征在于:化學(xué)表達(dá)式為(McvxNbx) Si2，其中X處于0 1的范圍之內(nèi)。
2.—種權(quán)利要求1所述鑰鈮硅合金的制備方法，其特征在于，工藝步驟如下: a.將鑰、銀、娃的金屬粉末按照O 33.3mol % Mo>0 ~ 33.3mol % Nb>66.7mol % Si摩爾比例混合均勻，其中Mo和Nb的摩爾比例之和為33.3% ； b.將混合粉末壓制成坯體； c.將混合粉末坯體放入反應(yīng)釜中，在保護(hù)性氣氛中點(diǎn)燃混合粉末坯體，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)合成鑰銀娃合金； d.將合成的鑰鈮硅合金粉末采用真空熱壓燒結(jié)的方法進(jìn)行致密化燒結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的保護(hù)性氣氛為氬氣、氫氣或氮?dú)鈿夥铡?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的真空熱壓燒結(jié)溫度為1300 1700°C，真空度為3Pa lOOPa，保溫時間為30 150min。
全文摘要
一種鉬鈮硅合金及其制備方法，屬于金屬間化合物技術(shù)領(lǐng)域。鉬鈮硅合金的化學(xué)表達(dá)式為(Mo1-xNbx)Si2，其中X處于0～1的范圍之內(nèi)。將鉬、鈮、硅的金屬粉末按照0～33.3mol％Mo、0～33.3mol％Nb、66.7mol％Si摩爾比例混合均勻，其中Mo和Nb的摩爾比例之和為33.3%；將混合粉末壓制成坯體，放入反應(yīng)釜中，在保護(hù)性氣氛中點(diǎn)燃混合粉末坯體合成鉬鈮硅合金。將合成的鉬鈮硅合金粉末采用真空熱壓燒結(jié)的方法進(jìn)行致密化燒結(jié)。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明可以獲得非平衡相，有利于提升材料的性能。與電弧熔煉等工藝相比，本發(fā)明具有工藝簡單、設(shè)備簡便、省時、節(jié)能、成本低、污染少的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C22C29/18GK103074535SQ201310030620
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者王曉虹, 吳光志, 陸瓊, 孫智, 馮培忠, 沈承金 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)