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至新一代超高温结构材料MoSi2的一个研发难点

发布时间:2021-11-24

新一代超高温结构材料MoSi2的一个研发难点

MoSi2具有高达2030 deg;C的高熔点、较低的密度(6.24g/cm3)和优良的高温抗氧化性能和良好的导热性和导电性,故被认为是继Ni基高温合金(使用温度 1100 deg;C)和第2代高温TiAl合金以后的第3代超高温结构材料。但是,MoSi2也有1些致命的缺点,阻碍了它的实际利用。除低温脆性较大(韧脆转变温度在900~1000 deg;C)、1300 deg;C以上高温强度不足,特别是蠕变抗力比较低以外,MoSi2在400~600 deg;C会出现加速氧化的现象,终究会由致密体变成粉末,引发材料灾害性的损坏。这类低温氧化现象在学术界被称作Pest现象,是该材料作为实用的高温结构材料的1个研发难点。

目前关于MoSi2的Pest现象机理的研究认为:Mo氧化物的挥发致使SiO2膜不连续和不致密;样品本身不够致密或存在裂纹,使得氧原子能够快速进入材料内部;杂质元素O,N在晶界优先分散等,这些因素致使材料快速氧化。基于上述分析,目前对克服MoSi2的Pest问题的研究思路,主要有以下几种:提高MoSi2的纯度;提高材料的致密度;添加相对Si与O有更强亲和力的元素,下降内部氧化酿成的体积膨胀,从而抑制Pest效应;采取高温预氧化构成致密的SiO2膜,在材料表面构成玻璃保护层,下降氧化速率,等等。

实验表明,采取放电等离子烧结方法将Mo粉与Si粉混合物原位合成制备成高但很多客户反应夹具是易坏件致密的MoSi2,其致密度高于将MoSi2粉末直接烧结制备而成的MoSi2,结果,前者在Pest现象温度区表产品有1定的市场占有率现出明显优于后者的抗氧化性,这说明材料的致密度对其抗氧化性具有峰值保持、破坏自动停机、过流、过载自动保护功能能有重要影响。另外,用原位合成工艺,可以制备SiC颗粒增强的MoSi2基复合材料,该复合材料致密度高达99.5%以上,界面为直接的原子结合,不过晶层存在。由于该材料的高致密度,孔隙率低,无裂纹,极大地下降了O通过这些缺点进入材料内部的分散速率,使粉化形核和生长速度明显减慢,有效地减缓佳能、尼康、索尼、3星等了氧化。该材料在500 deg;C下经过1000小时氧化后,仍未产生Pest现象。这类SiC颗粒增强的MoSi2基复合材料,不但抗氧化性能好,而且其断裂韧性也比单1MoSi2提高了25%~46%;1000~1400 deg;C下的紧缩流变应力明显高于单1MoSi2;1200~1400 deg;C下的紧缩蠕变性能也明显提高。

另据报导,用机械合金化制备含La2O3的Mo-Si粉末,并进行烧结,制成La2O3增韧的MoSi2复合材料。该材料未产生Pest现象,其缘由在于表面构成了致密的SiO2保护膜。用Al合金化的MoSi2,在400 deg;C、600 deg;C、700 deg;C下都有很好的抗氧化性能,质量变化较少,其缘由就在于材料表面构成了连续的3Al3O2 bull;2SiO2保护膜;但它在500 deg;C氧化进程中,却产生了Pest现象,缘由在于此时大量生成挥发性MoO3相,破坏了3Al3O2 bull;2SiO2保护膜的构成;而由Al和Nb共同合金化的MoSi2,在500 deg;C下氧化50小时后,材料中MoO3和Mo9O26含量变化不大,并出现了Al2O3,其抗氧化性得到了提高。