鉬鈮硅合金及其制備方法技術

一種鉬鈮硅合金及其制備方法，屬于金屬間化合物技術領域。鉬鈮硅合金的化學表達式為(Mo1-xNbx)Si2，其中X處于0～1的范圍之內。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，放入反應釜中，在保護性氣氛中點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的方法進行致密化燒結。與已有技術相比，本發明專利技術可以獲得非平衡相，有利于提升材料的性能。與電弧熔煉等工藝相比，本發明專利技術具有工藝簡單、設備簡便、省時、節能、成本低、污染少的優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于金屬間化合物
，尤其是涉及一種鑰鈮硅合金及其制備方法。
技術介紹
我國航空航天技術和國防工業的快速發展，尤其是國家中長期規劃大飛機工程、聲速飛行器工程等國防現代化建設和國民經濟建設亟需大量具有自主知識產權的先進高溫結構材料。金屬材料具有高比強度、高比模量、優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以下的抗高溫結構材料主要有鎳基、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，但其高溫強度和抗氧化性不足，使用溫度已經達到極限，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，弓丨起了很大關注。金屬間化合物二硅化鑰(MoSi2)由于具有較高的熔點(2030°C)、良好的高溫抗氧化(表面形成致密的SiO2膜)等優勢而成為新一代航空發動機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達到1800°C以上，但MoSi2的室溫斷裂韌性低(2 3MPa.m1/2)，高溫強度不足(1400°C σ ^ 2大約IOOMPa)嚴重限制了其作為結構材料的實用化進程，并且航空發動機熱端部件的服役環境非常惡劣，需經受溫度的急劇變化和高溫燃氣流的沖刷。因此，如何使之室溫韌化和高溫強化是開發新一代MoSi2基高溫結構材料的關鍵科學問題。目前，對MoSi2進行室溫增韌和高溫補強的主要途徑是復合化或合金化。復合化是通過加入第二相陶瓷顆粒或纖維起到強韌化的作用，但是復合化方法工藝復雜、花費昂貴、增強相難以分布均勻，特別是存在界面熱力學穩定性問題，容易引起微裂紋等缺陷，從而為這類材料的進一步發展提出了挑戰。合金化是從內部改善合金的鍵絡結構，有利于在本質上降低材料的韌脆轉變溫度(DBTT)和增加室溫斷裂韌性，因而合金強韌化MoSi2的研究已經成為高溫結構金屬間化合物的熱點。MoSi2-Nb復合材料主要以Nb纖維、Nb顆粒、Nb絲、疊層來增韌MoSi2。20世紀70年代初，德國的Fitzer用鈮絲增強MoSi2制備了 MoSi2/Nb復合材料改善了它的高溫強度。與單相MoSi2比較，MoSi2/Nb復合材料具有更好的力學性能。20世紀80年代以來，MoSi2基復合材料的研究在廣度和深度上都有新的發展。MoSi2-Nb復合材料中，連續纖維增強復合材料的單位體積分數強化相所產生的強韌化效果很明顯，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，連續增強復合材料大都存在各向異性，也使其應用受到限制，而顆粒增強復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鍵的結合力，或改變晶體結構從而提高塑性。Waghmare等基于斷裂力學和位錯理論，從第一性原理出發計算了表面能和不穩定堆垛層錯能 ，通過韌化指數的比較認為，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MoSi2低溫位錯運動，增加室溫韌性，因而發展鑰鈮硅合金十分必要。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種鑰鈮硅合金及其制備方法，實現了工藝簡單，設備簡便，合成速度快。本專利技術的鑰鈮硅合金化學表達式為(McvxNbx) Si2，其中X處于O I的范圍之內。本專利技術的工藝為:(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釜中，在氬氣、氫氣、氮氣等保護性氣氛中點燃混合粉末坯體，發生化學反應合成鑰鈮硅合金。(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的方法獲得致密材料。與已有技術相比，本專利技術采用燃燒合成技術，通過非平衡方法可以合成過飽和的鑰鈮硅合金，有利于克服常規方法獲得平衡相的一些缺點，提升材料的力學性能。與電弧熔煉等工藝相比，本專利技術具有工藝簡單、設備簡便、省時、節能、成本低、污染少的優點。附圖說明圖1為本專利技術獲得產物的X射線衍射圖譜。可以看出，根據本專利技術能夠得到鑰鈮硅合金。圖2為本專利技術獲得產物的X射線衍射圖譜。可以看出，根據本專利技術能夠得到鑰鈮硅合金。具體實施例方式實施例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，把坯體放入反應釜中，在氬氣氣氛環境中點燃粉末坯體，合成NbSi2，然后在1300°C，真空度3Pa條件下保溫30min，燒結獲得塊體材料。實施例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，把坯體放入反應釜中，在氫氣氣氛環境中點燃粉末坯體，合成(Moatl5Nba95) Si2，然后在1400°C，真空度IOPa條件下保溫45min，燒結獲得塊體材料。實施例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，把坯體放入反應釜中，在氮氣氣氛環境中點燃粉末坯體，合成(Moa25Nba75) Si2，然后在1450°C，真空度20Pa條件下保溫60min，燒結獲得塊體材料。 實施例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，把坯體放入反應釜中，在氬氣氣氛環境中點燃粉末坯體，合成(Moa 5Nb0.5) Si2，然后在1500°C，真空度40Pa條件下保溫80min，燒結獲得塊體材料。實施例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，把坯體放入反應釜中，在氫氣氣氛環境中點燃粉末坯體，合成(Moa75Nba25) Si2,然后在1550°C，真空度60Pa條件下保溫lOOmin，燒結獲得塊體材料。實施例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，把坯體放入反應釜中，在氮氣氣氛環境中點燃粉末坯體，合成(Moa95Nbatl5) Si2,然后在1600°C，真空度SOPa條件下保溫120min，燒結獲得塊體材料。實施例 .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，把坯體放入反應釜中，在氬氣氣氛環境中點燃粉末坯體，合成MoSi2，然后在1700°C，真空度IOOPa條件下保溫150min，燒結獲得塊體材料。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鉬鈮硅合金，其特征在于：化學表達式為(Mo1?xNbx)Si2，其中X處于0～1的范圍之內。

【技術特征摘要】
1.一種鑰鈮硅合金，其特征在于:化學表達式為(McvxNbx) Si2，其中X處于0 1的范圍之內。2.—種權利要求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...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王曉虹，吳光志，陸瓊，孫智，馮培忠，沈承金，
申請(專利權)人：中國礦業大學，
類型：發明
國別省市：