[发明专利]一种制备Mo(Si1-xMgx)2材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备难熔高温结构化合物的方法，尤其是涉及一种制备Mo(Si_1-xMg_x)₂材料的方法。

背景技术

主要以MoSi₂为基的新型硅化物基复合材料(Silicide matrix composite，简称SMC)被认为是继Ni、Ti基超合金(使用温度800～1000℃)和结构陶瓷(使用温度＜1300℃)之后出现的极具竞争力的高温结构候选材料。其优势在于MoSi₂具有较高的熔点(2030℃)；极好的高温抗氧化性；适中的密度(6.24g·cm^-3)；较低的热膨胀系数(8.1×10^-6K^-1)；良好的电热传导性(电阻率21.5×10 ^-6Ω·cm，热导率50.0W·m^-1·K^-1)，可以进行电火花加工(EDM)；无污染和良好的环境友好性。但是MoSi₂存在室温脆性(断裂韧性仅仅3.0_MPa·m^1/2)，高温(＞BDTT，～900℃)易蠕变，以及低温(375～550℃)加速氧化现象三大缺陷，从而限制了它作为结构材料的应用。

为了改善MoSi₂的力学性能，人们采用了第二相陶瓷颗粒复合化(例如SiC、Si₃N₄、ZrO₂等)和/或第三种元素合金化(例如W、V、Nb、Al等)等手段对MoSi₂进行了大量研究。但是机械强制复合法工艺复杂、花费昂贵、增强相难以分布均匀，特别是存在着复合相界面热力学的稳定性问题，从而为这类材料的进一步发展提出了挑战。因此，近年来人们倾向利用原位反应自生复合技术，而合金化恰好可以实现原位制备，合金强韧化MoSi₂的研究受到国内外广大学者的广泛重视。

合金化的目的主要是降低材料的韧脆转变温度( TT)和增加室温断裂韧性，在MoSi₂中Mo-Si之间形成很强的共价键，正是Mo-Si共价键使材料产生脆性，因此，Petrovic指出通过合金化弱化Mo-Si键将有助于MoSi₂低温本征脆性的改善。Waghmare等从第一性原理出发计算，认为用V和Nb取代Mo，Mg和Al取代Si是合金强韧化的可行元素(U V Waghmare，VBulatov，EKaxiras.Microalloying for ductility in molybdenum disilicide.Mater Sci Eng，1999，A261：147-157.)。关于Al、Nb、V等元素合金化MoSi₂的制备工艺、微观组织和力学性能等都有大量的报道，以Al合金化MoSi₂的研究最为深入和透彻。用Al原子取代MoSi₂晶胞中Si原子的位置，可以增加MoSi₂中金属键的比例，改善晶体结构的对称性，提高MoSi₂晶粒的断裂能量。随着Al含量的增加，晶体结构将从Cll_b型MoSi₂转变为C40型Mo(Si_1-xMg_x)₂，C40型具有更好的高温抗氧化性，如果继续增加Al的含量，晶体结构将转变为C54型Mo(Si_1-xMg_x)₂。Sharif和Petrovic等研究表明，用2at.％Al对MoSi₂合金化可以将其室温硬度从899HV降低到743HV，BDTT降低到室温甚至更低，1600℃的高温强度从14MPa增加到55MPa(A A Sharif，A Misra，J J Petrovic，et al.Alloying of MoSi₂ for improvedmechanical properties.Intermetallics，2001，9：869-873.)。合金元素V和Nb可以有效提高单晶MoSi₂的高温强度。但是关于Mg合金化的报道却很少见到。