铌和铝合金化二硅化钼材料及其制备方法技术

一种铌和铝合金化二硅化钼材料及其制备方法，属于金属间化合物技术领域。该材料的化学表达式为(Mo1-xNbx)(Si1-yAly)2，其中X处于0～0.15的范围之内，Y处于0～0.15的范围之内。将钼、铌、硅、铝粉末按照28.305～33.3mol％Mo、0～4.995mol％Nb、56.695～66.7mol％Si、0～10.005mol％Al摩尔比例混合均匀，然后压制成坯体，将坯体放入燃烧合成装置中在保护性气氛中点燃坯体合成铌和铝合金化二硅化钼材料。与已有技术相比，本发明专利技术可以通过一步法合成铌和铝二元合金化二硅化钼材料，所得材料高温强度好，并且具有工艺和设备简单、省时、节能、成本低、污染少的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属间化合物
，尤其是涉及一种铌和铝合金化二硅化钥材料及其制备方法。
技术介绍
MoSi2以其较高的熔点(2030°C)、适中的密度(6. 24g · cm — 3)，良好的电热传导性(电阻率21. 50X10 —6Ω ·αιι，热传导率25W*m —1 ·Κ —O、较低的热膨胀系数(8. 1X10 —6K一O、优异的高温抗氧化性(抗氧化温度可达1600°C )等优势而被认为是继Ni基超合金、TiAl基化合物和结构陶瓷之后出现的极具竞争力的高温结构候选材料。MoSi2作为电热元件在空气中的最高使用温度已经达到1800°C，但是，MoSi2作为结构材料的实用化进程还比较缓慢，主要是因为MoSi2存在室温韧性差、高温强度低和中温粉化瘟疫现象三大缺陷。目前，对MoSi2进行强韧化的主要途径是添加第三种元素(W、Nb、Al、Ti等)合金化或第二相(SiC、ZrB2, Si3N4, La2O3等)复合化。Nb被认为是一种重要的强韧化材料，先后有采用Nb粉、Nb纤维、Nb箔制备Nb/MoSi2复合材料，Nb合金化制备(MoNb) Si2和MoSi2/NbSi2的研究。Waghmare和Bulatov等从第一'丨生原理计算表明Nb是MoSi2合金化的理想元素之一，Nb合金化可以促进MoSi2低温位错运动，增加室温韧性。采用Nb合金化，Nb取代MoSi2中部分Mo的位置形成NbSi2, NbSi2具有较高的熔点(1935。。)，更低的密度(5. 45g. cm — 3)，尤其是能够对MoSi2产生反常强化，使其在1600°C出现强度最高峰，同时降低复合材料的密度，有可能取得室温增韧与高温补强的双重效果。Nb合金化在T1-Al系金属间化合物强韧化方面已经取得了良好的效果，但是，关于Nb合金化MoSi2的报道却相对较少。Al是一种较早研究的合金化元素，Al可以取代MoSi2晶胞中Si的位置，形成Mo (Si，Al)2，增加金属键的比例，提高MoSi2晶粒的断裂能。根据Mo-S1-Al相图，Al在ClIb型MoSi2中的最大固溶度约3at. %，随着Al含量的增加，合金晶体结构将发生Cllb — C40 — C54 转变。Maruyama 等制备并发现 Mo (Sia86, Al0.14)2 材料在 500 V 的 Pest现象得到明显抑制。Sharif等采用电弧熔炼工艺制备了 Mo (Si, 2at. %A1)2材料,这种材料和MoSi2相比，表现出较好的低温(<600°C )固溶软化和高温(>1300°C )固溶强化效果。Dasgupta等发现Cllb型Mo (Si, Al)2的硬度值随着Al含量的增加而增加。但从现有成果看，Al合金化对室温断裂韧性的贡献还不明显。目前多元化是高温金属间化合物的发展趋势之一，即基体合金由二元向三元乃至多元方向发展，如果能运用多元合金化的耦合作用，综合发挥不同合金元素的特性，则有可能使MoSi2获得期望的性能。多元微合金化在改善Ni基超合金和TiAl金属间化合物的力学性能以及Laves相储氢合金电化学特 性方面都取得了明显效果；而实际应用的工业合金中，除了极少数二元合金外，绝大多数都是多元合金，因而有必要开展Al协同Nb合金化MoSi2的研究
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铌和铝合金化二硅化钥材料及其制备方法，实现铌和铝分别替代二硅化钥中的钥和硅的合金化改性，并且方法和设备简便。本专利技术铌和铝合金化二硅化钥材料的化学表达式为(M0l_xNbx) (SipyAly)2，其中X处于O O. 15的范围之内，Y处于O O. 15的范围之内。本专利技术的工艺为(I)将钥、铌、硅、铝粉末按照 28. 305 33. 3mol % Mo,O 4. 995mol % Nb、56. 695 66. 7mol% Si,O 10. 005mol% Al 摩尔比例混合均匀；(2)将混合均匀的粉末压制成坯体；(3)将混合粉末还体放入燃烧合成装置中,在IS气、氢气或氮气等保护性气氛中点燃混合粉末坯体，发生化学反应合成铌和铝合金化二硅化钥材料。与已有技术相比，本专利技术采用燃烧合成技术，以元素粉末为原料快速制备了钥铌硅铝合金，实现了铌和铝二元协同合金化对二硅化钥材料的改性，有利于减少二硅化钥中对脆性影响较大的钥硅键的比例，可以起到协同合金强韧化作用。与反应烧结工艺相比，减少了反应物的残余；和机械合金化工艺相比，减轻了磨球和球磨罐的污染，避免了长时间球磨对能源资源的消耗；因而本专利技术具有工艺和设备简便、省时、成本低、污染少的优点。 附图说明图1为本专利技术获得产物的X射线衍射图谱，可以看出，根据本专利技术能够得到铌和铝合金化二硅化钥材料。图2为本专利技术获得产物的X射线衍射图谱，可以看出，根据本专利技术能够得到铌和铝合金化二硅化钥材料。图3为本专利技术获得产物的元素能谱分析图谱，可以看出，所得材料中含有钥铌硅铝四种元素。具体实施例方式实施例1.将钥、铌、硅、铝的粉末按照 33. 3mol% Mo,0mol% Nb,66. 7mol% S1、Omol % Al摩尔比例混合均匀，将混合粉末压制成坯体，把坯体放入燃烧合成反应装置中，在氩气气氛环境中点燃粉末坯体，发生反应合成MoSi2。经烧结致密化后其高温强度达到118MPa。实施例2.将钥、铌、硅、铝的粉末按照 32. 301mol%Mo,0. 999mol % Nb,66. 7mol%Si,0mol% Al摩尔比例混合均匀，将混合粉末压制成坯体，把坯体放入燃烧合成反应装置中，在氢气气氛环境中点燃粉末还体，发生反应合成(Motl. S37Nbtl. 03) Si2。实施例3.将钥、铌、硅、铝的粉末按照 30. 303mol%Mo,2. 997mol % Nb,66. 7mol%Si,0mol% Al摩尔比例混合均匀，将混合粉末压制成坯体，把坯体放入燃烧合成反应装置中，在氮气气氛环境中点燃粉末 体，发生反应合成(Motl. 91Nba 09) Si2。实施例4.将钥、铌、硅、铝的粉末按照 28. 305mol%Mo,4. 995mol % Nb,66. 7mol%Si,0mol% Al摩尔比例混合均匀，将混合粉末压制成坯体，把坯体放入燃烧合成反应装置中，在気气气氛环境中点燃粉末还体，发生反应合成(Motl.85Nb0.15) Si2O实施例5.将钥、铌、硅、铝的粉末按照 33. 3mol% Mo,0mol% Nb,64. 699mol% S1、2.OOlmol % Al摩尔比例混合均匀，将混合粉末压制成坯体，把坯体放入燃烧合成反应装置中，在氢气气氛环境中点燃粉末还体，发生反应合成Mo (Si0 97Α1α 03) 2。实施例6.将钥、铌、硅、铝的粉末按照 33. 3mol% Mo,0mol% Nb,60. 697mol% S1、6.003mol% Al摩尔比例混合均匀，将混合粉末压制成坯体，把坯体放入燃烧合成反应装置中，在氮气气氛环境中点燃粉末还体，发生反应合成Mo (Si0 91A10 09) 2。实施例7.将钥、铌、硅、铝的粉末按照 33. 3mol% Mo,0mol% Nb,56. 695mol% S1、10. 005mol% Al摩尔比例混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铌和铝合金化二硅化钼材料，其特征在于：化学表达式为(Mo1?xNbx)(Si1?yAly)2，其中X处于0～0.15的范围之内，Y处于0～0.15的范围之内。

【技术特征摘要】
1.一种银和招合金化二娃化钥材料,其特征在于化学表达式为(McvxNbx) (Si1^yAly)2,其中X处于O O. 15的范围之内，Y处于O O. 15的范围之内。2.—种权利要求1所述铌和铝合金化二硅化钥材料的制备方法，其特征在于，工艺步骤如下a.将钥、铌、硅、铝粉末按照28. 305 33. 3mol % Mo,O 4. 9...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓虹，陆琼，朱高明，吴光志，孙智，冯培忠，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：