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MoSi2复合材料体系及其组织与性能

章菊萍;张玉成;余熙明;张天培;谢辉

【摘要】以增强相MoSi2复合材料和MoSi2复合涂层为对象,讨论并归纳了各种

MoSi2复合材料体系的制备工艺、物相成分、组织形貌、增韧补强机制、力学与

抗氧化性能等关键问题,指出将SiC,Al2O3,Mo5Si3等作为增强相引入MoSi2基

体中,基于裂纹偏转和纤维拔出等机理,可以提高材料的硬度、抗弯强度、断裂韧性.

其原因在于MoSi2复合涂层在高温时生成玻璃相SiO2,填补了涂层内部孔隙,可有

效阻挡氧气进入涂层内部,在材料的高温抗氧化过程中起至关重要的作用.

【期刊名称】《湖北理工学院学报》

【年(卷),期】2019(035)004

【总页数】9页(P55-63)

【关键词】MoSi2复合材料;增强相;涂层;增韧补强;抗氧化

【作者】章菊萍;张玉成;余熙明;张天培;谢辉

【作者单位】湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;湖北理工学院

材料科学与工程学院,湖北黄石435003;武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共

建教育部重点实验室,湖北武汉430081;武汉科技大学钢铁冶金新工艺湖北省重点

实验室,湖北武汉430081;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;湖

北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;湖北理工学院材料科学与工程

学院,湖北黄石435003

【正文语种】中文

【中图分类】TB333

MoSi2的熔点高(2030℃)、高温抗氧化性能良好、导电性和导热性好[1-2]。但

是由于其室温韧性低、高温抗蠕变性差[3-4]，MoSi2不宜单独使用。因此，需要

做成复合材料，以实现室温增韧、高温补强，并抑制其低温氧化“PEST”现象(灾

难性氧化，即材料由块状变成粉末状)。常规制备复合材料有2种途径：①引入增

强相，如SiC，Al2O3，ZrO2，Mo5Si3，Ta，Nb等；②制备涂层，如Mo基、

C/C基的MoSi2涂层，或其复合涂层。

本研究以上述2种常规MoSi2复合材料为对象，重点讨论并总结各MoSi2复合

材料体系的制备工艺、物相成分、组织形貌、增韧补强机制、力学与抗氧化性能等

关键问题。

1增强相MoSi2复合材料

制备一种增强相复合材料时，需要研究基体和增强相的物理化学性质，如熔点、强

度等，要求基体和增强相在一定的温度范围内保持热力学稳定，不发生化学反应。

另外，还需要考虑基体和增强相热膨胀系数的匹配性，以减小由温度变化在界面上

产生的热应力。部分常用MoSi2复合材料基体和增强相的性质[5]见表1。

表1部分常用MoSi2复合材料基体和增强相的性质物质熔点/℃热膨胀系数

/(×10-6K-1)几何形态MoSi220308.6—SiC25004.9颗粒、晶须、纤维

Al2O321009.01颗粒、晶须、纤维Mo5Si321809.4颗粒

1.1SiC-MoSi2系

SiC的熔点高(2500℃)、化学性质稳定，常被用于复合材料的增强相。但是考虑

到SiC与MoSi2的热膨胀系数相差较大(见表1)，故在制备SiC/MoSi2复合材料

时，往往选用尺寸小于20μm的SiC颗粒[6]，以避免产生界面裂纹。Han等[7]

以Mo粉、Si粉和500nm的SiC粉为原料，在1300～1600℃时，通过放电

等离子烧结，制备了SiC/MoSi2复合材料。不同烧结温度制备的SiC/MoSi2复合

材料的SEM图如图1所示。放电等离子烧结过程包含固相向液相的转变过程，且

当烧结温度升高时，液相量增加。因此，1300℃，1400℃，1500℃烧结产物

的表面气孔逐渐减少(如图1(a)～图1(c)所示)，1600℃烧结产物无明显气孔(如

图1(d)所示)，且SiC颗粒作为增强相均匀分布于MoSi2基体内部，1600℃烧结

试样背散射图与表面元素分布图如图2所示。其维氏硬度、抗弯强度、断裂韧性

均比单一MoSi2材料有大幅度提升[7]，MoSi2基体材料与SiC/MoSi2复合材料

的维氏硬度、抗弯强度、断裂韧性见表2。

图1不同烧结温度制备的SiC/MoSi2复合材料的SEM图

图21600℃烧