复合添加Si<,3>N<,4>颗粒、SiC晶须的MoSi<,2>基复合材料研究

来源 :中南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JavaProDev
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MoSi2因具有熔点高、密度适中、抗高温氧化性能良好、高温塑性好和热导率高等优点而成为高温结构材料的研究热点。但MoSi2室温韧性低,高温强度不够影响其实际应用。复合化是提高MoSi2性能的重要方法,本文采用热压烧结法制备了Si3N4颗粒和SiC晶须强韧化MoSi2复合材料,并借助金相显微镜、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等实验手段和力学分析方法对复合材料的显微结构、力学性能、强韧化机制以及高、低温氧化行为进行了研究,得出以下研究成果:(1)采用热压烧结法在1700℃制备的复合材料致密度均在93%以上,随着强韧化相含量的提高,材料的致密度下降,且SiC晶须对致密度的影响高于Si3N4。XRD分析显示,MoSi2、Si3N4和SiC之间有良好的相容性。(2)添加Si3N4颗粒和SiC晶须明显提高MoSi2的硬度、抗弯强度、断裂韧性及高温强度。微米SiC晶须对力学性能的影响高于Si3N4颗粒和纳米SiC晶须,而同时添加Si3N4颗粒和SiC晶须可起到良好的协同强韧化效果。MoSi2-20%Si3N4/20%nanoSiC的室温抗弯强度和断裂韧性为427MPa和8.38MPa·m1/2,比MoSi2分别提高了69.4%和189%。在800℃、1000℃和1200℃下,MoSi2-20%Si3N4/20%micronSiC的流变应力均明显高于MoSi2。各复合材料的在1200℃下的峰值应力随着强化相含量的增加而提高。(3)复合材料室温下的主要强化机制是细晶强化。同时添加Si3N4颗粒和SiC晶须细化晶粒效果最好,因而具有较高的抗弯强度。复合材料在高温下的强化机制为细晶强化和弥散强化,晶间的SiO2玻璃相降低了MoSi2-20%Si3N4/20%nanoSiCw的强度。复合材料的主要韧化机制是细晶韧化、裂纹偏转,晶须拔出和残余应力增韧。MoSi2-20%micronSiC因具有明显的晶须拔出现象而具有更好的断裂韧性,但微米SiC晶须含量增加至40%时韧性下降。MoSi2中同时添加Si3N4颗粒和SiC晶须能起到调节残余应力的效果,使MoSi2-20%Si3N4/%nanoSiC和MoSi2-20%Si3N4/20%micronSiC具有很高的断裂韧性,表现出良好的协同韧化作用。(4)500℃氧化时,添加了纳米SiC晶须的复合材料表面生成了致密的Na2MoO4结晶体,使材料具有极佳的抗氧化性能。添加20%Si3N4不足以在材料表面形成Si2N2O-SiO2保护膜,材料发生“Pesting”,当Si3N4含量增加至40%时,材料表面形成了Si2N2O-SiO2保护膜,提高了材料的抗氧化性能。微米SiC晶须氧化时生成SiO2使复合材料在低温氧化时表现出良好的抗氧化性。复合材料高温氧化时均能生成致密的SiO2膜,但膜中因氧化产物与反应物热体积的失配以及热循环中基体与SiO2热膨胀系数的失配而出现裂纹。
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