專利名稱：一種Mo(Si_l-x,Al_x)₂/MoSi₂復(fù)相硅化鉬材料發(fā)熱體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種屬于發(fā)熱體領(lǐng)域的制備方法，特別是涉及一種Mo(Sih，Alx)2/MoSi2 (x = 0.1-0.6)復(fù)相娃化鑰材料發(fā)熱體的制備方法。
背景技術(shù)：
MoSi2由于其熔點(diǎn)高(2030°C )、較低的密度(6.24g/cm3)、良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性及較好的抗氧化性能等優(yōu)點(diǎn)，從60年代由瑞典的康太爾公司研制的硅鑰棒發(fā)熱元件以來，作為工業(yè)電阻發(fā)熱體的主流，已經(jīng)在冶金、電子、玻璃、陶瓷和磁性材料等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。同時，MoSi2也是最有研究開發(fā)潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料之一。但是，單相二硅化鑰材料室溫韌性差，高溫區(qū)域強(qiáng)度低又極易發(fā)生蠕變，在中溫區(qū)域(400 700°C)易發(fā)生加速氧化行為，且不適宜在還原性氣氛如氮?dú)?、真空下使用，這都限制了二硅化鑰材料的運(yùn)輸、加工及進(jìn)一步應(yīng)用。有鑒于上述現(xiàn)有的二硅化鑰材料存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新的M0(Sih，Alx)2/MoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的二硅化鑰材料，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，并經(jīng)過反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的二硅化鑰材料存在的缺陷，而提供一種新的Mo(Sih，Alx)2/MoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，所要解決的技術(shù)問題是使其提高了硅化鑰材料的低溫抗氧化性能，延長了其在低溫和還原性氣氛下的使用壽命。本發(fā)明提供了一種Mo (Sih，Alx) 2/MoSi2復(fù)合相硅化鑰材料發(fā)熱體的制備方法，可以提高硅化鑰材料的低溫抗氧化性能，延長其在低溫和還原性氣氛下的使用壽命，非常適于實(shí)用。本發(fā)明的另一目的在于工藝設(shè)備及現(xiàn)場操作簡單，且有利于節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種Mo(Si1YAlx)2ZiMoSi2復(fù)相(即C40和Cllb)硅化鑰材料發(fā)熱體的制備方法，其特征在于具體工藝步驟為:將Mo粉、Si粉和Al粉沿著MoSi2-MoAl2連線進(jìn)行配料，以酒精為介質(zhì)濕混，干燥后球磨，在200MPa的壓力下壓制成為坯體，然后將料坯放入自蔓延合成裝置內(nèi)，進(jìn)行合成反應(yīng)。將自蔓延反應(yīng)得到的產(chǎn)物結(jié)合劑按比例配料，煉泥后擠出成型，經(jīng)干燥、燒結(jié)、成膜處理及焊接后，得到硅化鑰材料發(fā)熱體。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的Mo(Sih，Alx)2/MoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其中所述的Mo粉的粒徑為I 10 μ m，純度大于99% ;所述的Si粉的粒徑為6 18 μ m，純度大于99% ;所述的Al粉的粒徑為6 40 μ m，純度大于99 %。前述的Mo (Si^，Alx)2/MoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其中原料球磨濕混10 20h，100 200°C干燥后在行星式球磨機(jī)上再磨4 6h。前述的Mo(Sih，Alx)2/MoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其中所述的自蔓延產(chǎn)物中，Mo(Si1-^Alx)2與MoSi2的質(zhì)量比為I: I 30 ;所述的Mo (Si1^Alx)2材料中的x = 0.1 一0.6。前述的Mo (Si1YAlx)2ZiMoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其中所述的結(jié)合劑為聚乙烯醇、糊精、環(huán)氧樹脂、粘土、磷酸二氫鋁、硅樹脂型膠粘劑中的一種；所述的結(jié)合劑的含量為Mo (Sih，Alx)2/MoSi2 復(fù)相材料質(zhì)量的 5 一 35%。前述的Mo(Si1YAlx)2ZiMoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其中煉泥至混合均勻、細(xì)膩、無氣泡和裂紋為止；擠出成型壓力為25 45MPa。前述的Mc^Sih，Alx)2/MoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其中所述的發(fā)熱體分別在200,400,600和 800°C下保溫100h，氧化速率均低于0.0lOg.m_2.IT1 ;所述的發(fā)熱體的斷裂韌性高達(dá)IOMPa.m1/2。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明(名稱)可達(dá)到相當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)步性及實(shí)用性，并具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價值，其至少具有下列優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明解決了 MoSi2發(fā)熱體因韌性太低而導(dǎo)致的加工、運(yùn)輸?shù)睦щy，提高了硅化鑰材料的低溫抗氧化性能，延長了其在低溫和還原性氣氛下的使用壽命。本發(fā)明工藝設(shè)備及現(xiàn)場操作簡單，且有利于節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


無
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的Mo(SUlxVMc)Si2 (x = 0.1-0.6)復(fù)相(即Cllb和C40))硅化鑰材料發(fā)熱體的制備方法，其具體實(shí)施方式
、步驟、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。近年來的研究表明，對MoSi2進(jìn)行合金化和復(fù)合化可以提高其性能。其中Al合金化MoSi2形成的Mo(Si，AD2復(fù)合材料不僅能夠有效地抑制中溫區(qū)域的粉化現(xiàn)象，而且高溫下形成的保護(hù)性Al2O3膜能夠保護(hù)基體不受還原侵蝕性氣氛的侵蝕。向MoSi2添加第二相可以提高高溫力學(xué)性能和室溫韌性，其中Al2O3具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，高的強(qiáng)度且與MoSi2具有相似的熱膨脹系數(shù)及良好的化學(xué)相容性，被認(rèn)為是增強(qiáng)MoSi2最有效的增強(qiáng)體之一。一種Mo (Si1^AlxVMoSi2復(fù)相(即Cl Ib和C40))硅化鑰材料發(fā)熱體的制備方法，其具體工藝步驟為:將Mo粉、Si粉和Al粉沿著MoSi2-MoAl2連線進(jìn)行配料，放入球磨罐中以酒精為介質(zhì)濕混20h，干燥后在行星式球磨機(jī)上再磨4h，在200MPa的壓力下壓制成坯體。然后將料坯放入帶有石英玻璃觀察孔的自蔓延合成裝置內(nèi)，在室溫下用鎢絲線圈引燃進(jìn)行合成反應(yīng)，反應(yīng)氣氛為0.1MPa的氬氣。將自蔓延反應(yīng)得到的產(chǎn)物Mo (Sih，Alx)2/MoSi2復(fù)合相(即Cllb和C40)硅化鑰材料和結(jié)合劑按比例配料，煉泥后擠出成型，經(jīng)100 3000C下干燥、1400 一 1550°C燒結(jié)、成膜處理及焊接后，得到硅化鑰材料發(fā)熱體。一種Mo (Si1^7Alx) 2/MoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其中所述的Mo粉的粒徑為I 一10 μ m,純度大于99% ;所述的Si粉的粒徑為6 18 μ m，純度大于99% ;所述的Al粉的粒徑為6 40 μ m，純度大于99 %。一種Modx, Alx) 2/MoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其中原料球磨濕混10 20h,100 200°C干燥后在行星式球磨機(jī)上再磨4 6h。一種Modx, Alx)2/MoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其中所述的自蔓延產(chǎn)物中，Mo(SihiAlx)2 與 MoSi2 的質(zhì)量比為 I: 1 — 30 ;所述的 Mo (Si1^Alx)2 材料中的 x = 0.1 一
0.6。一種Modx, Alx)2/MoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其中所述的結(jié)合劑為聚乙烯醇、糊精、環(huán)氧樹脂、粘土、磷酸二氫鋁、硅樹脂型膠粘劑中的一種；所述的結(jié)合劑的含量為Mo (Sih，Alx)2/MoSi2 復(fù)相材料質(zhì)量的 5 一 35%。一種Mo(Si1YAlx)2ZiMoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其中煉泥至混合均勻、細(xì)膩、無氣泡和裂紋為止；擠出成型壓力為25 45MPa。一種Mo (Si1YAlx)2ZiMoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其中所述的發(fā)熱體分別在200、400,600和800°C下保溫100h，氧化速率均低于0.0lOg.m_2.IT1 ;所述的發(fā)熱體的斷裂韌性高達(dá) IOMPa.m1/2。實(shí)施例1 將1260g Mo 粉、700gSi 粉和 40gAl 粉沿著 Mo (Si。.9，Al。.)2/MoSi2 連線進(jìn)行配料，放入球磨罐中以酒精為介質(zhì)濕混20h，200°C干燥后在行星式球磨機(jī)上再磨6h，在200MPa的壓力下壓制成為Φ360X300mm的坯體。然后將料坯放入帶有石英玻璃觀察孔的自蔓延合成裝置內(nèi)，在室溫下用鎢絲線圈引燃進(jìn)行合成反應(yīng)，反應(yīng)氣氛為0.1MPa的氬氣，得到Mo (Si。.9，Al。.J2ZiMoSi2 復(fù)相材料，Mo (Si。.9，Al。.J2 和 MoSi2 的質(zhì)量比為 I: I。將 Mo(Si0.9，Al。.J2ZiMoSi2復(fù)相材料和IOOg聚乙烯醇混合，煉泥至混合均勻、細(xì)膩、無氣泡和裂紋為止，45MPa壓力下擠出成型，經(jīng)100°C下干燥、1400°C燒結(jié)、成膜處理及焊接后，得到硅化鑰材料發(fā)熱體。發(fā)熱體分別在600°C下保溫100h，氧化速率為0.009g.m_2.h—1，發(fā)熱體的斷裂韌性為 9.5MPa.m1/2。實(shí)施例2將1260g Mo 粉、500gSi 粉和 240gAl 粉沿著 Mo (SiQ.4，Al0.6)2/MoSi2 連線進(jìn)行配料，放入球磨罐中以酒精為介質(zhì)濕混10h，100°C干燥后干燥后在行星式球磨機(jī)上再磨4h，在200MPa的壓力下壓制成為Φ360X300mm的坯體。然后將料坯放入帶有石英玻璃觀察孔的自蔓延合成裝置內(nèi)，在室溫下用鎢絲線圈引燃進(jìn)行合成反應(yīng)，反應(yīng)氣氛為0.1MPa的氬氣，得到 Mo (Si。.4，Ala6)2/MoSi2 復(fù)相材料，Mo (Si。.4，Ala6)2 和 MoSi2 的質(zhì)量比為 I: I。將Mo (Si0.4, Al0.6)2/MoSi2復(fù)相材料和IOOg糊精混合，煉泥至混合均勻、細(xì)膩、無氣泡和裂紋為止，25MPa壓力下擠出成型，經(jīng)300°C下干燥、1550°C燒結(jié)、成膜處理及焊接后，得到硅化鑰材料發(fā)熱體。發(fā)熱體分別在800°C下保溫IOOh,氧化速率為0.009g.m_2.IT1,發(fā)熱體的斷裂韌性為9.8MPa.m1/2。實(shí)施例3將1260g Mo 粉、700gSi 粉和 40gAl 粉沿著 Mo (Si。.9，Al0.1)2/MoSi2 連線進(jìn)行配料，放入球磨罐中以酒精為介質(zhì)濕混20h，200°C干燥后干燥后在行星式球磨機(jī)上再磨6h，在200MPa的壓力下壓制成為Φ360X300mm的坯體。然后將料坯放入帶有石英玻璃觀察孔的自蔓延合成裝置內(nèi)，在室溫下用鎢絲線圈引燃進(jìn)行合成反應(yīng)，反應(yīng)氣氛為0.1MPa的氬氣，得到 Mo (Si。.9，Al。.J2ZiMoSi2 復(fù)相材料，Mo (Si。.9，Alai)2 和 MoSi2 的質(zhì)量比為 I: I。將Mo (Si0.9, Al0.^2ZMoSi2復(fù)相材料和700g粘土混合，煉泥至混合均勻、細(xì)膩、無氣泡和裂紋為止，45MPa壓力下擠出成型，經(jīng)100°C下干燥、1400°C燒結(jié)、成膜處理及焊接后，得到硅化鑰材料發(fā)熱體。發(fā)熱體分別在400°C下保溫IOOh,氧化速率為0.008g.m_2.IT1,發(fā)熱體的斷裂韌性為9.5MPa.m1/2。實(shí)施例4將1260g Mo 粉、500gSi 粉和 240gAl 粉沿著 Mo (SiQ.4，Ala6) 2/MoSi2 連線進(jìn)行配料，放入球磨罐中以酒精為介質(zhì)濕混10h，100°c干燥后在行星式球磨機(jī)上再磨4h，在200MPa的壓力下壓制成為Φ360X300mm的坯體。然后將料坯放入帶有石英玻璃觀察孔的自蔓延合成裝置內(nèi)，在室溫下用鎢絲線圈引燃進(jìn)行合成反應(yīng)，反應(yīng)氣氛為0.1MPa的氬氣，得到Mo(SiQ.4，AlQ.6)2/MoSi2 復(fù)相材料，厘0(5込4^1(|.6)2和舭5丨2 的質(zhì)量比為 I: I。將 Mo(Si0.4，Al0.6)2/ MoSi2復(fù)相材料和IOOg磷酸二氫鋁混合，煉泥至混合均勻、細(xì)膩、無氣泡和裂紋為止，25MPa壓力下擠出成型，經(jīng)300°C下干燥、1550°C燒結(jié)、成膜處理及焊接后，得到硅化鑰材料發(fā)熱體。發(fā)熱體分別在200°C下保溫IOOh,氧化速率為0.006g.m_2.IT1,發(fā)熱體的斷裂韌性為9.8MPa.m1/2。實(shí)施例5將1260g Mo 粉、700gSi 粉和 40gAl 粉沿著 Mo (Si。.9，Al。.)2/MoSi2 連線進(jìn)行配料，放入球磨罐中以酒精為介質(zhì)濕混20h，200°C干燥后在行星式球磨機(jī)上再磨6h，在200MPa的壓力下壓制成為Φ360X300mm的坯體。然后將料坯放入帶有石英玻璃觀察孔的自蔓延合成裝置內(nèi)，在室溫下用鎢絲線圈引燃進(jìn)行合成反應(yīng)，反應(yīng)氣氛為0.1MPa的氬氣，得到Mo (Si。.9，Al。.J2ZiMoSi2 復(fù)相材料，Mo (Si。.9，Al。.J2 和 MoSi2 的質(zhì)量比為 I: I。將 Mo(Si0.9，Ala J2ZiMoSi2復(fù)相材料和700g環(huán)氧樹脂混合，煉泥至混合均勻、細(xì)膩、無氣泡和裂紋為止，45MPa壓力下擠出成型，經(jīng)300°C下干燥、1400°C燒結(jié)、成膜處理及焊接后，得到硅化鑰材料發(fā)熱體。發(fā)熱體分別在400°C下保溫100h，氧化速率為0.0OSg.m_2.h—1，發(fā)熱體的斷裂韌性為 9.5MPa.m1/2。實(shí)施例6將19530g Mo 粉、11230gSi 粉和 240gAl 粉沿著 Mo (Si。.4，Altl 6) 2/MoSi2 連線進(jìn)行配料，放入球磨罐中以酒精為介質(zhì)濕混10h，100°C干燥后在行星式球磨機(jī)上再磨6h，在200MPa的壓力下壓制成為Φ360X300mm的坯體。然后將料坯放入帶有石英玻璃觀察孔的自蔓延合成裝置內(nèi)，在室溫下用鎢絲線圈引燃進(jìn)行合成反應(yīng)，反應(yīng)氣氛為0.1MPa的氬氣，得到 Mo(SiQ.4，AlQ.6)2/MoSi2 復(fù)相材料，Mo(SiQ.4，AlcJdPMoSi2 的質(zhì)量比為 I: 30。將Mo (Sia 4，Ala 6) 2/MoSi2復(fù)相材料和1510g硅樹脂型膠粘劑混合，煉泥至混合均勻、細(xì)膩、無氣泡和裂紋為止，25MPa壓力下擠出成型，經(jīng)300°C下干燥、1550°C燒結(jié)、成膜處理及焊接后，得到硅化鑰材料發(fā)熱體。發(fā)熱體分別在200°C下保溫600h，氧化速率為0.0Olg.m_2.h—1，發(fā)熱體的斷裂韌性為8.8MPa.m1/2。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改 、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種Mo (Si1YAlx)2ZiMoSi2復(fù)相(即C40和Cllb)硅化鑰材料發(fā)熱體的制備方法，其特征在于具體工藝步驟為:將Mo粉、Si粉和Al粉沿著MoSi2-MoAl2連線進(jìn)行配料，以酒精為介質(zhì)濕混，干燥后球磨，在200MPa的壓力下壓制成為還體，然后將料還放入自蔓延合成裝置內(nèi)，進(jìn)行合成反應(yīng)。將自蔓延反應(yīng)得到的產(chǎn)物結(jié)合劑按比例配料，煉泥后擠出成型，經(jīng)干燥、燒結(jié)、成膜處理及焊接后，得到硅化鑰材料發(fā)熱體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mo(Si1YAlxVMoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其特征在于所述的Mo粉的粒徑為I 10 μ m，純度大于99% ;所述的Si粉的粒徑為6 18 μ m，純度大于99% ;所述的Al粉的粒徑為6 40 μ m，純度大于99%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mo(Si1YAlx)2ZiM0Si2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其特征在于原料球磨濕混10 ^ 20h, 100 200°C干燥后在行星式球磨機(jī)上再磨4 6h。
4.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的Mo(Si1YAlxVMoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其特征在于所述的自蔓延產(chǎn)物中，Mo (Sih，Alx)2與MoSi2的質(zhì)量比為I: I 30 ;所述的Mo (Si1^ Alx) 2材料中的X = 0.1 w 0.6。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mo(Si1YAlxVMoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其特征在于所述的結(jié)合劑為聚乙烯醇、糊精、環(huán)氧樹脂、粘土、磷酸二氫鋁、硅樹脂型膠粘劑中的一種；所述的結(jié)合劑的含量為MWSih，Alx)2/MoSi2復(fù)相材料質(zhì)量的5 一 35%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mo(Si1YAlx)2ZiMoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其特征在于煉泥至混合均勻、細(xì)膩、無氣泡和裂紋為止；擠出成型壓力為25 ^ 45MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mo(Si1YAlxVMoSi2復(fù)相發(fā)熱體的制備方法，其特征在于所述的發(fā)熱體分別在200、400、600和800°C下保溫100h，氧化速率均低于0.0lOg.m_2.IT1 ；所述的發(fā)熱體的斷裂韌性高達(dá)IOMPa.m1/20
全文摘要
一種Mo(Si1-x，Alx)2/MoSi2(x＝0.1-0.6)復(fù)相(即C11b和C40)硅化鉬材料發(fā)熱體的制備方法，工藝為將Mo粉、Si粉和Al粉沿著MoSi2-MoAl2連線進(jìn)行配料，放入球磨罐中以酒精為介質(zhì)濕混10-20h，干燥后在行星式球磨機(jī)上再磨4-6h，在200MPa的壓力下壓制成坯體。然后將料坯放入帶有石英玻璃觀察孔的自蔓延合成裝置內(nèi)，在室溫下用鎢絲線圈引燃進(jìn)行合成反應(yīng)，反應(yīng)氣氛為0.1MPa的氬氣。將自蔓延反應(yīng)得到的產(chǎn)物M0(Si1-x，Alx)2/MoSi2復(fù)合相硅化鉬材料和結(jié)合劑按比例配料，煉泥后擠出成型，經(jīng)100-300℃下干燥、1400-1550℃燒結(jié)、成膜處理及焊接后，得到硅化鉬材料發(fā)熱體。解決了MoSi2發(fā)熱體因韌性太低而導(dǎo)致的加工、運(yùn)輸?shù)睦щy，提高了硅化鉬材料的低溫抗氧化性能，延長在低溫和還原性氣氛下的使用壽命。
文檔編號C04B35/58GK103159482SQ20111040914
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者蔡澤 申請人:洛陽新巨能高熱技術(shù)有限公司