專利名稱：一種制備Mo(Si_1-xMg_x)₂材料的方法
—種鬼恪Mo(S"Mg^材料fit^
本發(fā)明涉及一種制備難熔高溫結(jié)構(gòu)化糊的方法，尤其是涉及一種制備Mo(SinMg02材料的施。
背景獄
主要以MoSi2為基的新型硅化物基復(fù)合材料(Silicide matrix composite,簡稱SMC)被認(rèn)為是 繼M、 Ti基超合金(使用溫度800 10(XrC)和結(jié)構(gòu)陶瓷(使用iaS〈1300。C)之后出現(xiàn)的極具競 爭力的高溫結(jié)構(gòu)^^M料。其優(yōu)勢在于MoSi2具，高的熔點(2(B(TC);極好的高溫抗氧化性； 適中的密度(6,24g'cm—3);較低的熱膨脹系數(shù)(8.1x10—K—良好的電^Vf專導(dǎo)性(電阻率21.5x10 —Q.cm，熱導(dǎo)率50.0W'm—、K—')，可以進(jìn)行電火花加工(EDM);無污染和良好的環(huán)^j^性。 但是MoSi2存在室 鵬性(斷SIU性僅僅3,^MPa'm1。)，高溫OBDTT， 900°C)易擻變，以及 傲顯(375~550°C)力口速氧化5J^H大缺陷，從而限制了它作為結(jié)構(gòu)材料的鵬。
為了改善MoSi2的力學(xué)性能，人們釆用了第1目陶 粒復(fù)合化(例如SiC、 Si3N4、加2等) 和/麟三種元素合金化(例如W、 V、 Nb、 Al等)等手S)!寸MoSi2進(jìn)行了^fi研究。但是禾臓強 制復(fù)合法工藝g^、花費昂貴、增強相難以分布均勻，特別是存在著復(fù)合相界面熱力學(xué)的穩(wěn)定性問 題，從而為這^M料的進(jìn)一步a^出了挑戰(zhàn)。因此，近年來人們傾向禾,原位反應(yīng)自生復(fù)合駄， 而合金化恰好可以實現(xiàn)原位制備，合金強韌化MoSi2的鵬受到國內(nèi)夕卜廣大學(xué)者的廣泛動見。
合金化的目的主要是P爭低材料的韌脆轉(zhuǎn)變SS (BBTT)和增加室溫斷l(xiāng)^刃性，在MoSi2中 Mo-Si之間形淑艮強的共臓，正是Mo-Si判f^使材料產(chǎn)^lt性，因此，Petrovic指出i!31合金 化弱化Mo-Si激賄助于MoSi^臨本tiElfe性的改善。Waghmare等從第一性原理出發(fā)計算，認(rèn)為 用V和Nb取代Mo ， Mg和Al取代Si是合金強韌化的可行元素(U V Waghmare, V Bulatov, E Kaxiras. Mcroalloying for ductility in molybdenum disilicide.MaterSciEng, 1999,A261:147-157.)。關(guān)于Al、Nb、 V等元素合金化MoSi2的制備工藝、微見組織和力學(xué)性能等都有大量附隨，以Al合金化MoSi2 的研究最為深A(yù)^透徹。用Al原子取代MoSi2晶胞中Si原子的位置，可以增力口MoSi2中金屬鍵的比例，改善晶體結(jié)構(gòu)的X懶性，提高M(jìn)oSi2晶粒的,會糧。隨著A1含量的增加，晶體結(jié)構(gòu)將從 Cllb型MoSi2轉(zhuǎn)變?yōu)镃40型Mo(SU^)2， C40型具有更好的高^m氧化性，如果繼纟對曾加A1的含 量，晶體結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)變?yōu)镃54型Mo(S^Ali-;c)2。 Sharif和Pe加vic ^5開究表明，用2at.%Al對MoSi2合 金化可以將其室溫石I^iU99HVP射氏到743HV， BDTT斷氐到室溫甚至更低，1600'C的高溫弓踱 從14 MPa增加到55 MPa (A A Sharif, A Misra^ J J Petrovic, et al. Alloying of MoSi2 for improved mechanical properties. Intermetamcs, 2001, 9: 869-873.)。合金元素V和Nb可以有效提高單晶MoSi2 的高溫^S。但是關(guān)于Mg合金化的ffiit卻很少，U。
Shan和Park鞭Mg粉添加到鄉(xiāng)鍍99.9^MoSi2粉末中，艦1400。Cx30min脈沖放頓結(jié)形 成了MoSi2-MgO復(fù)合材料，Mg和^f本中的Si02發(fā)生原位取代反應(yīng)形成了MgO第二相，Mg沒有 iSAMoSi2晶格內(nèi)部超lj合金化的作用(A Shan^ F Wei, H Hashimoto. Effect of Mg addition on the microstructure and mechanical properties of M0Si2 alloys. Scripta Mater, 2002， 46:645-648.) 。 Woolman禾口 Munir靴Mo、 Si、 Mg元織末按照化學(xué)itl比混合，細(xì)機輸活化輔助SPS燒結(jié)的方激得了 Mo(SiMgk)2材料，證明Mg確實3SA了MoSi2晶格內(nèi)部，但是缺少Mg駄晶格內(nèi)部的作用t腿 和力學(xué)性能的探討，并且他們細(xì)日本妒的SPS設(shè)備，設(shè)別介格昂貴，制作財高(JN Woolman J J Petrovic, Z A Munir. Incorporating Mg into the Si suWattice of molybdenum disilicide [J]. Scripta Mater, 2003,48: 819-824. )。 Heron和Schaffer等lHM合金化實驗和計^t幾模擬結(jié)果都表明，向Mo:2Si混合 粉末中加入16.7at.%Mg阻礙了反應(yīng)球磨Z-MoSi2的形成，{ 4了 /j-MoSi2的轉(zhuǎn)變，同樣缺少關(guān)于 Mg 3tAMoSi2晶格內(nèi)部合金化5媒附隨(A J Heroic G B Schaffer. Mechanical alloying of MoSi2 with ternary alloying elements. Part 1: Experimental. Mater Sci Eng, 2003， A352:105-111.) <

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有獄中存在的問題，掛共一種方法簡單，效果好，節(jié)省資源湘能源， 獲得產(chǎn)品鵬快的Mg合金化改性MoSi2材料的制備方法。
本發(fā)明制備M0(SinVfe)2材料的方法
a、 取Mo粉、Si粉和Mg粉按照一定比例混合均勻；
b、 將混合均勻的粉末壓制成圓禾拂粉末壓坯；
c、 將粉末壓fi^Am^^S中，抽真空排除燃^ 置中的空，，^A惰性氣氛；
d、 點燃壓坯，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，得到Mo(SinMg^材料。所述的Mo^^屯度大于99X、粒度小于10微米；所述的Si粉纟頓大于98%、粒度小于74微 米；戶服的Mg私S艘大于98%、 t娘小于74 戶腿Mo粉、Si粉和Mg粉的比例是Mo 粉為33.3mol%， Si粉為53.4 66.7mol%， Mg粉為0 13.3mol%;戶腿的Mo(SihMg^,材料中 Mg替代Si的相對含量x取值范圍為0 0.2;戶腿的抽真空排除燃^^j^S中的空氣的真雜不 低于一O.lMPa。
有益效果本發(fā)明以Mo粉、Si粉和Mg粉為原料，禾,燃^^成技術(shù)十^I制備了Mg合金化 改性MoSi2粉末~~Mo(SinMg^， M^、了 Mg發(fā)生復(fù)合化形成MgO的幾率，避免了 MgO復(fù)合強 韌化；鵬了Mg駄MoSi2晶格內(nèi)部，增力口MoSi2中金屬鍵的比例，改善晶體結(jié)構(gòu)的辦斜生，提 高晶粒的 *疆，從，以起到合金強韌化的作用。同時避免了SPS技術(shù)需要數(shù)百萬貴重設(shè)備的 投資以及難以實現(xiàn)量產(chǎn)的缺點；減輕了機械合金^i程中磨辦,體對原料的污染以及球磨時間 長、發(fā)生非晶化等不足。本發(fā)明的方法及設(shè)備簡單、^^燃M成制備過禾MK需要數(shù)秒鐘，最多不 艦l^H中就可以得到Mo(SinMg^,材料，無需專門的動力電源和y賴隊統(tǒng)，因而具有省時、節(jié) 能、占用空間小、駄低的特點。
實施例一、首先將會艘為99%、茅鍍?yōu)?3^綠的Mo粉；$鍍?yōu)?8%、 f娘為2(M絲的Si 粉和純度為98%、粒度為20微米的Mg粉按照33.3mol%Mo、 66mol%Si和0.7mol%Mg的莫爾比 例混合均勻，然后壓成圓ft^粉末壓坯，將粉末壓:iS^A專門的燃齢^S中，ffi31l瀏由真空 至iJ-0.1MPa，然后^A惰性氣氛，再用Mo絲通電點火，點燃壓坯，荊軀坯自身發(fā)4Jt^"成反 應(yīng)，得到Mo(Sio.99Mgo.w)2粉末。
實施例二、首先將純度為99%、 f娘為6.7W:的Mo粉；鄉(xiāng)艘為99%、粒度為40t^的Si 粉和純度為99%、粒度為40微米的Mg粉按照33.3mol%Mo、 65.3mol%Si和1.4mol%Mg的莫爾 比例混合均勻，然后壓成圓tt^粉末腿，將粉末壓fi^A專門的燃齢臓置中，艦17她真 空到一0.01MPa，然后^5A惰性氣氛，再用Mo鄉(xiāng)電點火，點應(yīng)壓坯，^H贓坯自身發(fā)4it^ 成反應(yīng)，得到Mo(Sia98Mgoa2)2粉末。
實施例三、首先將鄉(xiāng)被為99%、米鍍?yōu)镵M絲的Mo粉；鄉(xiāng)鍍?yōu)?9%、半娘為60檳妹的Si 粉和純度為99%、粒度為60微米的Mg粉按照33.3mol%Mo、 64.6mol%Si和2.1mol%Mg的莫爾
比例混合均勻，然后壓成圓豐拂粉末壓坯，將粉末壓amA專門的燃齢^a中，艦i樹由真
空到一0.001MPa，然后 5A惰性氣氛，再用W,電點火，點燃壓坯，^H贓坯自身發(fā)4it^成反應(yīng)，得到M0(Sia97Mga(B)2粉末。
實施例四、首先將鄉(xiāng)艘為99%、禾娘為10微的Mo粉；^艘為99%、 t娘為74微的Si 粉和純度為99%、粒度為74微米的Mg粉按照33.3mol%Mo、 62.7mol%Si和4.0mol%Mg的莫爾 比例混合均勻，然后壓成圓SM粉末壓坯，將粉末壓a^A專門的燃齢鵬置中，M2次分別 抽真空到一O.lMPa，并,真空后分別2次^A惰性氣氛，然后用W絲通電點火，點燃壓坯，并 艦坯自身發(fā)封然齢成反應(yīng)，得到Mo(Sia94Mgao6)2粉末。
實施例五、首先將^艘為99%、 t鍍?yōu)?3麟的Mo粉；鄉(xiāng)艘為98%、 f娘為74麟的Si 粉和純度為98%、粒度為74微米的Mg粉按照33.3mol%Mo、 60.7mol%Si和6.0mol%Mg的莫爾 比例混合均勻，然后壓成圓柱形粉末壓坯，將粉末壓坯方J[A專門的燃齢鵬置中，31312次分別 抽真空到一0.01MPa，并,真空后分別2次充入惰性氣氛，然后用W魏電點火，點燃壓坯，并 ^J1坯自身發(fā)^M^^成反應(yīng)，得到Mo(SiawMgao9)2粉末。
實施例六、首先將會鍍?yōu)?9%、豐娘為33麟的Mo粉；鄉(xiāng)艘為98%、 f鍍?yōu)?4j絲的Si 粉和純度為98%、粒度為74 的Mg粉按照33.3mol%Mo、 58.7mol%Si和8.0mol%Mg的莫爾 比例混合均勻，然后壓成圓柱形粉末壓坯，將粉末壓敏JfA專門的燃齢J^g中，艦3次分別 抽真空至U—O.lMPa，并,真空后分別3次^A惰性氣氛，然后用W鄉(xiāng)電點火，點燃壓坯，并 4軀坯自身發(fā)'iM齢^m，得到Mo(Sio88Mam)2粉末。
實施例七、首先將鄉(xiāng)被為99%、 f鍍?yōu)?.7!絲的Mo粉；^帔為98%、 f鍍?yōu)?0，絲的Si 粉和純度為98%、粒度為40微米的Mg粉按照33.3mol%Mo、 56.0mol%Si和10.7mol%Mg的莫 爾比例混合均勻，然后ffi^圓柱形粉末壓坯，將粉末壓fi^A專門的燃齢j^g中，艦4次分 另l拋真空到一0.1MPa，并隨抽真空后分別4次^A惰性氣氛，然后用W纖電點火，點燃壓坯，
荊，坯自身發(fā)^t^^成反應(yīng)，得到Mo(Sio,84Mg(n6)2粉末。
實施例八、首先將!艘為99。丄f娘為10W:的Mo粉；1艘為98%、豐鍍?yōu)?0M的Si 粉和純度為98%、粒度為20 的Mg粉按照33.3mol%Mo、 53.4mol%Si和13.3mol%Mg的莫 爾比例混合均勻，然后壓成圓柱形粉末壓坯，將粉末壓fi^A專門的燃^^鵬置中，ffi3il瀏由 真空至iJ一0.1MPa,然后^A惰性氣氛，然后用Mo,電點火，點燃壓坯，荊軀坯自身發(fā)4^燒 合成反應(yīng)，得到Mo(Sia80Mg020)2粉末。
權(quán)利要求
1、一種制備Mo(Si1-xMgx)2材料的方法，其特征在于a、取Mo粉、Si粉和Mg粉按照一定比例混合均勻；b、將混合均勻的粉末壓制成圓柱形粉末壓坯；c、將粉末壓坯放入燃燒合成裝置中，抽真空排除燃燒合成裝置中的空氣后，充入惰性氣氛；d、點燃壓坯，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)得到Mo(Si1-xMgx)2材料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1戶脫的制備^40(8"1^/[&:)2材料的方法，^f寺征在于戶艦的Mo粉^M^于99%、 f娘小于iom^。
3、 豐鵬權(quán)利要求l戶腿的串恪Mo(SinMg02材料的方法，^#征在于戶脫的Sil^鍍大于 98%、米娘小于74〗，。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備Mo(SinMg^材料的方法，其特征在于阮逸的Mg総艘 大于98%、米被小于74，，。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l戶腿的制備Mo(SihMg^材料的方法，期寺征在于戶腿Mo粉、Si粉 和Mg粉的比例是Mo粉為33.3molX， Si粉為53.4 66.7mol%， Mg粉為0 13.3mol%。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1戶，的制備Mo(SinMg^材料的方法，^jf征在于:戶jM的Mo(SinMg^, 材料中Mg割戈Si的相對含量x取值范圍為0 0.2。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1戶腿的制備Mo(SinMg^材料的方法，期寺征在于戶脫的抽真空排除 燃^"皿置中的空氣的真空度不低于一O.lMPa。
全文摘要
一種制備Mo(Si_1-xMg_x)₂材料的方法，將Mo粉、Si粉和Mg粉按照33.3mol％Mo、53.4～66.7mol％Si和0～13.3mol％Mg的莫爾比例混合均勻；然后壓制成圓柱形粉末壓坯；再將粉末壓坯放入專門的燃燒合成裝置中，排除裝置中的空氣，充入惰性氣氛；通電點燃壓坯，發(fā)生燃燒合成反應(yīng)，合成Mg合金化改性材料Mo(Si_1-xMg_x)_2.。本發(fā)明利用燃燒合成技術(shù)快速制備了Mo(Si_1-xMg_x)₂粉末，減少了Mg發(fā)生復(fù)合化生成MgO的幾率，促進(jìn)了Mg的合金化，避免了SPS等貴重設(shè)備的投資，減輕了機械合金化的污染，而且方法和設(shè)備簡單、省時、節(jié)能。
文檔編號C22C1/05GK101555564SQ20091002748
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者馮培忠, 劉偉生, 強穎懷, 杰 武, 王曉虹 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)