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CN104451320A - 反应法制备Mo(Si,Al)2-SiC金属陶瓷复合材料的方法 - Google Patents

反应法制备Mo(Si,Al)2-SiC金属陶瓷复合材料的方法 Download PDF

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CN104451320A
CN104451320A CN201410664211.5A CN201410664211A CN104451320A CN 104451320 A CN104451320 A CN 104451320A CN 201410664211 A CN201410664211 A CN 201410664211A CN 104451320 A CN104451320 A CN 104451320A
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张小立
李世显
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Zhongyuan University of Technology
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Abstract

本发明公开了一种反应法制备Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料的方法，它的步骤如下：（1）按以下组分及质量百分数配置金属陶瓷复合材料的原料：Al2-15%、SiO215-50%、Mo30-70%、Si3-30%、余量为C，混合均匀后加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为原料总质量的2-15%，混合均匀后模压成型，并烘干，得到坯料；（2）将步骤（1）中的坯料放入真空烧结炉中，并撒上硅粉，硅粉的质量为原料总质量的20-30%，然后在真空下进行烧结，烧结温度为900-1480℃，保温10-40min；（3）将步骤（2）中的坯料继续升温至1500-1680℃，保温10-50min，通入氮气或氩气，最后升温至1700-1800℃，抽真空，然后随炉冷却，得到Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料。本发明工艺简单，反应烧结效率高，Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料断裂韧性大于4.2 MPam1/2。

Description

反应法制备Mo(Si,Al)2-SiC金属陶瓷复合材料的方法
技术领域
本发明涉及新型金属陶瓷复合材料的制备方法，属于低成本制备技术领域。
背景技术
MoSi2金属间化合物优点是密度较低，有着优异的高温抗氧化性能，较好的高温强度，但是其低温韧性低，限制了其进一步发展。
目前MoSi2金属间化合物作为高温结构材料在1000℃以上有较多的应用。工业应用包括：烧结炉部件、电力组件、高温热交换器、燃气炉、液态金属和玻璃吹管、点火器和高温过滤器；航空应用包括：气轮机航空发动机高温部件，如轮叶、叶片、燃烧器、喷头和密封装置。汽车应用包括：涡轮增压器转子、辉光活塞、先进气轮引擎部件。因此，低温增韧和高温补强是该材料一直努力的方向。其中，制备Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料报道比较多，但方法各异，多数情况都采用热压的方法制备。
发明内容
本发明的目的在于克服现有MoSi2金属间化合物低温韧性低的缺点，通过反应烧结的方法制备Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料，提高其韧性。使用Al、SiO2、Mo、Si、C混合粉末，经过模压成型后，在真空烧结炉中进行两阶段烧结处理，从而获得Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料。该方法工艺简单，反应烧结效率高，可制备复杂零件。
本发明的技术方案是：一种反应法制备Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料的方法，它的步骤如下：
（1）按以下组分及质量百分数配置金属陶瓷复合材料的原料：Al  2-15%、SiO2  15-50%、Mo  30-70%、Si  3-30%、余量为C，混合均匀后加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为原料总质量的2-15%，混合均匀后模压成型，并烘干，得到坯料；
（2）将步骤（1）中的坯料放入真空烧结炉中，并撒上硅粉，硅粉的质量为原料总质量的20-30%，然后在真空下进行烧结，烧结温度为900-1480℃，保温10-40min；
（3）将步骤（2）中的坯料继续升温至1500-1680℃，保温10-50min，通入氮气或氩气，最后升温至1700-1800℃，抽真空，然后随炉冷却，得到Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料。
本发明的有益效果是：本发明工艺简单，反应烧结效率高，可制备复杂零件，Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料断裂韧性大于4.2 MPam1/2。
具体实施方式
实施例1
称取Al、SiO2、Mo、Si、C粉末20g，其质量分数配比分别为：9%，33%，30%，20%，8%，质量分别为1.8g，6.6g，6g，4g，1.6g。混合均匀后，加入2.2g的酚醛树脂，并混合均匀。然后在液压机上压制成型为5×5×40mm的条，烘干后，移入真空烧结炉中，撒上6g的硅粉，进行烧结，先在920℃保温20min，然后升温至1530℃保温30min，并通入氮气，最后升温至1700℃保温10min，再抽真空，最后随炉冷却。该金属陶瓷复合材料断裂韧性值为4.5MPam1/2。
实施例2
称取Al、SiO2、Mo、Si、C粉末20g，其质量分数配比分别为：12%，40%，37%，8%，3%，质量分别为2.4g，8g，7.4g，1.6g，0.6g。混合均匀后，加入1.8g的酚醛树脂，并混合均匀。然后在液压机上压制成型为5×5×40mm的条，烘干后，移入真空烧结炉中，撒上4g的硅粉，进行烧结，先在1410℃保温20min，然后升温至1550℃保温20min，并通入氮气，最后升温至1700℃保温5min，再抽真空，最后随炉冷却。该金属陶瓷复合材料断裂韧性值为4.7MPam1/2。
实施例3
一种反应法制备Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料的方法，它的步骤如下：
（1）按以下组分及质量百分数配置金属陶瓷复合材料的原料：Al  2%、SiO2  15%、Mo  50%、Si  3%、余量为C，混合均匀后加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为原料总质量的2 %，混合均匀后模压成型，并烘干，得到坯料；
（2）将步骤（1）中的坯料放入真空烧结炉中，并撒上硅粉，硅粉的质量为原料总质量的20%，然后在真空下进行烧结，烧结温度为900 ℃，保温10 min；
（3）将步骤（2）中的坯料继续升温至1500 ℃，保温10 min，通入氮气或氩气，最后升温至1700 ℃，抽真空，然后随炉冷却，得到Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料。
实施例4
一种反应法制备Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料的方法，它的步骤如下：
（1）按以下组分及质量百分数配置金属陶瓷复合材料的原料：Al  15 %、SiO2  50 %、Mo  70 %、Si  30 %、余量为C，混合均匀后加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为原料总质量的15 %，混合均匀后模压成型，并烘干，得到坯料；
（2）将步骤（1）中的坯料放入真空烧结炉中，并撒上硅粉，硅粉的质量为原料总质量的30 %，然后在真空下进行烧结，烧结温度为1480 ℃，保温40 min；
（3）将步骤（2）中的坯料继续升温至1680 ℃，保温50 min，通入氮气或氩气，最后升温至1800℃，抽真空，然后随炉冷却，得到Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料。
实施例5
一种反应法制备Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料的方法，它的步骤如下：
（1）按以下组分及质量百分数配置金属陶瓷复合材料的原料：Al  10 %、SiO2  30 %、Mo  40 %、Si  10 %、C  10 %，混合均匀后加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为原料总质量的8 %，混合均匀后模压成型，并烘干，得到坯料；
（2）将步骤（1）中的坯料放入真空烧结炉中，并撒上硅粉，硅粉的质量为原料总质量的25 %，然后在真空下进行烧结，烧结温度为1200 ℃，保温30 min；
（3）将步骤（2）中的坯料继续升温至1600 ℃，保温40 min，通入氮气或氩气，最后升温至1750 ℃，抽真空，然后随炉冷却，得到Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料。

Claims (1)

1.一种反应法制备Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料的方法，其特征在于，它的步骤如下：
（1）按以下组分及质量百分数配置金属陶瓷复合材料的原料：Al  2-15%、SiO2  15-50%、Mo  30-70%、Si  3-30%、余量为C，混合均匀后加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为原料总质量的2-15%，混合均匀后模压成型，并烘干，得到坯料；
（2）将步骤（1）中的坯料放入真空烧结炉中，并撒上硅粉，硅粉的质量为原料总质量的20-30%，然后在真空下进行烧结，烧结温度为900-1480℃，保温10-40min；
（3）将步骤（2）中的坯料继续升温至1500-1680℃，保温10-50min，通入氮气或氩气，最后升温至1700-1800℃，抽真空，然后随炉冷却，得到Mo(Si，Al)2-SiC金属陶瓷复合材料。
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