燃烧合成—熔铸工艺制备MoSi2-Fe原位复合材料的研究

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二硅化钼(MoSi2)具有较高的熔点和较低的密度,且在高温下还具有良好的抗氧化性等,在航空航天等领域有着潜在的应用前景。但是,MoSi2在室温具有较低的断裂韧性,这在一定程度上阻碍了它的应用。近年来,韧相增韧(ductile-phase toughening)成为增韧脆性的陶瓷及金属间化合物的有效方法。为此,本文采用燃烧合成-熔铸技术,旨在制备MoSi2-Fe原位复合材料。以MoO3-Al-Si-Fe为反应体系,系统研究了体系的SHS反应热力学、燃烧合成过程及合成产物的熔化和凝固过程。结果表明:在该反应体系中,当MoSi2-Fe原位复合材料中Fe的含量不超过45 wt.%时,体系的绝热燃烧温度高于所有合成产物的熔点。这样,合成产物能全部熔化成液态并可进行液态成形。因此,采用提出的燃烧合成-熔铸工艺能够同步实现MoSi2-Fe复合材料的原位合成与液态成形一体化。而且,随着体系中Fe含量的增加,燃烧合成反应的点火时间延长,燃烧模式从热爆模式变为自蔓延模式,且燃烧波蔓延速度逐渐下降。用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子探针微区分析(EPMA)观测了制备的MoSi2-Fe原位复合材料的显微组织,并测试了复合材料的力学性能。结果表明:制备的复合材料由原位合成的MoSi2和Fe组成,Fe以粘结相分布在MoSi2的边界上。随着Fe含量的增加,MoSi2由四方形转变为近球形,且尺寸由20μm下降到2μm,而复合材料的致密度和硬度均呈先增加后降低的趋势,断裂韧性则有所提高。当复合材料中Fe含量为40 wt.%时,制备的复合材料的断裂韧性达到4.48MPa?m-1/2,复合材料的韧化机制为裂纹尖端塑性钝化机制和裂纹偏转机制。
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