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MoSi2具有中等密度(6.24g·cm-3)、高的熔点(2030℃)、较低的热膨胀系数(8.1×10-6K-1)和良好的导电、导热等性能,在航空航天、能源化工、冶金机械等领域有着广阔的应用前景。为了进一步提高MoSi2及其复合材料的性能,并弥补燃烧合成(Combustion synthesis)技术难以制备致密结构材料的不足,本文采用电场激发与压力辅助燃烧合成(Field-activated and pressure assisted combustion synthesis, FAPACS)技术,实现了MoSi2和MoSi2-SiC复合材料的原位合成与同步致密一体化。着重研究了各种工艺参数对材料的合成组织和致密性的影响,探讨了FAPACS过程中材料组织结构的演变规律,研究了材料的力学与高温摩擦磨损性能,并对FAPACS过程进行了计算机数值模拟。通过系统研究,本文得出如下主要结论。对于Mo-Si反应体系,通过FAPACS技术合成的材料一般由MoSi2和分布于晶界上的Mo5Si3和少量的SiO2组成。其中,Mo5Si3是Mo和Si在较低温度下发生固相界面扩散反应的产物,而SiO2是Si与反应物粉末中残留的氧发生反应的结果。在FAPACS过程中,烧结温度对合成材料的组织和致密性有着明显的影响。当烧结温度高于Si的熔点(1410℃)时,Si粉熔化,并包覆在Mo颗粒表面,不仅有利于大量而细小的MoSi2合成,而且有利于进一步提高合成材料的致密性。结合Mo-Si体系的反应热力学和动力学的研究表明,高于Si熔点的烧结温度和大于100℃/min的加热速度以及足够的烧结时间是保证体系反应完全且获得单一、致密MoSi2块体材料的基本条件。在烧结温度为1500℃、升温速率为100℃/min、压力为35MPa、保温时间仅为10min的条件下,通过对Mo-Si体系进行电场激发与压力辅助,成功燃烧合成了致密度高(98%)、晶粒细小(5~10μm)的单相MoSi2块体材料。对于Mo-Si-C反应体系,在电场活化与等离子放电的诱发作用下,体系中的Si和C能发生燃烧合成反应,合成在普通条件下难以合成的SiC。原位合成的SiC呈颗粒状,尺寸在100nm ~ 3μm之间,纳米SiC颗粒弥散分布于MoSi2晶粒的内部,而大尺寸的SiC颗粒则分布于MoSi2的晶界,从而原位合成了所需的MoSi2-SiC复合材料。在合成的MoSi2-SiC复合材料组织中,未出现夹杂物SiO2相,说明C的存在有利于消除SiO2。但是,在复合组织中产生了Mo5Si3C三元中间相。Mo5Si3C是一种非稳态的过渡相,通过延长保温时间,使之发生Mo5Si3C + 8Si=5MoSi2 + SiC反应,可以使Mo5Si3C中间相的含量降低甚至得以消除。在烧结温度1500℃、保温时间30min、轴向压力30MPa的条件下,成功地实现了MoSi2-SiC复合材料的原位合成与同步致密一体化,从而为MoSi2-SiC复合材料的制备提供了另一条有效的新途径。在制备的MoSi2-SiC复合材料中,随着SiC含量的增加,复合材料的显微硬度增加,断裂韧性( K1C )明显提高。当SiC的体积百分含量为30%时,MoSi2-SiC复合材料的断裂韧性K1C值可达到5.58 MPa? m,比单一的MoSi2提高了33%。进一步的研究表明,单一MoSi2呈典型的脆性穿晶断裂,而MoSi2-SiC复合材料为沿晶和穿晶的混合型断裂,其增韧机制主要表现为细晶增韧、裂纹偏转、桥联及纳米SiC颗粒的钉扎等作用。系统研究了MoSi2及其复合材料的高温摩擦磨损性能。结果表明,在室温~700℃的温度范围内,单一MoSi2的摩擦系数在0.35~0.53之间,而MoSi2-SiC复合材料的摩擦系数在0.26~0.44之间,且MoSi2-SiC复合材料的耐磨性较单一MoSi2材料的耐磨性提高了36% ~59.6%。对于MoSi2-SiC复合材料,在载荷和滑动速度一定的条件下,随着摩擦磨损温度的增加,材料的摩擦磨损过程分为三个阶段。从室温到300℃材料的摩擦系数降低,磨损率也呈小幅降低;随着温度继续升高至600℃,摩擦系数逐渐增加,而磨损率则先增加并在400℃~600℃时基本保持不变;当摩擦磨损温度达到700℃时,摩擦系数和磨损率均出现回落。材料的高温摩擦磨损机理的研究表明,粘着、氧化和疲劳断裂是造成单一MoSi2材料磨损的主要原因,而氧化、转移和转移层疲劳剥落是MoSi2-SiC复合材料磨损的主要机制。建立了FAPACS过程的数理模型,并对FAPACS过程进行了计算机数值模拟。结果表明,冲头-试样-模具系统中的温度场特性是电场焦耳热、体系化学反应热与模具系统传热效应的综合结果,且由于焦耳热与化学热的叠加作用,试样中心具有最高温度,并沿径向形成温度梯度,从而影响合成材料的组织均匀性。因此,在FAPACS过程中,对试样内部的温度梯度进行合理控制,有利于获得组织均匀、晶粒细小且致密性高的材料。