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根据“原位复合”、“合金化”、“陶瓷相复合强韧化”、“协同作用”及“梯度过渡层”等基本思想,采用热压(HP)和放电等离子烧结(SPS)工艺成功制备了多种MoSi2基复合材料,并实现了MoSi2与316L不锈钢的连接。借助于压痕法、弯曲、抗压、Archimedes排水法和热重分析等方法测定了材料的室温力学性能和低温抗氧化性能,优化了复合材料的烧结工艺和成分。利用ANSYS 6.0软件对MoSi2/316L不锈钢连接接头的残余应力进行了模拟分析。运用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电镜、X射线衍射仪等分析手段,系统深入地研究了强韧相种类及含量对复合材料组织和性能的影响,探索了复合材料的强韧化机理及多元强韧相之间的协同作用；分析了MoSi2/316L接头的界面结合情况。得出以下研究结果：
1.单相强韧化复合材料中,利用Mo2C和Si之间的固态置换反应,经1500℃×1h真空热压烧结得到的11.6％SiC/MoSi2复合材料表现出最佳的强韧性能。其显微硬度、断裂韧性分别达到16.94GPa和8.10MPa·m1/2,与MoSi2相比分别提高72.8％和129.4％。
2.双相强韧化复合材料中,5％SiC/5％Nb/MoSi2复合材料经1700℃×2hHP烧结,具有最佳的强韧性匹配,其显微硬度、断裂韧性、弯曲强度分别为12.86GPa、11.42MPa·m1/2、470.00 MPa,与MoSi2相比分别提高31.2％、223.5％、70.94％,与性能最优的11.6％SiC/MoSi2单相复合材料相比分别提高4.3％、60.2％、和7.3％。
3.三相强韧化复合材料中,经1700℃×1h真空热压烧结得到的5％SiC/10Nb％/10％ZrO2/MoSi2复合材料具有最佳的强韧性能,其显微硬度、断裂韧性、弯曲强度分别为13.37GPa、10.6MPa·m1/2、386MPa。
4.SPS烧结与HP烧结相比,前者制备的复合材料组织细小、致密度高,综合性能较优。20％ZrO2/MoSi2复合材料,经1400℃×6min×200℃/min×50MPa SPS烧结,其抗压强度、维氏硬度和断裂韧性分别为1857MPa、12.35GPa和8.01MPa·m1/2,与MoSi2相比分别提高101.2％、8.5％和118.3％；经500℃×300h氧化后,复合材料的氧化增重率仅为MoSi2的1/10左右,未出现块体的粉化现象。
5.第二相的强化机制为：颗粒弥散强化、细晶强化和晶界强化；其韧化机制为：第二相的引入导致复合材料内部产生一定量的残余内应力,可引发相变、微裂纹偏转、钉扎等,从而提高材料的断裂能和断裂韧性。利用残余应力模型得出了残余应力对复合材料断裂韧性的贡献度,即ΔK1=2σm2/1(2(λ-d)/π)。
6.多种强韧相之间可发生两种或两种以上强韧化机制的叠加作用,即强韧相之间存在“协同”作用,“协同”作用的大小决定于强韧相的物化性质、颗粒形状及尺寸、强韧相的相数、总含量以及相互间的比例、强韧相分散及复合材料烧结制备工艺；强韧相的相数以双相为宜；双相强韧化材料中,Nb和SiC、ZrO2和SiC、Nb和ZrO2以及Si3N4和ZrO2之间均具有良好的协同作用；强韧相的总含量应控制在30％以内。 7.经模拟分析,当梯度过渡层结构P=0.8,n=9,d=1.0mm时,接头的最大径向和轴向残余热应力的值分别降低至无过渡层接头的24％和25％,能满足MoSi2与316L连接的要求。利用该过渡层结构经1050℃×10min×50MPa烧结,以6℃/min冷却至800℃后炉冷至室温,可获得界面结合紧密,无宏观缺陷和裂纹的MoSi2/316L接头。