“化學(xué)爐”技術(shù)制備Nb-Nb5Si3復(fù)合材料及其性能的研究.pdf

1、Nb/Nb5Si3復(fù)合材料因其高熔點(diǎn)、高硬度、高溫蠕變強(qiáng)度高以及較低密度等優(yōu)異性能，有望應(yīng)用于高性能航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫結(jié)構(gòu)材料。本文以 Nb、Si粉末為研究對(duì)象，研究了Nb-Si復(fù)合粉體的球磨工藝，探索了“化學(xué)爐”（SHS/QP）技術(shù)合成 Nb-Si系原位復(fù)合材料的制備工藝。采用掃描電鏡背散射（SEM-BSEI）、能譜儀（EDS）和X射線衍射（XRD）等手段對(duì)復(fù)合材料的顯微組織進(jìn)行分析，研究了化學(xué)爐質(zhì)量、壓力等制備工藝參數(shù)對(duì)Nb-Si

2、系復(fù)合材料顯微組織與性能的影響。
　　采用傅里葉熱平衡方程，建立了在Cr2O3-Al-C燃燒體系下合成Nb/Nb5Si3復(fù)合材料整個(gè)的SHS體系的數(shù)理模型。并基于物理過程分析，利用有限差分法對(duì)燃燒加熱過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了化學(xué)爐體積、致密度等工藝參數(shù)對(duì) SHS體系溫度場(chǎng)的影響規(guī)律。
　　通過研究，取得了以下成果：
　　1、通過比較實(shí)驗(yàn)測(cè)得的復(fù)合材料坯體燒結(jié)反應(yīng)溫度隨時(shí)間變化的曲線圖與模擬得出的其曲線圖趨勢(shì)相似，最高

3、溫度均大于1800K，說明溫度場(chǎng)的模擬效果比較明顯。
　　2、在粉末制備上，通過比較非真空球磨、300r/min轉(zhuǎn)速下真空球磨及250r/min轉(zhuǎn)速下真空球磨間的球磨工藝。結(jié)果得出：非真空球磨時(shí)，復(fù)合粉體出現(xiàn)嚴(yán)重氧化現(xiàn)象；300r/min轉(zhuǎn)速下真空球磨時(shí)，復(fù)合粉體間發(fā)生反應(yīng)，生成了金屬間硅化物；而選擇250r/min真空球磨，粉體間沒有反應(yīng)及氧化，得到的粉末純度高以及細(xì)化均勻，球磨后只有 Nb、Si兩相。
　　3、在塊體材料

4、制備上，利用SHS/QP技術(shù)一次性快速制備出Nb-Si系復(fù)合材料，該技術(shù)是利用SHS技術(shù)與快速加壓技術(shù)相結(jié)合，材料的合成與致密化同時(shí)完成，是真正意義上的高效節(jié)能的材料制備技術(shù)。分析了該工藝下的參數(shù)（化學(xué)爐體系質(zhì)量、加壓制度）對(duì)所得材料顯微組、性能及致密度的影響。結(jié)果得出：隨著化學(xué)爐質(zhì)量的增加，Nb-20Si塊體材料致密度、硬度變化趨勢(shì)是先增后減；而隨著外加機(jī)械壓力的增加，塊體的致密度及硬度同樣呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。采用質(zhì)量300g化學(xué)爐體