MoSi2的強(qiáng)韌化及氧化燒蝕性能研究.pdf

1、金屬間化合物MoSi2由于具有優(yōu)異的高溫抗氧化能力,而成為新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的熱門候選材料。但MoSi2的室溫?cái)嗔秧g性低,高溫強(qiáng)度不足使其還不能立即應(yīng)用于該領(lǐng)域。并且航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的服役環(huán)境非常惡劣,需經(jīng)受溫度的急劇變化和高溫燃?xì)饬鞯臎_刷。所以MoSi2的抗熱震性和抗動(dòng)態(tài)氧化能力也是必須考察的重點(diǎn)。碳化硅晶須(SiCw)是缺陷很少的陶瓷單晶體,它具有很大的長徑比。因此碳化硅晶須具有優(yōu)異的力學(xué)性能,其拉伸強(qiáng)度達(dá)到14GPa,彈性

2、模量能夠達(dá)到700GPa,是一種很理想的陶瓷增韌體。采用SiCw增韌MoSi2,改善MoSi2的本征脆性,并提高其抗熱震性具有重大的實(shí)用價(jià)值。為提高M(jìn)oSi2粉體燒結(jié)的本征驅(qū)動(dòng)力,采用濕法球磨的方法將MoSi2粉體的中位粒徑降低到1.80μm。選用非離子型分散劑聚乙二醇和無機(jī)電解質(zhì)類分散劑焦磷酸鈉做為SiCw的分散劑,選用無水乙醇做為SiCw的分散介質(zhì)。采用超聲振動(dòng)加球磨混合的方法對(duì)SiCw進(jìn)行分散。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明SiCw在基體MoSi2

3、中的分散效果良好。在1600℃的燒結(jié)溫度和30MPa的燒結(jié)壓力下,保溫時(shí)間1h熱壓燒結(jié)制備了MoSi2\SiCw和MoSi2\SiCp復(fù)合材料。通過對(duì)體系的燒結(jié)動(dòng)力學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)SiCw含量為30vol％的試樣的致密化速率曲線明顯不同于SiCw含量為20vol%和10vol%的試樣。晶須含量對(duì)燒結(jié)致密化影響明顯,而晶須的形狀對(duì)燒結(jié)的影響不明顯。通過力學(xué)性能的測(cè)試發(fā)現(xiàn)SiCw的加入明顯改善了MoSi2的力學(xué)性能。復(fù)合材料的斷裂韌性隨SiCw

4、含量的提高而上升。由于SiCw竹節(jié)狀的外形和熱膨脹失配引起的殘余壓應(yīng)力,SiCw和MoSi2界面解離困難,限制了晶須橋聯(lián)和晶須拔出等重要韌化機(jī)制作用的發(fā)揮。主要的韌化機(jī)制是裂紋偏轉(zhuǎn)、晶粒細(xì)化和殘余應(yīng)力韌化。使用氧-乙炔燒蝕實(shí)驗(yàn)裝置考察材料的抗熱震能力和動(dòng)態(tài)氧化能力。理論計(jì)算表明:強(qiáng)度的提高是MoSi2\SiCw復(fù)合材料抗熱沖擊斷裂性提高的主要原因,而熱膨脹系數(shù)降低則是MoSi2抗熱震損傷性提高的主要原因。盡管理論計(jì)算表明SiCw的加入能