三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)MoSi2-RSiC復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控及性能研究.pdf

1、二硅化鉬(MoSi2)因具有高熔點（2030℃左右）、低電阻率(2.2×10-2mΩ·cm)、良好的導(dǎo)熱性(28.5 W/(m·K))以及優(yōu)異高溫抗氧化性能等特點，作為高溫電熱元件已獲得廣泛應(yīng)用。但MoSi2存在室溫脆性、高溫抗蠕變性差和400～800℃溫度范圍內(nèi)易發(fā)生“pest”氧化等缺點，限制其應(yīng)用。如何克服MoSi2的上述缺點，成為多年來研究者們試圖解決的難題。再結(jié)晶碳化硅(RSiC)具有優(yōu)異的高溫強度、耐腐蝕、抗熱震等特性，但因

2、其燒結(jié)依靠蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)機制，使得燒結(jié)過程無收縮，形成連通的多孔結(jié)構(gòu)對力學性能和高溫抗氧化能力不利，且純SiC電阻大、硬度高，加工難度大。
　　利用RSiC的連通氣孔結(jié)構(gòu)及在高溫下與MoSi2熔體潤濕性好的特點，將MoSi2填充到RSiC的孔隙中，制備成具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的MoSi2/RSiC復(fù)合材料，一方面可有效解決MoSi2的室溫脆性和高溫抗蠕變性差等難題;另一方面，可顯著提高RSiC的力學性能和抗氧化能力，降低電阻率，有望充分

3、發(fā)揮這兩種材料的優(yōu)點，克服其缺點，作為一種新型電熱元件或結(jié)構(gòu)材料在高溫領(lǐng)域獲得應(yīng)用。
　　本文采用直接熔滲和合金活化熔滲工藝制備了三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的MoSi2/RSiC復(fù)合材料，進一步通過有機前驅(qū)體浸漬-裂解(PIP)工藝實現(xiàn)了對其微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控。研究了復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和物相組成對其力學性能、導(dǎo)電性能和抗氧化性能的影響。論文開展的主要研究工作及取得的結(jié)果如下:
　　1.系統(tǒng)研究了熔滲溫度和時間對復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)、物相組成、力學

4、性能、抗氧化性能和導(dǎo)電性能的影響。結(jié)果表明，MoSi2/RSiC復(fù)合材料具有基體與熔滲體均為連續(xù)相的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要由α-SiC、MoSi2和Mo4.8Si3C0.6相組成。復(fù)合材料的力學性能、導(dǎo)電性能和抗氧化性能相對RSiC基體均有所提高。經(jīng)2050℃熔滲1h，制備了高致密MoSi2/RSiC復(fù)合材料，具有相對較好的綜合性能，其體積電阻率僅為165.3mΩ·cm，經(jīng)1500℃空氣中循環(huán)氧化100h的增重僅0.29mg/cm2，氧化后

5、試樣的抗彎強度比氧化前提高2.2％。
　　2.以Mo、Si和C粉末為原料，合成了純度高于98.5％的Mo4.8Si3C0.6粉末，采用固相燒結(jié)法制備了Mo4.8Si3C0.6塊體材料，并對其熱膨脹系數(shù)、體積電阻率、力學性能以及抗氧化性能等進行了表征。結(jié)果表明，Mo4.8Si3C0.6材料的導(dǎo)電性能良好，但抗氧化性能差，熱膨脹系數(shù)比SiC和MoSi2大。因此，在復(fù)合材料的制備中應(yīng)盡量避免Mo4.8Si3C0.6相的出現(xiàn)，以降低其對復(fù)

6、合材料的力學性能和高溫抗氧化性能的不利影響。在熔滲環(huán)境中增加Si蒸汽壓可有效降低高溫下MoSi2與SiC的反應(yīng)，減少Mo4.8Si3C0.6相的產(chǎn)生。
　　3.以聚碳硅烷(PCS)或酚醛樹脂(PF)為原料通過PIP工藝在RSiC基體的孔隙內(nèi)表面預(yù)先沉積薄層無定形SiC(PySiC)或C，然后再進行MoSi2的熔滲，并增加Si蒸汽壓以抑制Mo4.8Si3C0.6相的生成，使MoSi2/RSiC復(fù)合材料的兩相界面形成薄的PySiC或C

7、緩沖層，可以有效減少熔滲相中的微裂紋。其中C層比PySiC層更能實現(xiàn)對復(fù)合材料界面層的有效調(diào)控，使復(fù)合材料的力學性能、導(dǎo)電性能和抗氧化性能得到更大程度的提高。
　　4.采用合金活化熔滲法，在MoSi2粉中添加低熔點的Si粉和Ti粉，經(jīng)1800℃和1900℃熔滲后獲得了致密度較高的MoSi2/RSiC復(fù)合材料。經(jīng)1800℃熔滲制備的復(fù)合材料中存在一定數(shù)量的Si和TiSi2，當熔滲溫度提高到1900℃時，熔滲相中的物相由SiC、MoS