三維網絡結構MoSi2-RSiC復合材料微觀結構調控及性能研究.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用。但MoSi2存在室溫脆性、高溫抗蠕變性差和400～800℃溫度范圍內易發(fā)生“pest”氧化等缺點，限制其應用。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、其燒結依靠蒸發(fā)-凝聚傳質機制，使得燒結過程無收縮，形成連通的多孔結構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的連通氣孔結構及在高溫下與MoSi2熔體潤濕性好的特點，將MoSi2填充到RSiC的孔隙中，制備成具有三維網絡結構的MoSi2/RSiC復合材料，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構材料在高溫領域獲得應用。
　　本文采用直接熔滲和合金活化熔滲工藝制備了三維網絡結構的MoSi2/RSiC復合材料，進一步通過有機前驅體浸漬-裂解(PIP)工藝實現了對其微觀結構的調控。研究了復合材料的微觀結構和物相組成對其力學性能、導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果如下:
　　1.系統(tǒng)研究了熔滲溫度和時間對復合材料微觀結構、物相組成、力學

4、性能、抗氧化性能和導電性能的影響。結果表明，MoSi2/RSiC復合材料具有基體與熔滲體均為連續(xù)相的三維網絡結構，主要由α-SiC、MoSi2和Mo4.8Si3C0.6相組成。復合材料的力學性能、導電性能和抗氧化性能相對RSiC基體均有所提高。經2050℃熔滲1h，制備了高致密MoSi2/RSiC復合材料，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，采用固相燒結法制備了Mo4.8Si3C0.6塊體材料，并對其熱膨脹系數、體積電阻率、力學性能以及抗氧化性能等進行了表征。結果表明，Mo4.8Si3C0.6材料的導電性能良好，但抗氧化性能差，熱膨脹系數比SiC和MoSi2大。因此，在復合材料的制備中應盡量避免Mo4.8Si3C0.6相的出現，以降低其對復

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，減少Mo4.8Si3C0.6相的產生。
　　3.以聚碳硅烷(PCS)或酚醛樹脂(PF)為原料通過PIP工藝在RSiC基體的孔隙內表面預先沉積薄層無定形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層更能實現對復合材料界面層的有效調控，使復合材料的力學性能、導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1800℃和1900℃熔滲后獲得了致密度較高的MoSi2/RSiC復合材料。經1800℃熔滲制備的復合材料中存在一定數量的Si和TiSi2，當熔滲溫度提高到1900℃時，熔滲相中的物相由SiC、MoS