CN104451319B - 反应熔渗法制备Mo(Si,Al)2‑SiC金属陶瓷复合材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应熔渗法制备Mo(Si,Al)₂‑SiC金属陶瓷复合材料的方法，它的步骤如下：（1）配置金属陶瓷复合材料的原料，混合均匀后加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为原料总质量的2‑15%，混合均匀后模压成型，并烘干，得到坯料；（2）将步骤（1）中的坯料放入真空烧结炉中，并铺上Al粉，然后在真空下进行烧结，烧结温度为900‑1480℃，保温10‑40min；（3）将步骤（2）中的坯料继续升温至1300‑1680℃，保温10‑50min，并通入氮气或氩气，最后升温至1650‑1750℃，再抽真空，后随炉冷却。本发明的有益效果是：本发明通过在MoSi₂、Mo、C、SiC、Si粉混合坯料中反应熔渗Al进行制备Mo(Si,Al)₂‑SiC金属陶瓷复合材料，具有成本低，效率高、致密的特点，得到断裂韧性大于4.3 MPam^1/2的金属陶瓷复合材料。

Description

反应熔渗法制备Mo(Si,Al)2-SiC金属陶瓷复合材料的方法

技术领域

本发明涉及新型金属陶瓷复合材料的制备方法，属于低成本制备技术领域。

背景技术

MoSi₂金属间化合物优点是密度较低，有着优异的高温抗氧化性能，较好的高温强度，但是其低温韧性低，限制了其进一步发展。

目前MoSi₂金属间化合物作为高温结构材料在1000℃以上有较多的应用。工业应用包括：烧结炉部件、电力组件、高温热交换器、燃气炉、液态金属和玻璃吹管、点火器和高温过滤器；航空应用包括：气轮机航空发动机高温部件，如轮叶、叶片、燃烧器、喷头和密封装置。汽车应用包括：涡轮增压器转子、辉光活塞、先进气轮引擎部件。因此，低温增韧和高温补强是该材料一直努力的方向。其中，制备Mo(Si,Al)₂-SiC金属陶瓷复合材料报道比较多，但方法各异，多数情况都采用热压的方法制备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有MoSi₂金属间化合物低温韧性低的缺点，通过反应熔渗Al的方法制备Mo(Si,Al)₂-SiC金属陶瓷复合材料，提高其韧性。使用原料为MoSi₂、Mo、C、SiC、Si混合粉末，经过模压成型后，在真空烧结炉中进行熔渗Al，从而获得Mo(Si,Al)₂-SiC金属陶瓷复合材料。该方法工艺简单，反应烧结效率高，致密性好，可制备复杂零件。

本发明的技术方案是：一种反应熔渗法制备Mo(Si,Al)₂-SiC金属陶瓷复合材料的方法，它的步骤如下：

（1）按以下组分及质量百分数配置金属陶瓷复合材料的原料：Mo 2-15%、C 3-15%、SiC 5-40%、Si 3-35%、余量为MoSi₂，混合均匀后加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为原料总质量的2-15%，混合均匀后模压成型，并烘干，得到坯料；

（2）将步骤（1）中的坯料放入真空烧结炉中，并铺上Al粉，Al粉的质量为原料总质量的10-20%，然后在真空下进行烧结，烧结温度为900-1480℃，保温10-40min；

（3）将步骤（2）中的坯料继续升温至1300-1680℃，保温10-50min，并通入氮气或氩气，最后升温至1650-1750℃，再抽真空，后随炉冷却。

本发明的有益效果是：本发明通过在MoSi₂、Mo、C、SiC、Si粉混合坯料中反应熔渗Al进行制备Mo(Si,Al)₂-SiC金属陶瓷复合材料，具有成本低，效率高、致密的特点，得到断裂韧性大于4.3 MPam^1/2的金属陶瓷复合材料。

具体实施方式

实施例1

称取MoSi₂、Mo、C、SiC、Si粉末20g,其质量分数配比分别为：80%,3%，3%，10%,4%，质量分别为16g, 0.6g, 0.6g,2g,0.8g。混合均匀后，加入2.2g的酚醛树脂，并混合均匀。然后在液压机上压制成型为5×5×40mm的条，烘干后，移入真空烧结炉中，铺上7g的Ai粉，进行烧结。先在900℃保温20min，然后升温至1570℃保温20min，并通入氮气，最后升温至1700℃保温5min，再抽真空。最后随炉冷却。该金属陶瓷复合材料断裂韧性值为4.7MPam^1/2。

实施例2

称取MoSi₂、Mo、C、SiC、Si粉末20g,其质量分数配比分别为：60%,7%，6%，12%,15%，质量分别为12g, 1.4g, 1.2g,2.4g,3g。混合均匀后，加入2g的酚醛树脂，并混合均匀。然后在液压机上压制成型为5×5×40mm的条，烘干后，移入真空烧结炉中，铺上5g的Ai粉，进行烧结。先在950℃保温20min，然后升温至1550℃保温20min，并通入氮气，最后升温至1650℃保温5min，再抽真空。最后随炉冷却。该金属陶瓷复合材料断裂韧性值为4.9MPam^1/2。

实施例3

一种反应熔渗法制备Mo(Si,Al)₂-SiC金属陶瓷复合材料的方法，它的步骤如下：

（1）按以下组分及质量百分数配置金属陶瓷复合材料的原料：Mo 2%、C 15%、SiC40%、Si 3%、MoSi₂ 40%，混合均匀后加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为原料总质量的3%，混合均匀后模压成型，并烘干，得到坯料；

（2）将步骤（1）中的坯料放入真空烧结炉中，并铺上Al粉，Al粉的质量为原料总质量的10%，然后在真空下进行烧结，烧结温度为1480℃，保温10 min；

（3）将步骤（2）中的坯料继续升温至1500 ℃，保温40 min，并通入氮气或氩气，最后升温至1700 ℃，再抽真空，后随炉冷却。

实施例4

一种反应熔渗法制备Mo(Si,Al)₂-SiC金属陶瓷复合材料的方法，它的步骤如下：

（1）按以下组分及质量百分数配置金属陶瓷复合材料的原料：Mo 15%、C 15%、SiC5 %、Si 25%、余量为MoSi₂ 40%，混合均匀后加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为原料总质量的15%，混合均匀后模压成型，并烘干，得到坯料；

（2）将步骤（1）中的坯料放入真空烧结炉中，并铺上Al粉，Al粉的质量为原料总质量的20%，然后在真空下进行烧结，烧结温度为1480 ℃，保温40 min；

（3）将步骤（2）中的坯料继续升温至1680℃，保温50min，并通入氮气或氩气，最后升温至1750℃，再抽真空，后随炉冷却。

实施例5

一种反应熔渗法制备Mo(Si,Al)₂-SiC金属陶瓷复合材料的方法，它的步骤如下：

（1）按以下组分及质量百分数配置金属陶瓷复合材料的原料：Mo 2%、C 3%、SiC 5%、Si 3%、余量为MoSi₂ 87%，混合均匀后加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为原料总质量的2-15%，混合均匀后模压成型，并烘干，得到坯料；

（2）将步骤（1）中的坯料放入真空烧结炉中，并铺上Al粉，Al粉的质量为原料总质量的15%，然后在真空下进行烧结，烧结温度为1200℃，保温30min；

（3）将步骤（2）中的坯料继续升温至1500℃，保温30min，并通入氮气或氩气，最后升温至1650℃，再抽真空，后随炉冷却。

Claims (1)

1.一种反应熔渗法制备Mo(Si,Al)₂-SiC金属陶瓷复合材料的方法，其特征在于，它的步骤如下：

（1）按以下组分及质量百分数配置金属陶瓷复合材料的原料：Mo 2-15%、C 3-15%、SiC5-40%、Si 3-35%、余量为MoSi₂，混合均匀后加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为原料总质量的3-15%，混合均匀后模压成型，并烘干，得到坯料；

（2）将步骤（1）中的坯料放入真空烧结炉中，并铺上Al粉，Al粉的质量为原料总质量的10-20%，然后在真空下进行烧结，烧结温度为900-1480℃，保温10-40min；

（3）将步骤（2）中的坯料继续升温至1300-1680℃，保温10-50min，并通入氮气或氩气，最后升温至1650-1750℃，再抽真空，后随炉冷却。