CN105731471A - 一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种MoSi2?Mo5Si3?SiO2复合材料的制备方法，将仲钼酸铵加入到葡萄糖溶液中，充分溶解后，加入硅溶胶并混合均匀，于160～200℃进行水热反应12～48h，然后于1400～1600℃氩气气氛保护下进行热处理2～5h，之后进行研磨，最终得到粉体状MoSi2?Mo5Si3?SiO2复合材料。本发明制备的复合材料形貌不规则，有聚集趋势，颗粒尺寸在4～10μm，尺寸较小，并且具有良好的高温抗氧化性能。本发明原料容易获得，制备工艺简单，操作简便，重复性高，成本低，环境友好无污染。
Description
技术领域
本发明属于材料制备领域，具体涉及一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法。
背景技术
金属间化合物及其复合材料是一类性能介于金属与陶瓷之间的新型材料，不但具有金属的导电导热和可加工性能，而且具有陶瓷的高熔点，抗氧化性能优异，未来极有可能成为新一代的高温结构材料。近几十年来，金属间化合物逐渐成为先进高温结构材料研究的热点之一。例如，MoSi2具有良好的综合力学性能，高熔点(2030℃)、适中的密度(6.24g/cm3)、良好的高温抗氧化性及良好的电热传导性，目前被广泛的应用在抗氧化涂层材料和高温发热材料。但该硅钼化合物均由于室温脆性和高温强度不足阻碍了其实用化。除此之外，Mo5Si3同样具有高熔点(2180℃)和适中的密度(8.19g/cm3)，优异的机械性能，抗高温蠕变性能，在近些年来亦同样受到了关注。
Mo5Si3抗氧化性能则不如MoSi2，但力学性能则优于后者，若能将两者复合发挥各自优点则可起到提高MoSi2材料强韧化的效果，且仍能保持优异的抗氧化性能。国内外研究人员对这一复合材料也进行了大量研究，并取得了较好的效果。颜建辉，李益民等人采用高温自蔓延发制备出稀土氧化物La2O3改性Mo5Si3/MoSi2复合材料力学性能和抗氧化性能比MoSi2材料都大大提高[颜建辉，李益民，张厚安.La2O3-Mo5Si3/MoSi2复合材料的力学性能和高温氧化行为[J].中国有色金属学报,2006,16(10):1730-1735.]。C.L.Yeh，W.H.Chen等人球磨混合硅粉和钼粉之后采用自蔓延法制备了不同Mo、Si比的MoSi2-Mo5Si3复合材料[YehCL,ChenWH.CombustionsynthesisofMoSi2andMoSi2–Mo5Si3composites[J].JournalofAlloys&Compounds,2007,438(s1–2):165–170.]。KosukeFujiwara，HirotakaMatsunoshita等人采用长时间热处理的方式向Mo5Si3/MoSi2复合材料引入Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Nb,Ta,W,Ir,B以及C等元素，并研究了各自性能[FujiwaraK,MatsunoshitaH,SasaiY,etal.Effectsofternaryadditionsonthemicrostructureandthermalstabilityofdirectionally-solidifiedMoSi2/Mo5Si3eutecticcomposites[J].Intermetallics,2014,52(5):72–85.]。J.Arreguín-Zavala,S.Turenne等人采用微波烧结的方式制备了小尺寸的MoSi2-Mo5Si3复合材料，在烧结过程中出现了SiO2相，并且SiO2相可以保护MoSi2不受分解。
以上制备的MoSi2-Mo5Si3复合材料的方法反应条件要求苛刻，或者技术复杂，设备要求高，而采用简单的水热结合热处理的方法制备MoSi2-Mo5Si3复合材料还未见报道。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，该方法反应温度较低，操作简单，重复性高，由该方法制的MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料具有良好的高温稳定性能及高温抗氧化性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将仲钼酸铵加入到葡萄糖水溶液中，充分搅拌至仲钼酸铵完全溶解，得到混合溶液；
2)向混合溶液中加入硅溶胶，搅拌均匀后，在160～200℃下进行水热反应12～48h，反应结束后，将反应液过滤得到沉淀，并干燥；
3)将干燥后的沉淀置于在氩气保护下在1400～1600℃下热处理处理2～5h，冷却研磨后，得到MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料。
步骤1)中葡萄糖水溶液的浓度为0.1～0.3mol/L，仲钼酸铵与葡萄糖水溶液的比为(0.8～1.2)g：(30～40)mL。
步骤2)中硅溶胶的二氧化硅质量分数为20～40％。
步骤2)中混合溶液与硅溶胶的比为(30～40)mL：(2～10)mL。
步骤2)中搅拌均匀是采用磁力搅拌3～8h实现的。
步骤2)中干燥是在60～100℃下烘干4～12h。
步骤2)进行水热反应时水热釜填充体积比为30～50％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的制备方法以仲钼酸铵作为钼源，葡萄糖为碳源，工业硅溶胶为硅源，经充分搅拌混合后，在160～200℃下进行水热结晶反应，再于1400～1600℃进行热处理，最终制得MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料；本发明反应条件温和，所需温度较低，并且工艺步骤简单，重复性高，有利于工业化生产，且制备出的产品具有较高的纯度。通过XRD衍射图谱，可以清晰的反映出由本发明制得的粉体状MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料由MoSi2，Mi5Si3和SiO2组成，无其他杂相；通过扫描电镜照片可以看出，该复合材料粉体形貌不规则，单个粒子的大小为4～10μm。
附图说明
图1为本发明制备的MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的X射线衍射XRD图谱；
图2为本发明制备的MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的扫描电镜SEM照片。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将1.171g仲钼酸铵加入到30mL的0.1mol/L的葡萄糖水溶液中，充分搅拌至仲钼酸铵完全溶解，得到混合溶液；
2)向上述混合溶液中加入5mL的二氧化硅质量分数为20％的工业硅溶胶(生产厂家为：山东百特新材料技术有限公司)，磁力搅拌5h后，于180℃进行水热反应24h，反应结束后，将反应液过滤得到沉淀；水热反应时水热釜填充体积比为30％；
3)沉淀经洗涤后，于80℃真空干燥箱中干燥12h；
4)将干燥后的沉淀置于真空炉中，在氩气保护下1500℃热处理处理3h，冷却研磨后，最终得到MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料。
实施例2
一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将0.89g仲钼酸铵加入到40mL的0.2mol/L的葡萄糖水溶液中，充分搅拌至仲钼酸铵完全溶解，得到混合溶液；
2)向上述混合溶液中加入8mL质量分数为20％的工业硅溶胶，磁力搅拌3h后，于160℃进行水热反应48h，反应结束后，将反应液过滤得到沉淀；水热反应时水热釜填充体积比为40％；
3)沉淀经洗涤后，于100℃真空干燥箱中干燥8h；
4)将干燥后的沉淀置于真空炉中，在氩气保护下1600℃热处理处理1.5h，冷却研磨后最终得到MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料。
实施例3
一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将1.2g仲钼酸铵加入到33mL的0.3mol/L的葡萄糖水溶液中，充分搅拌至仲钼酸铵完全溶解，得到混合溶液；
2)向上述混合溶液中加入3mL质量分数为40％的工业硅溶胶，磁力搅拌8h后，于200℃进行水热反应12h，反应结束后，将反应液过滤得到沉淀；水热反应时水热釜填充体积比为50％；
3)沉淀经洗涤后，于80℃真空干燥箱中干燥6h；
4)将干燥后的沉淀置于真空炉中，在氩气保护下1400℃热处理处理5h，冷却研磨后最终得到MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料。
实施例4
一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将1.15g仲钼酸铵加入到36mL的0.2mol/L的葡萄糖水溶液中，充分搅拌至仲钼酸铵完全溶解，得到混合溶液；
2)向上述混合溶液中加入8mL质量分数为30％的工业硅溶胶，磁力搅拌8h后，于200℃进行水热反应24h，反应结束后，将反应液过滤得到沉淀；水热反应时水热釜填充体积比为40％；
3)沉淀经洗涤后，于60℃真空干燥箱中干燥12h；
4)将干燥后的沉淀置于真空炉中，在氩气保护下1500℃热处理处理3h，冷却研磨后最终得到MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料。
实施例5
一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将0.8g仲钼酸铵加入到30mL的0.15mol/L的葡萄糖水溶液中，充分搅拌至仲钼酸铵完全溶解，得到混合溶液；
2)向上述混合溶液中加入2mL的二氧化硅质量分数为25％的工业硅溶胶(生产厂家为：山东百特新材料技术有限公司)，磁力搅拌7h后，于170℃进行水热反应30h，反应结束后，将反应液过滤得到沉淀；水热反应时水热釜填充体积比为30％；
3)沉淀经洗涤后，于70℃真空干燥箱中干燥4h；
4)将干燥后的沉淀置于真空炉中，在氩气保护下1450℃热处理处理4h，冷却研磨后，最终得到MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料。
实施例6
一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将1.1g仲钼酸铵加入到38mL的0.25mol/L的葡萄糖水溶液中，充分搅拌至仲钼酸铵完全溶解，得到混合溶液；
2)向上述混合溶液中加入10mL的二氧化硅质量分数为35％的工业硅溶胶(生产厂家为：山东百特新材料技术有限公司)，磁力搅拌6h后，于190℃进行水热反应40h，反应结束后，将反应液过滤得到沉淀；水热反应时水热釜填充体积比为30％；
3)沉淀经洗涤后，于90℃真空干燥箱中干燥10h；
4)将干燥后的沉淀置于真空炉中，在氩气保护下1550℃热处理处理2h，冷却研磨后，最终得到MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料。
本实施例得到的MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料粉体颗粒大小为4～10μm。
参见图1，是由本发明制备的MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的XRD图谱。由图可以看出：本发明制备的产物MoSi2，Mo5Si3和SiO2复合相，通过与MoSi2的标准PDF卡片(65-9392)，Mo5Si3的标准PDF卡片(65-2783)，以及SiO2的标准卡片(39-1425)进行比对，证明本发明制备的产物MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料。
参见图2，其是由本发明制备粉体状MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料粉体的SEM照片。从图中可以清晰地看出：本发明得到的MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料形貌不规则，有粒子聚集现象，单个粒子大小尺寸为4～10μm。
Claims (7)
1.一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将仲钼酸铵加入到葡萄糖水溶液中，充分搅拌至仲钼酸铵完全溶解，得到混合溶液；
2)向混合溶液中加入硅溶胶，搅拌均匀后，在160～200℃下进行水热反应12～48h，反应结束后，将反应液过滤得到沉淀，并干燥；
3)将干燥后的沉淀置于在氩气保护下在1400～1600℃下热处理处理2～5h，冷却研磨后，得到MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中葡萄糖水溶液的浓度为0.1～0.3mol/L，仲钼酸铵与葡萄糖水溶液的比为(0.8～1.2)g：(30～40)mL。
3.根据权利要求1所述的一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中硅溶胶的二氧化硅质量分数为20～40％。
4.根据权利要求1所述的一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中混合溶液与硅溶胶的比为(30～40)mL：(2～10)mL。
5.根据权利要求1所述的一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中搅拌均匀是采用磁力搅拌3～8h实现的。
6.根据权利要求1所述的一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中干燥是在60～100℃下烘干4～12h。
7.根据权利要求1所述的一种MoSi2-Mo5Si3-SiO2复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)进行水热反应时水热釜填充体积比为30～50％。
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