原位反应工艺制备SiC颗粒增强MoSi2基复合材料的金相分析

毕 业 论 文（设 计）2016 届 材料成型及控制工程 专业 1206091 班级题 目 原位反应工艺制备 SiCp/MoSi2复合材料的金相分析 I内 容 摘 要金属间化合物二硅化钼是性能介于金属与陶瓷之间的一种新型的功能结构一体化材料，而二硅化钼基复合材料是一种新型的超高温结构材料，近些年来受到了国内材料研究工作者们的普遍重视，其制造工艺也得到了不断地改进。本文根据原位复合的基本思想，以 Mo 粉、Si 粉、C 粉的原始粉末为原料，然后进行原位反应高温热压一次复合工艺制备纯 MoSi2和含SiC 体积分数为 20%、40%、和 60%的 SiCp/MoSi2复合材料。经过对试样的处理，利用单目金相显微镜对样品进行检测，然后进行下一步的金相分析。研究结果表明：各试样的组织结构基本相同，主要是 MoSi2和SiC，而纯 MoSi2试样的组成相除了 MoSi2外，同时还有少量的 Mo5Si3和 SiO2。SiC p/MoSi2复合材料的显微组织比纯 MoSi2试样细小，随着SiC 含量的增加，晶粒逐渐细化，并且减少和消除了脆性的 SiO2玻璃相，抑制了 Mo5Si3等含 Si 量的少的物相的生成。本实验的创新点在于通过对由原位反应工艺制备不同体积百分含量 SiC 的 SiCp/MoSi2复合材料的金相分析,观察与比较其微观组织，探讨其性能，使这种复合材料能够得到更好的应用。关 键 词 IISiCp/MoSi2复合材料；原位反应；金相；显微组织 IIIThe metallographic analysis of SiCp/MoSi2 composites prepared by the situ reaction processAbstractIntermetallic compound molybdenum disilicide performance between metal and ceramics is a new functional material structure integration, and molybdenum disilicide matrix composite is a new type of ultra high temperature structural materials, in recent years， the domestic materials research workers generally attach importance to the material, the manufacturing process has been constantly improved.According to the basic idea of situ reaction ,we use Mo powder, Si powder, C powder as raw material powder, then through in situ reaction hot pressing process to prepare a compound containing pure MoSi2 and SiC volume fraction of 20%, 40%, and 60% SiCp / MoSi2 composite sample . Through to sample processing, using monocular metallographic microscope to test the samples, and then on to the next step of metallographic analysis.The results show that : the organizational structure of each sample is basically the same , mainly incluing MoSi2 and SiC. The components of the pure MoSi2 sample is MoSi2 , but there are a small number of Mo5Si3 和 SiO2. The microstructure of SiCp / MoSi2 composite sample is smaller than pure IVMoSi2 .with SiC content increase,the grains refinement, and reduce and eliminate the brittle SiO2 glass phase such as suppressing Mo5Si3 and other Si-containing formation.The innovation of this experiment is observing and comparing microstructure analysis of SiCp/MoSi2 composites with different volume percentage content of SiC by in situ reaction process to explore its properties, so that this composite material can be better Applications.KeywordSiCp/MoSi2 Composites ; Situ Reaction ; metallography ; Microstructure V目 录内 容 摘 要 .IAbstract .II目 录 .IV第一章 前 言 .11.1研究背景 .11.2 MoSi2的晶体结构与基本性质 .31.2.1晶体结构 .31.2.2 MoSi2的基本性质 .41.3 SiC的相图、晶格参数 .61.4 MoSi2及其复合材料的应用与研究现状 .81.4.1 MoSi2及其复合材料的应用 .81.4.2 MoSi2及其复合材料的研究现状 .101.5 本研究的目的、意义与主要内容 .131.5.1 目的与意义 .131.5.2 主要研究内容 .131.6 小结 .15第二章 试样制备 .162.1 引言 .162.2试样制备方法与过程 .16第三章 试样显微组织的检测 .213.1检测试验的准备 .21 VI3.1.1试样的磨制 .213.2 试样的观察 .23第四章 实验的结果与分析 .254.1 实验的结果 .254.2 结果分析 .28第五章 结论 .29致 谢 .30参考文献 .31 0原位反应工艺制备 SiCp/MoSi2复合 材料的金相分析第一章 前 言1.1 研究背景现代航空航天系统中的某些结构部件要求材料既能在高温下安全可靠的工作，又具有较低的结构自重，因此单位质量推力大(即推力/质量比高的)高温结构材料越来越引起人们的广泛关注。我国钼资源丰富，二硅化钼适合做为高温结构材料，在最近的几年里，随着航空航天工业的迅猛发展，促使二硅化钼在工业及航天领域的应用方面具有广阔的发展前景。二硅化钼（MoSi 2）是一种高熔点（2030）的金属间化合物 1，也是良好的集功能和结构为一体的新型材料，适中的密度（16.24g/cm 3）,良好的导热性（在 1100下为 28.5w/mk）,二硅化钼（MoSi 2）可以在较高的温度（1200以上）下工作，因此 MoSi2在高温下具有优 异 的 抗 氧 化 性 ，由于这些性质二硅化钼被认为最有前途的材料之一。另外，二硅化钼兼具有金属和陶瓷的双重特性，是极具有开发潜力的高温结构材料，MoSi 2的一系列特性使它成为新型高温结构材料的极佳候选者之一。但是目前限制二硅化钼应用的最大障碍有以下三个方面：（1）高 1温强度低；（2）中温（200800）氧化速度快 2；（3）低温脆性大。为了改进二硅化钼材料性能，可以进行材料的复 合 化 和 合 金 化 即进行这种复合材料的制备。近年来，MoSi 2基材料复合化途径有：加入晶须和颗粒或者采用柔韧纤维。在 MoSi2基复合材料中，碳化硅颗粒增强相和其它材料相比与基体的热膨胀系数匹配性较好，因此 SiC颗粒增强的 SiCp/MoSi2基复合材料受到广大研发人员的重视。近几年，国内外材料界对有关 MoSi2材料复合化的报道很多，例如，由美国的国家实验室（Los Alamos）报道的碳化硅（SiC）晶须增韧的SiCp/MoSi2基复合材料,Petrovic 等研究的 ZrO2颗粒增韧的 ZrO2/MoSi2基复合材料等 3。机械混合是大部分二硅化钼基复合材料将增强相引入基体中的方法之一，但是利用这种方法会存在许多问题，例如基体粉末容易被污染，增强相也很难得到均匀分布等。为了确保基体相和增强相的热力学稳定性，可以采用原位反应技术制备 MoSi2基复合材料，这样就克服了传统工艺的缺点以及近净成型等优点而受到国内外的重视，被认为最有希望实现产业化的技术之一。复合材料的制备技术与增强剂及基体相结合的性质和材料的性能紧密相关，同时复合材料能否广泛应用，主要还是取决于制备技术是否容易实现工业化生产。因此，对于二硅化钼基复合材料的原位合成技术的研究，使该材料在工业实用化方面具有十分重要的作用，意义重大。MoSi2基复合材料是很有前途的高温结构材料，现有的研究进展已经证明这一前景，例如，用于发动机的钴基合金（MAR-M509）,其高温使用温度在 1038，而 Si(w)/(Mo,w)Si2复合材料在 1225的蠕变抗 2力是钴基合金（MAR-M509）在 1038的蠕变抗力的两倍 2，可见使用二硅化钼基复合材料可以使涡轮发动机的使用温度提高 200，它的蠕变抗力应该是足够的。原位制备多元 MoSi2基复合材料，综合利用合金化和复合化，同时控制复合材料的组织结构，将有助于最大限度地提升复合材料材料的性能。1.2 MoSi2的晶体结构和基本性质1.2.1 晶体结构由下图 1-1Mo-Si二元相图可以看出，钼的二元硅化物可以分为三种，而 MoSi2位于 Mo-Si二元合金相图中的最右侧，因此 MoSi含硅量最高。另外 MoSi2也是一种道尔顿型金属间化合物。它有两种晶型，分别为 C11b型六方晶体结构和 C11b型六方晶体结构 4。其中纯 MoSi2在19002030 的时候是 C11b型六方晶体结构，而在低于