《燃燒合成(Mo,Nb)Si2材料中含Nb相的微觀組織演變與強韌化機制》是依託中國礦業大學，由王曉虹擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：燃燒合成(Mo,Nb)Si2材料中含Nb相的微觀組織演變與強韌化機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王曉虹
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在前期以元素粉末為原料，採用燃燒合成技術低成本快速製備了(Mo,Nb)Si2合金粉末的基礎上，針對過渡族矽化物存在的室溫韌性差和高溫強度低的問題，本課題擬通過對含Nb相的組織動態演變規律、形成機制和顯微力學性能分析，揭示(Mo,Nb)Si2的強韌化機理。通過研究燃燒模式、反應激活能、微觀結構演變特徵和產物組成，明確(Mo,Nb)Si2的合成機制，闡明Nb的擴散和遷移過程，確立含Nb相在合成過程中相結構和組織演變規律，探明含Nb相形成機理，並建立相關物理模型。明確Nb元素以及含Nb相在熱壓燒結緻密化(Mo,Nb)Si2中的存在方式、微觀形態和分布特徵，從裂紋擴展、位錯結構和界面特徵三方面探明(Mo,Nb)Si2的力學行為，建立成分、結構和性能之間的關係，確立Nb對材料性能的貢獻，明確(Mo,Nb)Si2的強韌化特徵。為豐富和發展過渡族金屬矽化物的強韌化理論和方法提供必要的理論依據和技術支持。
結題摘要
MoSi2是一種非常重要的高溫結構候選材料，但存在室溫韌性差和高溫易蠕變的不足。針對上述問題，本項目以Nb單一合金化和Nb、Al協同合金化MoSi2為思路，採用熱力學計算理論絕熱溫度，通過燃燒合成技術獲得超過飽和固溶體並考察其轉變機理，運用真空熱壓燒結和放電等離子燒結技術使其緻密化，並對其組織和力學性能進行研究。結果表明，Nb的固溶引起C11b相和C40相熱容及熱焓的變化，從而改變體系的絕熱溫度。以Mo、Si、Nb、Al元素粉末為原料，通過燃燒合成技術快速製備了(Mo1-xNbx)Si2和(Mo1-xNbx)(Si1-yAly)2材料。Nb、Al合金化促進了MoSi2燃燒合成反應放熱，使燃燒溫度上升，燃燒模式向穩態轉變，其反應機制為：熔融-溶解-析出。燃燒合成產物主要為固溶有Nb(Al)的C11b相和C40相，存在過飽和固溶。C11b相中過飽和固溶的Nb/Al在燒結過程中發生脫溶形成C40相，Nb合金化促進NbSi2型C40相形成，Nb、Al協同合金化促進Mo(Si,Al)2型C40相形成。熱壓燒結使材料相組成趨近於平衡態，快速低溫的放電等離子燒結材料則仍為非平衡態。少量Nb固溶使C11b相中最強及次強鍵的鍵能下降，而共價電子數比例 增加，導致材料的硬度降低而強度增加；C40相為硬脆相，大量Nb/Al合金化時形成大量C40相，會導致(Mo1-xNbx)Si2和(Mo1-xNbx)(Si1-yAly)2材料硬度上升，而強度和斷裂韌性下降。同成分SPS樣彎曲強度高於熱壓樣，且其強度峰值出現在更高Nb含量（x=0.12）材料中，主要是細晶強化效應和C11b相過飽和固溶強化所致。適量Nb協同微量Al（y=0.03）有助於提高MoSi2的力學性能，Nb在高溫下起到固溶強化作用，並且有助於產生層錯強化效應；少量Al可減少晶界SiO2玻璃相使強度上升，但大量Al合金化會降低材料的強度及斷裂韌性。(Mo0.85Nb0.15)(Si0.97Al0.03)2材料具有最佳綜合力學性能，其1400℃壓縮強度比MoSi2提高了115%，彎曲強度（322 MPa）和斷裂韌性（5.91 MPa/m1/2）相對MoSi2（250 MPa，4.68 MPa/m1/2）都有明顯改善。
