MoSi2/Al2O3复合材料燃烧合成与组织性能研究

摘要

针对MoSi2基高温结构材料存在的性能差的缺点,设计了原位合成法和直接复合化法两种思路,利用燃烧合成方法合成了MoSi2/xvol.％Al2O3复合材料,并通过真空热压烧结技术制备了致密的MoSi2/xvol.%Al2O3复合材料块体材料。研究了燃烧模式、燃烧绝热温度和燃烧产物相组成及组织形貌;对MoSi2/xvol.%Al2O3复合材料在不同烧结温度下的致密度、显微组织、电阻率、硬度、弯曲强度和断裂韧性等性能进行了研究,并探讨了复合材料的强韧化机制。
　　燃烧合成产物物相表明:通过原位燃烧合成法和直接复合化法成功合成了MoSi2/xvol.%Al2O3复合材料。对于原位燃烧合成法,随着复合化Al2O3体积分数的增加即添加Al的量的增加,燃烧模式由非稳态燃烧转变为稳态燃烧,且燃烧耗时逐渐增加,燃烧温度逐渐增高。而直接复合化法的燃烧模式均为非稳态燃烧模式,且随着复合化纳米Al2O3体积分数的增加,燃烧耗时增加,燃烧温度降低。
　　以燃烧合成产物为原料,采用真空热压烧结技术成功制备了相对密度达到95%以上的复合材料,在相同成分的情况下材料的相对密度随着烧结温度的升高而增大。电阻率随着烧结温度的升高而降低,且随着复合化Al2O3体积分数的增加而增大。显微形貌及能谱分析表明合成复合材料主要由灰色的MoSi2基体相,白色的Mo5Si3相和黑色的Al2O3相组成。
　　力学性能结果表明:1)原位合成的MoSi2/xvol.%Al2O3复合材料,复合化Al2O3体积为5%和10%时,在1300℃和1400℃时性能均得到提高,在1500℃和1600℃时,只有断裂韧性有所提高;复合化Al2O3体积为15%时材料的性能有所下降,在1400℃下烧结得到的MoSi2/5 vol.%Al2O3复合材料性能最好,弯曲强度和断裂韧度分别提高了32.4%和36.4%;此外添加过量Al得到的复合材料弯曲强度和断裂韧度均有提高,MoSi2/10 vol.%Al2O3的性能较好,弯曲强度和断裂韧度分别提高了28.6%和56.3%。2)纳米Al2O3直接复合化合成的MoSi2/xvol.%Al2O3和Mo(Si0.95Al0.05)2/xvol.%Al2O3复合材料,弯曲强度和断裂韧度均得到很大提高,且复合化5%纳米Al2O3时性能较好,MoSi2/5 vol.%Al2O3复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别提高了45.2%和39.2%,Mo(Si0.95Al0.05)2/5 vol.%Al2O3复合材料的弯曲强度和断裂韧度分别提高38.4%和45.8%。复合材料的主要强化机制为细晶强化和弥散强化;韧化机制为裂纹偏转和裂纹桥联。

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Contents

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变量注释表

1 绪论

1.1 课题背景（Background）

1.2 MoSi2的晶体结构和基本性能(The Crystal Structure and Properties of MoSi2)

1.3 MoSi2及其复合材料的强韧化(Strengthing and Toughening of MoSi2 and MoSi2 Composites)

1.4 MoSi2基复合材料的制备方法 (The Preparation Method of MoSi2 Composites)

1.5 MoSi2及其复合材料的应用 (The Application of MoSi2 and MoSi2 Composites)

1.6 研究意义和研究内容(Research Significance and Contents)

2 原位燃烧合成MoSi2和MoSi2/xvol.%Al2O3 2 In-situ Combustion Synthesis of MoSi2 and MoSi2/xvol.%Al2O3

2.1 实验内容与研究方法(Experimental Content and Method)

2.2 实验结果与讨论（Results and Discussion）

2.3 本章小结(Chapter Summary)

3 热压烧结MoSi2和MoSi2/xvol%Al2O3复合材料

3.1 实验方法与工艺(Experimental Method and Process)

3.2实验结果与讨论（Results and Discussion）

3.3 本章小结(Chapter Summary)

4 MoSi2和MoSi2/xvol.%Al2O3复合材料的力学性能

4.1 实验方法(Experimental Method)

4.2 实验结果与讨论（Results and Discussion）

4.3 复合材料的强韧化机理（Strengthening and Toughening Mechanism of Composites）

4.4 本章小结(Chapter Summary)

5 纳米Al2O3增强MoSi2材料的制备与性能

5.1 实验方法(Experimental Method)

5.2 纳米Al2O3增强MoSi2材料的燃烧合成（Combustion

5.3 纳米Al2O3增强MoSi2材料热压烧结制备(Preparation of MoSi2 Matrix Composites Doped with Nano-Al2O3 by Vacuum Hot-pressing Sintering)

5.4 纳米Al2O3增强MoSi2材料的物理性能及组织形貌(Physical Properties and Morphology of MoSi2 Matrix Composites Doped with Nano-Al2O3)

5.5 纳米Al2O3增强MoSi2材料的力学性能(The Mechanical

5.6 本章小结(Chapter Summary)

6 结论

参考文献

作者简历

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