燃烧合成熔铸工艺制备mosilt2gtfe原位复合材料的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要二硅化钼（MoSi2）具有较高的熔点和较低的密度，且在高温下还具有良好的抗氧化性等，在航空航天等领域有着潜在的应用前景。但是，MoSi2在室温具有较低的断裂韧性，这在一定程度上阻碍了它的应用。近年来，韧相增韧(ductile-phasetoughening)成为增韧脆性的陶瓷及金属间化合物的有效方法。为此，本文采用燃烧合成-熔铸技术，旨在制备MoSi2-Fe原位复合材料。以MoO3-Al-Si-Fe为反应体系，系统研究了体系的SHS反应热力学、燃烧合成过程及合成产物的熔化和凝固过程。结果表明：在该反应体系中，当MoSi2-Fe原位复合材料中Fe的含量不

2、超过45wt.%时，体系的绝热燃烧温度高于所有合成产物的熔点。这样，合成产物能全部熔化成液态并可进行液态成形。因此，采用提出的燃烧合成-熔铸工艺能够同步实现MoSi2-Fe复合材料的原位合成与液态成形一体化。而且，随着体系中Fe含量的增加，燃烧合成反应的点火时间延长，燃烧模式从热爆模式变为自蔓延模式，且燃烧波蔓延速度逐渐下降。用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子探针微区分析(EPMA)观测了制备的MoSi2-Fe原位复合材料的显微组织，并测试了复合材料的力学性能。结果表明：制备的复合材料由原位合成的MoSi2和Fe组成，Fe以粘结相分布在MoSi2的边界上。随着Fe含量

3、的增加，MoSi2由四方形转变为近球形，且尺寸由20µm下降到2µm，而复合材料的致密度和硬度均呈先增加后降低的趋势，断裂韧性则有所提高。当复-1/2合材料中Fe含量为40wt.％时，制备的复合材料的断裂韧性达到4.48MPa⋅m，复合材料的韧化机制为裂纹尖端塑性钝化机制和裂纹偏转机制。关键词：燃烧合成-熔铸技术；MoSi2-Fe原位复合材料；韧相增韧；显微组织；力学性能；韧化机制I华中科技大学硕士学位论文AbstractMolybdenumdisilicides(MoSi2)hashighmeltingpoint,lowdensityandgoodoxidationresist

4、anceinelevatedtemperature,thusithasapotentialapplicationinthefieldofaviationandaerospace.However,thelowfracturetoughnessatambienttemperatureisitslargestdrawback,whichhindersitsapplication.Recently,ductile-phasetougheninghasbecomeaneffectivemethodtoimprovethetoughnessofceramicandintermetallicc

5、ompound.Therefore,inthisthesis,acombustionsynthesis(SHS)-castingtechnologywaspurposedtofabricateMoSi2-Fein-situcomposites.BytakingMoO3-Al-Si-Feasareactionsystem,MoSi2-FeinsitucompositeswasfabricatedbytheproposedSHS-castingtechnology.Thethermodynamicsofthereaction,themeltingandsolidificationpr

6、ocessofthesynthesizedproductswereinvestigated.Theresultsindicatethat,whentheFecontentinthesynthesizedMoSi2-Fecompositesisnothigherthan45,theadiabaticcombustiontemperatureofthereactionsystemishigherthanthemeltingpointsofthesynthesizedproducts,therebyresultinginmeltingoftheproducts.Thus,it’sfea

7、sibletofabricateMoSi2-Fein-situcompositesbytheproposedSHS-castingtechnology.Inaddition,withtheincreasingoftheFecontents,theignitiontimeofSHSreactionincreases,andthecombustionmodelchangesfromthermalexplosionintoself-propagatingmodel,inwhichthe