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由于具有高熔点、适中的密度和极好的高温抗氧化性等特点,MoSi2成为高温应用的潜在候选材料,然而,其室温下的低断裂韧性(2-2.5MPam1/2)和低抗弯强度(200-250MPa)限制了它的应用。本文以Mg、Al协同合金化MoSi2为思路,利用自蔓延高温合成技术制备Mo[Si0.9(AlxMg0.1-x)]2复合粉体,采用真空热压烧结制备致密MoSi2复合陶瓷材料,然后通过不同工艺退火处理,并对其物相组成和力学性能进行研究。 以Mg、Al、Mo和Si粉为实验原料,利用自蔓延高温合成方法成功制备了Mo[Si0.9(AlxMg0.1-x)]2复合粉体,其中x代表Al粉的摩尔含量,分别取0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10。结果表明:随着Mg含量的增加,合成产物的膨胀程度增大,合成产物颗粒变小,晶粒细化,物相中有单质Mo残余;随着Al含量的增加,合成产物发生团聚,晶粒粗化,残余的Mo相逐渐减少,当x大于0.04时出现了C40结构的Mo(Si,Al)2相。 以高温自蔓延合成后的复合粉体为原料,通过真空热压烧结制备了致密度95%以上的Mo[Si0.9(AlxMg0.1-x)]2复合陶瓷。烧结后陶瓷样品的物相主要以C11b型MoSi2为主,各组样品残留的Mo消失、C40结构的Mo(Si,Al)2相减少。当Mg的加入量为6at%时断裂韧性最大,此时断裂韧性为7.28MPa.m1/2,较纯MoSi2提高了62.5%,同时硬度值降低了49.8%。 为了进一步改善Mo[Si0.9(Al0.04Mg0.06)]2陶瓷的力学性能,首先选择不同的退火温度对其进行退火处理,退火温度分别设置为1300℃、1400℃、1500℃和1600℃,退火时间均为6h。退火温度高于1300℃时样品40结构Mo(Si,Al)2相逐渐消失,发现随着退火温度的升高,Mo[Si0.9(Al0.04Mg0.06)]2陶瓷的硬度和断裂韧性总体呈上升趋势,退火温度为1600℃时,断裂韧性值达到了到7.86MPa.m1/2,较退火之前提高了18.6%,硬度值达到了9.22GPa,较退火之前提高了39.1%。其次选择1600℃不同保温时间对Mo[Si0.9(Al.004Mg0.06)]2陶瓷进行退火处理,但退火时间分别为3h、6h、9h和12h。发现随着退火时间的延长,样品的致密度逐渐升高,硬度和断裂韧性先增加后降低。退火保温时间为12h时致密度最高,达到了98.61%,退火保温时间为9h时力学性能最好,其中硬度值达到了10.40GPa,较退火之前增加了54.76%,断裂韧性达到了8.50MPa.m1/2,较退火之前提高了23.37%。 通过Mg、Al协同合金化成功提高MoSi2断裂韧性,但是塑性改善的同时难以避免其硬度值的下降,而后期退火处理成功提高了复合陶瓷的硬度,实现了陶瓷材料的断裂韧性和硬度的双提升,制备了力学比较理想的MoSi2材料。